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Transkript Modulation – Nachrichtenübertragung hertz'scher Wellen

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle! Heute beschäftigen wir uns aus dem Gebiet Schwingungen und Wellen mit der Modulation, die Nachrichtenübertragung mit hertzschen Wellen ermöglicht. Für dieses Video solltet ihr euch schon ein wenig mit elektromagnetischen Schwingungen auskennen und auf jeden Fall den Film zum hertzschen Dipol und zu der Meißner-Schaltung gesehen haben. Wir lernen heute, was Modulation ist, wie sie funktioniert und wo das Ganze eigentlich eingesetzt wird. Dann wollen wir mal. Modulation ist ein Verfahren, bei dem ein niederfrequentes Nutzsignal ein hochfrequentes Trägersignal verändert. Was das Ganze nützt, wird euch vielleicht schneller klar, wenn ihr euch überlegt, wie ein Radio funktioniert. Jede Radiostation verwendet eine andere Trägerfrequenz. Denn ohne Modulation würde mir ja nichts anderes übrig bleiben, als meine Schallwellen umgewandelt in elektromagnetische Wellen zu versenden. Damit würde aber jede Radiostation den gleichen Frequenzbereich benutzen, das heißt, sie würden alle durcheinander spielen. Mithilfe der Modulation kann ich also für verschiedene Signale verschiedene Frequenzbereiche verwenden. Man kann also ruhig sagen: Modulation ist die Grundlage der modernen Nachrichtentechnik. Aber dazu später mehr. Jetzt wollen wir uns erst mal ansehen, wie das Ganze funktioniert. Wir haben grundsätzlich 2 Möglichkeiten, wie unser Nutzsignal das Trägersignal modulieren kann. Es kann entweder die Amplitude oder den Phasenwinkel beeinflussen. Wir wollen uns zu beidem ein Beispiel ansehen. Das erste Beispiel ist die Amplitudenmodulation. Im Bild seht ihr 2 Signale. Blau, das höherfrequente Trägersignal und rot, das Nutzsignal, das wir übertragen möchten. Wird das Trägersignal nun amplitudenmoduliert, so erhalten wir folgendes Bild: Je positiver das Nutzsignal ist, desto größer wird die Amplitude der Trägerwelle. Und umso negativer es ist, desto kleiner wird sie. Wir merken uns also: Bei einer Amplitudenmodulation, die man mit AM abkürzt, verändert das Nutzsignal die Amplitude unseres Trägersignals. Das zweite Beispiel ist die Frequenzmodulation.Hier seht ihr zwei Signale. Rot, mit der höheren Frequenz, ist unser Trägersignal und das blaue ist unser Nutzsignal, das wir übertragen wollen. Nach einer Frequenzmodulation würde unser Trägersignal so aussehen: Die Frequenz unseres Trägersignals ist nicht mehr konstant, sie wird vom Nutzsignal verändert. Wie genau der Zusammenhang ist, wird deutlicher, wenn wir das Nutzsignal wieder einblenden. Wie ihr seht, hängt die Frequenzveränderung von der Steigung des Nutzsignals ab. Ist die Steigung des Nutzsignals positiv, wird die Frequenz höher, ist sie negativ, wird die Frequenz kleiner. Bei der Frequenzmodulation, deren Abkürzung FM ist, verändert das Nutzsignal, wie der Name schon sagt, also die Frequenz unseres Trägersignals. Hier seht ihr eine Animation, in der je ein Beispiel eines amplituden- und eines frequenzmodulierten Trägersignals sind. Wie das Erzeugen eine Modulation genau funktioniert, benötigt ordentliche Grundlagen in der Elektrotechnik. Wenn ihr aber den Film über die Meißner-Schaltung gesehen habt, hilft euch vielleicht dieses vereinfachte Prinzip. In der Meißner-Schaltung verstärkt sich ein Schwingkreis durch Rückkoppelung selbst. Wenn ich nun in diese Schaltung einen Transistor so einbaue, dass er die Stärke der Rückkoppelung steuert und an ihn zum Beispiel ein Mikrofon anschließe, dann wird das Signal meines Mikrofons die Stärke der Rückkoppelung, also die Amplitude meines Schwingkreises, beeinflussen. Damit habe ich ein hochfrequentes Trägersignal, nämlich die Schwingung meines Schwingkreises, mit einem niederfrequenten Nutzsignal, nämlich meiner Stimme, amplitudenmoduliert. Das Verfahren, mit dem ich mein Nutzsignal wieder aus der Trägerwelle herausfiltere, ist ähnlich kompliziert. Deswegen wollen wir es auch nur prinzipiell besprechen. Das modulierte Trägersignal wird von einer Antenne empfangen. Mit einem Demodulator kann das Nutzsignal vom Trägersignal getrennt werden, das mich ja nur aus Transportzwecken interessiert hatte. Übrig bleibt die Musik oder was man eben sonst so übertragen hat. Und was das alles sein kann, das wollen wir uns nun im letzten Kapitel ansehen. Modulation wird für die Übertragung verschiedenster Informationen verwendet. Hier sind ein paar Beispiele. Das Radio natürlich. Vielleicht habt ihr auf einem Radio schon mal den FM/AM-Schalter bemerkt. Und natürlich auch das Fernsehen. Zu den etwas älteren, aber immer noch weitverbreiteten Anwendungen gehört der CB-Funk. Und bei den neueren Systemen wäre das GPS zu nennen, das Global Positioning System, mit dem man jederzeit seine Position auf der Erde bestimmen kann. Damit funktionieren zum Beispiel alle Navigationsgeräte. Natürlich übertragen auch die Handynetze ihre Daten per Modulation. Das kabellose Internet, das WLAN, natürlich auch und, bevor wir es vergessen, natürlich auch das Telefon. Ihr seht also, würde man versuchen, über weite Strecken ohne Modulation zu kommunizieren, so wären die Möglichkeiten sehr beschränkt. Übrig bliebe nur noch: Briefe, Morsen, Rauchzeichen oder halt sehr, sehr laut schreien. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben. Ein Trägersignal wird durch ein niederfrequenteres Nutzsignal moduliert, um auf der Trägerfrequenz übertragen zu werden. Bei einer Amplitudenmodulation verändert das Nutzsignal die Amplitude des Trägersignals. Bei einer Frequenzmodulation dagegen moduliert das Nutzsignal die Frequenz des Trägersignals. Durch einen Demodulator kann das Nutzsignal wieder aus der modulierten Trägerwelle gewonnen werden. Und zum Schluss haben wir gesehen: Die moderne Nachrichtentechnik ist ohne Modulation undenkbar. So, das war`s schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen! Vielleicht bis zum nächsten Mal. Euer Kalle.

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1 Kommentar
  1. Default

    Richtig, richtig gut! Und ein unheimlich sympathischer Lehrer!!!

    Von Green Spirit, vor mehr als 3 Jahren