Was ist Superheterodynempfänger (Überlagerungsempfänger)?

Eine Empfängerarchitektur, die das Empfangssignal in einem Mischer mit dem Signal des Lokaloszillators (LO) mischt, auf eine feste Zwischenfrequenz (ZF) umsetzt und es erst dann verstärkt und demoduliert. Filter mit hoher Trennschärfe auf der ZF entfernen Nachbarkanäle. Signale auf der Spiegelfrequenz, die auf der dem gewünschten Signal gegenüberliegenden Seite des LO liegt, werden auf dieselbe ZF umgesetzt und müssen daher vor dem Mischer entfernt werden.

Japanische Bezeichnung: スーパーヘテロダイン方式

„Superheterodynempfänger (Überlagerungsempfänger)“ kommt in 2 Übungsfragen aus 1 Themen vor, z. B. Grundlagen der Funkkommunikation.

Fachgebiet: Grundlagen der Funkkommunikation

Jetzt üben: Fragen zu Superheterodynempfänger (Überlagerungsempfänger)

Ein Superheterodynempfänger empfängt ein Signal mit 900 MHz, indem er den Lokaloszillator (LO) auf 800 MHz einstellt und auf eine Zwischenfrequenz (ZF) von 100 MHz umsetzt. Welches ist die Spiegelfrequenz, die ebenfalls auf dieselbe ZF von 100 MHz umgesetzt würde?

  1. A700 MHz
  2. B1000 MHz
  3. C1700 MHz
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Antwort: A. 700 MHz

Verwendet wird die Differenzfrequenz am Mischerausgang; jedes Signal, das um 100 MHz vom LO abweicht, wird daher auf die ZF von 100 MHz umgesetzt. Das gilt für die gewünschten 900 MHz und für 700 MHz auf der anderen Seite des LO; letztere heißt Spiegelfrequenz. Ein Signal auf der Spiegelfrequenz lässt sich nach der Umsetzung auf die ZF nicht mehr unterscheiden; es wird daher mit einem Filter vor dem Mischer (Spiegelfrequenzfilter) entfernt oder mit einem Image-Reject-Mischer unterdrückt. Eine höhere ZF rückt die Spiegelfrequenz weiter vom gewünschten Signal weg, sodass das Filter vor dem Mischer sie leichter entfernt.

Welche Beschreibung trifft im Vergleich zum Superheterodynempfänger auf den Direktmischempfänger zu, der den Lokaloszillator (LO) auf dieselbe Frequenz wie das Empfangssignal einstellt und ohne Zwischenfrequenz direkt ins Basisband umsetzt?

  1. AWeil er keine Zwischenfrequenz verwendet, wird das Spiegelfrequenzproblem größer, und ein sehr leistungsfähiges Spiegelfrequenzfilter ist nötig
  2. BWeil er die Frequenz zweimal oder öfter umsetzt, ist die Schaltung aufwendig und lässt sich schwer auf einem CMOS-Chip integrieren
  3. CEr braucht kein externes ZF-Filter und lässt sich leicht integrieren, ist aber anfällig für eine Gleichspannungsverschiebung (DC-Offset), die durch Selbstmischung von zur Antenne hin leckendem LO-Signal entsteht, und für niederfrequentes 1/f-Rauschen
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Antwort: C. Er braucht kein externes ZF-Filter und lässt sich leicht integrieren, ist aber anfällig für eine Gleichspannungsverschiebung (DC-Offset), die durch Selbstmischung von zur Antenne hin leckendem LO-Signal entsteht, und für niederfrequentes 1/f-Rauschen

Ein Direktmischempfänger (Zero-IF-Empfänger) stimmt den LO auf die Empfangsfrequenz ab und setzt mit zwei Mischern für Inphase (I) und Quadratur (Q) direkt ins Basisband um. Mit den beiden Zweigen I und Q lassen sich positive und negative Frequenzen unterscheiden; ein Spiegelsignal von einer anderen Frequenz kann daher nicht stören, und es ist kein ZF-Filter nötig. Das erleichtert die Integration auf einem einzigen CMOS-Chip, und der Empfänger ist in Transceivern für Mobiltelefone und andere Geräte weit verbreitet. Andererseits entsteht ein Gleichanteil (DC-Offset), wenn LO-Signal zur Antenne hin leckt (LO-Leckage) und sich mit sich selbst mischt; er lässt sich nur schwer vom Basisbandsignal unterscheiden. Da das umgesetzte Signal nahe bei Gleichspannung liegt, ist der Empfänger außerdem anfällig für das 1/f-Rauschen der Transistoren und für Abweichungen zwischen den Zweigen I und Q (IQ-Ungleichgewicht).

Fragen mit „Superheterodynempfänger (Überlagerungsempfänger)“ (2)

  1. Ein Superheterodynempfänger empfängt ein Signal mit 900 MHz, indem er den Lokaloszillator (LO) auf 800 MHz einstellt und auf eine Zwischenfrequenz (ZF) von 100 MHz umsetzt. Welches ist die Spiegelfrequenz, die ebenfalls auf dieselbe ZF von 100 MHz umgesetzt würde?
  2. Welche Beschreibung trifft im Vergleich zum Superheterodynempfänger auf den Direktmischempfänger zu, der den Lokaloszillator (LO) auf dieselbe Frequenz wie das Empfangssignal einstellt und ohne Zwischenfrequenz direkt ins Basisband umsetzt?

Verwandte Begriffe

Direktmischempfänger (Direct Conversion) CMOS 1/f-Rauschen (Funkelrauschen) Beamforming (Strahlformung) BLE (Bluetooth Low Energy) Fading (Schwund) Freiraumdämpfung Hidden-Station-Problem Link-Budget LPWA (Low Power Wide Area)

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