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21,4-MHz-Filter im Einsatz bei Funkgeräten

2025-12-05

Der 21,4-MHz-Filter wird commonly als Zwischenfrequenz-Filter (ZF-Filter) im Empfänger von Funkgeräten verwendet. Seine Leistung bestimmt direkt zwei Kerneigenschaften des Funkgeräts: Selektivität und Empfindlichkeit.

Im Folgenden gehen wir näher auf die Details ein:

1. Was ist die „Zwischenfrequenz“ in einem Funkgerät?

Um eine gute Leistung zu erzielen, verstärken und demodulieren Funkgeräte (und andere Überlagerungsempfänger) das empfangene Hochfrequenzsignal (z. B. 400-470 MHz) nicht direkt. Stattdessen verwenden sie folgende Schritte:

① Mischen: Das empfangene HF-Signal wird mit einem Signal eines lokalen Oszillators gemischt.

② Erzeugung der ZF: Durch diese Mischung entsteht ein neues Signal mit einer festen Frequenz, die Zwischenfrequenz (ZF).

③ ZF-Verstärkung und Filterung: Dieses feste ZF-Signal wird erheblich verstärkt und streng gefiltert.

Der Vorteil der Überlagerungsempfänger-Architektur besteht darin, dass der Großteil der Verstärkung und Selektivität (die Fähigkeit, Nachbarkanalstörungen zu unterdrücken) von diesem festen ZF-Abschnitt übernommen wird. Dies macht den Schaltungsentwicklungsentwurf stabil und leistungsstark.

2. Warum 21,4 MHz?

21,4 MHz ist eine sehr verbreitete Standard-Zwischenfrequenz im VHF-/UHF-Bereich (einschließlich der von Funkgeräten genutzten Bänder).

Die historischen und technischen Gründe hierfür sind:

Ausgereifte Lieferkette: Für die Frequenz 21,4 MHz steht eine große Auswahl an ausgereiften, stabilen und kostengünstigen Filtern, Verstärkern und related Komponenten zur Verfügung.

Kosten-Nutzen-Verhältnis: Diese Frequenz ist hoch genug, um Störungen durch Spiegel frequenzen effektiv zu unterdrücken (ein häufiges Empfangsproblem), aber niedrig genug, um die relativ einfache Konstruktion und Herstellung von Filtern mit hoher Güte (Gütefaktor Q), wie Quarz- oder Keramikfilter, zu ermöglichen.

Historische Entwicklung: Diese Frequenz wird seit Jahrzehnten in der Kommunikationsbranche verwendet, und viele klassische Funkgeräte-Chips und -Lösungen sind auf diese ZF abgestimmt.

3. Die Kernfunktion des 21,4-MHz-Filters in Funkgeräten

Innerhalb des 21,4-MHz-ZF-Abschnitts wirkt der Filter als entscheidender „Torwart“. Seine Rolle ist entscheidend:

① Verbesserung der Selektivität

Funktion: Selektivität bezeichnet die Fähigkeit des Empfängers, das gewünschte Signal von vielen Signalen zu unterscheiden und Störungen aus Nachbarkanälen zu unterdrücken.

Wirkungsweise: Der 21,4-MHz-Filter besitzt eine sehr steile Flankensteilheit (häufig ähnlich einer „Backsteinmauer“). Er lässt nur ein sehr genau definiertes Band von Signalen zu, das um 21,4 MHz zentriert ist (z. B. entsprechen ±6,25 kHz, ±7,5 kHz, ±12,5 kHz üblichen Kanalabständen).

Praktischer Effekt: Wenn zwei Sender mit sehr nahen Frequenzen gleichzeitig senden, kann ein Funkgerät mit einem hochwertigen 21,4-MHz-Filter den Zielsender klar empfangen, während das Signal des Nachbarkanals effektiv unterdrückt wird, um Übersprechen zu vermeiden. Ohne diesen Filter oder mit einem leistungsschwachen Filter würde man störende Geräusche des anderen Kanals ("Kreuzgespräch") hören.

② Verbesserung der Empfindlichkeit

Funktion: Empfindlichkeit bezieht sich auf die Fähigkeit des Empfängers, schwache Signale zu empfangen.

Wirkungsweise: Der Filter entfernt Rauschen und Störungen außerhalb der Bandbreite, bevor das ZF-Signal verstärkt wird. Dies bedeutet, dass hauptsächlich das "saubere" Nutzsignal selbst verstärkt wird. Erfolgte die Verstärkung ohne Filterung, würde auch außerband Rauschen verstärkt, was das schwache Nutzsignal überdecken könnte.

Praktischer Effekt: Ermöglicht es Ihrem Funkgerät, auch über größere Entfernungen oder bei sehr schwachem Signal eine verständliche Kommunikation aufrechtzuerhalten.

4. Arten von 21,4-MHz-Filtern

In Funkgeräten werden commonly folgende Arten von 21,4-MHz-Filtern verwendet:

Keramikfilter:

Merkmale: Geringe Kosten, kleine Baugröße, hohe Zuverlässigkeit, keine Justage erforderlich.

Anwendung: Weit verbreitet in mittleren und einfachen Funkgeräten. Ihre Leistung ist für die meisten allgemeinen Anforderungen ausreichend. Ihre Bandbreite und ihr Formfaktor (ein Maß für die Flankensteilheit) sind typischerweise etwas geringer als bei Quarzfiltern, aber deutlich besser als bei LC-Filtern.

Quarzfilter (Kristallfilter):

Merkmale: Zeichnen sich durch einen sehr hohen Gütefaktor (Q) aus, was eine hervorragende Selektivität und einen nahezu idealen Formfaktor zur Folge hat.

Anwendung: Werden typically in hochwertigen professionellen Funkgeräten oder in Anwendungen eingesetzt, die eine extrem hohe Störfestigkeit erfordern. Die Kosten sind höher als bei Keramikfiltern.

Zusammenfassung

Aspekt	Erklärung
Rolle	ZF-Filter (Zwischenfrequenzfilter), befindet sich im Herzstück der Funkgeräte-Empfängerschaltung.
Kernfunktionen	Verbessert die Selektivität (Unterdrückung von Nachbarkanalstörungen) und verbessert die Empfindlichkeit (Fähigkeit, schwache Signale zu empfangen).
Gründe für die Frequenzwahl	Industriestandard, ausgereifte Technologie, bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten.
Häufige Typen	Keramikfilter (kostengünstig), Quarzfilter (Hochleistungsoption).
Bedeutung	Seine Bandbreite und Leistung bestimmen direkt, ob das Funkgerät die Spezifikationen für den Kanalabstand (z. B. 12,5 kHz vs. 25 kHz) erfüllt, und ist eine Schlüsselkomponente, die die Klasse des Funkgeräts unterscheidet.