Amateurfunklehrgang Klasse A von E. Moltrecht, DJ4UF |
Lehrgang nach dem neuen Fragenkatalog vom 28.2.2007 Hinweis: Für das sinnvolle Bearbeiten dieses Amateurfunklehrgangs benötigen Sie einen Taschenrechner, der außer den Grundfunktionen noch den Logarithmus (log) und die 1/x-Funktion enthält. Die Prüfung zum Amateurfunkzeugnis Klasse A enthält wesentlich mehr Berechnungen, als dies für Klasse E der Fall ist. Deshalb sollen hier die mathematischen Voraussetzungen zum besseren Verständnis der folgenden Lektionen geschaffen werden. Wenn Ihnen aber Mathematik "ein Gräuel" ist, beginnen Sie mit Lektion 4 oder 5 und arbeiten Sie die ersten Lektionen später durch.
Größen und EinheitenBereits im Lehrgang zur Klasse E haben Sie das SI-Einheiten-System (System International) kennengelernt. In dem System sind sieben Basisgrößen (Länge, Masse, Zeit, Stromstärke, Temperatur, Stoffmenge, Lichtstärke) und die zugehörigen Basiseinheiten festgelegt. Hier noch einmal die Übersicht:
Man nennt dieses System in der Reihenfolge der Einheiten auch MKSA-KMC-System oder kurz MKSA-System, weil die vier ersten Einheiten die wichtigsten sind. Alle anderen Einheiten können hieraus abgeleitet werden. Testen Sie sich, indem Sie links auf die Fragezeichen klicken, aber nur einmal in jeder Tabelle!
Sie haben die Frage gut beantwortet, wenn Sie in der linken Spalte nur einmal das Wort "Richtig" sehen und keinmal "Falsch". Aus diesen Basiseinheiten ergeben sich alle abgeleiteten gesetzlichen Einheiten, wie zum Beispiel Fläche, Dichte, Frequenz, Energie, Leistung, Spannung, Widerstand und so weiter. Abgeleitete Einheiten
Prüfungsfrage:
Prüfungsfrage:
Prüfungsfrage:
Kommentar: Impedanz ist ein Wechselstromwiderstand. Auch ein Wechselstromwiderstand wird in Ohm angegeben. Unter Widerstand werden Sie in der folgenden Lektion noch den Leitwert kennenlernen. Der Leitwert ist der Kehrwert eines Widerstandes. Die Einheit des Leitwertes wäre also 1/Ω oder A/V. Für diese abgeleitete Einheit Ampere geteilt durch Volt hat man als Abkürzung die Einheit Siemens eingeführt. Prüfungsfrage:
Prüfungsfrage:
Kommentar: Diese Einheit Hz ist für den Funkamateur eine der wichtigsten. Sicher kennen Sie diese Einheit bereits aus der Frequenz des Wechselstroms mit 50 Hz. 50 Hz bedeutet 50 Schwingungen pro Sekunde. „Pro Sekunde“ wird mathematisch als 1/s geschrieben.
ZehnerpotenzenDas Messergebnis kann ein Vielfaches oder ein Teil einer Einheit sein. Es werden meist dezimale Vielfache oder Teile von Einheiten benutzt, zum Beispiel kilo für tausendfach oder milli für ein Tausendstel. Auch die folgende Tabelle ist aus dem Lehrgang zur Klasse E bekannt.
Achten Sie darauf, dass die Abkürzungen für Tera, Giga und Mega mit großen Buchstaben und alle anderen mit kleinen Buchstaben geschrieben werden. Besonders wichtig ist es bei m oder M (milli oder Mega) und bei k für kilo, denn das große K wird in der Digitaltechnik auch für Kilo verwendet, wobei dort K = 1024 ist. 1 Kilobyte (1 KB) sind 1024 Byte.
Für die Umwandlung in kilo, milli, mikro und so weiter ist es zweckmäßig, wenn die Hochzahlen die Werte 3 (kilo), 6 (Mega), 9 (Giga) oder -3 (milli), -6 (mikro), -9 (nano) oder -12 (piko) haben. Prüfungsfrage:
Kommentar: 100 mW sind 0,1 W und 0,1 W sind 10-1 W.
Prozent, Promille, „ppm“Übersicht
Prozent ist 1/100 oder 10-2. Man braucht also nur das Komma um zwei Stellen, bei Promille um drei Stellen nach links zu verschieben.
ppm kommt von parts per million (Teile von einer Million). Diese Angabe wird bei der Genauigkeit von Frequenzen, bei der Frequenzstabilität von Transceivern oder Temperaturstabilität von Quarzen und so weiter verwendet. Prüfungsfrage:
Zur Lösung: 1 ppm ist ein Millionstel. Bei 1 MHz sind 1 Millionstel genau ein Hertz. Ein ppm von 14,25 MHz sind also 14,25 Hertz. 10 ppm sind demnach 142,5 Hertz.
Prüfungsfrage:
Zur Lösung: 1 ppm = 0,000001. Das ist ein Millionstel. Wenn daraus
Prozent gemacht werden soll, muss das Komma um zwei Stellen nach rechts gerückt
werden, also
Formeln umstellenIm Fragenkatalog gibt es unter Punkt 1.1.1 Allgemeine mathematische Kenntnisse einen Hinweis, dass der erforderliche Prüfungsstoff in den folgenden Abschnitten enthalten ist. Weil das Umstellen von Formeln praktisch Grundvoraussetzung für die Lösung aller Aufgaben ist, soll es in einem kleinen Vorspann geübt werden. Die mit ÜB gekennzeichneten Aufgaben gibt es im Fragenkatalog nicht. Sie dienen als Vorübung. Recht häufig kommt die einfache Formelumstellung vor, bei der das Ohmsche Gesetz U = R · I oder die einfache Leistungsformel P = U · I nach einer der drei Größen umgestellt werden muss. Mathematisch funktioniert es so, dass man einfach auf beiden Seiten durch diejenige Größe teilt, die man weg haben möchte.
Wie Sie bereits im Lehrgang zur Klasse E gelernt haben, kann folgendes Hilfsmittel benutzt werden. Man schreibt die Formel in folgender Weise in ein Dreieck.
Die Anwendung dieses Dreiecks funktioniert folgendermaßen. Wenn man beispielsweise beim Ohmschen Gesetz nach dem Strom umstellen will, hält man den Buchstaben I zu und schaut, was übrig bleibt. Der waagerechte Strich ersetzt den Bruchstrich. Also in diesem Fall ist In der Prüfung kommen recht schwierige Formelumstellungen vor, die am Beispiel der Leistungsformel mit dem Widerstand geübt werden sollen. Wenn Sie allerdings zu solchen mathematischen Exkursionen keine Lust haben, können Sie versuchen, sich die Antworten zu merken und mit dem nächsten Abschnitt Dezibel weiter machen. Prüfungsfrage:
Lösungsweg: Folgende Grundformeln stehen in der Formelsammlung der BNetzA und damit auch hier im Buch im Anhang. Die Lösung läuft darauf hinaus, die eine Formel nach U und die andere nach I umzustellen. Beginnen wir mit U wird gesucht. Das Prinzip beim Umstellen von Formeln ist immer, die gesuchte Größe auf einer Seite allein übrig zu lassen. Wenn die gesuchte Größe bereits im Zähler steht, bringt man zunächst alles andere durch Multiplizieren und Teilen weg. Hier also multiplizieren Sie zunächst mit R. Sie erhalten Weil U gesucht ist, hier aber noch U2 steht, muss auf beiden Seiten die Wurzel gezogen werden und Sie erhalten Nun folgt die zweite Formel Teilen Sie zunächst durch R und ziehen Sie auf beiden Seiten die Wurzel Nun suchen Sie die richtige Zeile in TB923 und TB924!
Prüfungsfrage:
Lösungsweg: Wiederum gehen wir von den Grundformeln aus der Formelsammlung der BNetzA aus. Diesmal müssen beide Formeln nach R umgestellt werden. Beginnen wir mit Die gesuchte Größe steht im Nenner. Deshalb muss sie zunächst durch Malnehmen in den Zähler auf die andere Seite gebracht werden. Sie erhalten
Weil R gesucht wird, muss P durch Teilen weggebracht werden. Es bleibt Nun zur Formel Teilen Sie beide Seiten durch I2. Alles klar? Sie finden die richtige Zeile in TB924?
Übungsfrage:
Lösungsweg: Hier muss man aufpassen, weil Brüche und Summen darin vorkommen. Bitte denken Sie immer an den Spruch „In Summen kürzen nur die Dummen“. Weil die gesuchte Größe R im Nenner steht, muss die gesamte Formel mit R multipliziert werden. Um jetzt durch Malnehmen und Teilen die beiden Größen R1 und R2 auf die andere Seite wegbringen zu können, muss aus der Summe ein gleichnamiger Bruch gemacht werden. Dazu muss der erste Bruch mit R2 und der zweite mit R1 erweitert werden. Nun kann man die Brüche zusammenfassen und auf einen gemeinsamen Bruchstrich schreiben Dann multipliziert man beide Seiten mit R1 · R2 und teilt dann beide Seiten durch R2 + R1. Dann kann man die Einsen und auch die Klammern weglassen. Fertig!
Übungsfrage:
Lösungsweg: In diesem Fall ist die gesuchte Größe im Nenner einer Summe. Dies ist der schwierigste Fall einer Formelumstellung. Man muss zunächst den gesamten Bruch, der nicht die gesuchte Größe enthält, auf die andere Seite bringen (subtrahieren). Versuchen Sie es allein! Das Dezibel Im Amateurfunklehrgang für die Klasse E wurde mit der Lektion 10 dem Dezibel fast ein komplettes Kapitel gewidmet. Hier folgt eine kleine Zusammenfassung in Form der Leistungsformel. Wenn Leistungen gegeben sind, rechnet man bei einem Verstärker
Übungsfrage:
Lösungsweg mit dem Taschenrechner Watt kürzt sich heraus. Rechnen Sie mit dem Taschenrechner 4 geteilt durch 1. Es bleibt natürlich 4. Drücken Sie die log-Taste. Dieses Ergebnis multiplizieren Sie mit 10 und Sie erhalten 6,02. Merken Sie sich:
Rechnen Sie außerdem einmal mit dem Faktor 2 (2 Watt und 1 Watt) und mit dem Faktor 10 (10 Watt und 1 Watt) und merken Sie sich diese Werte ebenfalls. Sie finden die Ergebnisse in folgender Tabelle.
Prüfungsfrage:
Lösung: Praktisch bei der Rechnung mit Dezibel ist, dass man diese Werte einfach addieren kann, wenn mehrere Verstärkungen oder Gewinne gegeben sind und subtrahieren, wenn beispielsweise bei Kabeln Dämpfungen auftreten.
Beispiel
Rechnen Sie nach! Machen Sie die Probe, indem Sie Logarithmus von 20 und dann mal 10 rechnen! Es muss 13 dB heraus kommen. Haben Sie beispielsweise einen Sender mit 1 Watt Ausgangsleistung, dahinter eine Endstufe mit 10 dB Leistungsverstärkung und daran angeschlossen eine Antenne mit 3 dB Gewinn (Gewinn verhält sich wie Verstärkung), dann haben Sie einen Leistungsfaktor von 20 und damit 20 Watt Strahlungsleistung. Diese Strahlungsleistung nennt man auch ERP (emitted radio power). Mehr dazu unter Antennentechnik! Umgekehrt wird es schwieriger, nämlich aus einem gegebenen dB-Wert den Verstärkungsfaktor zu berechnen. Prüfungsfrage:
Lösung: 16 dB lässt sich sehr gut in Faktoren
zerlegen, denn 16 dB = 10 dB + 6 dB.
Man kann Dämpfungen und Verstärkungen (Gewinne) sehr einfach miteinander verrechnen. Beispiel:
Lösung: +8 dB (Gewinn) -2 dB (Dämpfung) ergibt +6 dB (Gewinn oder Verstärkung). 6 dB entsprechen Faktor 4, also haben Sie 40 Watt Strahlungsleistung (ERP). Weitere Aufgaben zu ERP unter Antennentechnik. Es geht auch umgekehrt. Wenn ein Leistungsverstärkungsfaktor bekannt ist und man diesen leicht in Faktoren von 10 oder 4 oder 2 aufspalten kann, kann man leicht den Dezibelwert ermitteln. Prüfungsfrage:
Lösungshinweis:
Prüfungsfrage:
Lösungsweg: Wenn man mit Dämpfungen rechnet, sind negative dB-Werte Verstärkung. Berechnet man aber die Verstärkung (Gewinn) sind negative Werte Dämpfung. Sie wissen (natürlich!), dass halber Leistung 3 dB entspricht. Weil man hier nach Dämpfung fragt und es tatsächlich eine Dämpfung ist, gilt hier der positive Wert, Lösung A. Hätte man gefragt, welchen Gewinn die Anlage hat, käme heraus: Der Gewinn beträgt -3 dB. Prüfen wir dies einmal mit dem Taschenrechner nach, indem wir mit der Verstärkerformel rechnen. Bei Verstärkung rechnet man mit Ausgangsleistung zu Eingangsleistung. Es werden die Werte eingesetzt und mit dem Taschenrechner der Logarithmus gerechnet. Es kommt tatsächlich Minus heraus. Machen Sie bitte mit und geben Sie die Werte in Ihren Taschenrechner ein! Rechnen Sie mit der Dämpfungsformel aus der Formelsammlung und Sie erhalten den positiven Wert.
Merken Sie sich:
Dezibel bei Spannungen Wenn Spannungen an einem bestimmten Widerstand gegeben sind, kann man für Leistung P = U2/R einsetzen und erhält R kann man kürzen und die Quadrate zusammenfassen. und schließlich nach dem Logarithmengesetz a = lg(bx)
U1 = Eingangsspannung, U2 = Ausgangsspannung Prüfungsfrage:
Lösungsweg Bei Verstärkungen rechnet man besser umgekehrt. Aber es bleibt der Faktor 20. Prüfungsfrage:
Lösung a) mittels Taschenrechner: Lösung b) durch Überlegung: Vierfache Leistung wären 6 dB. Bei Spannungen ergibt sich immer der doppelte Wert, also 12 dB wegen des Faktors 20 statt 10. Der Leistungspegel In der Sendertechnik gibt man häufig die Ausgangsleistung nicht in Watt an, sondern in einem Verhältnis in Dezibel bezogen entweder auf ein Milliwatt oder ein Watt. Dies hat den Vorteil, dass man sofort Gewinnangaben von Antennen oder Verluste von Kabeln in Dezibel damit verrechnen kann. Der Pegel dBmdBm steht für Dezibel bezogen auf ein Milliwatt. Beispiel:
Lösung: Hiervon werden 2 dB abgezogen, ergibt 35 dBm und 10 dB addiert, ergibt 45 dBm. Prüfungsfrage:
Lösung: 1 W sind 1000 Milliwatt. Der Faktor 1000 bei Leistungen bedeutet 10 mal 10 mal 10, also 30 dBm. 10 dB Gewinn (Verstärkung) erhöhen den Pegel um 10 dB, also ergeben sich 40 dBm.
Der Pegel dBWHierbei ist der Bezugswert 1 Watt.
Prüfungsfrage:
Lösungshinweise: 0 dBW sind 1 Watt. 10 dB ist zehnfache Leistung. 20 dB ist zehnmal zehnfache Leistung gleich hundertfache Leistung. Also ist die Ausgangsleistung 100 Watt. 102 gleich 100.
Der Spannungspegel Dort, wo nur Spannungen auftreten und keine Leistungen, kann man auch einen Spannungspegel definieren, zum Beispiel bei der elektrischen Feldstärke, die in Volt pro Meter angegeben wird. Ein häufig gebrauchter Bezugswert ist 1 Mikrovolt. Dann lautet die Formel für den Spannungspegel Beispiel Lösung mit der Formel Damit lösen Sie umgekehrt leicht folgende Prüfungsfrage.
Lösung: Siehe Beispiel oberhalb!
Die S-Stufen Eine weitere Anwendung der dB-Rechnung sind die „S-Stufen“ im Amateurfunk. In der Empfangstechnik hat man für die Angabe der Empfangsfeldstärke im RST-System für die Lautstärke S9 einen bestimmten Eingangspegel festgelegt. Mehr dazu im Lehrgang zu Klasse E! Zusammenfassung aus dem Lehrgang Klasse E:
Jede S-Stufe entspricht 6 dB. 6 dB entsprechen einem Faktor 2 bei Spannungen, S8 hat also bei Kurzwelle einen Wert von 25 µV. Tabelle der S-Werte in µV: Bei Kurzwelle zum Beispiel entspricht S1 einer Empfangsspannung von 0,2 µV (das ist kleiner als Grenzempfindlichkeit) und bei UKW entspricht S1 = 20 nV (Nanovolt). Welcher Empfänger macht daraus ein lesbares Signal? S0 gibt es nicht. Um auch Empfangsspannungen größer als 50 µV (bzw. 5 µV bei UKW) im RST-System angeben zu können, nennt man einfach die Dezibel über S9 als Zahlenwerte. Beispiel
Lösung: S9 = 50 µV. 40 dB entsprechen dem
Spannungsfaktor 100. Prüfungsfrage:
Lösung: 3 S-Stufen entsprechen 3 mal 6 dB = 18 dB
AnhangDieser Online-Lehrgang wurde mit freundlicher Genehmigung des Autors aus seinem Buch für das Internet umgewandelt.
Dieser Lehrgang basiert auf dem Prüfungsfragenkatalog feb. 2007 der Bundesnetzagentur (BNetzA). Alle darin vorkommenden Themen wie Grundlagen der Elektrotechnik, Elektronik sowie Sender- und Empfängertechnik, Übertragungstechnik, Antennentechnik und Messtechnik aus dem Gebiet "Technische Kenntnisse" werden ausführlich erläutert. Die Erfahrung mit praktischen Lehrgängen wird genutzt, um den Prüfling in die Lage zu versetzen, jede Frage aus dem Fragenkatalog richtig zu beantworten. Dieses Buch ist auch sehr gut für das Selbststudium geeignet. Dieser Lehrgang baut auf dem Lehrgang für die Klasse E auf. Sie sollten also erst den Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse E durchgearbeitet haben oder zumindest bei Verweisen dort nachlesen können.
*) Wenn Sie noch im vor dem 1. Juni die Prüfung Klasse A (nach dem alten
Fragenkatalog Klasse 1+2) machen wollen, sollten Sie sich dieses Buch besorgen,
denn es wird in Kürze ausverkauft sein. Bis Ende Mai wird noch nach altem
Fragenkatalog geprüft.
|