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Kommunikations-Empfänger (Bootsanker-Geräte)

 

 

 

Neben den klassischen Radios und Weltempfängern gibt (gab) es einen großen Bereich von Empfangsgeräten, die frequenzmäßig weit über die Rundfunkbereiche hinaus eingesetzt werden konnten. Babei gab es Geräte, die mit und ohne Rundfunkbänder auf Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle ausgerüstet waren.

 

31 kg - Kommunikationsempfänger Pedersen B315

 

Haupteinsatzbereiche dieser Kommunikations-Empfänger, waren neben dem militärischen Segment der Seefunk (Schiffsfunk) und  der Flugfunk. Es gab aber auch weitere kommerzielle  Anwendungen und auch den Amateurfunk.

 

Der Unterschied zu den Weltempfängern war zuerst -- neben dem Nicht-Fokus auf den Rundfunkempfang --  in dem technischen Aufwand zu sehen, den die Herstellerfirmen im Bereich Haltbarkeit, Frequenzstabilität, Empfangsleistung, usw betrieben.

 

Kommunikationsempfänger waren in der Regel groß  und schwer. Das ist auch der Grund, dass diese Gerätefamilie heute bei Sammlern liebevoll als Bootsankerempfänger (Boat Anchor Radio)   bezeichnet werden. Nicht ohne Grund. Gewichte von über 20 kg und DEUTLICH mehr waren nicht selten.

 

Warum nun genau das Konzept "groß und schwer"?

 

Die ersten Kommunikationsempfänger waren Röhren-Geräte. Solche Geräte brauchten gegenüber Transistor-Geräten einfach mehr Raum. Um betriebssicher und temperaturstabil zu sein, waren massive Aufbauten einschließlich tatsächlich guter Stufenabschirmungen durch dicke Bleche oder gar Metallgusswände erforderlich.

 

Frequenzbestimmende Teile der Superhetoszillatoren und Geradeaus-Empfänger-Schwingkreise wurden auch durch umschließende Metallmasse und u.U. Thermostaten erreicht.

 

Umschaltungen der Frequenzbereiche wurden nicht selten über Umschalt-Revolver realisiert (bei denen komplexe Schwingkereis-Komponenten mit bewegt wurden), deren Kontaktsätze besonders massiv ausfielen und mit gutem Kontaktmaterial ausgestattet wurden. So sollten Kontaktschwierigkeiten vermieden werden, denn Kontaktprobleme waren ein Hauptproblem für stabilen Langzeitempfang.

 

Besonders wichtig war auch die Nutzbarkeit unter schwierigen örtlichen Bedingungen. So sollten Schiffsfunk-Empfänger tropenfest sein, also Hitze und Feuchtigkeit gut ab können. Umgekehrt war die Nutzbarkeit auch bei niedrigen Temperaturen erwünscht.

 

Nach Einführung der Transistortechnik wurden die Geräte aber schrittweise kleiner bei teilweiser gleichzeitiger Steigerungen der Empfangsleistungen. KEs und Amateurfunk-Empfänger lagen teilweise in ihren Zielsetzungen dicht beieinander, allerdings waren Amateurfunk-Emfänger und Transceiver zumeist preiswerter und oft in den Leistungen in etwa vergleichbar. Hier ein durchaus als Kommunikationsempfänger benennbares Gerät:

 

Communication Receiver Icom IC-R71D mit "nur" 7,5 kg.

 

Historische Entwicklung:

 

Kommunikationsempfänger gab es schon lange vor Rundfunkempfängern. Die ersten KEs (KE = Kommunikationsempfänger) waren noch Geradeausempfänger als Mehrkreiser. Bald stießen diese Geräte aber an Grenzen, da die Frequenzen immer dichter belegt wurden und selektive KEs erforderten.

 

So wurde (nachdem die Ingenieure das Superhet-Prinzip erfanden) auf Super umgestellt. Schon ab Mitte der dreißiger Jahre des vorigen Jahrhunderts waren aber die Bänder so stark belegt, daß auch Superhet-Empfänger Probleme beim "Herausfischen" des gewünschten Signals bekamen.

 

So war dann folgerichtig der nächste Schritt abzusehen: Das Doppelsuperhet-Prinzip. Mit Etablierung der Transistortechnik Ende der fünfziger Jahre , folgten auch die KEs zeitverzögert der modernen Empfangstechnik. Die Geräte wurden zwar kleiner und bedingt auch leichter, waren aber doch noch einige Zeit Bootsankergeräte.

 

Die Technik der Kommunikationsempfänger:

 

Wie schon erwähnt, waren die ersten KEs relativ einfache Geradeausempfänger mit zumeist 2-4 Kreisen. Damit konnte schon eine halbwegs gute Selektion erreicht werden, aber der Aufwand der Erreichung des Gleichlaufs der Schwingkreise auf verschiedenen Empfangsbändern an verschiedenen Antennen war aufwendig. Um gute Empfangsempfindlichkeit zu erhalten, mussten dämpfungsarme Baumateriealien bei Spulen, Kondensatoren und Lötstützpunkten verwendet werden.

 

Kommunikationsempfänger nutzen aber  nicht nur Amplitudendemodulation, sondern auch (schon davor)  Träger-Demodulation per Morsezeichen mit und ohne Tonmodulation. Der Empfang von tonlosen Morsezeichen erforderte im Empfänger einen  Schwebungsoszillator, der einige Hertz bis einige hundert Hertz neben der jeweiligen Nutzfrequenz eingestellt wurde und die tonlosen Morsezeichen (CW) hörbar machte. Dieser Schwebungsoszillator (BFO) musste frequenzstabil sein. Alles problematisch bei Geradeaus-Empfängern.

 

Eine etwas einfachere Lösung war der Einsatz von Rückkopplungen in der (nicht selten) genutzen Rückkopplungs-Audionstufe des Geradeausempfängers. Das war aber mit Eigenschwingungen des Empfängers und damit auch mit Störungen nach aussen verbunden.

 

Nicht nur aus den geschilderten Problemen des vorigen Absatzes ging die Industrie bald zum Superhet-Prinzip über. Der Superhet hatte erhebliche Vorteile: Durch die Umsetzung der unterschiedlichen Empfangsfrequenzen auf eine feste Zwischenfrequenz (ZF) konnte der ZF-Verstärker ohne frequenz-ändernde Bauteile hohe Stufenverstärkungen  -- und besonders wichtig -- hohe Nah-Selektion erreichen. In dicht belegten Bändern ein deutlicher Vorteil.

 

Gerade beim tonlosen Morsefunk waren so Bandbreiten unter 1000 Hz realisierbar. Nochmals: Eine schmale ZF-Bandbreite war ein wesentliches Qualitätsmerkmal für einen KE. Auch der BFO konnte auf der festen Zwischenfrequenz wesentlich frequenzstabiler gestaltet werden.

 

Eingangsstufen bei Superhet-KE-Empfängern:

 

Die Nutzung einer Hochfrequenz-Vorstufe war bei KEs obligatorisch. Die HF-Vorstufe vor der Mischstufe brachte eine Empfindlichkeitssteigerung und durch zusätzliche Schwingkreise einen verbesserte Selektion. Dabei kamen nicht selten abgestimmte Bandfilter-Kreise zum Einsatz, deren Gleichlauf aber sicherzustellen war.  In Verbindung mit der Selektion der Zwischenfrequenzkreise erreichten solche KE schon eine gute erwünschte Schmalbandigkeit.

 

Zwischenfrequenzen bei Superhet-KE-Empfängern:

 

Trotzdem "kämpfte" die Industrie weiter mit der Optimierung der Selektion. Angestrebt wurden (idialerweise) nahezu rechteckige ZF-Kurven mit steilen Flanken. So sollten Nachbarkanäle möglichst ausgeblendet werden. Man konnte das durch gegengekoppelte ZF-Schwingkreise (auch über die Stufengrenzen hinaus) erreichen oder aber durch Nutzung von Quartz-Filtern oder durch mechanische Filter (z.B. Collins-Filter).

 

Das alles war mit einem gesteigerten Aufwand verbunden. Um verschiede Modulationsarten nutzen zu können, hatten KEs zumeist auch variable einstellbare Bandbreiten mit anpassbaren Kurvenformen. Zwischenfrequenzen bei Einfachsupern lagen ab 450 (eher selten) bis ca 2,5 MHz.

 

Vorteile von Doppel-Superhet-Kommunikationsempfängern:

 

Neben den Vorteilen eines Superhet-KEs gab es aber auch einige Nachteile. Es konnte, je nach Empfangsfrequenz Spiegelempfang auftreten, auch andere "Nebenempfangsstellen" konnten auftreten. Hatten normale Radios Zwischenfrequenzen von um ca 460 kHz, lagen sie bei KE-Einfachsupern wie schon erwähnt zunächst bei ebenfalls einigen hundert Kilohertz bis zu einigen Megahertz. Dabei war zu bedenken, dass die ZF-Stufenverstärkung mit Erhöhung der ZF-Frequenz nachließ.

 

Folgerichtig war deshalb auch die Einführung des Doppelsuperhet-Verfahrens. Hier wurden die Empfangsfrequenzen zuerst auf eine relative hohe 1. Zwischenfrequenz gemischt. Dabei kamen ZF-Frequenzen von einigen MHz bis über 50 MHz in Betracht.

 

Durch die hohe 1. ZF war der Spiegelfrequenz-Empfang und sonstige Nebenwellenempfang deutlich reduziert. Nach der 2. Mischung auf die 2. ZF konnten dann die nötigen Nahfrequenz-Reduzierungen (wie schon weiter oben bei der Einfachsuper-Beschreibung dargelegt) vorgenommen werden.

 

geradeaus-super-doppelsuper.jpg

 

Empfang von (neben Morsezeichen und Amplitudenmodulation) weiten Modualtionsarten:

 

Obwohl lange der Morsefunk Hauptmittel bei den Modulationsarten der KEs war, wegen dessen höchster Reichweite im Vergleich zu Amplitudenmodulation, wollten die Anwender schmalere Sprachsignale nutzen, die fast soweit reichten wie die Morsezeichen (CW). Dazu muss man wissen, dass bei der Amplitudenmodulation neben der Trägerfrequenz auch zwei Seitenbänder (im Takt der aufgesprochenen Modulation (Sprache / Musik)) ausgesendet werden.

 

Der komplette Nachrichteninhalt ist aber im unteren und oberen Seitenband vorhanden, der eigentliche Träger wird in Grunde genommen nur gebraucht, wenn die höchste Klangqualität erreicht werden soll.

 

Für Sprache reicht ein Seitenband aus. Wird also nur eines der beiden Seitenbänder ausgesendet und der eigentliche Träger unterdrückt, spricht man von Einseitenbandmodulation. Es hat sich hier der englische Ausdruck SSB (Single Side Band) durchgesetzt. Genauer LSB und USB (unteres und oberes Seitenband). Die Sendelesitung kann nun komplett in ein Seitenband geleitet werde und damit sind ähnliche Reichweiten wie bei CW erreichbar.

 

Auf der Empfangsseite des KE ist der Demodulationsaufwand aber größer als bei der Amplitudendemodulation, hier reicht eine Audionstufe oder eine Anodengleichrichterstufe oder Diodenstufe. Bei SSB (LSB, USB) muss der fehlende (unterdrückte) Träger des Sendesignals mit einem Hilfsträger im Empfänger erzeugt werden.

 

Das wurde anfänglich mit dem zumeist vorhandenen BFO (für CW) gemacht, allerdings war die Einstellung etwas schwierig, da die BFO-Frequenz und das Verhältnis BFO-Pegel zum Empfangspegel in etwa stimmen muss. Der Hauptvorteil von SSB ging so teilweise verloren. Erst mit Einführung von Produkt-Detektoren wurde das Verfahren voll ausgereizt. Dabei wird ein Hilfsträger mit dem Einseitenbandsignal synchronisiert und kann unabhängig von der Feldstärke sauber dekodiert werden.

 

SSB hat auf der ZF-Seite auch den Vorteil, deutlich schmalbandigere Filter (ca. 2,5 kHz) im Vergleich zu AM nutzen zu können. Auf der Senderseite passen mehr Sender in dicht belegte Bänder.

 

Weitere Empfangsverbesserungen:

 

KEs hatten verschiedene Werkzeuge, um den Empfang bei kritischen Belegungen in einem gewünschten Frequenzbereich zu verbessern. Hier einige Beispiele:

 

  • Notchfilter. Damit konnte man, insbesondere beim Morseempfang, dicht  neben oder auf dem Kanal liegende andere CW-Signale (wenn die Tonlage vom Nutzsignal abwich), dieses Signal reduzieren.

  • Q-Multiplier. Eine Möglichkeit, bei einfacheren KEs ohne aufwendige ZF-Filter, die ZF-Durchlasskurve durch leichte Rückkopplung schmaler zu machen.

  • Passband-Tuning. Eine Option, die Zwischenfrequenz in gewissen Grenzen zu verschieben. Damit kann ein Nah-Frequenz-Störsignal ausgebelendet werden.

  • Störbegrenzer. Amplituden-modulierte Störungen (Blitze, Funken, usw) konnten damit pegel-begrenzt werden.

  • Störaustaster. Amplituden-modulierte Störungen (Blitze, Funken, usw) konnten damit nicht nur pegel-begrenzt werden, sondern aus ausgetastet werden. Es gab sogar Austaster für die militätischen Überhorizont-Radare auf Kurzwelle (Woodpicker).

  • Preselektor.  Es konnte vorteilhaft sein, in Abhängigkeit von der angeschlossenen Antenne / Zuleitung für jede eingestellte Frequenz innerhalb eines gewählten Bandes den Empfängereingang exakt eben auf die gewünschte Frequenz anzupassen.

  • Tonblenden.  Veränderungsmöglichkeit der NF-Durchlasskurve (Höhen, Tiefen), um auf CW oder Sprache zu optimieren.


  • Bandbreitenregelung. Durch Wahl verschiedener ZF-Durchlasskurven konnte ein Empfänger mehr auf CW, AM oder SSB eingestellt werden.


  • HF-Regelung manuell / automatisch / Zeitkonstanten: Neben Automatiken, konnte bei den meisten KEs die Die Regelspannungen verändert werden. Auch die Zeitkonstanten (Schnelligkeit des Einwirkens einer Regelung) war veränderbar. So konnte  u.a. auf CW und Sprache besser angepasst werden.

  • Mehrwege-Empfang. Automatisch oder manuell. Standen mehrere Antennen mit unterschiedlen Eigenschaften zur Verfügung, war es u.U. vorteilhaft manuell oder sogar automatisch schnell zwischen den Antennen umschalten zu können.

  • Eichmarkengeber.  Bei Geräten mit analogen Skalen zur Frequenzanzeige war es oft (trotz Bandspreizung) schwierig, die Frequenzen sicher bestimmen zu können. Zwar war zumeist die Frequenzstabilität gut, trotzdem nutzten KEs gern Thermostaten, um die Temperatur in den Oszillatoren konstant zuhalten.

    Dadurch wurde auch die eingestellte Frequenz recht stabil über Stunden angezeigt. Trotzdem gab es zuschaltbare Quartz-Oszillatoren (üblich 100 kHz o. 1 Mhz), mit denen die Skalenanzeige für "gerade" Frequenzen geprüft werden konnte. Bei manchen Geräten konnte man sogar die Skalen feinverschieben, um die Anzeige genauer zu bekommen.

 

Das Innenleben eines Telefunken E108LW/4 (Foto von Martin.M aus dem WGF.)

 

 

 

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21.10.2019 / 22.10.2019

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