Download - Goerrisch, Dieter - Stoersender Von VHF Bis Mikrowelle (Franzis 2004, DIN A5 Reformat by Steelrat)
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2004 Franzis Verlag GmbH, 85586 Poing
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bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.
Satz: Fotosatz Pfeifer, 82166 Grfelfing
art & design: www.ideehoch2.de
Druck: Legoprint S.p.A., Lavis (Italia)
Printed in Italy
ISBN 3-7723-4019-9
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Vorwort
Nach einer Welle von Viren, Wrmern und trojanischen Pferden auf unseren Computern
stellen Strsender mglicherweise die nchste Bedrohung unseres technologischen Um-
feldes dar. Drahtlos arbeitende Zutrittssysteme, per Funk abgefragte Preisetiketten oder
GPS-gesttzte Mautsysteme sind lohnende Ziele fr die Hacker der Zukunft. Man sollte
bei aller Technikbegeisterung daher den Bezug zur Realitt wahren, schon jetzt erschei-
nen uns die letzten Errungenschaften wie Internet und E-Mail nicht mehr besonders ver-
trauenswrdig. Wo viele Mglichkeiten warten, da lauern eben auch viele Gefahren!
Das vorliegende Buch soll Mglichkeiten und Geheimnisse rund um das Thema Str-
sender lften. Es zeigt, dass solche Gerte keinesfalls nur ein Werkzeug von Geheim-
diensten sind, sondern auch von Spavgeln und Kriminellen, aber auch zu unserem
Schutz eingesetzt werden knnen. Zahlreiche Schaltungsbeispiele fhren in die grundle-
gende Technik von UKW-Stroszillatoren kleiner Leistung ein, was aber nicht als Auf-
forderung zum Bau und Betrieb von Strsendern verstanden werden sollte! Nachhaltige
und vorstzlich verursachte Funkstrungen werden vom Gesetzgeber keinesfalls nur als
Unfug gewertet, besonders wenn die Sicherheit von Menschen auf dem Spiel steht!
Nachfolgendes Bild zeigt den Autor in den frhen 60er Jahren an seinem Schreibtisch.
Sogar ein erster Zuhrer hat sich bereits eingefunden.
Abb. 0.1 Privat Dieter Grrisch (www.goerrisch.de)
PS: Dieses Buch widme ich meiner Mutter Lotte Grrisch, die im November 2002 ei-
nem Krebsleiden erlag und meinen Vater nur um zwei Jahre berlebt hat.
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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Inhalt xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Inhalt
Vorwort ............................................................................................................................ 3
Inhalt ................................................................................................................................ 4
Einleitung ......................................................................................................................... 7
Theoretische Grundlagen ................................................................................................. 9
2.1 Grundlegende Eigenschaften elektromagnetischer Schwingungen ........................ 9
Reflexionen und Mehrwegeempfang ..................................................................... 12
2.2. Strprinzipien ...................................................................................................... 12
Punktstrung .......................................................................................................... 12
Bandstrer .............................................................................................................. 13
Rauschgeneratoren ................................................................................................. 14
Intelligente Strverfahren....................................................................................... 15
RFID-Strer ........................................................................................................... 15
Strsender in der Praxis ................................................................................................. 17
3.1 Beispiele gezielt ausgefhrter Funkstrungen ...................................................... 18
Funkalarmanlage .................................................................................................... 18
Kfz-Funkschlssel .................................................................................................. 20
Geschwindigkeitsberwachung .............................................................................. 21
Industrie-Fernsteuerungen ...................................................................................... 22
Funktelefone (Handys) ........................................................................................... 23
Funkrelais............................................................................................................... 26
Drahtlose Videoberwachungsanlagen .................................................................. 27
GPS-Satellitennavigationsempfnger ..................................................................... 28
TEMPEST .............................................................................................................. 30
Schutz vor ferngesteuerten Bomben....................................................................... 30
3.2 Beispiele fahrlssiger Funkstrungen .................................................................. 31
Kabelfernsehen ...................................................................................................... 31
Netzgerte und Computer ...................................................................................... 32
Halbleiterschaltungen .................................................................................................... 34
4.1 Oszillatoren .......................................................................................................... 34
POS-Module .......................................................................................................... 35
VCO-Module von MAXIM ................................................................................... 37
Stromversorgung von 3-Volt-Schaltkreisen ........................................................... 38
Oszillatoren ausgemusterter Empfangstuner verwenden ........................................ 39
4.2 Steuergeneratoren................................................................................................. 40
Manuelle Abstimmung ........................................................................................... 40
Steuergenerator mit XR2206 .................................................................................. 42
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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Inhalt xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Intelligente Steueroszillatoren ................................................................................ 47
4.3 Hf-Verstrkerstufen .............................................................................................. 48
MMIC-Breitbandverstrker .................................................................................... 48
Resonanzgekoppelte Verstrker ............................................................................. 50
Hybridmodule......................................................................................................... 51
Antennen -Breitbandverstrker............................................................................... 56
4.4 Fertige Sendemodule ............................................................................................ 57
Strsender mit Rhrenoszillatoren ................................................................................. 59
5.1 Rhrenoszillator mit ECC81 ................................................................................ 59
5.2 Leistungs-Gegentaktoszillator mit QQE3/12 ........................................................ 61
5.3 Problem Rhren-Spannungsversorgung ............................................................... 63
5.4 Der Rhrenoszillator in Betrieb ............................................................................ 66
5.5 Mechanisches Wobbeln des Rhrenoszillators zur Bandstrung: ........................ 67
High Energy Radio Frequency (HERF) ......................................................................... 69
6.1 Magnetrons ........................................................................................................... 69
6.2 Magnetrons als (Zer-)Strsender? ........................................................................ 74
6.3 Impulsmodulation ................................................................................................. 75
Magnetron als leistungsstarker Mikrowellenpulser ................................................ 78
Impulsmodulator mit Funkenstrecken als Hochspannungsschalter ........................ 79
6.4 Mikrowellen als Waffe fr Polizei und Militr? ................................................... 81
Spezielle Strverfahren .................................................................................................. 83
7.1 Funkensender ....................................................................................................... 83
7.2 Rauschgeneratoren ............................................................................................... 84
7.3 Intelligenter Strsender ........................................................................................ 85
Modifikation des Zhlers fr einen Streinsatz ...................................................... 88
7.4 PC-gesteuerter Strsender .................................................................................... 88
Messgerte und Tipps ..................................................................................................... 89
8.1 Schaltungsaufbau ................................................................................................. 89
8.2 Hf-Messtechnik .................................................................................................... 89
Oszillograph ........................................................................................................... 90
LCR-Messgert ...................................................................................................... 91
Hochfrequenztastkopf (Schtzeisen") ................................................................... 92
Prflampe ............................................................................................................... 93
50 Ohm-Abschlusswiderstnde (Dummy).............................................................. 93
Digitales Leistungsmessgert ................................................................................. 95
Frequenzzhler ....................................................................................................... 95
Grid-Dip-Meter ...................................................................................................... 97
Spektrumanalyzer ................................................................................................... 97
Breitbandempfnger (Scanner) ............................................................................... 98
Stehwellenmessgerte ............................................................................................ 99
Hochspannungstastkopf ........................................................................................ 101
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xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Inhalt xxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Antennen ...................................................................................................................... 102
9.1 Frequenzbereich ................................................................................................. 102
9.2 Punkt- oder Bandstrung.................................................................................... 103
9.3 Richt- oder Rundstrahler .................................................................................... 104
9.4 Kombinierter Antennenbetrieb ........................................................................... 104
9.5 Praxisbeispiele von Antennen: ........................................................................... 104
Duoband-Fahrzeugantenne .................................................................................. 104
Breitband Disconeantenne ................................................................................... 105
Breitband Richtantenne ........................................................................................ 106
Monoband Quadantenne fr Mikrowellen ........................................................... 107
GSM-Magnetfussantenne ..................................................................................... 107
Breitband Hornantennen ...................................................................................... 108
GPS-Antennen ..................................................................................................... 111
Anhang ......................................................................................................................... 112
10.1 ISM-Frequenzbereiche: .................................................................................... 112
10.2 Bezugsquellen: ................................................................................................. 113
10.4 Datenbltter: ..................................................................................................... 113
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xxxxxxxxxxxxxxxxx Einleitung xxxxxxxxxxxxxxxxxx
Einleitung
Der Begriff Strsender" (engl. Jammer") wird seit jeher mit unglaublichen Geschich-
ten und Verschwrungstheorien verbunden. Kaum jemand kennt eigentlich die ver-
schiedenartigen Facetten dieses Themas.
Ob eine Sendeeinrichtung als Strsender bezeichnet werden darf, hngt nicht zuletzt
auch von den Absichten seines Eigentmers ab. Als Beispiel sei hier der Mittelwellen-
sender Osterloog in Ostfriesland genannt. In den 30er Jahren als Mittelwellen-Grund-
netzsender fr das damalige Deutsche Reich gebaut, diente er in den nachfolgenden
Kriegsjahren gleichermaen als Rundfunksender, Strsender und Peilbake fr zurck-
kehrende deutsche Bombenflugzeuge (bis heute ermglichen die in alle Flugzeuge
eingebauten NDB-Peilempfnger brigens die Navigation mit Hilfe gewhnlicher Mit-
telwellen-Rundfunksender). Natrlich kann man jeden Rundfunksender auch als Str-
sender gegen andere Rundfunksender einsetzen. Oft gengt der Austausch einer einzi-
gen Baugruppe (sog. Wobbeleinschub") innerhalb der Sendeanlage und der Rundfunk-
sender wird zum Strer. Strungen knnen aber auch mit regulren Radioprogrammen
bewusst verursacht werden: So wurde der Empfang von RIAS-Berlin bis 1978 von
Rundfunksendern der DDR gestrt, sie wurden frequenzmig einfach knapp neben die
RIAS-Frequenz gesetzt und strahlten ein ganz gewhnliches Rundfunkprogramm aus.
Der Empfang der RIAS-Sendungen in der DDR war damit weitgehend unterbunden.
Somit ist es also keinesfalls nur eine Frage der Technik, ob ein Sender zum Vor- oder
Nachteil seines Hrers" betrieben wird. Allerdings gibt es auch reinrassige Strsender,
die ausschlielich fr diesen Zweck gebaut werden und eine Nutzung zur Kommunika-
tion gar nicht erst zulassen.
Die zahlenmig meisten Streinrichtungen besitzt und betreibt das Militr. Damit
werden im Ernstfall die gegnerische Kommunikation, Radareinrichtungen und Waffen-
systeme gestrt. Die grte, jemals bekanntgewordene militrische Einzelaktion war der
Abwurf von sog. Aluminiumstreifen im Rahmen der folgenschweren Bombardierung
Hamburgs im Juli 1943. 92 Millionen dieser Streifen wurden von den britischen Flug-
zeugen abgeworfen und blendeten" die deutschen Funkmessgerte. ber 50.000 Schuss
der Flak gingen ins Leere, nur drei Zufallstreffer wurden erzielt! Parallel zu kriegeri-
schen Auseinandersetzungen luft meist eine Propagandaschlacht an, in deren Verlauf
die mediale Infrastruktur (TV- und Rundfunksender) des Gegners ganz ausgeschaltet
oder zumindest nachhaltig gestrt wird. Als Beispiel sei hier der Irak-Krieg genannt. Die
amerikanischen Truppen schalteten zunchst die gegnerischen Sendeanlagen aus und
strahlten dann eigene Programme ber dem Irak ab. Propagandasendungen (Radio und
TV) wurden teilweise ber Sender ausgestrahlt, die in groen Flugzeugen eingebaut,
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xxxxxxxxxxxxxxxxx Einleitung xxxxxxxxxxxxxxxxxx
stundenlang im Luftraum ber dem Irak kreisten. Daran kann man den groen Aufwand
erkennen, der heute von den Militrs in der elektronischen Kriegsfhrung" betrieben
wird.
Ganz neue Aspekte treten in Zusammenhang mit der weitverbreiteten Konsumelektronik
zu Tage. Drahtlose Anwendungen sind heute ganz selbstverstndlich geworden. Handys,
drahtlose Kfz-Funkschlssel oder Funkfernsteuerungen gehren zum Inventar eines je-
den Haushaltes. Hier erffnen Strsender vllig neue Mglichkeiten, fr groben Unfug
und fr Kriminelle!
Die nachfolgenden Kapitel ermglichen einen Einblick in die Technik, Einsatz und die
grundlegende Problematik beim Einsatz von Strsendern. Zahlreiche Schaltungen bieten
einen Eindruck aktueller Schaltungstechnik.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Betrieb von Sendeeinrichtungen
in jedem Staat grundstzlich gesetzlich geregelt ist. Beachten Sie daher die in Ih-
rem Land geltenden Vorschriften. Wer darber hinaus durch seine Aussendungen
das ffentliche Leben und die allgemeine Sicherheit gefhrdet, macht sich in be-
sonderem Mae strafbar! Nachbau und Betrieb der angegebenen Schaltungen ge-
schieht auf eigenes Risiko und eigene Gefahr. Experimente mit hohen Spannungen
und Hf-Ausgangsleistungen bergen ein erhebliches gesundheitliches Risiko fr An-
wender und Mitmenschen. Auf Versuche mit Magnetrons muss aus Sicherheits-
grnden generell verzichtet werden!
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2 Theoretische Grundlagen x
Theoretische Grundlagen
Alle Theorie ist grau und dennoch notwendig. Gerade zum Thema Funkwellen herr-
schen die abenteuerlichsten Vorstellungen und die in den letzten Jahren angelaufenen
Diskussionen zum Thema Elektrosmog haben auch nicht gerade zur Versachlichung
beigetragen.
2.1 Grundlegende Eigenschaften elektromagneti-
scher Schwingungen
Ein elektronischer Schwingungserzeuger (Oszillator) erzeugt zunchst einmal eine
Wechselspannung einstellbarer Frequenz. Dadurch kommt es zum zyklisch wechselnden
Stromfluss in seinem Schwingelement (Spule, Quarz, dielektrischer Resonator dgl.).
Wird der so erzeugte hochfrequente Wechselstrom in eine (mglichst resonante) Anten-
ne eingespeist, entsteht dort ein elektromagnetisches Wechselfeld, das sich abschnrt
und in einiger Entfernung noch wirkt. Die Reichweite dieses elektromagnetischen Kraft-
feldes hngt von verschiedenen Dingen ab:
- Sendeleistung des Oszillators/Senders
- Freiraumdmpfung und Effekte (Reflexionen, Abschattung dgl.)
Wie das nachfolgende Diagramm zeigt, nimmt die abgestrahlte Sendeleistung mit dem
Abstand zur Sendeantenne sehr schnell ab!
Abb. 2.1 Feldstrkeverlauf Whrend sich in unmittelbarer Umgebung der Sendeantenne sogar Energie bertragen
lsst (RFID-Chips gewinnen aus dieser hohen Feldstrke ihre Betriebsspannung!), ist in
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2 Theoretische Grundlagen x
einigen Metern Abstand von der eingespeisten Sendeleistung nur noch ein winziger
Bruchteil brig geblieben. Einerseits verteilt sich die Sendeleistung mit wachsendem
Abstand in ein immer grer werdendes Raumvolumen, andererseits tragen Luftmolek-
le und Wasserdampf zustzlich zur Dmpfung der elektromagnetischen Felder bei. Das
bedeutet aber auch, dass in unmittelbarer Nhe der Sendeantenne sehr groe Feldstrken
herrschen, die sich kaum durch einen weiter entfernten Strsender berdecken lassen.
Ohne die Bercksichtigung der verwendeten Antennen gilt die Formel:
Freiraumdmpfung [dB] = 32,45 + 20 log d [km] + 20 log f [MHz] d. h. mit steigender Frequenz und steigender Entfernung wird die Dmpfung immer
hher, die bertragene Hf-Leistung zum Empfangsort immer kleiner.
Die Freiraumdmpfung bewirkt schlielich, dass sich die Sendeenergie in einer be-
stimmten Entfernung schlielich ganz aufgezehrt hat, der Sender ist dann nicht mehr
empfangbar. In der Praxis kann man die unvermeidliche Signaldmpfung durch erhhte
Sendeleistung wieder ausgleichen, wie nachfolgendes Beispiel zeigen wird. Doch hier
sind Grenzen gesetzt, ein Sachverhalt der in ganz besonderem Mae bei Strsendern
deutlich wird.
Beispiel:
Eine ISM-Funkanwendung mit einer Leistung von 1 mW Sendeleistung auf 433 MHz,
erzeugt in einem Abstand von 50 Metern einen Pegel von -79 dBm am Empfnger. Um
am Empfangsort den gleichen Signalpegel aus einer Entfernung von 2 km zu erzeugen,
sind bereits 16 mW Sendeleistung erforderlich! Bei einer Entfernung von 5 km sind es
bereits 100 mW!
Abb. 2.2 Pegelvergleich 1
Drastischer werden die Unterschiede, wenn zwischen einem der Sender und dem Emp-
fnger kein nennenswerter Abstand besteht. Das ist tgliche Praxis bei Anwendung der
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2 Theoretische Grundlagen x
weitverbreiteten Kfz-Funkschlssel. Erst unmittelbar am Fahrzeug wird der Funkschls-
sel bettigt, der Abstand zum Fahrzeug betrgt oft nur wenige Meter. Im nachfolgenden
Pegelplan erzeugt der Sender 1 mW, in 5 Metern Entfernung einen Empfangspegel von -
39 dBm, die Streckendmpfung ist also sehr gering. Um den gleichen Pegel zu erzeu-
gen, sind in 500 Metern Entfernung 10 Watt und in 2 km bereits 200 Watt an Hf-Leis-
tung erforderlich.
Abb. 2.3 Pegelvergleich 2
Man erkennt deutlich, welchen Stellenwert die Entfernungen zwischen Sender und Em-
pfnger haben.
Das sind natrlich rein theoretische berlegungen, ohne Bercksichtigung von zustzli-
chen Hindernissen im Funkweg, Reflexionen und den Einfluss richtstrahlender Anten-
nen.
Um einen nachhaltigen Strerfolg zu erzielen, muss der Strsender zudem einen deut-
lich strkeren Pegel am Empfnger erzeugen als das Nutzsignal. Nur dann wird das
Nutzsignal sicher zugedeckt" und unwirksam. Wie gro dieser Pegelabstand zwischen
Nutz- und Strsignal tatschlich sein muss, ist ein Erfahrungswert. Geht man von 20 dB
Pegelabstand aus, liegt man auf der sicheren Seite. Leider ist das in der Praxis nicht
immer erreichbar.
Obiges Beispiel zeigt auch, dass der Einsatz eines Strsenders grundstzlich umso effek-
tiver ist, je nher er am Empfnger positioniert ist. Eine Erhhung der Strleistung
gleicht die wachsende Entfernung nur sehr uneffektiv aus! Es kann also durchaus auch
Sinn machen, mehrere Strsender kleiner Leistung in unmittelbarer Umgebung der Em-
pfnger zu platzieren. Der Empfang des RIAS-Rundfunksenders wurde auf dem Gebiet
der DDR zeitweise mit zahlreichen, rtlich verteilten 50 Watt-Mittelwellensendern ge-
strt. Eine weitere Mglichkeit besteht darin, Strsender mit Richtantennen auszustatten
und so den Feldstrkepegel am Empfangsort wirksam zu steigern.
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2 Theoretische Grundlagen x
Reflexionen und Mehrwegeempfang
Speziell auf kurzen Wellenlngen (>30 MHz) wirkt sich noch ein weiterer Effekt beson-
ders aus, der hier kurz angesprochen werden soll. Das Sendesignal erreicht den Empfn-
ger in der Praxis nicht nur auf dem direkten Wege, sondern auch ber Reflexionen (bei-
spielsweise an Husern oder Bergen). Durch diese Umwege bedingt, kommt das reflek-
tierte Sendesignal mit einiger Verzgerung beim Empfnger an und berlagert sich mit
dem direkt empfangenen Sendesignal. Unter bestimmten Bedingungen (180 Grad-Pha-
senverschiebung der beiden Signale) kann es hier zur Signalauslschung (Fading) kom-
men. Das macht sich in der Praxis durch flackernde Feldstrken bemerkbar. Schlimm-
stenfalls kommt es geographisch bedingt sogar zur Ausbildung eines stehenden Wellen-
feldes und der Sender ist trotz guter Feldstrke an bestimmten Positionen gar nicht mehr
zu empfangen. Diesen Fall erlebt man oft im Kraftfahrzeug, wenn beim Anhalten der
empfangene UKW-Sender pltzlich im Rauschen untergeht. Rollt man einige Meter
weiter, ist der Sender wieder glasklar empfangbar. Das bedeutet fr einen Strsender,
dass er unter beschriebenen Umstnden trotz ausreichender Sendeleistung am Zielort
nicht empfangbar ist. Dann hilft nur ein Positionswechsel.
2.2. Strprinzipien
Die Aufgabe eines Strsenders ist es schlichtweg, am Empfnger ein strkeres Anten-
nensignal zu erzeugen als der Nutzsender. Dann kommt es zur Beeintrchtigung oder
vlligen Unterdrckung des Nutzsignales. Die mindestens erforderliche Sendeleistung
des Strsenders ist von zahlreichen Faktoren abhngig, wobei im Zweifel immer die
Formel viel Leistung hilft viel" gilt. Die Arten der Strung sind unterschiedlich und
hngen vom Angriffsziel" ab. Grundstzlich kann jede drahtlose bertragung gestrt
werden, egal ob Rundfunkprogramme, Sprechfunk oder digital codierte Daten. Whrend
Strungen klassischer Betriebsarten (AM oder FM) fr den Hrer mehr oder minder
hrbar sind, reagieren digitale bertragungen unterschiedlicher. Intelligente Funksyste-
me versuchen die Strung durch Kanalwechsel zu umgehen, was sich beispielsweise
durch lautes Knacken im Lautsprecher bemerkbar macht. Auch extrem breitbandige
bertragungsverfahren (Spread Spectrum-Technik), wie sie u. a. vom GPS-Navigations-
system verwendet werden, sind keinesfalls so bertragungssicher, wie immer behauptet
wird.
Punktstrung
Bei der Punktstrung handelt es sich um die effektivste Art der Beeinflussung, die auch
auf grere Entfernung zum Empfnger eingesetzt werden kann. Bei altgedienten Fun-
kern ist sie unter der Bezeichnung Trgern" bekannt und berchtigt. Das Strsignal
wird dazu genau auf das Nutzsignal gelegt, die Frequenzbandbreite des Strers muss
grer sein als die des Nutzsignals. Eine klassische Anwendung ist beispielsweise die
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2 Theoretische Grundlagen x
Strung eines AM-Rundfunksenders. Der Strsender wird mit seiner Frequenz genau
auf die Arbeitsfrequenz des Radiosenders gesetzt. Ist der Strsender ausreichend stark,
wird der Radiosender am Empfangsort stark gestrt. In der Praxis ist das allerdings nicht
ganz so einfach. Da bei Amplitudenmodulation die Empfangsfeldstrke von der Modu-
lation abhngig ist, hrt man das Nutzsignal immer wieder durch". Auch durch Fading
(physikalisch bedingte Signalschwankungen durch Laufzeitunterschiede der Funkwel-
len) wird eine dauerhafte und vollstndige Signalberdeckung schwierig. Daher wendete
man in der Vergangenheit zahlreiche Tricks an: Auf Mittel- oder Kurzwellen setzte man
den Strsender gelegentlich nicht direkt auf das Nutzsignal, sondern knapp daneben, da-
durch entsteht im Empfnger ein starkes Interferenzpfeifen der beiden AM-Trgersig-
nale. Um die volle Bandbreite des Nutzsenders zu berdecken, wird der Strsender spe-
ziell moduliert oder gewobbelt (engl. to wobble = taumeln, schwanken). Die Strsen-
dermodulation muss so erfolgen, dass der gestrte Nutzsender in seiner gesamten Band-
breite voll berdeckt wird. In der Praxis ist das nicht immer leicht zu lsen. Das men-
schliche Gehr ist nmlich durchaus in der Lage, die charakteristische Stimme einer
Person aus einer Geruschkulisse herauszuhren. Art und Qualitt der Strsendermodu-
lation sind daher von entscheidender Bedeutung fr den Strerfolg. Whrend des letzten
Krieges wurden von der damaligen Reichsrundfunkgesellschaft sogar Volksgemurmel-
Schallplatten" zum Strsendereinsatz erstellt, da dieses Stimmengewirr das menschliche
Gehr ziemlich berfordert. Bei frequenzmodulierten Aussendungen ist die Situation
etwas einfacher, hier kommt der sog. Wegdrckeffekt" zum Tragen. Da frequenzmodu-
lierte Sender unabhngig von ihrer Modulation immer mit ihrer vollen Leistung senden,
ist ein Durchhren" des gestrten Nutzsignales kaum mglich.
Besonders wirksam und gefrchtet ist die Punktstrung auf Eingabefrequenzen von sog.
Funkrelais. Diese Einrichtungen werden hierzulande von Behrden und Amateurfunkern
in groer Anzahl eingesetzt. Wird ein Funkrelais durch einen Strtrger auf seiner Ein-
gabefrequenz gestrt, ist es fr alle anderen Funkteilnehmer nicht mehr benutzbar und
der komplette Funkverkehrskreis erfolgreich blockiert.
Zur Punkstrung eignet sich grundstzlich jeder Oszillator (mit entsprechender Fre-
quenzstabilitt) oder handelsbliche Funkgerte. blicherweise ist die Bandbreite eines
Funkgertes durch schaltungstechnische Manahmen auf Normwerte begrenzt und fr
Streinstze ggf. auf grere Bandbreiten zu modifizieren.
Bandstrer
In vielen Anwendungsfllen sind die Arbeitsfrequenzen der Nutzsignale nicht vorher
bekannt. Soll beispielsweise das ferngesteuerte Znden einer Autobombe verhindert
werden, lsst sich die dazu benutzte bertragungsfrequenz bestenfalls abschtzen. Man
ist also gezwungen, alle dafr in Frage kommenden Frequenzen (oder Frequenzbnder)
zu stren. Das bewerkstelligt man so, dass ein oder auch mehrere Strsender zyklisch
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2 Theoretische Grundlagen x
zwischen zwei Eckfrequenzen hin- und herwandern. Die wirksame Strleistung wird
dabei natrlich ber einen weiten Frequenzbereich gestreut" und wirkt entsprechend
schwcher. Wird ein Strsender mit einer Ausgangsleistung von 300 Watt ber einen
Frequenzbereich von 1 bis 550 MHz gewobbelt, betrgt die erzeugte Strleistungsdichte
nur noch 0,5 Watt/MHz und ist damit wesentlich schwcher als bei einer Punktstrung!
Diesen unvermeidlichen Effekt kann man auch durch hhere Sendeleistung kaum aus-
gleichen, weshalb Bandstrer nur im Nahfeld echte Wirkung zeigen. Dennoch werden
Bandstrer zur Prvention gerne eingesetzt, auch wenn darber hinaus noch zahlreiche
weitere Probleme mit der Frequenzbandbreite von Verstrker und Antennen auftreten.
Denn auch Endstufen und Antennen haben nur einen eingeschrnkten Arbeitsfrequenz-
bereich. Somit kann eine wirksame Bandstrung ber einen weiten Frequenzbereich
eine echte Materialschlacht" werden.
Sender zur Bandstrung mssen in ihrer Arbeitsfrequenz schnell verstimmbar sein, was
am besten ber einen VCO-Steuerspannungseingang funktioniert. Moderne Funkgerte
steuern ihre Oszillatoren vielfach ber interne Datenschnittstellen an (beispielsweise
I2C-Bus) und sind damit fr Wobbelbetrieb nicht geeignet. Die Datenbertragung ist
einfach zu langsam, auch die weitverbreiteten externen Datenschnittstellen (CI-5 von
Icom) eignen sich dafr nicht!
Ein ganz wesentlicher Punkt ist die Wobbelfrequenz, d. h. wie schnell luft der Trger
des Strsenders ber das Band. Ist er zu langsam, knnen Nutzsignalanteile zum Emp-
fnger durchkommen, was den Strerfolg in Frage stellt. Die Frequenz des Steueroszil-
lators darf also nicht zu langsam sein. Andererseits gibt es Randeffekte, die sich ggf.
nutzen lassen: Zahlreiche Funksysteme lassen sich durch bestimmte Wobbelfrequenzen
besonders gut auer Tritt bringen, das sind allerdings wohlgehtete Betriebserfahrungen.
Rauschgeneratoren
Einen ganz besonderen Fall der Bandstrer stellen Rauschgeneratoren dar. Rauschen
entsteht durch Elektronenbewegungen und ist in den meisten elektronischen Schaltun-
gen ein Schmutzeffekt, den es zu verhindern gilt. Bei einem Rauschgenerator macht
man sich den Effekt aber zunutze und erzeugt so ganz bewusst eine Rauschglocke",
deren Frequenzbereich von hrbaren Anteilen bis in den GHz-Bereich reicht. Der Vor-
teil eines Rauschgenerators ist sein relativ einfacher Aufbau und sein unkomplizierter
Einsatz. Wegen der enormen Frequenzbandbreite ist die erzeugte Strleistungsdichte
und die somit erzielbare Reichweite aber auch entsprechend gering. Da keine Eckfre-
quenzen eingestellt werden knnen, stren Rauschgeneratoren immer das komplette
Frequenzband. Das ist nicht immer erwnscht, gelegentlich bentigt man ein Funkfens-
ter", also ein noch nutzbares Frequenzband fr die Einsatzkrfte. Dennoch kommen
auch Rauschgeneratoren im Nahfeld zum Einsatz, etwa in kleineren Rumlichkeiten
(Zimmer) oder Spezialfllen.
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2 Theoretische Grundlagen x
Intelligente Strverfahren
Mit dem Einbau von Mikroprozessoren in die Funktechnik lassen sich wesentlich intel-
ligentere Strverfahren realisieren. Solche Systeme sind in der Lage, Funksignale in
festgelegten Frequenzbndern selbstndig zu erkennen und automatisch zu stren.
Durch kurzzeitiges Abschalten des eigenen Strsignales kann ein intelligenter Strsen-
der das Vorhandensein eines Nutzsignales auch whrend des Strens weiter beobachten.
Mehrere Trgersignale knnen gleichzeitig gestrt, neue Signale entdeckt werden. Das
ist heute unumgnglich, wenn ebenso intelligente Funksysteme gestrt werden sollen.
Hier arbeitet man nmlich sehr gerne mit Frequenzsprungverfahren, d. h. die genutzten
bertragungskanle werden stndig gewechselt und Strungen durch Dritte automatisch
erkannt. Mit Einfhrung intelligenter Funksysteme (ALE" = Automatic Link Establis-
hing, einem automatischen Verfahren, das selbstndig und ohne Funker auskommt)
werden auch die Strverfahren zunehmend komplexer werden.
Als Beispiel fr einen militrischen Strsender sei hier der Strsender 33 - Hummel"
der deutschen Bundeswehr genannt. Er strt einen Frequenzbereich zwischen 1,6 und
512 MHz mit einer Leistung von 1 (optional 2) Kilowatt! Die Anlagen sind in mobilen
Funkkoffern (sog. Shelter") oder in Fahrzeuge eingebaut. Um mit dem Strsender
mglichst auch in Frontnhe arbeiten zu knnen, steht das System auch als Rstsatz fr
den 3-Achs-Transportpanzer Fuchs" zur Verfgung.
RFID-Strer
Die neueste Errungenschaft der Funktechnik sind Transponderchips, kurz RFID (=
Radio Frequency Identification Device). Die Funktion ist einfach zu beschreiben: Gert
ein solcher Chip in das Funkfeld des zugehrigen Abfragesystems, sendet er fest ein-
programmierte Daten zurck. Auf diese Weise lassen sich drahtlose Abfragen schnell
und automatisch erledigen (beispielsweise RFID-Chips als Preisauszeichnungen in
kassenlosen Kaufhusern). RFID-Systeme arbeiten durchweg auf einem der zahlreichen
ISM-Bnder, vorzugsweise auf 13,56 MHz oder 2,54 GHz (neuerdings kommen sogar
Dual-Band Chips zum Einsatz).
Diese Schaltkreise bestehen aus einem berdimensionierten Schwingkreis, einem Sende-
Empfnger (sog. Transceiver) und einem Mikroprozessor. Diese Chips kann man als
Schlfer" bezeichnen, denn sie werden erst in einem elektromagnetischen Feld be-
stimmter Frequenz aktiv. Der Schwingkreis des Chips arbeitet dabei nicht nur als An-
tenne fr Sendung und Empfang der Daten, sondern auch als Energieabsorber. Denn ein
RFID-Chip besitzt keine eigene Energiequelle, sondern bezieht auch seine geringe
Betriebsenergie aus dem elektromagnetischen Feld des Abfragesystems. RFID-Chips
sind so klein, dass sie in Preisschilder oder unter Klebeplaketten Platz finden. Tieren
werden sie unter die Haut gespritzt, als eine Art elektronische Ttowierung zur eindeuti-
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2 Theoretische Grundlagen x
gen Identifizierung. Wie soll es auch anders sein, sogar gegen RFID-Abfragesysteme
sind bereits wirksame Abwehrchips" entwickelt worden. In eine Jute-Einkaufstasche
eingenht, behindern sie das Kassensystem beim Abfragen der RFID-Chips in den
Preisauszeichnungen.
Die Strung eines RFID-Chips kann allerdings auch auf andere Art und Weise erledigt
werden. Metallfolien oder Ferritabsorber in unmittelbarer Nhe eines solchen Chips
verstimmen dessen Antenne. Die notwendige Energie- und Funkbertragung zwischen
RFID-Chip und Abfragestation werden dadurch nachhaltig gestrt, der Chip gibt in
diesen Fllen kein Antwortsignal.
Mglicherweise wird es in Zukunft auch aktive Strsysteme gegen RFID-Systeme ge-
ben, die Ladendieben ein Vorbeischmuggeln der Ware an automatischen Kassensyste-
men ermglichen.
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3 Strsender in der Praxis
Strsender in der Praxis
Grundstzlich werden Strsender im gesamten elektromagnetischen Spektrum verwen-
det. Die meisten Stranlagen werden im militrischen Bereich eingesetzt. Zur Strung
gegnerischer Radar- und Kommunikationsanlagen steht meist ein ganzes Arsenal ver-
schiedenartigster Strgerte zur Verfgung. Dazu werden die elektronischen Systeme
der potenziellen Gegner bereits Jahre vorher ausgekundschaftet und auf Strmglichkei-
ten untersucht. Die Fernmeldeaufklrung beschrnkt sich also keineswegs nur auf das
Abhren von Sprechfunk oder E-Mails. So wurden an der damaligen Zonengrenze ber
Jahrzehnte hinweg die Empfangssignale russischer Radargerte aufgezeichnet und ge-
speichert. Die elektronischen Fingerabdrcke" eines jeden Gertetyps sind damit be-
kannt, ermglichen Rckschlsse auf deren Funktionsweise und dienen zur Entwicklung
entsprechender Strmanahmen fr den Verteidigungsfall.
Im Zeitalter des globalen Terrorismus verschmelzen zivile und militrische Anwendun-
gen immer mehr. Wer htte frher gedacht, dass ausgerechnet Mobiltelefone als Bom-
benznder eingesetzt werden? Aber auch der ganz normale Brger wird immer hufiger
mit Funktechnik und deren Schwchen konfrontiert, wie die Strungen der Kfz-Funk-
schlssel eindrucksvoll zeigen. Gelegentlich werden auch gewhnliche Gerte der Kon-
sumelektronik zu Strsendern, wie Schaltnetzteile oder Computersysteme. In Wohnan-
lagen werden durch solche Strungen ganze Stockwerke betroffen. Wie einige Beispiele
zeigen, nutzen auch Kriminelle immer hufiger die Schwchen drahtloser Anwendungen
fr ihre Zwecke aus. Eine ganz besondere Rolle spielen dabei die sog. ISM-Frequenz-
bereiche (Auflistung siehe Anhang).
Auf einige ISM-Bnder begann in den letzten Jahren ein wahrer Sturmlauf der Industrie
anzusetzen. Zuverlssige Ausbreitung und Reichweite des 70 cm- und 13 cm-ISM-Ban-
des einerseits und billige Herstellung der dazu erforderlichen Hf-Komponenten anderer-
seits drften wohl die Hauptgrnde fr diese Entwicklung sein. Wie simpel die Technik
ausgefhrt ist, zeigt das nachfolgende Bild. Das Empfangsteil des Funkschalters ist als
sog. Pendelempfnger mit nur einem einzigen Transistor ausgefhrt (der betreffende
Schaltungsteil ist umrandet). Diese Schaltungstechnik stammt aus den 50er Jahren!
Wer das Frequenzspektrum des 70 cm-ISM-Bandes mit einem Breitbandempfnger
(Modulationsart WFM!) lngere Zeit beobachtet, findet hier zahlreiche zyklische Aus-
sendungen unterschiedlichster Bandbreiten und Modulation. Unbeabsichtigte gegensei-
tige Strungen von Gerten, die in diesen Frequenzbereichen arbeiten sind an der Ta-
gesordnung. In sicherheitskritischen Anwendungen lassen sich mit gezieltem Einsatz
von Strsendern Effekte erzielen, die von Kriminellen ausgenutzt werden knnen. Kfz-
Funkschlssel und drahtlose Alarmanlagen stehen dabei im Mittelpunkt.
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3 Strsender in der Praxis
Abb. 3.1 Drahtloser Funkschalter
3.1 Beispiele gezielt ausgefhrter Funkstrungen
Funkalarmanlage
Als Beispiel hier die Funktion einer drahtlosen Alarmanlage einfacher Bauart: Die de-
zentralen Melder und Sensoren der Alarmanlage sind hier ausschlielich ber das Funk-
signal mit der Alarmzentrale verkoppelt, daher sind sie mit einem leistungsschwachen
Datensender ausgerstet. Spricht also etwa ein im Wohnzimmer installierter PIR-Bewe-
gungsmelder auf einen Einbrecher an, sendet der Melder ein oder mehrere Datentele-
gramme aus. Die Alarmzentrale (etwa im Schlafzimmer untergebracht) ist mit einem
Empfangsmodul ausgerstet und dekodiert dieses Telegramm. Die Alarmzentrale lst
jetzt Alarm aus und kann aus den Daten des Telegramms erkennen, von welchem Mel-
der es geschickt wurde. Die Betriebsfrequenz des Datensenders in den Meldern mit nur
einigen mW Sendeleistung liegt meist im 70 cm-ISM-Band. Der Vorteil einer solchen
Funk-Alarmanlage liegt ausschlielich darin, dass man sich eine umfangreiche Verkabe-
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3 Strsender in der Praxis
lung spart, denn alle notwendigen Informationen werden ja ber Funk bertragen. Doch
auch genau das ist die grte Schwachstelle: Um eine solche Alarmanlage auszuschal-
ten, gengt bereits ein handelsbliches LPD-Funkgert, das im selben Frequenzbereich
arbeitet und eine Sendeleistung von 10 mW hat.
Abb. 3.2 LPD-Funkgert
Nachdem die Arbeitsfrequenz der Alarmanlage durch Beobachtung (steht meist auch in
den technischen Daten der Bedienungsanleitung) ermittelt wurde, wird das LPD-Hand-
funkgert auf diese Frequenz eingestellt. Geht man jetzt auf Sendung, ist der Empfnger
in der Alarmzentrale blockiert und kann die Sendungen der Melder nicht mehr empfan-
gen. Die Alarmanlage ist damit auer Betrieb gesetzt! Ein leichtes Spiel fr technisch
versierte Kriminelle.
Sicherlich fllt ein Gelegenheitseinbrecher auf eine solche elektronische Sicherung he-
rein. Doch professionellen Ttern ist eine solche Funk-Alarmanlage kein Hindernis.
Gerade aus diesem Grund werden einfache Funk-Alarmanlagen bis heute von vielen
Versicherungen nicht anerkannt. Aufwendigere Alarmkonzepte arbeiten beispielsweise
mit zwei Parallelfrequenzen oder stndiger Datenkommunikation zwischen allen betei-
ligten Komponenten. Kommt es zu einer Strung dieses stndigen Datenaustausches,
wird diese Strung erkannt und eine Meldung von der Alarmzentrale ausgegeben.
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3 Strsender in der Praxis
Generell sollte auf drahtlose Alarmanlagen einfacher Bauart nur in Ausnahmefllen
zurckgegriffen werden. Das Verkabeln der Komponenten einer Alarmanlage ist sicher-
lich aufwendige Arbeit, gewhrleistet aber einen zuverlssigeren Betrieb der Anlage
ohne Manipulationsmglichkeiten Dritter.
Kfz-Funkschlssel
Auch wenn Kraftfahrzeuge in den letzten Jahren enorme Preissteigerungen erfahren
haben, qualitativ bleiben doch einige Wnsche offen. Die praktischen drahtlosen Funk-
schlssel arbeiten ebenfalls auf dem 70cm ISM-Band. Wie zahlreiche Versuche gezeigt
haben lassen sie sich besonders einfach stren. So wurde im Rahmen von Dreharbeiten
mit dem Fernsehsender SAT1 gleich ein ganzer Parkplatz in der Mainzer Innenstadt mit
handelsblichen LPD-Funkgerten gestrt, die Reaktion der Autofahrer beobachtet und
gefilmt. In einigen Fllen wurden die Betroffenen danach auch befragt und aufgeklrt.
Die gemachten Erfahrungen stimmten mehr als bedenklich!
Abb. 3.3 SAT1 Beim Bettigen des drahtlosen Schlssels wird wie im vorhergehenden Beispiel ein kur-
zes Datentelegramm ausgesendet. Das Empfangsgert im Kraftfahrzeug nimmt diese
Sendungen auf und dekodiert die Daten. Wurde der zugehrige Code empfangen, ver-
/entriegelt das Fahrzeug. Ist es der falsche Code, passiert gar nichts.
Wie sich gezeigt hat, arbeiten die meisten Fahrzeughersteller wieder im 70-cm-ISM-
Band und zwar auf den Frequenzen 433,600 bis 433,900 MHz. Wird die kurzzeitige
Datenbertragung durch das Signal eines Dritten berlagert, kann der Fahrzeugempfn-
ger nichts empfangen und die Schlieanlage reagiert nicht. In der Praxis ist dies mit
einem LPD-Funkgert leicht zu bewerkstelligen. Wie sich bei den Filmaufnahmen
gezeigt hat, verlassen sich Autofahrer beinahe blind auf das Funktionieren ihres Funk-
schlssels.
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3 Strsender in der Praxis
Abb. 3.4 Kfz-Funkschlssel
Kriminelle knnen nun ganz bewusst das korrekte Verschlieen eines Kraftfahrzeuges
durch den Einsatz eines LPD-Funkgertes als Strsender verhindern. Da sich zahlreiche
Autofahrer nicht darum kmmern, ob das Fahrzeug nach dem Bettigen des Funkschls-
sels nun tatschlich verriegelt ist, bleiben deren Fahrzeugtren mglicherweise unver-
riegelt. Einem Diebstahl steht dann nichts mehr im Wege. Wird das Fahrzeug von den
Ttern danach wieder manuell verschlossen, wird es sogar schwierig werden, eine sol-
che Straftat berhaupt nachzuweisen.
Geschwindigkeitsberwachung
Auch Messgerte arbeiten gerne mit drahtlosen Verbindungen. Beispielsweise Ge-
schwindigkeitsmessgerte, die zur Verkehrsberwachung eingesetzt werden.
Das Prinzip ist einfach zu verstehen. Die Geschwindigkeit aller Fahrzeuge wird mit
einem Lichtschrankensystem gemessen, das auf beiden Seiten der Fahrbahn aufgestellt
wird. Wird eine voreingestellte Geschwindigkeit eines Fahrzeuges berschritten, kommt
es zu einem Ansprechen des Gertes. Die zur Beweissicherung erforderlichen Fotos (mit
der Einblendung der gemessenen Daten wie Geschwindigkeit, Ort, Datum dgl.) werden
von einem autonomen Kamerasystem geschossen. Das Auslsesignal wird ber Funk
bertragen, im 70 cm-ISM-Band (Frequenz: 434,700 MHz). Der Vorteil einer solchen
drahtlosen bertragung wirkt gleich mehrfach. Man spart sich die Verkabelung und
kann parallel auch mehrere Kamerasysteme gleichzeitig auslsen (Bild von vorn und
hinten!). Einige Verkehrsteilnehmer stren diese bertragungsfrequenz punktuell mit
(teilweise leistungsgesteigerten) LPD-Funkgerten, die fest in ihrem Kraftfahrzeug
eingebaut sind und dauerhaft auf dieser Frequenz senden. Die Wirkung ist so einfach
wie wirksam: das LPD-Funkgert wirkt als Strsender und legt die Empfnger der Ka-
merasysteme lahm.
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3 Strsender in der Praxis
Fazit: die Geschwindigkeitsmessung findet zwar statt, es werden aber keine Beweisbil-
der geschossen!
Abb. 3.5
Radar-Geschwindig-keitsberwachung
Industrie-Fernsteuerungen
Zahlreiche Datenbertragungsstrecken unterschiedlichster Art werden im 70 cm ISM
Band abgewickelt. Ein Beispiel dafr sind Funkfernsteuerungen fr Bau- und LKW-
Ladekrne. Obwohl es sich dabei um sog. Sicherheitsfernsteuerungen handelt, sind sie
durch selektive Strung leicht auer Gefecht zu setzen. Sicherheitsfernsteuerung heit in
diesem Zusammenhang nmlich nur, dass die Datenbertragungssicherheit besonderen
Anforderungen gengen muss. Schlielich will man Fehlfunktionen verhindern, da es in
deren Folge zu schweren Unfllen mit den Arbeitsgerten kommen kann. Gerade des-
halb reagieren diese Gerte sehr empfindlich auf Strtrger. Ein weit verbreitetes Gert
arbeitet beispielsweise auf der ISM-Frequenz 434,700 MHz. Eine Strung mit einem
LPD-Handfunkgert quittiert der Fernsteuerempfnger sofort mit einem Nothalt des
gesteuerten Krans, eine bei Sicherheitsfernsteuerungen geforderte Eigenschaft.
hnliche Situationen finden wir in der Industrie in unterschiedlichsten Bereichen. Fah-
rerlose Transportsysteme (FTS) kommunizieren mit dem ortsfesten Steuerungsrechner
ebenfalls ber Datenstrecken im 70 cm ISM-Band. Eine Strung hat nicht selten den
Totalausfall des gesamten Frdersystems zur Folge.
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3 Strsender in der Praxis
Den wenigsten Anwendern ist dabei bewusst, dass eine punktuelle Funkstrung ihre
Datenstrecken lahmlegt und ihr Betrieb steht.
Abb. 3.6 Kranfernsteuerung
Funktelefone (Handys)
Funktelefone geraten immer mehr in den Mittelpunkt ffentlicher Diskussionen. Nicht
nur, dass sich Theaterbesucher ber das permanente Klingeln whrend der Vorstellun-
gen aufregten. Interessanter waren da schon einige spektakulre Abhraktionen, bei de-
nen Handys als Wanze missbraucht wurden. Vorstzlich liegengelassene Funktelefone
knnen whrend Besprechungen per Anruf geruschlos fernaktiviert (vorher Menpunkt
automatische Gesprchsannahme" einschalten) werden und leiten so die vertraulichen
Informationen nach drauen. Einige wenige Meneinstellungen gengen und die (welt-
weit fernaktivierbare) Wanze ist fertig!
Doch es kam noch besser, mit wenigen Eingriffen lassen sich Handys auch zur (eben-
falls weltweit funktionierenden) Funkfernsteuerung umbauen. Was geschickte Bastler
zum Einschalten ihrer Heizung im Wochenendhaus verwenden, nutzen darber hinaus
Terroristen (um Bomben zu znden) und Geheimdienste (um gegnerische Agenten mit
prparierten Handys in die Luft zu sprengen).
Bei den GSM-Funktelefonnetzen handelt es sich um eine europische Entwicklung, die
den letzten Stand der Funktechnik reprsentiert und einen weltweiten Siegeszug antritt.
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3 Strsender in der Praxis
GSM-Netze arbeiten allerdings auf unterschiedlichen Betriebsfrequenzen. Whrend
hierzulande das 900 und 1800 MHz-Band dafr vorgesehen wurde, arbeitet man in den
USA auf 1900 MHz und in anderen Lndern auf 400 MHz.
Das grundlegende Arbeitsprinzip bleibt aber unabhngig von der Betriebsfrequenz stets
gleich. Das Handy sucht sich beim Einschalten den am besten empfangbaren Frequenz-
kanal heraus und bucht sich dann in der betreffenden Basisstation ein. Die weitere
Steuerung bernimmt dann die Basisstation aufgrund der stndigen Messdaten, die vom
Handy geschickt werden. Man unterscheidet grundstzlich zwischen Down- und Uplink-
frequenz. In einem Frequenzbereich empfngt das Handy, auf dem anderen sendet es.
Zu jedem Telefonkanal gehren deshalb zwei Frequenzen.
Abb. 3.7 GSM-Funkverbindung Dass sowohl Handy, als auch Basisstation jeweils nur einen sog. Zeitschlitz auf den
Funkfrequenzen fr eine Funkverbindung belegen, spielt beim Stren keine Rolle. Wird
der gesamte bertragungskanal gestrt, sind alle Zeitschlitze auf dieser Frequenz betrof-
fen, d. h. Strungen anderer Funktelefongesprche sind nicht auszuschlieen. Mchte
man ein Handy in seiner Nhe stren, ist die Downlinkfrequenz die bessere Wahl, denn
hier empfngt das Handy die weiter entfernte Basisstation. Der Strsender in unmittel-
barer Nhe drckt das Signal der Basisstation weg. Auch wenn das System jetzt automa-
tisch verschiedene Mechanismen (Kanalwechsel) in Gang setzt, um die Verbindung zu
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3 Strsender in der Praxis
retten, ist der Gesprchspartner nicht mehr zu verstehen. Nach einer lngeren Strungs-
dauer wird die Verbindung vom Telefonsystem automatisch gelst.
Das untenstehende Bild zeigt einen GSM-Strsender, der in ein Handygehuse einge-
baut wurde und damit vllig unauffllig einsetzbar ist.
Abb. 3.8 Strhandy Eine GSM-Basisstation kann natrlich ebenfalls gestrt werden, hier ist der Uplinkfre-
quenzbereich die neuralgische Stelle. In diesem Frequenzbereich sendet das Handy und
es empfngt die Basisstation. Ein Strsender beeinflusst die Basisstation am besten in
ihrer unmittelbaren Nhe. Bei einer Bandstrung im gesamten Uplinkfrequenzbereich
fllt diese Basisstation praktisch aus (auch bei Betrieb ber 3-Sektoren mit je einer
eigenen Arbeitsfrequenz).
Das Stren eines ganzen zellularen Mobilfunknetzes erfordert einen sehr hohen Auf-
wand, da die ber die Versorgungsflche verteilten Basisstationen nicht nur unterschied-
liche Frequenzen verwenden, sondern in ihrem kleinen Versorgungsbereich relativ hohe
Feldstrken erzeugen. Allenfalls aus der Luft oder von einem sehr hoch positionierten
Standort aus wre eine solche Straktion sinnvoll. Dennoch wird der Ruf nach Handy-
freien-Zonen" immer grer, aus welchem Grund auch immer. Das lsst sich nur durch
(voll-)abgeschirmte Rume oder eben einfacher durch einen Strsender realisieren.
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3 Strsender in der Praxis
Abb. 3.9 GSM-Basis-Station Funkrelais
Wie bereits erwhnt, sind Punktstrungen auf Eingabefrequenzen von Funkrelais keine
Seltenheit, dazu gengen handelsbliche Sprechfunkgerte. Doch zunchst zur grundle-
genden Funktion eines Funkrelais: Funkrelais sind vollautomatisch arbeitende Funkstel-
len an geographisch gnstigen Positionen. Sie verbessern die Funkabdeckung fr einen
beschrnkten Teilnehmerkreis. Dazu besitzen sie eine Eingabe- und eine Ausgabefre-
quenz. Funkstellen, die ber das Funkrelais arbeiten mchten, mssen auf der Relais-
Eingabefrequenz senden und auf der Relais-Ausgabefrequenz empfangen. Die entspre-
chende Umschaltung zwischen den beiden Frequenzen wird im Funkgert einprogram-
miert (sog. Relaisablage in MHz). Das Funkrelais empfngt durch seinen gnstigen
Standort nahezu jede Station im Versorgungsgebiet und sendet die empfangene Informa-
tion zeitgleich auf seiner Ausgabefrequenz wieder aus. Somit knnen auch leistungs-
schwache oder ungnstig platzierte Stationen miteinander kommunizieren. Der Nachteil
einer Relaisfunkstelle liegt auf der Hand, es kann nur immer eine Station darber arbei-
ten.
Setzt sich der Strer mit seiner (modulierten oder unmodulierten) Trgerfrequenz mit
einem starken Signal auf die Eingabefrequenz, blockiert er das Relais fr alle anderen
Stationen. Die Wirkung ist enorm, denn das Relais ist in diesem Fall vollstndig blo-
ckiert. Da Relaisstationen die grorumige Funkversorgung fr Teilnehmer mit kleinen
Sendeleistungen sicherstellen sollen, kann ein Strer auf diese Weise groe Gebiete
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3 Strsender in der Praxis
lahm legen. Relaisstationen knnen mit ganz gewhnlichen FM-Funkgerten punktuell
gestrt werden. Nachfolgendes Bild zeigt ein Duoband-Handfunkgert fr Amateur-
funkzwecke mit den Frequenzbereichen 130 bis 170 MHz und 390 bis 490 MHz mit
einer Hf-Ausgangsleistung von 5 Watt.
Abb. 3.10 Funkrelais
Abb. 3.11 Handfunkgert Drahtlose Videoberwachungsanlagen
Videoberwachungen sind als Sicherheitskomponenten in der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Ob in Hotels, Gaststtten oder Schmuckgeschften, besonders drahtlose
berwachungssysteme erfreuen sich groer Beliebtheit. Die Gerte sind preiswert und
ohne grere Verdrahtungsarbeiten zu installieren und arbeiten durchweg auf wenigen
Kanlen innerhalb des 2,4 GHz ISM-Frequenzbands. Um die Funkbertragung einer
solchen Kamera auer Funktion zu setzen, ist gerade mal ein handelsblicher Video-
Link-Sender erforderlich, denn viele Hersteller nutzen genau die gleichen vier bertra-
gungsfrequenzen, die an den Komponenten mit einem Schiebeschalter einstellbar sind.
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3 Strsender in der Praxis
Es gengt also, den Videosender auf die gleiche Frequenz einzustellen, auf dem die Vi-
deoberwachung arbeitet. Ist man nher am Empfnger dran, wird das Kamerasignal
weggedrckt und der Bildschirm des Kontrollmonitors wird wei.
Da solche Anlagen gerne zur berwachung des Verkaufsraumes oder toter Winkel in
unbersichtlichen Rumen genutzt werden, haben Kriminelle leichtes Spiel. Sie knnten
den Empfangsmonitor durch berlagern mit einem Strsender blenden" und in diesem
Zeitraum aktiv werden.
Den meisten Benutzern solcher drahtlosen Applikationen ist nmlich nicht bewusst, dass
ihr berwachungssystem nicht nur die eigenen Bilder in die ganze Umgebung aussen-
det, sondern dass sie darber hinaus sehr leicht gestrt werden knnen! Nachfolgendes
Bild zeigt einen handelsblichen Videoempfnger (sog. Video-Link), der Betrieb ist auf
einem der vier schaltbaren bertragungskanlen mglich.
Abb. 3.12 ISM-Videosender
GPS-Satellitennavigationsempfnger
(Zivile) GPS-Empfnger empfangen ber die Frequenz 1575 MHz die zeitlich synchro-
nisierten Daten der GPS-Satelliten. Aus den Laufzeitunterschieden dieser Satellitensig-
nale kann ein GPS-Empfnger seinen eigenen Standort ermitteln und ermglicht seinem
Benutzer weltweite Navigation.
Mittlerweile wird GPS fr zahlreiche technische Anwendungen genutzt, beispielsweise
fr das deutsche Mautsystem auf Autobahnen. Immer wieder wird behauptet, dass die
Strung eines GPS-Empfngers praktisch nicht mglich wre und das Mautsystem daher
als sehr sicher anzusehen ist.
Bereits ein einfacher Oszillator (POS-Modul 2000) mit nachgeschaltetem MMIC-Ver-
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3 Strsender in der Praxis
strker vermag den Empfang eines GPS-Empfngers in einigen Metern Umkreis wirk-
sam zu stren. Nachfolgendes Bild zeigt einen so aufgebauten GPS-Strer an einer kom-
merziellen Patch-Antenne. POS-Modul und MMIC-Nachverstrker sind auf einer Plati-
ne untergebracht.
Abb. 3.13 GPS-Strer Die Satelliten-Anzeige auf einem GPS-Handempfnger (hier ein Garmin etrex") sieht
wenige Sekunden nach dem Einschalten des Strsenders dann so aus:
Abb. 3.14 Gestrter GPS-Handempfnger Dieser einfache Versuch beweist auf recht eindrucksvolle Weise, wie leicht sich GPS-
Empfnger im nheren Umkreis stren lassen. Gerade im Zusammenhang mit der Ein-
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3 Strsender in der Praxis
fhrung des deutschen Mautsystems wurde die Manipulationssicherheit von GPS-
Empfngern immer wieder diskutiert.
TEMPEST
Unter der Bezeichnung TEMPEST (= Temporary Emanation and Spurious Transmissi-
on) versteht man ungewollte, hochfrequente Abstrahlungen von Computersystemen. So
knnen die Streusignale handelsblicher Computermonitore noch in einer Entfernung
bis zu 50 Metern Umkreis mit modifizierten Fernsehempfngern empfangen und darge-
stellt werden. Im militrischen und industriellen Bereich versucht man daher, diese Ab-
strahlungen durch besondere Abschirmung der Gerte zu unterdrcken (sog. TEM-
PEST-Hrtung). Eine andere Mglichkeit bietet ein Strsender, der einen kugelfrmigen
Schutzschild mit mehreren Metern Durchmessern erzeugt und entsprechende Empfangs-
versuche vereiteln soll. Das Gert mit der Bezeichnung secu-Dat600" ist dabei nicht
wesentlich grer als eine Zigarettenschachtel.
Nachfolgendes Bild zeigt das TEMPEST-Problem. Das Monitorbild des Laptops wird
vom darunterstehenden Fernsehempfnger empfangen und dargestellt. Das verwendete
TV-Gert war nicht einmal modifiziert!
Abb. 3.15 TEMPEST-Effekt Schutz vor ferngesteuerten Bomben
Politiker leben seit jeher in stndiger Angst vor Attentaten. Besonders gefrchtet sind
ferngesteuerte Bomben, mit denen ganze Fahrzeugkonvois attackiert werden knnen.
Um das Znden der Bombe zu verhindern, kann der Fernsteuerempfnger mit einem
Strsender blockiert werden. Das groe Problem dabei ist, dass man die Fernsteuerfre-
quenz nicht vorher kennt und einen groen Frequenzbereich stren muss. Es ist also die
klassische Bandstrung erforderlich, entweder durch gewobbelte Strsender oder durch
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3 Strsender in der Praxis
einen breitbandigen Rauschgenerator. Nachfolgende Grafik (Quelle Radio-Scanner")
zeigt das Pegelschema eines solchen Szenarios.
Abb. 3.16 Eskortenschutz durch Strsen-der (Quelle www.funkempfang.de)
Vorausfahrendes und nachfolgendes Begleitfahrzeug sind mit einem Band-Strsender
ausgerstet und strahlen die Hf-Leistung ber Richtantennen jeweils nach vorne ab.
Dabei wird je 300 Meter vor und hinter dem geschtzten Fahrzeug in der Mitte ein so
groer Strpegel erzeugt, dass kein Funkempfang mehr mglich ist. Ferngezndete
Sprengkrper in der Nhe des Fahrzeugkonvois werden somit wirksam blockiert.
3.2 Beispiele fahrlssiger Funkstrungen
Kabelfernsehen
Das Fernseh-Kabelnetz ist ein Paradebeispiel einer fahrlssigen Funkstrung im gesam-
ten deutschen Bundesgebiet. Durch unsachgeme Verkabelungen von nachgeschalteten
TV-Verteilanlagen kommt es durchweg zu Strungen zahlreicher Funkdienste. Kabel-
fernsehsysteme nutzen zur bertragung der Fernsehprogramme nmlich Frequenzkan-
le, die bereits terrestrisch durch verschiedenste Funkdienste genutzt werden. Der Ama-
teurfunkdienst ist im 2 Meter-Band (144 bis 146 MHz) in besonderem Mae betroffen,
der Sonderkanal S6 des Kabelnetzes ist mitten im 2 m-Amateurband zu empfangen. Der
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3 Strsender in der Praxis
seit Jahren andauernde Streit um diesen Sachverhalt dauert auch weiterhin an, Kritiker
bezeichnen das deutsche Kabelnetz als grten Strsender der Welt".
Nachfolgendes Bild zeigt einen Kabel-bergabepunkt im Keller eines Hauses. Oft
wurden von Fachfirmen" die vorhandene Dachantenne einfach abgeklemmt und das
vorhandene Stammleitungsnetz einfach auf den Kabel-bergabepunkt geschaltet. Die
alten Koaxkabel und Anschlussdosen erfllen in den seltensten Fllen die heutigen
Anforderungen. Es kommt zu massiven Funkstrungen wegen der mangelnden Ab-
schirmung.
Abb. 3.17 Kabel-bergabepunkt Netzgerte und Computer
Die meisten Haushalte sind bereits im Besitz eines wirksamen Bandstrers, ohne es zu
wissen. Millionen von Schaltnetzteilen arbeiten in Fernsehern, Computern und Netzge-rten. Das Arbeitsprinzip ist stets das Gleiche, Spannungsregelung durch Pulsweitenmo-
dulation. Leider entstehen dabei sehr steile Schaltflanken, die sich durch einen hohen
Oberwellenanteil auszeichnen. Im Umkreis von mehreren Metern werden Rundfunkge-
rte bis in den UKW-Bereich gestrt. Auch Mainboards von Computern stehen da nicht
nach, der weitverbreitete C64-Heimcomputer strte beim Betrieb den Rundfunkempfang
ganzer Wohnhausetagen. Seit Einfhrung strengerer EMV-Richtlinien sind diese St-
rungen zurckgegangen, dennoch tauchen immer wieder schwarze Schafe" auf, die
durch weitreichende Funkstrungen auffallen. Das ist auch kein Wunder, denn eine
EMV-Pflichtprfung gibt es nicht, die Hersteller mssen lediglich eine Selbsterklrung
abgeben, dass die geltenden Vorschriften erfllt sind. Eigene Umbauten an Gerten
reduzieren in den meisten Fllen die EMV-Manahmen der Hersteller, in diesen Fllen
haftet der Betreiber alleine fr die Folgen.
Vermeintlich unsinnige Teile sollten nicht entfernt werden. Die hufig verbauten Ferrit-
absorber beugen Funkstrungen vor, leider liegen sie vielen Gerten nur als Bausatz bei
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3 Strsender in der Praxis
und werden vom Kunden erst gar nicht angebracht.
Abb. 3.18 Schaltnetzteil Abb. 3.19 Ferritabsorber
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4 Halbleiterschaltungen
Halbleiterschaltungen
In diesem Kapitel werden halbleiterbestckte Komponenten und Baugruppen bespro-
chen, die weitgehend miteinander kombiniert werden knnen.
4.1 Oszillatoren
Jede Frequenz muss zunchst einmal erzeugt werden. Das lsst sich in sog. diskreten"
Schaltungen (mit Einzelbauteilen) oder heutzutage auch mit integrierten" Schaltkreisen
(IC) erzielen. Als Faustformel lsst sich sagen, dass ein Oszillator ungefhr eine Fre-
quenzvariation von 1:2 bis 1:5 (je nach bestrichenem Frequenzbereich) erreicht. Sollen
grere Bereiche abgedeckt werden, muss der Oszillator entweder umschaltbar ausge-
fhrt sein, oder es mssen mehrere Einzeloszillatoren (deren Frequenzbereiche sich er-
gnzen) aufgebaut werden. Dieses grundlegende Problem wurde erst mit neueren Schal-
tungsverfahren (z. B. DDS", digitale Frequenzsynthese) gelst. Durch dieses Verfahren
ist man in der Lage, auch sehr groe Frequenzbereiche mit einem Schaltkreis abzude-
cken. Da der Aufbau diskreter Oszillatoren gerade im Bereich hoher Frequenzen immer
mit einem groen Funktionsrisiko verbunden ist, sollen zunchst fertige VCO-Module
besprochen werden. Diese Oszillatoren bentigen keine Schwingkreise mehr und erfor-
dern nur noch eine geringfgige Beschaltung mit externen Bauteilen. Die Steuerung
dieser Oszillatoren erfolgen durchweg mit einer Steuerspannung, weshalb diese Kom-
ponenten auch als Voltage Controlled Oscillator" (kurz VCO") bezeichnet werden. Sie
lassen sich ber diesen Steuereingang auch problemlos in ihrer Frequenz modulieren.
Abb. 4.1 POS-Module
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4 Halbleiterschaltungen
POS-Module
Die amerikanische Firma Mini-Circuits liefert eine ganze Typenreihe ihrer VCO-Mo-
dule, die sich als Bandstroszillatoren hervorragend eignen. Die erforderliche Beschal-
tung beschrnkt sich auf ein Minimum. Neben der Betriebsspannung ist nur noch die
VCO-Steuerspannung anzulegen und schon steht das Hf-Ausgangssignal mit verwertba-
rer Ausgangsleistung (ca. 10 dBm) zur Verfgung.
Die derzeit lieferbaren VCO-Module decken den Frequenzbereich von 15 MHz bis ber
2 GHz ab. Die jeweilige Typenbezeichnung ist in das metallische Gehuse eingestanzt.
Auch wenn diese Komponenten nicht ganz billig sind, ersparen sie doch zahlreiche Pro-
bleme (Anschwing- und Oberwellenprobleme). Man muss sich allerdings bereits vorher
fr das richtige Modul entscheiden, Modifikationen (Frequenzwechsel) an vorhandenen
Modulen sind im Gegensatz zu diskret aufgebauten Oszillatoren nicht mehr mglich.
Nachfolgendes Foto zeigt die Innenansicht des POS-1060 Bausteines, die Blechkappe
wurde entfernt und danebengelegt.
Abb. 4.2 POS-Innenansicht Die grundstzliche Anschaltung aller POS-Module erfolgt nach folgendem Schema:
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4 Halbleiterschaltungen
Achtung, die Betriebs- und Abstimmspannungen der Module sind je nach Typ
unterschiedlich!
Durch berschreitungen dieser Spannung kann das Modul zerstrt werden. Im Anhang
finden Sie eine Auflistung aller aktuell lieferbaren POS-Module und deren wichtigsten
Daten.
Der Aufbau einer Oszillatorschaltung mit einem POS-Modul gestaltet sich in der Praxis
recht unkritisch. Fr eine erste Inbetriebnahme gengt eine gewhnliche Lochraster-
Experimentierplatine. Alle POS-Module sind gleich beschaltet, der Isolierring von PIN
1 (Unterseite !) hebt sich farblich von den restlichen Anschlssen ab. Die Beinchen sind
entsprechend zu verlten und anzuschlieen. Legt man die entsprechende Betriebsspan-
nung und Steuerspannung an, lsst sich am Ausgangspin (2) bereits eine Hf-Spannung
abnehmen.
Achtung: Die Betriebsspannungen der POS-Module sind unterschiedlich und be-
wegen sich zwischen 10 und 16 Volt!
Diese Spannung sollte keinesfalls berschritten werden, andernfalls verabschiedet sich
das teure Bauteil geruschlos. Die Steuerspannung zum Einstellen der erzeugten Fre-
quenz kann direkt an ein Potenziometer angeschlossen werden, damit lsst sich der erste
Abstimmvorgang gut bewerkstelligen. Je hher die angelegte Steuerspannung, desto
hher die Frequenz. Auf eine Stabilisierung der eingesetzten Spannungsversorgung ist
unbedingt zu achten. So betrgt die Abstimmempfindlichkeit beim Modul POS-535 je
nach eingestellter Frequenz bei 10 bis 24 MHz pro Volt! Bereits kleinste Schwankungen
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4 Halbleiterschaltungen
der Versorgungsspannung sorgen also fr gehrige Frequenzabweichungen. Ein direkter
Betrieb an der Bordspannung des Kraftfahrzeugs ist damit schon ausgeschlossen, denn
hier treten Spannungsschwankungen bis zu 2 Volt auf.
ber die Ausgangsimpedanz der POS-Module schweigt sich das Datenblatt aus, zudem
fllt die Oszillatorfrequenz bei entsprechender Belastung des Ausganges ab. Der Fre-
quenzabgleich ist daher immer am fertig verdrahteten Modul vorzunehmen.
Abb. 4.4 POS-Platine
Abb. 4.5 MAXIM-Platine
VCO-Module von MAXIM
VCO-Module werden heute auch als integrierte Schaltkreise angeboten. Die Beschal-
lung beschrnkt sich auf die Stromversorgung und die VCO-Steuerspannung. Als Bei-
spiele seien hier die vollintegrierten VCO-Module der Firma MAXIM angefhrt, die fr
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4 Halbleiterschaltungen
zahlreiche Frequenzbereiche erhltlich sind.
Im Anhang finden Sie die Datenbltter der VCO-Schaltkreise MAX2622/MAX2623/
MAX2634.
Die geringe Baugre wird allerdings auch mit einigen Nachteilen erkauft. So sind diese
VCOs nur als SMD (Surface Mounted Device)-Version erhltlich. Das Lten der acht-
beinigen Bausteine ist zwar mglich, aber nicht fr alle Bastler ein Spa. Man wird sich
in Zukunft allerdings an derartige Abmessungen gewhnen mssen. Links im Bild ein
gewhnliches Mini-Dip-Gehuse mit acht Beinchen, ganz rechts die Bauform des VCO-
Schaltkreises der Fa. MAXIM.
Abb. 4.6 MAXIM-Bausteine
Vorteilhaft ist die niedrige Betriebsspannung der Schaltkreise von nur 3 Volt, nachteilig
der im Verhltnis zu POS-Modulen niedrige Hf-Ausgangspegel von nur -3 dBm. Die
VCO-Abstimmspannung bewegt sich ebenfalls im Bereich von 0 bis 3 Volt. Insgesamt
also zahlreiche Detailunterschiede zu den bereits vorgestellten POS-Modulen.
Stromversorgung von 3-Volt-Schaltkreisen
Die Erzeugung der erforderlichen 3-Volt-Spannung ist mit herkmmlichen Bausteinen
(etwa 78xx-Serie) nicht mglich. Mittlerweile sind aber auch zahlreiche Spezial-ICs fr
diesen Zweck auf dem Markt. So beispielsweise der LD-1117V30 (Conrad-Best-Nr. 14
70 10-33).
Die angegebene Schaltung eignet sich beispielsweise zum Anschluss an weitverbreitete
12-Volt-Stromversorgungen. Auf eine ausreichende Khlung ist zu achten, da bei ma-
ximalem Stromfluss ber 7 Watt an Verlustleitung entstehen! Wird das o. g. MAXIM-
VCO versorgt, ist das freilich nicht ntig (es bentigt nur 10 mA).
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4 Halbleiterschaltungen
Abb. 4.7 3-V-Regler-Schaltung
Abb. 4.8 3-V-Regler Oszillatoren ausgemusterter Empfangstuner verwenden
Auch Baugruppen aus bestehendem Elektronikschrott lassen sich verwenden. Dafr
eignen sich auch alte Tunermodule aus Satelliten- oder Fernsehempfngern hervorra-
gend. Dazu sind die Blechkapselungen des Tuners zu ffnen und es lsst sich, nachdem
der Oszillatorschaltkreis ausfindig gemacht wurde, das Hf-Ausgangssignal des Oszilla-
tors auskoppeln. Die so wiederverwerteten Empfangstuner mssen vorher natrlich noch
funktionsfhig gewesen sein!
Der Hf-Pegel der Tuneroszillatoren ist meist relativ schwach und in der Grenordnung
der VCO-Module von MAXIM. Wegen der enormen Vielzahl von Tunertypen ist hier
auf eine nhere Beschreibung verzichtet. Bei eigenen Versuchen muss zunchst die
Anschlussbelegung ermittelt werden. Diese steht hufig auf der Leiterplatte (vor dem
Auslten beachten!), danach muss die korrekte Betriebs- und VCO-Steuerspannung am
Empfangstuner angelegt werden. Die Betriebsspannung ist unterschiedlich (5 oder 12
VDC), die (Kapazittsdioden-)Abstimmspannung bewegt sich immer zwischen 0 und 30
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4 Halbleiterschaltungen
VDC). Dann mit einem Spektrumanalyzer oder einem (pegelanzeigendem) Frequenz-
zhler den Oszillatorschaltkreis eingrenzen und den geeigneten Auskoppelpunkt suchen.
Im nachfolgenden Bild sind zwei ausgeschlachtete Empfangstuner unterschiedlicher
Hersteller abgebildet.
Abb. 4.9 Ausgebaute Empfangstuner
4.2 Steuergeneratoren
Manuelle Abstimmung
Mchte man jetzt ein Oszillatormodul in Betrieb nehmen, muss die Betriebsspannung
angelegt und ein gewhnliches Potentiometer an seinen VCO-Steuereingang ange-
schlossen (Pin 8 am POS-Modul) werden. Mit einem Frequenzzhler lsst sich die Os-
zillatorfrequenz (Pin 2 am POS-Modul) berprfen. Mit dem Potentiometer lassen sich
Spannungswerte zwischen 0 und 18 Volt abgreifen, das ist fr fast alle POS-Module der
komplette Abstimmbereich (auer POS 25 und POS 50, siehe Datenblatt).
Zur manuellen Abstimmung des Moduls gengt ein ganz gewhnliches Potenziometer,
wer genauer abstimmen mchte, ist mit einem Przisionspotenziometer besser bedient.
Je nach Typ sind 10 bis 20 Umdrehungen ntig, um den gesamten Widerstandsbereich
durchzudrehen. Die Oszillatorfrequenz ist damit wesentlich feinfhliger und prziser
einzustellen, verbunden mit dem Nachteil, dass die Stellung des Einstellknopfes nichts
mehr mit dem eingestellten Widerstandswert zu tun hat! Daher gibt es zugehrige Ska-
lenknpfe, die ber eine Art Zhlwerk die Umdrehungen mitzhlen.
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4 Halbleiterschaltungen
Abb. 4.10 Poti-Schaltung
Abb. 4.11 Poti Wie man schnell erkennen wird, ist eine
hohe Frequenzstabilitt mit POS-
Modulen nicht erreichbar. Dazu wre ein
Regelkreis (PLL) erforderlich. Als durch-
stimmbare Bandstrgeneratoren eignen
sich POS-Module aber sehr gut. Ein POS-
Modul kann mit dieser einfachen Be-
schaltung dennoch als einfacher Prfsen-
der fr Rundfunkempfnger verwendet
werden. Das Bild zeigt einen UKW-
Prfsender im Metallgehuse, basierend
auf einem Modul POS-150.
Abb. 4.12 UKW-Handsender
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4 Halbleiterschaltungen
Mit einem Potenziometer am Steuereingang ist ein zyklisches Verstimmen des Oszilla-
tormodules natrlich nicht mglich. Dazu bentigt man einen entsprechenden Steuerge-
nerator, der die erforderliche, zyklische wechselnde Steuerspannung erzeugt. Als Kur-
venform zur VCO-Steuerung eignet sich wegen der Symmetrie (und der damit statistisch
gleichmigen Hf-Energieverteilung ber die gesamte Frequenzbandbreite) eine Drei-
eck- oder Sgezahnschwingung. Grundstzlich kann aber auch mit jeder anderen Kur-
venform (Sinus) angesteuert werden. Abhngig von der VCO-Steuerspannung steigt und
fllt die Oszillatorfrequenz in einem ganz bestimmten Fenster. Die Lage der VCO-
Steuerspannung bestimmt die Position, der Hub die Gre des Fensters und damit den
berstrichenen Strfrequenzbereich.
Abb. 4.13 Kurven-parameter
Diesen Vorgang bezeichnet man als Wobbeln" eines Oszillators. Die Geschwindigkeit
dieser Frequenznderungen nennt man Wobbelfrequenz.
Steuergenerator mit XR2206
Als idealer Steueroszillator fr POS-Module hat sich der altbekannte und bewhrte
Funktionsgenerator-IC XR2206 von Exar erwiesen. Seine interne Schaltungstechnik
ermglicht es, Hub, Lage und Wobbelfrequenz an drei angeschlossenen Potenziometern
in weiten Bereichen getrennt einzustellen. Der IC bentigt daher nur wenige externe
Komponenten und ist in einem groen Spannungsbereich einsetzbar. Nachfolgende
Schaltung ermglicht die direkte Ansteuerung eines POS-Moduls.
Die Schaltung arbeitet mit 24 Volt. ber drei Potentiometer knnen Wobbelfrequenz,
Hub und Lage der Dreieckschwingungen eingestellt werden. Bei einer Betriebsspannung
von 22 Volt erzeugt der XR2206 einen maximalen Pegel von 18 Volt, was zur Ansteue-
rung des VCO-Steuereinganges der meisten POS-Module ausreicht (maximal 26 Volt
knnen als Betriebsspannung an den XR2206 angelegt werden, der Ausgangspegel
steigt dann entsprechend an). Zum ersten Abgleich der Schaltung ist ein Oszillograf
ratsam, dann knnen neben der korrekten Kurvenform auch Lage und Hub wunschge-
m eingestellt werden. Das nachfolgende Oszillogramm zeigt das Ausgangssignal des
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4 Halbleiterschaltungen
XR2206 mit groer Signalamplitude (ca. 15 Vss), das POS-Modul wird beinahe ber
seinen gesamten Frequenzbereich ausgesteuert.
Abb. 4.14 XR2206-Sgezahnoszillator
Abb. 4.15 Maximale Amplitude
Soll nur ein kleinerer Hf-Frequenzbereich vom POS-Modul berstrichen werden, wird
die VCO-Signalamplitude verkleinert, mit dem Lage-Potentiometer der Frequenzbereich
eingestellt. Nachfolgend das Oszillogramm einer schmalbandigen Einstellung, mit ei-
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4 Halbleiterschaltungen
nem Hub von 1,5 Vs, der einer VCO-Grundspannung von 15 Volt berlagert ist. Bei
dieser Einstellung wird mit einem POS-1060 Modul ungefhr der (Downlink)-GSM-
Frequenzbereich berstrichen.
Abb. 4.16 Kleine Amplitude
Ist der eingestellte Hub grer als der verfgbare Aussteuerungsbereich, kommt es zu
Signalverzerrungen (ohne Oszillograf hat man keine Mglichkeit, so etwas festzustel-
len!). Das so angesteuerte POS-Modul steht dann zu 50 % seiner Zeit auf der unteren
Oszillatorfrequenz! (Abb. 4.17)
Da man oftmals keine 24 Volt zur Verfgung hat, stellt sich gelegentlich das Problem
der Spannungsversorgung dieser Schaltung. Da hilft ein kleiner StepUp-
Spannungswandler vom Typ MC34063A, der aus wenigen Bauteilen besteht und eine
einstellbare Spannung bis ber 50 Volt liefern kann. Auch wenn sich in der Ausgangs-
spannung hochfrequente Schwingungsreste befinden, die Schaltung arbeitet in Verbin-
dung mit dem XR2206-Steueroszillator hervorragend. Am Potenziometer lt sich die
Ausgangsspannung auf genau 24 Volt einstellen, die zudem vom Regel-IC noch stabili-
siert wird.
Sollen noch grere Spannungsamplituden erzeugt werden, beispielsweise zur An-
steuerung des Moduls POS-2000 (Abstimmspannung 0 bis 25 Volt) oder eines Tuner-
Oszillators (Abstimmspannung 0 bis 30 Volt), kommt der XR2206 bald an seine Gren-
zen. Hier bietet sich nachfolgende Schaltung an, bei der ein Kondensator ber eine
Konstantstromquelle geladen und ber einen Entladethyristor (getriggert ber den
NE555 Timerbaustein) zyklisch entladen wird. Die Schaltung erzeugt einen Sgezahn
mit 30 Vss (je nach angelegter Betriebsspannung auch noch mehr). Nachteilig ist, dass
Amplitude und Lage der erzeugten Schwingung nicht variabel verndert werden knnen
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4 Halbleiterschaltungen
wie beim XR2206. Das Trimmpotentiometer verndert den Ladestrom des Kondensators
und wird auf bestmgliche Linearitt der erzeugten Sgezahnkurve abgeglichen.
Abb. 4.17 Teilweise bersteuert
Abb. 4.18 Spannungswandler
Natrlich knnen mit einem Steueroszillator auch mehrere POS-Module parallel anges-
teuert werden. Das bietet sich bei groen Abdeckungsbereichen geradezu an, zu beach-
ten sind allerdings die unterschiedlichen Daten der POS-Module. Nachfolgendes Bild
zeigt das Labormuster eines Strers mit zwei POS-Modulen, die von einem XR2206-
Steuergenerator angesteuert werden. (Abb. 4.20)
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4 Halbleiterschaltungen
Abb. 4.19 Steuergenerator mit NE 555
Abb. 4.20 Strsender Der Kippschalter ermglicht zudem die Umschaltung auf manuelle Frequenzeinstellung
ber das Potentiometer. Ob das Strsignal ber zwei getrennte Antennen oder mittels
Hybridkoppler ber eine gemeinsame Antenne abgestrahlt wird, hngt von den Einsatz-
bedingungen ab. In diesem Fall wurden zwei Signalausgnge eingebaut.
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4 Halbleiterschaltungen
Intelligente Steueroszillatoren
Abb. 4.21 C-Control Natrlich lassen sich auch mit PCs und Microcontrollern Kurvenformen beliebiger Form
und Frequenz erzeugen, mit denen ein variabler Oszillatorbaustein angesteuert werden
kann. Voraussetzung ist allerdings ein analoger Spannungsausgang, der die erforderli-
chen Spannungswerte liefern kann. Da die Ausgangsspannung ber Softwarekomman-
dos beliebig programmiert werden kann, lassen sich unterschiedlichste Anforderungen
erfllen. Beispielsweise das Wobbeln eines Frequenzbereiches in mehreren (nicht direkt
zusammenhngenden) Bandsegmenten, mit nur einem POS-Modul:
300-350 MHz / 370-390 MHz / 400-450 MHz
Somit wren die Bereiche von 350-370 MHz und 390-400 MHz ungestrt und knnten
zur eigenen Kommunikation benutzt werden. Dazu sind allerdings Programmierkenn-
tnisse und -Software der jeweils eingesetzten Rechnersysteme erforderlich (Atmel, PIC
oder PC). Vereinfacht wird die Situation allerdings durch die Tatsache, dass zahlreiche
Mikrocontroller bereits einen D/A-Wandler eingebaut haben und damit einen analogen
Spannungsausgang besitzen. Die verbreiteten C-Control Microcomputer von Conrad-
Elektronik etwa haben Analogausgnge, die einen Spannungsbereich von 0 bis 5 Volt
abdecken (softwaremig in 0,1 Volt Schritten einstellbar, erzeugt am nachgeschalteten
POS-Modul einem Frequenzsprung von 1-3 MHz). Die so generierte VCO-Steuerspan-
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4 Halbleiterschaltungen
nung muss ber einen entsprechenden Verstrkerbaustein allerdings noch an die erfor-
derliche VCO-Steuerspannung desjeweiligen Oszillators angepasst und ber einen In-
tegrator verschliffen" werden.
Grundstzlich lassen sich auf diese Weise auch automatisch arbeitende (zeit- und ereig-
nisgesteuerte) Strsender unterschiedlichster Machart realisieren. Darber hinaus kn-
nen auch mehrere Oszillatoren gleichzeitig angesteuert werden.
4.3 Hf-Verstrkerstufen
Die Hf-Ausgangsleistung der VCO-Module alleine ist fr einen Streinsatz bestenfalls
im absoluten Nahbereich des Empfngers geeignet. Mit wachsender Entfernung steigt
der Hf-Leistungsbedarf eines Strsenders rapide an. Dann bleibt nichts anderes brig,
als das Oszillatorsignal ausreichend zu verstrken. Dafr bieten sich mehrere Mglich-
keiten an.
MMIC-Breitbandverstrker
Diese Schaltkreise sind noch relativ jung und ermglichen auf einfache Weise eine ex-
trem breitbandige Hf-Verstrkung. MMICs (= Microwave Monolithic IC) sind Hochfre-
quenzschaltungsblcke, die in Chipausfhrung bis einige 10 GHz verwendbar sind. Die
preiswerteren Kunststoffausfhrungen erreichen immerhin noch einige GHz. Ihre hohe
Frequenzbandbreite erreichen sie durch eine starke Gegenkopplung ihrer eingebauten
Verstrkerstufen, eine sehr wirksame, schaltungstechnischen Manahme.
Der MSA 1104 eignet sich zum Nachschalten an POS-Module sehr gut, da er mit einem
Ausgangspegel von +17 dBm bereits eine deutliche Pegelanhebung des Oszillatorsignals
erzielt. Wegen seiner Breitbandig-keit ist er fr jeden Frequenzbereich bis 2 GHz ein-
setzbar und ist mit dem Ausgangspegel eines POS-Modules voll ausgesteuert (von
einigen Modulen bereits leicht bersteuert, was zur Oberwellenbildung fhrt).
Die erforderliche Beschaltung eines MMIC-Schaltkreises ist denkbar einfach. Zwei
Kopplungskondensatoren und ein Widerstand samt Drossel in der Speiseleitung und
fertig ist der Hf-Verstrker. Zumindest im Prinzip, denn in der Praxis sind doch noch
einige Dinge mehr zu beachten. Das beginnt schon mal mit der Beschaltung, wo geht's
rein und wo geht's raus mit der Hochfrequenz? Hier gibt es leider keinen einheitlichen
Standard und so verfhrt jeder Hersteller wie er mchte. Der im nachfolgenden Bild
gezeigte MSA1104 trgt nur die Aufschrift 11", sein Ausgangspin ist mit einem Punkt
bezeichnet (der weitverbreitete MAR 8 hat dagegen den Eingangspin mit einem Punkt
bezeichnet!).
Bestehen Sie beim Einkauf solcher Schaltkreise also immer auf ein Datenblatt oder
zumindest einer eindeutigen Hndleraussage. Die angebotenen Schaltkreise unterschei-
den sich in zahlreichen technischen Daten, vor allen Dingen aber in ihrer Verstrkung
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4 Halbleiterschaltungen
und ihrer Ausgangsleistung.
Abb. 4.22 MSA 1104 Die wichtigsten Daten des MSA 1104:
Arbeitsstrom Id = 55 mA (Max. 80 mA)
Verstrkung = 17 dB Ud = 5,5 Volt (Spannung des Ausgangspins gegen Masse) Frequenzbereich 0,1 MHz bis 2 GHz
Die Grundbeschaltung des MSA1104 ist recht einfach, sollte aber mglichst unter Hf-
Gesichtspunkten (groe Masseflchen, kurze Anschlsse der Bauteile, SDM-Kondensa-
toren, Ferritdrosseln) realisiert werden.
Abb. 4.23 MSA 1104 Der Vorwiderstand R zur Ruhestromeinstellung berechnet sich nach der Formel:
R = (Ub - Ud) / Id
Bei einer Versorgungsspannung von 12 Volt und einem gewnschten Betriebsstrom von
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4 Halbleiterschaltungen
50 mA ergibt sich als Vorwiderstand ein Wert von 180 Ohm.
Der Maximalstrom von 80 mA sollte keinesfalls berschritten werden (je nach Einbausi-
tuation (Wrmeabfuhr) wird der Schaltkreis entweder sofort oder in den nchsten Be-
triebsstunden zerstrt). Im Zweifel sollte der Ruhestrom unbedingt mit einem Vielfach-
instrument nachgemessen werden. Beachtet werden sollten in diesem Zusammenhang
auch mgliche Spannungsschwankungen (Kfz-Betrieb!). Der ber den Vorwiderstand
eingestellte Strom bleibt konstant (unabhngig davon, ob ein Hf-Signal anliegt oder
nicht). Je hher dieser Ruhestrom eingestellt wird, desto hher ist auch der Hf-Aus-
gangspegel. Zum ersten Experimentieren sollte man aber keinesfalls den Maximalwert
einstellen.
Beim Einbau ist darauf zu achten, dass beide Massefahnen kurz und mit einem dicken
Tropfen Ltzinn an eine mglichst groe Masseflche angeltet werden. Das verbessert
Hf-Eigenschaften (mglichst kleine Zuleitungsinduktivitten) und Wrmeabfuhr wirk-
sam.
Die Drossel darf nur entfallen, wenn R im Vergleich zur Ausgangsimpedanz (meist 50
Ohm) gro ist, in der Praxis ab einer Widerstandsgre von etwa 500 Ohm. Dafr lsst
sich beispielsweise eine Ferritkern-Breitbanddrossel VK200 oder einige Ferritperlen
(ber die Beinchen des Vorwiderstandes steck