Da es im Afu-Bereich etliche Experimentier-Bereiche gibt, und es einfach unmöglich ist, all diese Bereiche abzudecken, habe ich mich nach Gebieten umgesehen, in denen mir ein Experimentieren noch lohnenswert erscheint. Experimente im Kurzwellen-Bereich erscheinen mir nicht sonderlich befriedigend zu sein, da die Industrie diesen Bereich anscheinend abgeschrieben hat und als Müllkippe für Nebenaussendungen aller Art verwendet. Bleiben also noch die höherfrequenten Bänder übrig. Im GHz-Bereich ist für viele Anwendungen sehr exakte und aufwendige Mechanik notwendig, die meine bescheidenen "Hausmittel" doch um einiges überfordern würden. Also warum nicht gleich so hochfrequent, daß wieder handelsübliche Bauteile verwendbar sind ? Auf diesem Weg bin ich dann auf den Frequenzbereich 300-750 THz gekommen, der allgemein als "Licht" bezeichnet wird und die Wellenlängen von ca. 1000-400 nm überstreicht. Daß Übertragung von Sprache auch mit einfachen Mittel wirklich machbar ist und funktioniert, wurde vor etlichen (20 ?) Jahren schon einmal in einer "Hobbythek"-Sendung nachgewiesen und auch in einigen neueren Artikeln in einschlägigen Fachzeitschriften bestätigt (z.B. von DL7UHU und DA5FA im "FunkAmateur" 10/01 oder von DL2CH in der "CQDL" 10/01 und 11/01).
Allgemeine Überlegungen
Zielsetzung:
Es soll ein digitales (serielles ?) Signal mit einer möglichst hohen Bitrate (mindestens 50kBit/s) über mindestens ein paar hundert Meter übertragen werden.
Frequenzbereich:
Die in gefundenen Artikeln beschriebenen Geräte benutzen entweder Infrarot-LEDs (ca. 300-400THz bzw. 1000-800nm) oder rotstrahlende Laserdioden (ca. 476THz bzw. 630nm). Um einer (nach der derzeitigen Gesetzeslage notwendigen) umständlichen (und mit Kosten verbundenen) zusätzlichen Rufzeichenzuteilung für Aktivitäten in diesem Frequenzbereich zu entgehen, hab ich mich entschlossen, diese Experimente in einem Fequenzbereich oberhalb von 500THz (ca. 600nm, orangerot) durchzuführen. Als "Sendeendstufe" verwende ich also grünstrahlende LEDs, die ja auch mittlerweile mit recht hohen Leuchtstaerken verfügbar sind. Diese Experimente sind dann zwar kein Amateurfunk mehr, aber bevor ich Geld für ein Rufzeichen für den Betrieb im optischen Bereich ausgebe, leiste ich mir lieber ein paar Milliwatts mehr an Ausgangsleistung (sprich LEDs).
Modulationsart:
Da entsprechend schmalbandige "Vorkreise" für diesen Frequenzbereich sicher nur schwer zu beschaffen sind (oder zumindest extreme Kosten verursachen wuerden -> hochwertige Optik ist richtig teuer), fällt aufgrund der ständig wechselnden Umgebungshelligkeit eine reine Amplitudenmodulation oder CW (LEDs "blinken" im Takt des Nutzsignals) schon einmal aus. FM waere sicher eher brauchbar, nur leider ich habe keinerlei Idee, wie ich die LEDs dazu bringen sollte, im Takt des Modulationssignals die Farbe des abgestrahlten Lichts zu verändern. Auch die Demodulation eines solchen Signals stelle ich mir recht aufwendig vor (Interferometer ?). Auch SSB waere sicher recht gut brauchbar (Leistungsbilanz), nur leider fällt mir auch nicht viel zu den dafuer notwendigen Mischern ein. Soweit ich informiert bin, gibt es zwar nichtlinieare optische Materialien, die man zur Erzeugung vom Mischprodukten verwenden könnte, nur die dafür notwendigen Konstruktionen übersteigen sicher auch das im Heimbereich Machbare. Also bleibt nur eine Kombination von verschiedenen Modulationsarten übrig. Da die am einfachsten zu realisierende Modulationsart für Lichtquellen CW ist, werden die LEDs erst einmal mit Hilfe eines Pulsgenerators betrieben (die dabei massenhaft entstehenden Harmonischen in den Seitenbändern werden in diesem Frequenzbereich wohl niemanden stören). Die zu verwendende Pulsfrequenz sollte möglichst hoch liegen, da sie als Hilfsträger fuer die eigentliche Nutz-Modulation dienen soll, und noch zu ermitteln ist (Grenzfrequenz der LEDs bzw. des optischen Empfängers ?). In den handelsüblichen Infrarot-Fernbedienungen beträgt die Pulsfrequenz einige (unter 100) kHz, und wird mit dem Nutzsignal CW-moduliert. Das mag bei der Taktrate und der geringen zu übertragenden Datenmenge ausreichend sein, ist aber für diese Anwendung sicher nicht brauchbar. Hier ist eher eine Frequenzmodulation angebracht, damit auch zu den Zeiten, zu denen keine Datenübertragung stattfindet, festgestellt werden kann, ob die Verbindung noch "steht" (DCD-Signal ?).
Grobe Schätzung der Pegel:
Einzelne grüne LEDs (ultrahell) haben eine Helligkeit von bis zu 6cd. Bei einer Entfernung von 200m ergibt dieses Signal eine Helligkeitsänderung von 6cd/200m*200m = 0,15mLx. Bei einer Fotodiode, die 50nA/Lx liefert, wären das 7,5 pA, was zwar nicht grad viel ist, aber an einem Arbeitswiderstand von 1MOhm 7,5µV erzeugt, was doch in einem Bereich liegen, der bestimmt noch "handhabbar" ist. Ausserdem beschreibt diese Rechnung eine Konfiguration mit einer LED und ohne jeglichen Aufwand zur Fokussierung (Linsen, Hohlspiegel o.a.), wobei anzunehmen ist, dass in diesem Bereich sicher noch einiges "rauszuholen" ist.
Der Vorverstärker
Ein Erfahrungsbericht über die Entwicklung eines empfindlichen optischen Empfängers.
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