Der FM-Capture-Effekt

Einführung und Definition

Der Capture-Effekt ist ein Phänomen, bei dem der Empfänger zwei Signale mit ähnlicher Frequenz wahrnimmt – aber nur das stärkere Signal wird demoduliert, wobei das andere mäßig bis vollständig unterdrückt wird. Sie können dies mit dem üblichen Fall vergleichen, bei dem beide Signale in den Empfänger gelangen und das kombinierte Signal zu hören ist. Dieser Effekt wird als FM-Capture-Effekt bezeichnet, weil er nur beim Empfang von frequenzmodulierten Signalen auftritt.
Der Unterschied in der Stärke zwischen dem stärkeren und dem schwächeren Signal muss nicht sehr groß sein, damit das Phänomen auftritt, das zu einem intermittierenden Empfang zwischen dem einen Signal und dem anderen führen kann.

Beispiel für den FM-Capture-Effekt

Bei einer Autofahrt zum Beispiel ist das Radio auf einen Sender (A) eingestellt, aber ein Störsender auf der gleichen Frequenz (B) ist in der Nähe. Da das Radio nicht zwischen dem Nutzsignal (A) und dem Störsignal (B) unterscheiden kann, wird es nur das Signal demodulieren, das es als das stärkste ansieht. Dies kann zu einem wechselnden Empfang zwischen A und B führen, z. B. wenn sich das Fahrzeug in gleicher Entfernung d von beiden Sendern befindet.

Warum ist das nur bei FM so?

Wir können dies erklären, indem wir uns die Unterschiede zwischen AM- und FM-Empfangsstufen ansehen.

Demodulationsunterschiede zwischen AM und FM

Wenn wir die beiden Prozesse vergleichen, sehen wir, dass der FM-Empfänger mindestens einen Verstärker enthält, der eine Begrenzungsfunktion hat. Dieser befindet sich normalerweise in der letzten Stufe vor der Demodulation.

Der Begrenzer

Was also ist ein Begrenzer?

Da die FM-Detektion nur Frequenzschwankungen und nicht die Amplitude erfassen soll, ist es sinnvoll, alle nicht erforderlichen Amplitudenschwankungen zu entfernen. Dies gilt insbesondere dann, wenn kleine Amplitudenschwankungen die FM-Detektionsschaltung beeinträchtigen können. Die Begrenzerschaltung “glättet” das Signal und entfernt alle Pegelspitzen, bevor sie es an die Demodulatorstufe weiterleitet.

Wie führt das zum Capture-Effekt?

Der Begrenzer schneidet jeden Teil der Wellenform ab, der seinen Schwellenwert überschreitet, und hinterlässt Peaks, die “flache Spitzen” haben. Selbst wenn der Begrenzer in die Sättigung getrieben wird – solange die Nulldurchgänge noch sichtbar sind, können FM-Demodulatoren das ursprüngliche Signal wiederherstellen. Dies kann natürlich nicht auf AM angewandt werden, da die Informationen in den Amplitudenschwankungen enthalten sind, so dass keine Begrenzer verwendet werden.

Was passiert also, wenn das Hauptsignal auf ein schwächeres Störsignal auf derselben Trägerfrequenz trifft?

Obwohl die Trägerfrequenz für beide gleich ist, ist die momentane Frequenz beider FM-Signale nicht konstant – im Gegensatz zu AM, wo die Frequenz konstant ist. Dadurch wirken die Störungen des schwächeren Signals gegenüber dem Hauptsignal wie Rauschen.

Durch die Begrenzung wurde das Rauschen vom Störsignal eliminiert und die Nulldurchgänge des Hauptsignals sind noch sichtbar. Somit kann das Haupsignal noch demoduliert werden.

Capture-Verhältnis

Das Capture-Verhältnis eines Empfängers ist der Abstand (in dB), der zwischen den Signalen eingehalten werden muss, damit der Capture-Effekt (oder das erfolgreiche “Einrasten” des Empfängers auf ein Signal) eintritt. Solange das Capture-Verhältnis zwischen dem Haupt- und dem Störsignal beibehalten wird, unterdrückt der Empfänger das Störsignal immer, wie im folgenden Diagramm dargestellt.

Vorteile und Nachteile des Capture-Effekts

 

Weniger Gleichkanalstörungen

Das Vorhandensein des FM-Capture-Effekts bedeutet eine geringere Beeinträchtigung durch benachbarte Sender, die ähnliche Frequenzen nutzen. Solange das Capture Verhältnis beibehalten wird, kann die Kommunikation zwischen dem vorgesehenen Sender und dem Empfänger ohne Störungen stattfinden.

FM- im Vergleich zu AM-Rundfunk

Hört man im Auto FM-UKW-Rundfunk unter dem Einfluss des Capture-Effekts, können konkurrierende Signale dazu führen, dass das Radio von einem Sender zum anderen springt, was zu einem plötzlichen Verlust des Signals führt.

Da bei AM der Capture-Effekt nicht auftritt, wird ein stärkeres Signal im gleichen Gebiet ein schwächeres Signal überlagern, aber der Empfänger lässt trotzdem zu, dass man beide Signale hört.

Warum wird beim Flugfunk AM anstelle von FM verwendet?

Folglich wird die Kommunikation zwischen Flugzeugen über AM abgewickelt, da hier der Capture-Effekt entfällt. Der Grund dafür ist, dass Piloten sowohl ihre eigenen Übertragungen als auch schwächere Übertragungen auf dem selben Kanal hören müssen. Da durch den Capture-Effekt nur ein Signal hörbar ist, kann FM nicht verwendet werden.

Unterschied zum Near-Far-Effekt

Der Near-Far-Effekt ist eine allgemeine Beschreibung dessen, was passiert, wenn ein Empfänger versucht, einen weit entfernten Sender zu hören, aber ein viel stärkeres Signal von einem näheren Sender auf derselben Frequenz wahrnimmt. Während jedes Kommunikationssystem eine gewisse Verschlechterung des Nutzsignals erfährt, kommt der Capture-Effekt nur bei FM vor.