E instieg

Unsere Verpflichtung - unser Privileg

Was wir uns selbst antun, ist unsere eigene Sache. Jedoch haben wir die Pflicht andere durch unsere Aktivitäten keinen Schaden zuzufügen. Deshalb müssen wir Störquellen beseitigen, Grenzwerte einhalten und für ausreichenden Schutz sorgen.

Wir Funkamateure genießen das Privileg, die Einhaltung der Grenzwerte für den Schutz von Personen selbst zu ermitteln und zu dokumentieren. Andere Betreiber von Sendeanlagen (z.B. Mobilfunknetze) müssen dies gegen Entgelt durch die BNetzA durchführen lassen.

Schutzzone

Schutzabstand einfach berechnen

KEINE PANIK - wir werden hier keine komplizierten Formeln besprechen, sondern bedienen uns einer einfachen Näherungsformel, die für die meisten Zwecke ausreichend ist. Wer eine Anzeige gemäß der BEMFV ? machen muss, dem stehen hilfreiche Tools zur Verfügung. Dieses Thema behandeln wir später ausführlich.

Was nicht in unserer Näherungsformel berücksichtigt wird.
• Antennencharakteristik
• Nah- und Fernfeldberechnungen
• Dämpfungen aller Art
• Umrechnungsfaktor der Sendearten

Der Gesetzgeber hat Grenzwerte für die elektrische und magnetische Feldstärke festgelegt. Für uns ist die elektrische Feldstärke von wesentlicher Bedeutung [s. Tabelle 1].

Obwohl diese Verordnung nur für ortsfeste Sendeanlagen gültig ist, so sollten wir auch im freien Felde auf den Schutz von Personen achten.

Was wir zur Berechnung benötigen.
• Feldstärke E (s.Tabelle 2)
• Effektive Strahlungsleistung - P_EIRP
• Antennengewinn G - dBd / dBi

[Beispiel 1] Dämpfungen bleiben unberücksichtigt.
Feldstärke E = 28V/m
Sendeleistung P_PEP = 10 Watt
Antennengewinn G = 3 dBd
(3dB = Leistungsfaktor = 2 | EIRP = ERP x 1,64)
Sicherheitsabstand d in m = ?


---

[Formel 1] tatsächliche Formel
P_EIRP = P_PEP x 2 x 1,64 ≈ 33 Watt
$\begin{array}{c}\mathrm{d\; = }\frac{\sqrt{\mathrm{ 30\; \Omega } x P{\mathrm{<small>_EIRP</small>}}_{}}}{E}\end{array}$
$\begin{array}{c}\mathrm{d\; = }\frac{\sqrt{\mathrm{ 30\; \Omega } x \mathrm{33\; W}{\mathrm{_.}}_{}}}{\mathrm{28\; V/m}}\mathrm{ \approx \; 1,12\; m}\end{array}$

[Näherungsformel] für Kopfrechner
P_EIRP = P_PEP x 2 x 2 ≈ 40 Watt
30 Ω x 40 Watt = 1200
$\begin{array}{c}\frac{\sqrt{\mathrm{ 1200}}\mathrm{ \approx \; 40}}{}\\ \mathrm{d\; = }{\frac{{\mathrm{40}}_{}}{{\mathrm{30}}^{}}}^{}\mathrm{ \approx \; 1,30\; m}\end{array}$
Mit geraden Zahlen lässt sich einfacher rechnen. Die Wurzel aus 1200 ist ja kleiner als 40. Wir könnten statt dessen auch die Zahl 30 nehmen. Dann müssten wir für E auch eine kleinere Zahl, z.B 20 einsetzen.

Oberwellen

Begrenzung unerlässlich

Oberwellen sind das Vielfache der Nutzfrequenz. ( fo )
(Grundwelle, 1 Harmonische, s. Grafik-1). Diese unerwünschten Oberwellen und Nebenaussendungen entstehen durch Nichtlinearität in der elektronischen Schaltung, etwa beim Mischen, Verstärken und der Signalaufbereitung. Eine Grundwelle ohne Oberwellen ist praktisch unmöglich. Daher müssen diese auf ein erträgliches Maß reduziert werden. Dies wird durch verschiedene Filter realisiert.

Für die oben erwähnte Kategorie 1 gelten die Werte aus Tabelle 3. Wie aus der Formel ersichtlich, ist die Reduzierung der Nebenaussendungen von der Sendeleistung PEP abhängig. Für die Katgorie 2 hat der Gesetzgeber gemäß AFuV §16 ? für unterschiedliche Frequenzbereiche feste Dämpfungswerte (s. Tabelle 4) vorgegeben, die wir einhalten müssen. Diese Werte von bis zu 60 dB (das ist heftig!) werden von den meisten Sendeanlagen eingehalten oder gar übertroffen.
Manche preiswerte Handfunkgeräte sind da etwas zurückhaltend. Aber lasst uns mal eine kleine Berechnung durchführen.

[Beispiel 2] gemäss ETSI
PEP = Sendeleistung 5Watt / 1Watt
L_p = Dämpfung in dB


---

[Formel 2]
$\begin{array}{c}L{}_{}=\mathrm{-(43\; +\; 10\; x\; log(5W))}\approx \mathrm{-50dB}\end{array}$ $\begin{array}{c}L{}_{}=\mathrm{-(43\; +\; 10\; x\; log(1W))}=\mathrm{-43dB}\end{array}$

[Beispiel 3] gemäss AfuV
P = Leistung der unerwünschten Aussendung
P₀ = Bezugsleistung
L_p = Dämpfung in dB (minus als Vorzeichen)


---

[Formel 3] Leistungsberechnung der Dämpfung
$\begin{array}{c}P=P{\mathrm{<small>₀</small>}}_{}x{\mathrm{10^}}^{\frac{\mathrm{<i>Lp</i>}}{\mathrm{<i>10</i>}}}\mathrm{ W}\end{array}$
Ergebnisse in Tabelle 5

Selbstverständlich hat kein Funkamateur solch ein Billiggerät im Shack - niemals (hi). Weil die technikversierten Spezialagenten wissen, dass man mit 50 µW Oberwellen, Flugzeuge und sogar Satelliten vom Himmel holen kann. (Sarkasmus ende)

Praxis

Entstörung notwendig

Unsere Amateurfunkbänder sind von Störungen betroffen. Teils sind das natürliche Vorgänge, zum Beispiel Rauschen durch Gewitterstörungen oder Vorgänge in der Ionosphäre, zum Anderen sind das menschengemachte Störungen. Diese entstehen durch nahe gelegene Sender, durch unsaubere Sendesignale und durch überforderte Empfänger-Eingänge.

Die in unseren Transceivern verbauten Filter reichen zur Reduzierung der unerwünschten Nebenaussendungen in der Regel aus. Das kann man bei den hohen Preisen der Geräte auch erwarten. In einigen Fällen ist die Reduzierung jedoch unzureichend, besonders wenn mit PA's gearbeitet wird.

Aber bevor wir zu drastischen Mitteln (externe Filter) greifen müssen, sollten wir einige grundlegende Dinge beachten.

---

Mikrofonverstärker bis zur Verzerrung aufdrehen oder die Sendeendstufe bis an die Leistungsgrenze drillen sind keine Option für ein sauberes Signal.

---

Intermodulationsprodukte ? wären das Ergebnis. Wo vorne Mist hineinkommt, kann hinten keine "Gute Butter" herauskommen. Eine moderate Verstärkung ist daher angesagt.

Widmen wir uns den klassischen Filtern. Übrigens, die Filter sind nicht nur auf der Sendeseite wirksam. Durch die immer größeren Störungen durch (z.B. PV-Anlagen usw.) leisten diese auch beim Empfang die gleich gute Arbeit.

Das Thema Filter ist Bestandteil der Afu-Prüfung Klasse E
• Prüfungsfragen ED201 und nachfolgende
• Prüfungsfragen EJ206 und nachfolgende

Im Fragenkatalog sind RC-Filter (R=Widerstand) | (Butterworth-Filters 1. Ordnung) abgebildet. Diese Filter haben eine Dämpfung von 20 dB. LC-Filter (L=Spule) | (Butterworth-Filters 2. Ordnung) haben eine Dämpfung von 40 dB und eine höhere Flankensteilheit. Die Funktionsweise beider Filter ist gleich.

Allgemein:
Dies sind einfache schematische Darstellungen. In Wirklichkeit sind die Schaltungen wesentlich komplexer.
Bei passiven Filter ist die Amplitude (G) der Grundfrequenz ( ƒ_g) um 3 dB schwächer als das Eingangssignal.

[Formel 2] (Dämpfung Grundfrequenz  ƒ_g)
$\begin{array}{c}\mathrm{Ua}\mathrm{ = }{\frac{1^{}}{{\sqrt{\mathrm{ 2}}}_{}}\mathrm{ \approx \; 0,7071 \approx \; 3\; dB}}^{}\end{array}$

Tiefpass: [Grafik 2-2b]
Wie der Name Tiefpass schon sagt, können tiefe Frequenzen passieren (Frequenzpass). Frequenzen darüber werden gesperrt.

Hochpass: [Grafik 3-3b]
Hier werden die tiefen Frequenzen gesperrt (Sperrbereich). Hohe Frequenzen können passieren.

Bandpass: [Grafik 4-4b]
Durch zusammenschalten von Tief- und Hochpass entsteht ein Bandpass. Hier wird ein bestimmter Frequenzbereich ( ƒ_t bis ƒ_h ) durchgelassen. Frequenzen darunter (Sperrbereich t) und Frequenzen darüber (Sperrbereich h) werden gesperrt.

Bemerkung:
Alle Filter haben eins gemeinsam - sie kosten viel Geld. Deshalb sollte genau überlegt werden, was wirklich notwendig ist. Wirkungsvoll sind sie allemal.

Bandpass-Filter für Billig-Handfunkgeräte:
Diese kleinen Filter haben eine gute Performanz, kosten jedoch so um die 50 Euro. Die meisten Funkgeräte sind Duo-Bander. Also benötigen wir pro Band ein Filter. Ob das noch ökonomisch ist, bleibt jedem selbst überlassen.

• Quellen und weiterführende Literatur:
• Filterschaltungen (Elektroniktutor.de)
• LC-Filter (DL6GL.de)
• Butterworth-Filter (Wikipedia)
• Tiefpass-Filter von DG0LFF (Foto 1 - fukowa.de)