Sender/Empfänger Unterwasser Boot

[julia1234]

Hallo 
ich mache gerade eine Bachelorarbeit mit dem Thema Sender und Empfänger für ein Unterwasser Boot. 
Hat jemand vielleicht eine Idee wie ich anfangen kann oder vielleicht ein paar Tipps wo ich etwas mehr darüber erfahren kann? 
Für die Arbeit soll ich nur passive Bauteile (L,C,R) verwenden. Also keine Microkontroller oder ähnliches.
Verstärker sollen mit Transistoren gemacht werden.
Ich muss dazu sagen das ich noch nicht das Grundprinzip eines Senders und Empfängers verstehe.
Viel weiß ich darüber noch nicht, denn ich habe erst vor 2 Tagen angefangen zu Recherchieren.
Ich weiß das ich einen Resonanzkreis Aufbauen muss. Das zu berechnen und Aufbauen kann ich.
Ich soll zuerst eine Schaltung entwickeln, die in der Software Multisim 11 zum laufen bringen und dann sie real aufbauen.
Kann mir da jemand einen Anstoß geben?
Für jede Antwort wäre ich sehr verbunden. 
Danke fürs erste 

Lg 
Julia

[julia1234]

was ich noch weiß ist, dass ich mit Längswellen arbeiten muss da das Wasser es besser durch läßt.

Der Sender und der Empfänger in dem U-Boot soll auch in einen Aquarium im Labor geprüft werden. 
Also die Reichweite soll paar Meter betragen. Gerne auch weiter wenns geht :-)

[Bernhard45]

Im Prinzip hast Du doch alle theoretischen Sachen schon genannt. L,C,R -> Schwingkreise ( siehe Oszillatoren) -> Längstwellenbereich (https://de.wikipedia.org/wiki/L%C3%A4ngstwelle)
Du sagst Berechnung und Aufbau von Oszillatoren kein Problem! -> Super dann hast Du doch mehr als die halbe Miete drin.

"Ich muss dazu sagen das ich noch nicht das Grundprinzip eines Senders und Empfängers verstehe." -> Der abgestimmte Schwingkreis des Senders schwingt (er oszilliert -> siehe Oszillator) und überträgt Energie auf den abgestimmten Schwingkreis des Empfängers. Beide Schwingkreise sind resonant, sind sie es nicht dann klappt die Energieübertragung und damit der Nachrichtenaustausch vom Sender zum Empfänger nicht.

Jetzt kannst Du Sender und Empfänger nach unterschiedlichen Prinzipien aufbauen. -> Detektorempfänger, Direktmischer, Superhet (https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberl...%C3%A4nger) usw.

Mehr als ein Morsecode (Sender an/aus) brauchst Du bei den geringen Bandbreiten im Hz-Bereich nicht übertragen, machen die UBoote ja auch nicht anders.

Du kannst zur Übung ja mal einen Oszillator mit Schwingkreis für den Längstwellenbereich aufbauen. Dieser Oszillator lässt sich mit einem Taster (Morsetaste) ein/aus schalten. Auf der Empängerseite baust Du mit einem (zum Sender) resonanten Schwingkreis einen Detektorempfänger auf der über einen kleinen Transistor eine LED an/aus schalten kann. Mach es praktisch und nicht mit Multisim und co. denn Du willst es ja lernen und brauchst sowieso ein Anschauungsobjekt.
Wenn Sender/Empfänger funktionieren kannst Du die Schaltung immer noch in Multisim nachbauen.

[julia1234]

hi Bernhard
zuerst vielen Dank für deine Antwort!!

Bis dahin habe ich so alles verstanden was du meinst. 

Der Sender soll mit einen AUX Anschluss mp3 Musik zum Empfänger senden.

Jetzt sind wir schon mal so weit, dass die Übertragung über Resonanzkreis gemacht wird.  

Verstehe noch nicht so ganz wie es Schaltplanmäßig aussehen soll.

Beim Sender: zuerst kommt der AUX Eingang, dann Verstärker (nur welche und was sollen die machen), dann halt der Rosonanzkreis um zu senden.

Beim Empfänger: Zuerst kommt der Resonanzkreis, dann Verstärker und zum Schluß  der Lautsprecher? 

ist das so einigermaßen, oberflächig gut erklärt? :-)

[julia1234]

Bin auch auf das Thema Amplituden Modulation und Frequenz Modulation gestoßen. Wozu brauche ich das und wie wird das in echt realisiert ?

[Bernhard45]

Puuuuhhhhh. Also Urschleim!

Musik, Sprachübertragung kannst Du im Längstwellenbereich gleich vergessen, das funktioniert nicht gut, hat man aufgegeben. Der Frequenzbereich deiner Musik liegt ja praktisch schon im gesamten Längstwellenbereich. Uboote senden und empfangen hier schmalbandig nur im Morsecode, also Sender an oder aus nur mit unmodulierten Träger des Senders.
Dadurch das Du keine Musik übertragen kannst, brauchst Du weder Amplitudenmodulation noch Frequenzmodulation. Die Information steckt binär also zweiwertig direkt im an oder abgeschalteten Trägersignal des Senders. (https://de.wikipedia.org/wiki/Modulation_(Technik))

Schaue Dir zum Anfang mal die Wiki-Beiträge zu Oszillator (inklusive aller Unterseiten) und zum Detektorempfänger an. Wenn es dazu dann Fragen gibt, diese dann hier stellen.

Eine Frage Julia. Eine Bachelorarbeit schreibt man doch am Ende eines Studium an einer FH oder Uni. Welchen Studiengang hast Du da belegt? Und welche Werkzeuge außer Multisim stehen Dir zur Verfügung?

[Axel 61]

Hallo Julia,

Na ich weis nicht, Musik wird sich mit VLF Frequenzen wohl eher nicht übertragen lassen.
Aber da wissen die Profis hier wohl mehr.

Soviel ich weis, werden U-Boot Sender garnicht moduliert, weder AM noch FM.
Es wird nur der Träger gesendet.
Um diesen unmodulierten Träger hörbar zu machen braucht man spezielle Empfänger mit BFO (BeatFrequencyOszillator, zu gut deutsch Schwebungssummer) , oder ein Audion.

Edit: Jo, der Bernhard war schneller... Und die Antworten decken sich sogar.


Viele Grüße,

Axel  

[Bernhard45]

@Axel: Praktisch wird wohl kein Prüfer in das Modell-U-Boot passen und unter Wasser den Träger per BFO hören können. Ich denke eine kleine LED an der Außenhaut des Modells reicht aus um ein empfangenes Signal anzuzeigen.

[julia1234]

Puuuuhhhhh. Also Urschleim!

Musik, Sprachübertragung kannst Du im Längstwellenbereich gleich vergessen, das funktioniert nicht gut, hat man aufgegeben. Der Frequenzbereich deiner Musik liegt ja praktisch schon im gesamten Längstwellenbereich. Uboote senden hier schmalbandig nur im Morsecode, also Sender an oder aus nur mit unmodulierten Träger des Senders.
Dadurch das Du keine Musik übertragen kannst, brauchst Du weder Amplitudenmodulation noch Frequenzmodulation. Die Information steckt binär also zweiwertig direkt im an oder abgeschalteten Trägersignal des Senders. (https://de.wikipedia.org/wiki/Modulation_(Technik))

Schaue Dir zum Anfang mal die Wiki-Beiträge zu Oszillator (inklusive aller Unterseiten) und zum Detektorempfänger an. Wenn es dazu dann Fragen gibt, diese dann hier stellen.

Eine Frage Julia. Eine Bachelorarbeit schreibt man doch am Ende eines Studium an einer FH oder Uni. Welchen Studiengang hast Du da belegt? Und welche Werkzeuge außer Multisim stehen Dir zur Verfügung?

Also schreiben war vielleicht das falsche Wort. Ich bin in der Anfangsphase seit 2 Tagen.
Also ich Recherchiere zuerst wie ich einen Sender/Empfänger realisieren kann. 
Wenn der Sender und der Empfänger fertig sind, dann fange ich natürlich an zu schreiben :-)

Also ich studiere Elektrotechnik (Automatisierungstechnik) und habe während der Studienzeit nichts über Sender und Empfänger gehört.
Über Resonanzkreis, Bauteile und Verstärker Schaltungen schon. Das ganze in der Praxis um zu setzen ist bei mir das schwierige.
Deshalb suche ich von überall Hilfe !!

Also zuerst soll ich das in der Software Multisim 11 simulieren und zum laufen bringen. Dann kann ich mit den Löten usw anfangen.
Die Software Multisim hat alle Werkzeuge die ich brauche zur Verfügung. 

Wie soll ich die Musik denn sonst übertragen in das U-Boot? Das weiß ich weiß, ist das ich für Unterwasser mit Längswellen arbeiten soll oder liege ich da falsch?

[Axel 61]

@Axel: Praktisch wird wohl kein Prüfer in das Modell-U-Boot passen und unter Wasser den Träger per BFO hören können. Ich denke eine kleine LED an der Außenhaut des Modells reicht aus um ein empfangenes Signal anzuzeigen.

Denke ich auch, aber Julia schrieb, das Musik übertragen werden soll.
Von einer reinen Indikation des Signals schrieb sie nichts.


Viele Grüße,

Axel  

[Bernhard45]

@Axel: Praktisch wird wohl kein Prüfer in das Modell-U-Boot passen und unter Wasser den Träger per BFO hören können. Ich denke eine kleine LED an der Außenhaut des Modells reicht aus um ein empfangenes Signal anzuzeigen.

Denke ich auch, aber Julia schrieb, das Musik übertragen werden soll.
Von einer reinen Indikation des Signals schrieb sie nichts.


Viele Grüße,

Axel  

Tja dann soll der Prüfer mal seine Aufgabe qualitativ selbst umsetzen! Hat mit der Realität des Modellversuchs nämlich nichts mehr gemein.   Allerdings werden Aufgaben oft so gestellt, der Prüfer will sehen wie sich sein Prüfling mit der Aufgabe auseinandersetzt und welche praktischen Lösungen er im Gegenzug anzubieten hätte.

[Bernhard45]

Wie soll ich die Musik denn sonst übertragen in das U-Boot? Das weiß ich weiß, ist das ich für Unterwasser mit Längswellen arbeiten soll oder liege ich da falsch?

Wenn Längstwellenübertragung nicht explizit in der Aufgabe vorgeschrieben ist (sondern selbst angelesen), dann ginge auf dem kurzen Übertragungsweg im Aquarium und unter Laborbedingung sicher auch eine optische (anloge oder digitale) Signalübertragung. Solche Sachen wie Strahlbrechung muß man natürlich berücksichtigen. Oder ganz primitiv mit Schleppantenne an der Wasseroberfläche! Was praktisch im getauchten Zustand in der Realität auch gemacht wird um breitbandige Signale auf höheren Bändern abzusetzen oder zu empfangen. ;-) Da ginge dann auch HiFi-Qualität drüber auch wenn es im Modellboot wohl niemand hören wird.

[scotty †]

Hallo Julia,
wie schon in vorhergehenden Beiträgen angedeutet, kann rein von den physikalischen Grundlagen her per Längstwelle kein Audio übertragen werden. Du hast z.B. eine Trägerfrequenz von 20 KHz und willst sie mit 10KHz modulieren. Da die Trägerfrequenz nur doppelt so hoch ist, wie das Nutzsignal, wird dieses im ungünstigsten Fall nur zwei mal durch das Modulationssignal beeinflusst. Was da am Ende nach der demodulation wieder rauskommt, kann höchstens nur als Kratzen bezeichnet werden. Praktische Versuche in der Anfangszeit des Rundfunks kamen nie über eine Bandbreite von weniger als 10 Hertz hinaus.
Nun noch mal zur allgemeinen Anwendung des Längstwellenfunks unter Wasser. Zuerst einmal ist die Übertragung eine Einbahnstraße. Da für die Abstrahlung von Längstwellen riesige Antennenanlagen mit Strahlerlängen von mehreren Kilometern, aufgespannt auf hohen Masten, und Sendeleistungen von vielen KW erforderlich sind, wurde der Längstwellenfunk nur dazu genutzt, an die besagten U- Boote, die aber höchstens 30m tief getaucht sein durften, einen Morsecode in Trägertastung zu senden, dass eine Nachricht für das angefunkte Boot vorliegt. Dieses mußte dann auftauchen und konnte die Nachricht mit Kurzwellen- Funk empfangen und auch auf dem selben Weg in KW antworten.
Mobile Längstwellensender gab es als Versuchsgeräte z.B. bei der US- Airforce. Dazu schleppte ein speziell ausgerüsteter Bomber ein 7Km (!!!) langes Antennenkabel hinter sich her!
Der Längstwellenfunk diente also nur dazu, das getauchte Boot "anzupingen" also "anzuklopfen", um der Besatzung zu sagen:"... taucht mal auf, wir haben eine Nachricht, die auf der vereinbarten Kurzwellenfrequenz an Euch gesendet wird..."

Ich weiß nicht, wer bei Euch im Studium auf die absurde Idee mit einer Längstwellen- Audio(Musik-)- Verbindung gekommen ist, aber der dürfte von den physikalischen Wellenausbreitungsbedingungen unter Wasser völlig falsche Vorstellungen haben.
Was ich mir sehr gut vorstellen könnte, ist eine Audioübertragung mit moduliertem Ultraschall mit einer Trägerfrequenz um die 100KHz. Da kriegt man neben einer relativ großen Reichweite (ca. 10m) auch eine akzeptable Bandbreite hin.

[DiRu †]

"Musik, Sprachübertragung kannst Du im Längstwellenbereich gleich vergessen, das funktioniert nicht gut, hat man aufgegeben. "


Bernhard45 hat mit dieser Aussage völlig Recht.
Das technische Problem dabei ist, daß sich auf Längstwelle die erforderliche Bandbreite für eine Musik- bzw. Sprachübertragung nicht realisieren läßt. Das hat damit zu tun, daß die Antennen nicht lang genug realisiert werden können. Diese sind dann über Anpaßnetzwerke anzukoppeln. Und diese Anpaßnetzwerke sind (bei den verwendeten Frequenzen) extrem schmalbandig.

"Tja dann soll der Prüfer mal seine Aufgabe qualitativ selbst umsetzen! Hat mit der Realität des Modellversuchs nämlich nichts mehr gemein."

Auch bei dieser Aussage muß ich Bernhard45 zustimmen.
Mein Eindruck ist, daß sich der Prüfer selbst keine vernünftigen Gedanken zur Realisierung der Problemstellung gemacht hat. (Sorry, aber solche Kollegen hatte ich früher z.T. auch.)

"Soviel ich weis, werden U-Boot Sender garnicht moduliert, weder AM noch FM. Es wird nur der Träger gesendet."

Hier irrt Axel leider. In einem Träger (Dauerträger!) steckt keinerlei Information.
Tatsächlich wird der Träger "getastet" z.B. "ein - aus" usw. Das ist dann aber eine Amplituden-Modulation (AM) mit 100% Modulationsgrad, auch als "Amplitude Shif Keying" (ASK) bezeichnet .
Genau so denkbar ist eine entsprechende Frequenz-Umtastung entsprechend zwischen zwei (benachbarten) Längstwellen-Frequenzen. Das wird dann als "Frequency Shift Keying" FSK bezeichnet.
Auch eine Phasen-Umtastung (Phase Shift Keying, PSK) ist möglich.

Die Realisierung von ASK ist am einfachsten.

Julia, da in Eurem Studiengang anscheinend keine Modulationen behandelt werden, kannst Du auf der Seite www.diru-beze.de unter dem "Reiter" Modulationen das finden, was ein Ingenieur der Nachrichtentechnik wissen sollte. (Vielleicht kann sich auch Dein Prüfer dort mal schlau machen.)

Viel Erfolg
MfG DR

[julia1234]

kann man es auch so realisieren?

Sender: 

Mikrofon-> Mikrofonverstärker-> Modulation (Oszillator AM)-> Sendeverstärker-> Ausgangsfilter-> Antenne 

Empfänger: 
Ferritantenne->Eingangsfilter->Vorverstärker->Mischer (Oszilator)-> Zwischenverstärker->Demodulator->NF Verstärker-> Lautsprecher 

Der Mischer macht die Summe und Differenz der beiden Frequenzen. 

[Bernhard45]

Ich stelle mir immer noch die Frage wer das empfangene Signal im Boot hören will oder legt da jemand ein Audio-Aufzeichnungsgerät rein was er nach dem Auftauchen abhört? Absoluter Quatsch ist das meiner Meinung nach mit der Audioübertragung. Dem Aufgabensteller würde ich mal zu einem Bier einladen und etwas erzählen.

[scotty †]

Julia,
das was Du beschrieben hast, ist eine klassische AM- Übertragungsstrecke, das funktioniert bei "normalen" Trägerfrequenzen einwandfrei, aber eben, nicht wie wir Dir schon versucht haben, zu erklären, bei VLF- Trägerfrequenzen.

[Bernhard45]

kann man es auch so realisieren?

Sender: 

Mikrofon-> Mikrofonverstärker-> Modulation (Oszillator AM)-> Sendeverstärker-> Ausgangsfilter-> Antenne 

Empfänger: 
Ferritantenne->Eingangsfilter->Vorverstärker->Mischer (Oszilator)-> Zwischenverstärker->Demodulator->NF Verstärker-> Lautsprecher 

Der Mischer macht die Summe und Differenz der beiden Frequenzen. 

Naja, prinzipiell kann man Sender und Empfänger vereinfacht so im Blockschaltbild erklären.

Aber Julia, Du kannst eine Audioübertragung im Längstwellenbereich vergessen! Die Physik macht auch an eurem Labor kein Halt. Alternativen haben wir Dir ja genannt. Jetzt musst Du mit dem Prüfer reden was machbar ist. Ich habe das Gefühl
Ihr sprecht beide noch aneinander vorbei was die Aufgabe angeht.

[uk1408]

Hallo,

bevor hier irgend etwas an einer Antenne echt abgestrahlt wird würde ich - auch wenn es vielleicht kleinlich aussieht - mir auch mal zumindest ansatzweise Gedanken über die rechtlich Seite machen. So ganz ohne ist das Aussenden von elektromagnetischen Welle je nach Leistung und Frequenz bei aller Deregulierung nicht.

[scotty †]

Julia,
schau Dir die beiden Wikipedia- Einträge "Amplitudenmodulation" und, wenn du willst, auch "Frequenzmodulation" an. Sowohl die theoretischen Berechnungen, als auch die Spezifika der beiden Modulationsarten sind sehr gut dargestellt. Übrigens, auch FM- Modulation ist mit solchen niederfrequenten Trägern, wie VLF, praktisch nicht möglich!