Radio

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Hintergrund

Das Funkgerät empfängt elektromagnetische Wellen aus der Luft, die von einem Funksender gesendet werden. Elektromagnetische Wellen sind eine Kombination aus elektrischen und magnetischen Feldern, die sich überlagern. Das Radio wandelt diese als Signal bezeichneten elektromagnetischen Wellen in für Menschen hörbare Töne um.

Radios gehören zum Alltag. Sie werden nicht nur zum Abspielen von Musik oder als Wecker am Morgen verwendet, sondern auch in Schnurlostelefonen, Handys, Babyphones, Garagentoröffnern, Spielzeug, Satelliten und Radar. Funkgeräte spielen auch eine wichtige Rolle in der Kommunikation für Polizei, Feuerwehr, Industrie und Militär. Obwohl es viele Arten von Radios gibt – Uhr, Auto, Amateur (Amateur), Stereo – enthalten alle die gleichen Grundkomponenten.

Radios gibt es in allen Formen und Größen, vom kleinen AM/FM "Walkman" bis hin zu einem hochentwickelten Multimode-Transceiver, bei dem sowohl Sender als auch Empfänger in einem Gerät vereint sind. Die gebräuchlichsten Modi für ein Rundfunkradio sind AM (Amplitudenmodulation) und FM (Frequenzmodulation). Andere Modi, die von Amateurfunkern, der Industrie und dem Militär verwendet werden, sind CW (kontinuierliche Welle mit Morsecode), SSB (Einseitenband), digitale Modi wie Telemetrie, Funkfernschreiber und PSK (Phasenumtastung).

Verlauf

Guglielmo Marconi schickte im Dezember 1901 erfolgreich den ersten Funkspruch über den Atlantik von England nach Neufundland. Marconis Radio hat weder Sprache noch Musik empfangen. Stattdessen empfing es summende Geräusche, die von einem Funkenstreckensender erzeugt wurden, der ein Signal mit Morsecode sendete.

Das Radio bekam seine Stimme am Heiligabend 1906. Als Dutzende von Schiffs- und Amateurfunkern auf die Verkehrsmeldungen des Abends lauschten, waren sie erstaunt, eine Männerstimme zu hören, die "CQ, CQ" rief (was bedeutet, alle Stationen anzurufen, ich habe Nachrichten). anstelle der üblichen Dits und Striche des Morsecodes. Die Nachricht wurde von Professor Reginald Aubrey Fessenden von einem kleinen Radiosender in Brant Rock, Massachusetts, übertragen.

In den Jahren 1904 bis 1914 erfuhr das Radio mit der Erfindung der Dioden- und Trioden-Vakuumröhren viele Verfeinerungen. Diese Geräte ermöglichten eine bessere Übertragung und einen besseren Empfang von Sprache und Musik. Auch während dieser Zeit wurde das Funkgerät zur Standardausrüstung auf Schiffen, die die Ozeane überquerten.

Das Funkgerät wurde während des Ersten Weltkriegs erwachsen. Militärs erkannten seinen Wert für die Kommunikation mit der Infanterie und Schiffen auf See. Während des Ersten Weltkriegs wurden viele Fortschritte am Radio gemacht, um es leistungsfähiger und kompakter zu machen. 1923 erfand Edwin Armstrong das Superhetrodyn-Radio. Es war ein großer Fortschritt in der Funktionsweise eines Radios. Die Grundprinzipien des Superhetrodyn-Radios werden auch heute noch verwendet.

Am 2. November 1920 ging in Pittsburgh, Pennsylvania der erste kommerzielle Radiosender auf Sendung. Es war ein sofortiger Erfolg und leitete die Radiorevolution ein, die als "Goldenes Zeitalter des Radios" bezeichnet wird. Das Goldene Zeitalter des Radios dauerte von den frühen 1920er Jahren bis in die späten 1940er Jahre, als das Fernsehen eine völlig neue Ära einleitete. Während dieses Goldenen Zeitalters entwickelte sich das Radio von einem einfachen Gerät in einer sperrigen Kiste zu einem komplexen Gerät, das in schönen Holzschränken untergebracht war. Die Leute versammelten sich um das Radio und hörten die neuesten Nachrichten und Hörspiele. Das Radio nahm eine ähnliche Stellung ein wie das heutige Fernsehgerät.

Am 30. Juni 1948 wurde der Transistor in den Bell Laboratories erfolgreich demonstriert. Der Transistor ermöglichte es, Radios kompakt zu machen, wobei die kleinsten in eine Hemdtasche passten. 1959 erhielten Jack Kilby und Robert Noyce das erste Patent für den integrierten Schaltkreis. Das Weltraumprogramm der 1960er Jahre würde dem integrierten Schaltkreis weitere Fortschritte bringen. Jetzt könnte ein Radio in den Rahmen einer Brille oder in einen kleinen Stereokopfhörer passen. Heute wird die auf dem Gehäuse aufgedruckte Frequenzskala durch Leuchtdioden oder Flüssigkristallanzeigen ersetzt.

Rohstoffe

Das heutige Radio besteht aus einer Antenne, einer Leiterplatte, Widerständen, Kondensatoren, Spulen und Transformatoren, Transistoren, integrierten Schaltkreisen und einem Lautsprecher. Alle diese Teile sind in einem Kunststoffgehäuse untergebracht.

Eine interne Antenne besteht aus isoliertem Kupferdraht mit kleinem Durchmesser, der um einen Ferritkern gewickelt ist. Eine externe Antenne besteht aus mehreren ineinander gleitenden Aluminiumrohren.

Die Leiterplatte besteht aus einem kupferplattierten Muster, das auf eine Phenolplatte geklebt ist. Das Kupfermuster ist die Verdrahtung von Bauteil zu Bauteil. Es ersetzt die meisten Kabel, die in früheren Radios verwendet wurden.

Widerstände begrenzen den Stromfluss. Sie bestehen aus einem auf einem zylindrischen Substrat abgeschiedenen Kohlefilm, der von einem Kunststoffgehäuse (Alkydpolyester) umgeben ist, mit Drähten aus Kupfer.

Kondensatoren speichern eine elektrische Ladung und lassen Wechselstrom durch einen Stromkreis fließen, verhindern jedoch, dass Gleichstrom in demselben Stromkreis fließt. Festkondensatoren bestehen aus zwei verlängerten Aluminiumfolienelektroden, die durch eine Polypropylenfolie isoliert sind und in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse mit Kupferdrahtanschlüssen untergebracht sind. Variable Kondensatoren haben einen Satz fester Aluminiumplatten und einen Satz rotierender Aluminiumplatten mit einem Luftisolator.

Spulen und Transformatoren erfüllen ähnliche Funktionen. Ihr Zweck besteht darin, einen Stromkreis zu isolieren und gleichzeitig Energie von einem Stromkreis auf einen anderen zu übertragen. Sie bestehen aus zwei oder mehr Sätzen von Kupferdrahtspulen, die entweder auf einen Isolator gewickelt oder nebeneinander mit Luft als Isolator montiert sind.

Transistoren bestehen aus Germanium oder Silizium, die in einem Metallgehäuse mit Kupferdrähten eingeschlossen sind. Der Transistor steuert den Stromfluss in einem Stromkreis. Transistoren ersetzten Vakuumröhren, die in früheren Radios verwendet wurden.

Die integrierte Schaltung beherbergt Tausende von Widerständen, Kondensatoren und Transistoren in einem kleinen und kompakten Gehäuse, das als Chip bezeichnet wird. Dieser Chip hat ungefähr die Größe des Nagels am kleinen Finger. Der Chip ist in einem Kunststoffgehäuse mit Aluminiumlaschen montiert, die eine Montage auf einer Leiterplatte ermöglichen.

Design

Funkgeräte bestehen aus vielen spezialisierten elektronischen Schaltungen, die für bestimmte Aufgaben entwickelt wurden – Hochfrequenzverstärker, Mischer, Oszillator mit variabler Frequenz, Zwischenfrequenzverstärker, Detektor und Audioverstärker.

Der Hochfrequenzverstärker dient zur Verstärkung des Signals eines Rundfunksenders. Der Mischer nimmt das Funksignal und kombiniert es mit einem anderen Signal, das vom frequenzvariablen Oszillator des Funkgeräts erzeugt wird, um eine Zwischenfrequenz zu erzeugen. Der Oszillator mit variabler Frequenz ist der Abstimmknopf des Radios. Die erzeugte Zwischenfrequenz wird durch den Zwischenfrequenzverstärker verstärkt. Dieses Zwischensignal wird an den Detektor gesendet, der das Funksignal in ein Audiosignal umwandelt. Der Audioverstärker verstärkt das Audiosignal und sendet es an den Lautsprecher oder die Ohrhörer.

Beim einfachsten AM/FM-Radio sind alle diese Schaltkreise auf einer einzigen Platine montiert. Die meisten dieser Schaltungen können in einer einzigen integrierten Schaltung enthalten sein. Lautstärkeregler (ein variabler Widerstand), Abstimmknopf (ein variabler Kondensator), Lautsprecher, Antenne und Batterien können entweder auf der Leiterplatte oder im Gehäuse des Radios montiert werden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Es gibt keinen einzigen Prozess zur Herstellung eines Radios. Der Herstellungsprozess hängt vom Design und der Komplexität des Radios ab. Ein Beispiel für ein Standard-AM/FM-Radio. Das einfachste Radio hat eine einzelne Platine, die in einem Plastikgehäuse untergebracht ist. Das komplexeste Radio hat viele Platinen oder Module, die in einem Aluminiumgehäuse untergebracht sind.

Die Hersteller beziehen die Grundkomponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, integrierte Schaltkreise usw. von Anbietern und Zulieferern. Die gedruckten Leiterplatten, die normalerweise proprietär sind, können im eigenen Haus hergestellt werden. Oft kaufen Hersteller komplette Funkmodule von einem Anbieter. Die meisten Fertigungsvorgänge werden von Robotern ausgeführt. Dazu gehören die Leiterplatten und die Montage der Bauteile auf der Leiterplatte. Die Montage der Leiterplatte und der Bedienelemente in das Gehäuse sowie einige Lötarbeiten werden in der Regel von Hand durchgeführt.

1. Die blanke Leiterplatte besteht aus einem Glas-Epoxidharz mit einer ein- oder beidseitig aufgeklebten dünnen Kupferfolie. Über dem Kupferfilm wird ein lichtempfindlicher Photoresistfilm angeordnet. Eine Maske, die die elektrische Schaltung enthält, wird über dem Photoresistfilm platziert. Der Photoresistfilm wird ultraviolettem Licht ausgesetzt. Das Fotolackbild wird entwickelt, wobei das Bild auf den Kupferfilm übertragen wird. Die unbelichteten Stellen lösen sich beim Ätzen auf und erzeugen eine gedruckte Schaltung auf der Platine.
2. Löcher werden an den dafür vorgesehenen Stellen auf der Leiterplatte gebohrt, um die Komponenten aufzunehmen. Dann wird die Platine vorgelötet, indem sie in ein Bad mit heißem Lot getaucht wird.
3. Kleinere elektronische Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, integrierte Schaltkreise und Spulen werden in die dafür vorgesehenen Löcher auf der Leiterplatte eingebaut und mit der Leiterplatte verlötet. Diese Operationen können von Hand oder von Robotern durchgeführt werden.
4. Größere Komponenten wie Leistungstransformator, Lautsprecher und Antenne werden entweder mit Schrauben oder Metallfederzungen auf der Platine oder dem Gehäuse montiert.
5. Das Gehäuse des Radios kann entweder aus Kunststoff oder Aluminium bestehen. Kunststoffhüllen werden aus Pellets hergestellt, die geschmolzen und in eine Form gespritzt werden. Aluminiumkoffer werden aus Aluminiumblech durch eine Metallpresse in Form gestanzt.
6. Externe Komponenten, die nicht auf der Leiterplatte montiert sind, können Antenne, Lautsprecher, Netztransformator, Lautstärke- und Frequenzregler sein, die entweder mit Schrauben, Nieten oder Kunststoffschnappern im Gehäuse befestigt werden. Die Leiterplatte wird dann mit Schrauben oder Schnappern im Gehäuse befestigt. Die externen Komponenten werden mit isolierten Drähten aus Kupfer und Kunststoffisolierung mit der Leiterplatte verbunden und verlötet.

Qualitätskontrolle

Da die meisten Komponenten oder ein Radio von spezialisierten Anbietern hergestellt werden, muss sich der Radiohersteller darauf verlassen, dass diese Anbieter qualitativ hochwertige Teile produzieren. Der Hersteller des Funkgeräts nimmt jedoch von jeder erhaltenen Komponente Stichproben und prüft/testet sie, um sicherzustellen, dass sie den erforderlichen Spezifikationen entsprechen.

Zur Qualitätssicherung werden auch Stichproben der Endmontage des Radios inspiziert. Die gesamte Einheit wird auf Mängel untersucht – sowohl physikalische als auch elektrische. Das Radio wird abgespielt, um sicherzustellen, dass es die für den Empfang vorgesehenen Radiofrequenzen auswählen kann und dass die Audioausgabe innerhalb der Spezifikationen liegt.

Nebenprodukte/Abfälle

Das heutige Umweltbewusstsein verlangt eine fachgerechte Entsorgung aller Abfälle. Die meisten Nebenprodukte aus dem Bau eines Radios können zurückgewonnen werden. Die bei der Leiterplattenherstellung verwendeten Ätzlösungen werden an chemische Aufarbeitungszentren geschickt. Schrott von den Anschlüssen elektronischer Komponenten werden an Recyclingzentren für Metallabfälle geschickt, wo sie geschmolzen werden, um neue Produkte herzustellen.

Die Zukunft

Radios werden mit Computern kombiniert, um den Computer über Satelliten mit dem Internet zu verbinden. Schließlich werden Radios vom analogen zum digitalen Rundfunk umgestellt. Analoge Signale unterliegen Schwund und Störungen, digitale Signale nicht. Sie können einen qualitativ hochwertigen Klang erzeugen, wie er auf einer CD zu finden ist.

Digitalradios können für bestimmte Sender, Musikarten, Nachrichten usw. programmiert werden. Schließlich werden in Radios Mini-Computer eingebaut, die Klänge in numerischen Mustern "Ziffern" statt einer analogen Wellenform verarbeiten. Auf diese Weise können die Hörer ihre Radios auf Lieblingsradiosender, Musiktyp, Börsenkurse, Verkehrsinformationen und vieles mehr programmieren.

Weitere Informationen

Bücher

Carter, Alden R. Radio Von Marconi bis zum Weltraumzeitalter. New York:Franklin Watts, 1987.

Floyd, Thomas L. Grundlagen der elektrischen Schaltung. Columbus:Merrill Publishing Company, 1987.

Die amerikanische Radio Relay League. Das ARRL-Handbuch für Funkamateure. Newington, CT:ARRL, 1996.

Andere

Webseite der kanadischen Rundfunkgesellschaft. "The Future of Digital Radio.:Dezember 2001. .

UC Berkley-Webseite. Dezember 2001. .

Ernst S. Sibberson