Der Artikel stammt teilweise aus einer Vorlage von Conrad von Sengbusch. Nicht alle Eigenschaften und Zahlen waren korrekt dargestellt und mußten nachträglich korrigiert werden.
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Komplexer und wesentlich tiefer gehen die vielen Fernseh-Bücher von Dr. Dillenburger und Prof. Schönfelder, die aber meist für die Studenten an den UNIs gedacht waren. Auch die Vorlesungen von Prof. Dr, Hausdörfer dienen uns an vielen Stellen immer noch als Vorlage.

An der Entwicklung der Fernsehtechnik bis zum heutigen Stand sind eine Reihe hervorragender Persönlichkeiten aus Wissenschaft und Technik beteiligt, so daß eine Aufzählung in diesem Rahmen unvollständig bleiben müsste. Einige Namen sind jedoch unzertrennlich mit der Materie verbunden, da sie die Voraussetzungen für die Bildabtastung und -wiedergabe schufen: Mr. May, Paul Nipkow, Ferdinand Braun und Vladimir Zworykin.

Im Jahre 1873 entdeckt der Ire May, daß sich der hohe ohm'sche Widerstand des Elementes Selen in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke ändert (innerer Fotoeffekt). Aus einer anderen Quelle geht hervor, daß bereits 1852 Johann Wilhelm Hittorf die Widerstandsänderung des Selens bei wechselnder Beleuchtung beobachtete.

Paul Nipkow (1860-1940) weist und beschreibt 1884 einen Weg zur mechanischen Bildzerlegung. Er verwendet hierzu eine rotierende Scheibe mit spiralförmig angeordneten Löchern (Nipkow' sehe Scheibe). Die Löcher haben auf der Spirallinie gleichen Abstand, der Abstand vom Außenrand der Scheibe wird bei den einzelnen Löchern infolge der spiraligen Anordnung jedoch größer. Dadurch ergibt sich eine Möglichkeit, die Bildvorlage zellenförmig abzutasten. Der eigentliche Abtastvorgang kommt dabei wie folgt zustande: Aus einer Lichtquelle auf der einen Seite der Nipkow sehen Scheibe wird durch das erste Loch ein feiner Lichtstrahl gebildet. Dieser Lichtstrahl wird als Lichtpunkt durch die rotierende Bewegung der Scheibe über die Bildvorlage geführt.

Der reflektierte Anteil des auftreffenden Lichtstrahles ist je nach Bildeinzelheit der Vorlage im Helligkeitswert unterschiedlich und wird von einer Fotozelle (Selenzelle) registriert. Je nach dem. Helligkeitswert der einzelnen Bildpunkte einer Zeile ergeben sich dabei Widerstandsänderungen in der Fotozelle und entsprechende Stromänderungen. Nach der Abtastung der ersten Zeile erfolgt mit dem Lichtstrahl durch das zweite, tiefer angesetzte Loch die Abtastung der zweiten Zeile, usw. Auf diese Weise wird mit einer Umdrehung der Nipkowschen Scheibe (Zeilenzahl = Lochzahl) die gesamte Bildvorlage abgetastet.

Auf der Empfangsseite wird ein ähnliches Prinzip angewendet. Die Stromänderungen im Stromkreis der Fotozelle (Senderseite) werden z.B. über Draht auf die Empfangs seite übertragen, wo sie eine punktförmige Lichtquelle (Glühlampe) modulieren. Die Widerstandsänderungen der Sender-Fotozelle werden also in Änderungen der Leuchtstärke der Empfängerlampe umgewandelt. Der helligkeitsmodulierte Lichtstrahl trifft wieder auf eine gleichartige Nipkowsche Scheibe, auf deren Rückseite das übertragene Bild auf einer Mattscheibe aus Zeilen rekonstruiert wird.

Erste Übertragungen wurden nach diesem Prinzip tatsächlich durchgeführt (jedoch niue von Nipkow selbst), doch waren Jahre notwendig, um die Qualität des übertragenen Bildes zu verbessern. Die Trägheit der Selenzelle (Verschleifen der Hell-Dunkel Übergänge) und der Lichtquelle, die Begrenzung des Bildformates, die mechanische Abmessung der Scheibe zur Übertragung einer hohen Zeilenzahl (Auflösung) und schließlich die Forderung einer Übertragung von mindestens 25 Bildern pro Sek. (ungestörter Bewegungsablauf) waren Faktoren, die eine lange Entwicklungszeit erforderten und dennoch dem System Grenzen setzten. Synchronisationsprobleme sollten in diesem Zusammenhang ebenfalls nicht verschwiegen werden.

Karl Ferdinand Braun (1850-1918) erfand 1897 die nach ihm benannte "Braunsche Röhre", die bereits wenige Jahre später zur Wiedergabe von einfachen Bildvorlagen benutzt wurde. Noch heute bildet sie das Grundprinzip aller Elektronenstrahlröhren.

Vladimir K. Zworykin entwickelte 1923 die Ikonoskop-Röhre und schaffte damit die Voraussetzungen für eine elektronische Bildabtastung.

Erst mit der elektronischen Bildabtastung, Übertragung und Wiedergabe können die hohen Anforderungen an die Qualität des zu übertragenen Bildes erfüllt werden. Zum Verständnis dieser Vorgänge wollen wir zunächst die Fernsehnorm darstellen.

Für das Gebiet der Bundesrepublik ist die CCIR (Comite Consultatif International des Radiocommunications) - Norm verbindlich, die auch von den meisten europäischen Ländern übernommen worden ist. Die Tabelle I gibt Ihnen dazu nähere Einzelheiten und beinhaltet auch technische Angaben abweichender Normen.

*OIRT - Organisation International des Radiodiffusion et Television
** FCC = Federal Communication Commission

Das normale deutsche Bildformat des Fernsehbildes entspricht dem des standard Kinobildes und hat ein Seitenverhältnis von 4 : 3, woran sich auf der Senderseite bis heute (es war 1977) nichts geändert hat. Auf der Empfängerseite waren zu Beginn des Fernsehens 70°-und 90°-Bildröhren üblich, die ebenfalls für das 4 : 3 Verhältnis konstruiert waren.

Neuere Konstruktionen in 90°- und 110°-Technik verwenden dagegen ein Seitenverhältnis von 5 : 4. Da senderseitig nach wie vor das Seitenverhältnis 4 : 3 abgetastet wird, werden die neuen Bildröhren in der horizontalen Richtung etwas überschrieben.

Die Breite des auf das Format 5 : 4 "projezierten" 4 : 3-Seitenverhältnisses ergibt einen Wert x = 5,33, bedeutet also Überschreibung. Würden wir uns auf die Bildbreite als gemeinsame Basis beziehen, so würde der 5 : 4 Bildschirm in vertikaler Richtung nicht ausgenutzt werden.

Nachtrag: eine Liste der wichtigen Bild-Ausschnitt-Formate von Kino und Fernsehen
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• Breitwand :      1:1,85
• Cinemascope:  1:2,35
• Standard TV :   1:1,33
• 16:9 TV :          1:1,777

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Die CCIR-Norm VHF gibt eine Kanalbreite von 7 MHz an. Die Qualität eines Fernsehbildes wird im wesentlichen durch die Auflösung bestimmt. Diese wiederum steht im direkten Zusammenhang mit der Zeilenzahl Z und der Zahl der Bildpunkte B pro Zeile. Es gilt also, bei der Fernsehübertragung, die Bildvorlage in eine möglichst große Anzahl von Zeilen und Bildpunkten aufzulösen. Die Bandbreite, die zur Übertragung eines Fernsehbildes erforderlich ist, ist durch die Bildwechselfrequenz/ die Zeilen» und Bildpunktzahl gegeben. Damit sind der Auflösung des Fernsehbildes durch die vorgegebene Kanalbreite Grenzen gesetzt.

Das Fernsehbild wird entsprechend der CCIR-Norm in 625 Zeilen zerlegt. Nehmen wir an, daß z.B. eine Zeile aus quadratischen Bildpunkten besteht, dann ergibt sich pro Zeile eine Bildpunktzahl B von 625/B = 3/4, daraus folgt : B = 833

Bezogen auf das Gesamtbild werden also 625 • 833 = 520625 Bildpunkte übertragen. Multipliziert mit der Anzahl der Ganzbilder pro Sek. ergibt sich die Übertragung von 520625 * 25 = 13.015.625 Bildpunkten pro Sek. Umgerechnet in Sinus Schwingungen (Schwarz-Weiß-Sprung = 1 Periode = 2 Bildpunkte) ist also eine Bandbreite von ca. 13.015.625 : 2 = 6,5 MHz zur Übertragung des Bildes erforderlich.

Dieser Wert ist bei kritischer Betrachtung als rein theoretisch anzusehen. In der Praxis wird die 625-Zeilenauflösung nicht erreicht. Die schlechtere Auflösung (Schärfe) des Bildes in vertikaler Richtung und die Tatsache, daß während des Bild- und Zeilenrücklaufes kein Bildinhalt übertragen wird, rechtfertigen eine Herabsetzung des Wertes der Bandbreite. Für die Praxis wird eine Videobandbreite von 5,5 MHz als ausreichend angesehen. Das Bild zeigt Ihnen am Beispiel eines Empfangsbildes, daß während des Bild- und Zeilenrücklaufes kein Bild-Inhalt übertragen wird.

Für die Synchronisation des Bild- und Zeilenkippteiles eines Fernsehempfängers müssen wir zusammen mit dem Bildinhalt in konstanten Zeitabständen auch Bild und Zeilensynchronimpulse übertragen.

Ein solches zusammengesetztes Signal wird als BAS-Signal bezeichnet, in dem das "Bild"- signal, die "Austast"- und "Synchron"- impulse enthalten sind. Die Austast- und Synchron- impulse werden im Studio in einem sogenannten Taktgeber erzeugt und sind von einer quarz- stabilisierten Frequenz abgeleitet.

Das nächste Bild zeigt Ihnen die Bildschirmaufnahme eines elektronischen Testbildes, dessen Bildinhalt u.a. von einer 10-stufigen Grauskala gebildet wird. Dazu das Oszillogramm entsprechend der CCIR-Norm.

Die CCIR-Norm verwendet die Negativmodulation. Gegenüber der Positivmodulation hat sie den Vorteil, daß z.B. Zündfunkenstörungen von Kraftfahrzeugen, Kollektormotoren o.a. als dunkle Punkte oder Striche auf dem Bildschirm wiedergegeben werden. Das wirkt nicht sehr störend auf die Bildwiedergabe.

Der Impulsspannungswert der Synchronzeichen, bzw. der Synchronisierpegel beträgt 100% der Gesamtamplitude des BAS-Signales. Die Synchronzeichen modulieren den Sender also mit 100%, was gleichzeitig maximaler Senderleistung entspricht.

Der Schwarzwert des Fernsehsignales entspricht einer Modulation von 73%, während wir den 75%-Wert des BAS-Signales als Austastwert bezeichnen. Bei der Aussteuerung der elektronischen Kameras, Filmabtaster usw. im Studio bezieht man sich immer auf den Schwarzwert. Die sogenannte "Schwarzabhebung" beträgt 2% vom Austastpegel. Im Gegensatz zum Schwarzpegel mit 73% ist der Weißpegel mit 10% der Gesamtamplitude des BAS-Signales festgelegt (definiert). Aus folgendem Grund: Im Fernsehempfänger wird das sog. Intercarrier-Verfahren angewendet, dessen einwandfreie Funktion es erfordert, daß die Amplitude des Bildträgers nicht auf den Wert Null absinken darf.

Zusamengefasst: Für das BAS-Signal am Fernseh- oder Bildsenderausgang entsprechend Bild 3, auf das sich vorerst auch die weiteren Abhandlungen beziehen, gelten die im Bild eingetragenen Pegelverhältnisse.

Für das BAS-Signal entsprechend dem Bild, wie wir es nach der Demodulation im Fernsehempfänger erhalten, gelten (nur zur Information!) abweichende Pegelverhältnisse. Ausgehend vom Austastwert mit 0% ist der Schwarzwert mit 7,5%, der Weißwert mit 100% und der Synchronwert mit -43% (minus) festgelegt.

Der Beginn einer Zeile (Dauer 64us) folgt auf die sog. "hintere Schwarzschulter". Er umfaßt die "aktive Zeile" (Dauer 52us), deren Amplitudenwerte dem jeweiligen Bildinhalt entsprechen, die "vordere Schwarzschulter", den Zeilenimpuls und die hintere Schwarzschulter.

In der Zeilenaustastlücke findet der Rücklauf des Elektronenstrahles statt, der durch die am Ende jeder Zeile eingeblendeten Zeilenimpulse ausgelöst wird. Die Zeilenaustastlücke wird aus vorderer Schwarzschulter/ Zeilenimpuls und hinterer Schwarzschulter gebildet. Sie hat eine Länge von ca. 12us.

Die Zeilenfrequenz beträgt 15.625 Hz und errechnet sich aus der Zeilenzahl * Zahl der übertragenen Gesamtbilder/Sek. Somit beträgt die Dauer der gesamten Zeile tz = 64us.

Durch die vordere und hintere Schwarzschulter, deren Modulationswert mit 75% dem Austastpegel entspricht, wird sichergestellt, daß kein Bildinhalt übertragen wird. Wir erreichen so eine exakte Trennung zwischen Zeilen-(Bild)inhalt und Zeilensynchronimpuls. Im Empfangsbild können Sie die Zeilenaustastlücke im allgemeinen nicht erkennen, durch entsprechende Fehlsynchronisierung jedoch sichtbar machen !

Im Bild erkennen Sie deutlich die Bild- und Zeilenaustastlücke,

Für die Zeilenaustastlücke ist der Impulsverlauf am Ende der aktiven Zeile (Zeileninhalt) oben im Bild nochmals herausgezeichnet. Sie erkennen in der Abbildung auch den schwarzen senkrechten Balken in der Zeilenaustastlücke; er entspricht dem Zeilenimpuls, also einer 100%igen Modulation und damit dem Wert "ultraschwarz".

Zum Erzeugen eines flimmerfreien Bildes wird beim Fernsehen das sog. Zeilensprungverfahren angewendet, auf dessen Einzelheiten wir noch zu sprechen kommen. Im BAS-Signal müssen also entsprechende Synchronimpulse enthalten sein, die nach jedem geschriebenen Halbbild den Bildwechsel einleiten. Weiter muß die zeitliche Dauer der Impulse (Impulsfolge) so gewählt werden, daß die Synchronisation des Zeilenkippteiles im Empfänger auch während des Bildwechsels sichergestellt ist. Die Aufgabe der Bild- oder Vertikalsynchronisierung im Fernsehgerät übernehmen die Bildwechselimpulse. Einzelheiten dazu können Sie den Bildern entnehmen.

Im Bild ist die Impulsfolge zwischen dem Ende des 1. Halbbildes und dem Beginn des 2. Halbbildes dargestellt. Das 1. Halbbild endet mit einer Halbzeile. Das Bild zeigt Ihnen, daß das 2. Halbbild mit einer vollen Zeile endet. Mit der Vorderflanke des ersten Vortrabanten (Ausgleichsimpuls) wird der Austastbeginn eingeleitet. Die Vortrabanten schaffen nach der Integration im Empfänger ein vom Zeileninhalt unabhängiges Spannungsniveau, auf dem der integrierte Gesamtimpuls aus den Bildwechselimpulsen aufgebaut wird. Durch die Nachtrabanten wird der integrierte Gesamtimpuls in ähnlicher Weise wieder abgebaut. Sie erkennen daraus die Bedeutung der Ausgleichsimpulse für den Bildwechsel. Unabhängig von der Impulsfolge des jeweiligen Halbbildes wird eine konstante Synchronisations Spannung für die Bildkippgeräte erzeugt. Die gesamte zeitliche Länge der 5 Vortrabanten, 5 Bildwechselimpulse und 5 Nachtrabanten beträgt je 2,5 Zeilen = 160us. Dadurch, daß die Vorderflanken der Ausgleichsimpulse und der Bildwechselimpulse Halbzeilenabstand aufweisen, ist außerdem gewährleistet, daß das Zeilenkippgerät im Empfänger auch während des Bildwechsels synchronisiert wird.

Beim Zeilensprungverfahren werden 50 Halbbilder/Sek. übertragen. Die Dauer eines Halbbildes einschließlich der Rücklaufzeit beträgt daher t = 1/f = 1/50 = 20ms. In dem Bild ist die Impulsfolge eines Halbbildes nochmals herausgezeichnet.

Die CCIR-Norm bezieht sich in den Angaben der Impulsdauer immer auf die Dauer einer Zeile, tz = 64s und gibt im Einzelnen an (abgerundete Werte):

Impulsdauer eines Bildwechselimpulses = 41% einer Zeile = 26,25 us
Impulslücke zwischen den Bildwechselimpulsen = 9% einer Zeile = 5,75 us
Impulsdauer eines Zeilenimpulses = 9% einer Zeile = 5,75 us

Die 5 Bildwechselimpulse und 5 Impulslücken entsprechen somit einer Dauer von 2,5 Zeilen.

Die Gesamtdauer der Bildaustastlücke entspricht etwa 20 (etwa 18 ... 22) Zeilen, wobei der Zeitraum von ca. 5 Zeilen für die Rückführung des Elektronenstrahles benötigt wird. Der Bildrücklauf, Einschwingvorgänge und dergleichen bleiben dabei unsichtbar. Wir erinnern uns in diesem Zusammenhang an die Begrenzung der Videobandbreite: Durch das Zeilensprungverfahren gehen in der Bildaustastlücke 2 * 20 Zeilen von den theoretisch vorhandenen 625 Zeilen verloren. Das Bild zeigt Ihnen die Bildaustastlücke eines Empfangsbildes bei Fehlsynchronisation (Bildfrequenzregler verstellt). Bei entsprechender Wahl der Helligkeit des Bildes heben sich die uitraschwarzen Bild- und Zeilensynchronzeichen vom "Schwarz" des Austastpegels ab.

Um beim Empfang eines Fernsehbildes den Eindruck eines in sich geschlossenen Bewegungsablaufes zu haben, müssen mindestens 25 Bilder/Sek. (Kino 24 Bilder/Sek. ) übertragen werden. Das menschliche Auge ist so träge, daß es die ruckartigen, momentanen Bewegungsabläufe nicht mehr in einzelnen Phasen registriert. Die einzelnen Teilbilder werden so als ineinander übergehende Bewegungsabläufe wahrgenommen.

Bisher haben wir nur von den Bewegungsabläufen gesprochen. Würden wir beim Fernsehen nacheinander 25 Einzelbilder/sek, übertragen, so wäre nach jedem Teilbild eine Verdunkelung des Bildschirmes erforderlich, um den Elektronenstrahl der Röhre in diesem Zeitabschnitt dunkelgetastet wieder zum Ausgangspunkt zurückführen zu können. Die dabei entstehenden 25 Hell-Dunkel-Übergänge pro Sek. würden sich als störendes Flimmern bemerkbar machen. Um dieses Flimmern zu umgehen, wurden viele Versuche durchgeführt. Im Endeffekt zielten sie darauf, die Helligkeitsänderungen bzw. die Bildzahl/Sek. scheinbar zu verdoppeln.

Für die Fernsehübertragung wird daher als Lösung das sogenannte Zeilensprungverfahren angewendet, das eine ungerade Zeilenzahl (CCIR-Norm 625 Zeilen) voraussetzt. Die folgenden Bilder sollen diese Vorgänge verdeutlichen. Statt eines Bildes mit 625 Zeilen haben die Muster der Übersicht halber nur 25 Zeilen.

Beim Zeilensprungverfahren werden also zwei Halbbilder nacheinander vom Elektronenstrahl geschrieben. Das 1. Halbbild (Raster) entsprechend beginnt mit der 1. Zeile und beinhaltet alle ungeraden Zeilen. Es endet (hier bei unserem Muster) nach 12,5 Zeilen mit einer Halbzeile. Die Zeilenrückläufe dürfen nur einen Bruchteil der aktiven Zeile in Anspruch nehmen, nämlich 20% der Gesamtdauer einer Zeile. Die durch die Synchronzeichen und die Rücklaufaustastung an der Bildröhre (dunkelgetasteten Rückläufe) sind in Zwischenzeilenabtastung gestrichelt gezeichnet.

Da der Zeilengenerator auch während des Bilarücklaufes synchronisiert wird, beginnt das 2. Halbbild mit einer Halbzeile und endet mit einer ganzen Zeile. Die beiden Halbbilder werden beim Zeilensprungverfahren ineinander geschachtelt wiedergegeben, wie Sie es auch in letzten Bild erkennen können.

Ein weiterer Vorteil des Zeilensprungverfahrens liegt darin, daß der Ablenkstrom in der Bildablenkspule konstant ist, was bei einem Fernsehsystem mit geradzahliger Zeilenzahl nicht zu verwirklichen wäre.

Die Abtastung der Bildvorlage im Studio zeigt ein einfaches Blockschaltbild. Über die Optik der Fernsehkamera wird die Bildvorlage als verkleinertes Bild zunächst auf die Fotokatode und dann auf die Speicherplatte einer Aufnahmeröhre (Superorthikon) projiziert. Auf der Speicherplatte entsteht dabei ein "Ladungsbild" der Bildvorlage. Die Abtastung dieses Ladungsbildes erfolgt bildpunkt- und zeilenmäßig durch entsprechende Ablenkfelder und in Verbindung mit einem Abtaststrahl. Der bildmodulierte Abtaststrahl wird in einem Elektronenvervielfacher (Bestandteil der Aufnahmeröhre) verstärkt.

Am Arbeitswiderstand des Verstärkersystemes können wir so ein Videosignal abnehmen, das in der Amplitude den Helligkeitsschwankungen der Zeile entspricht. Dieses Signal wird anschließend vorverstärkt und liegt als BA-Signal am Ausgang der Kamera. In dem nun folgenden Kameraverstärker wird das BA-Signal nochmals verstärkt und dann in den Bildmischer gegeben. Hier können nun weitere synchrone BA-Signale (z.B. weitere Kameras, Filmgeber oder dergleichen) zugemischt werden. Aus dem Bildmischer gelangt das BA-Signal in den Signalmischer, in dem der S-Anteil (Synchronanteil) zugemischt wird. Am Ausgang des Signalmischers steht somit das komplette BAS-Signal zur Verfügung. Dieses BAS-Signal wird entsprechend den Erfordernissen in weiteren Geräten aufbereitet und steht dann zur Bildmodulation des Senders zur Verfügung.

Im Folgenden etwas mehr über die in den Kameras verwendeten Aufnahmeröhren: Für die Schwarz-Weiß-Technik ist das Superorthikon und Vidikon, für das Farbfernsehen überwiegend das Plumbikon von Bedeutung.

Der aus dem Strahlerzeugungssystem austretende gebündelte Abtaststrahl wird vom Feld der Sammelelektrode g3 angezogen. Durch stufenweisen Abbau der Potentiale an den folgenden Elektroden in Richtung auf die Speicherplatte wird die Geschwindigkeit der Elektronen immer geringer. Um dennoch einen scharfen Abtaststrahl zu behalten (durch gegenseitige Abstoßung der Elektronen im Strahl neigt dieser zur Unschärfe), kann die Fleckschärfe durch die spezielle Ausbildung der Elektrode g4 und die Möglichkeit der Geschwindigkeitsänderung der Abtastelektronen durch Potentialänderung beeinflußt werden.

Das homogene Feld der Fokussierspule trägt zur Bündelung des Abtaststrahles bei. Das Potential der Bremselektrode ist so klein gewählt, daß die Elektronen des Abtast Strahles nunmehr sehr langsam und senkrecht auf die Speicherplatte auftreffen. Durch die gleichzeitig einwirkenden Felder der Ablenkspulenpaare wird das Ladungsbild der Speicherplatte nach Bildpunkten und Zeilen abgetastet.

Die positiven Ladungen der Glasfolie werden dabei von den negativen Elektronen des Abtaststrahles neutralisiert. Es treffen also immer nur so viele Elektronen auf die Glasplatte, wie erforderlich sind, um die positiven Ladungen zu kompensieren. Dabei wird das Potential der Glasfolie so weit negativ, daß der Rest der Abtastelektronen vor dem Erreichen der Glasplatte umkehren muß. Das Potential der Speicherplatte wird so nach negativen Werten stabilisiert. Durch die Neutralisation der positiven Ladungen auf der Speicherplatte erhalten wir eine Amplitudenmodulation des rückkehrenden Strahles, ein elektronisches Bildsignal.

Von hellen (positiven) Bildelementen werden also weniger Elektronen zurückkehren als von dunklen. Für den Fall, daß die Glasfolie keine positiven Ladungen aufweist (dunkle Bildvorlage), kehren die Abtastelektronen vor Erreichen der Glasfolie um und laufen auf etwa der gleichen Bahn wie die Abtastelektronen zur Strahlanode zurück. Nach der Abtastung der Bildvorlage finden wir auf der bildwandlerseitigen Fläche der Glasplatte positive Ladungen, auf der abtastseitigen Fläche negative Ladungen vor. Durch eine ausreichende Leitfähigkeit des Glases ist dafür gesorgt, daß die Ladungen bis zur Abtastung des nächsten Bildes (1/25 sek.) ausgeglichen sind.


Nun der Verstärkerteil des Superorthikons.
Er wird aus einem mehrstufigen Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV) gebildet, der wiederum aus der Dynode 1 + Strahlanode dy1 + g2, den Dynoden 2, 3, 4 und 5 sowie der Signalanode aufgebaut ist.

Die rückkehrenden Elektronen des Abtaststrahles werden nun durch die Potentiale der Gitter 5, 4, 3 und 2 beschleunigt und treffen auf die Dynode 1, die die erste Stufe des SEV darstellt. Durch konstruktive Maßnahmen ist sichergestellt, daß der zurückkehrende Strahl nicht wieder in das Strahlerzeugungssystem zurückgeführt wird. Statt dessen werden beim Aufprall der rückkehrenden Elektronen auf die Dynode Sekundärelektronen frei, die vom Feld der auf höherem Potential liegendem Dynode 2 angezogen werden. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrere Male und zwar dadurch, daß das Potential der folgenden Dynoden jeweils höher ist als das der vorangegangenen (siehe Bild). Am Arbeitswiderstand der Anode des SEV können wir so ein um den Faktor 500 ... 1.000 verstärktes bildmoduliertes Signal entnehmen und weiter verstärken.

Die typische Kennlinie eines Superorthikons:
Wir erkennen die Abhängigkeit des Signalstromes von der Beleuchtungsstärke. Der Sättigungsknick (Knie) entsteht dadurch, daß das Potential der Glasfolie nach positiven Werten durch das Potential des Netzes begrenzt ist. Die pro Bildelement speicherbare Ladung kann einen bestimmten Wert nicht übersteigen. Im Bereich des ansteigenden Teiles der Kennlinie verläuft die Aufladung der Speicherplatte durch die Helligkeit der Bildpunkte linear. Das Übergangsgebiet zum Sättigungsbereich der Kennlinie wird als "Knie" bezeichnet. Im Bild ist der optimale Arbeitsbereich eingezeichnet.

Bei neueren Superorthikon-Röhren entfällt das g5 (Bremselektrode). Zur Verbesserung des Störabstandes sind zusätzliche Elektroden vorgesehen. Die grundsätzliche Funktion der Röhre bleibt davon jedoch unbeeinflußt.

Wie das Video-Signal zustande kommt: Entsprechend dem Bild stellen wir uns die Speicherplatte in einer Ersatzschaltung als Anordnung von vielen parallelgeschalteten Kondensatoren und Widerständen vor. Jedem Bildpunkt der abgebildeten Vorlage ist dabei eine RC-Kombination zugeordnet. Entsprechend den Bildern a,b,c unterteilen wir den Abtastvorgang in drei Zeitabschnitte. Bei der Darstellung in Bild a gehen wir davon aus, daß die Beleuchtungsstärke den Wert Null hat, die Bildvorlage ist schwarz.

Der lichtabhängige Widerstand R des Bildelementes ist zu diesem Zeitpunkt sehr hochohmig. Durch den abtastenden Elektronenstrahl, der dem Potential der Katode entspricht, wird die RC-Kombination auf Katoden (Masse) potential gelegt. Der Kondensator C lädt sich dabei auf das Potential der Spannung U (z. B, 50 V) auf.

Bei der Darstellung nach Bild b ist auf ein Bildelement Licht gefallen. Der Kondensator C entlädt sich über den nun schwach leitend gewordenen Widerstand R, wobei die zeitliche Dauer der Entladung vom augenblicklichen Wert des Widerstandes abhängt. Bei einer extrem hellen Bildvorlage wird der Widerstand R sehr niederohmig, sodaß praktisch die Spannung an der Signalplatte dem Potential an der Halbleiterschicht entspricht.

Der Abtaststrahl mit dem Potential der Katode k trifft nun auf das Bildelement. Dabei fließen Elektronen aus dem Strahl über die RC-Kombination, den Arbeitswiderstand Ra und die Spannungsquelle U. Das Potential an der Halbleiterschicht wird dabei so weit abgebaut, bis es Katodenpotential (0 V) angenommen hat. Der größte Stromstoß fließt während des kurzen Momentes, in dem der Elektronenstrahl zum ersten Mal den Bildpunkt abtastet. Im äußeren Stromkreis hat der Stromstoß einen Spannungsabfall an Ra zur Folge, der über C1 als elektronisches Bildsignal ausgekoppelt wird. Das Bildsignal ist dabei annähernd proportional der augenblicklichen Helligkeit des abgetasteten Bildpunktes.

Ist das Potential an der Halbleiter-chicht auf den Wert Null abgesunken, so kehrt der Elektronenstrahl seine Richtung um. Beschleunigt vom Feld der Anode g3 und g2 kehren die Elektronen auf fast der gleichen Bahn wie beim Hinlauf zur Strahlanode zurück. Da auch der rückkehrende Elektronenstrahl in gleicher Weise wie beim Superorthikon bildmoduliert ist, könnten wir einen Elektronenvervielfacher zur Verstärkung nachschalten. Diese Möglichkeit wird beim Vidikon nicht aus genutzt, da es ohnehin um den Faktor > 10 empfindlicher als das Superorthikon ist.

Das sind die wesentlichen Vorteile des Vidikons. Deshalb hier kurz die Nachteile: Bei geringer Beleuchtungsstärke eines Bildelementes kann sich (vgl. Bild b) der Kondensator C wegen des hochohmigen Wertes von R bis zum nächsten Bildwechsel (1/25 Sek. ) nicht voll entladen. Diese Trägheit des Vidikons hat einen Nachzieheffekt zur Folge. Das Vidikon ist daher für bewegte Bilder geringer Helligkeit nicht gut geeignet.

Deshalb finden Sie diese Aufnahmeröhre überwiegend dort eingesetzt, wo ausreichende, konstante Lichtverhältnisse gewährleistet sind. Z.B. bei Filmabtastern, Kameras mit Überwachungsfunktionen (Industrie, Medizin) usw. . Die Lichtempfindlichkeit des Vidikons können wir durch Ändern des Potentials an der Signalplatte vergrößern. Eine höhere Spannung hat in gewissen Grenzen eine höhere Lichtempfindlichkeit zur Folge. Wir können die Empfindlichkeit des Vidikons aber nicht beliebig steigern, sonst tritt ein starkes Dunkelstromsignal auf, das sich negativ auf die Bildqualität auswirkt. Ein weiterer Nachteil des Vidikons ist der, daß nicht bewegte sehr helle Bilder zum "Einbrennen" auf der Speicherplatte neigen.

Im BAS-Signal sind Bild-, Austast- und Synchronsignal enthalten, wobei das Bildsignal einen Frequenzbereich von 0 ... 5 MHz umfaßt. Bei der Übertragung gilt es nun, das BAS-Signal möglichst störungsfrei ohne Amplituden-, Reflexions« oder Phasenfehler zum Sender und von hier drahtlos zum Empfangsort zu übertragen. Dazu sind eine Reihe von Möglichkeiten bekannt, von denen Sie die wichtigsten den Bildern a, b und c entnehmen können.

Im Falle von Bild a stehen Studio und Sender auf dem gleichen Gelände. Die Übertragung des BAS-Signales erfolgt dabei direkt über geeignet dimensionierte Koaxialkabel. Das Tonsignal gelangt ebenfalls direkt über Kabel und ggf. Trennverstärker, Begrenzer usw. zum Sender.

Bild b zeigt das Übertragungsverfahren für den Fall, daß Studio und Sender räumlich getrennt sind. Das BAS-Signal moduliert hierbei einen 21-MHz-Träger, wobei Amplitudenmodulation angewendet wird. Dieses Signal wird über ein entsprechendes Kabel zum Standort des Senders übertragen, dort wieder demoduliert und steht dann zur bildmäßigen Modulation des FS-Senders zur Verfügung. Der Ton wird in diesem Fall wie in Bild a übertragen, jedoch wird dann wegen der großen Entfernung eine Entzerrung (Kompensation des Abfalles der hohen Tonfrequenzen bei langen Leitungen) der Leitung notwendig.

Bild c gilt z.B. für den Fall einer Außenübertragung. Das BAS-Signal wird dabei auf eine frequenzmodulierte Centi-Strecke (Richtfunkverbindung) gegeben, die im GHz-Bereich (z.B. 6.650, 6.785 MHz) arbeitet. Auf der Empfangsseite wird das Signal wieder demoduliert und über Kabel zum Studio gegeben. Die Übertragung der Tonsignale geschieht auf ähnliche Weise, ebenfalls frequenz-moduliert, (wenig störanfällig) über die Centi-Strecke oder über Sender mit Frequenzen im UKW-Bereich. Falls vorhanden., werden zur Tonübertragung auch entsprechend entzerrte Postleitungen benutzt.

Seit einigen Jahren kommen zur drahtlosen Übertragung der Bild- und Tonsignale auch Richtfunkstrecken mit Frequenzen im UKW-Rundfunkband zur Anwendung, wobei ebenfalls Frequenzmodulation benutzt wird.
Mit den bisher kurz umrissenen Möglichkeiten sind die Übertragungsverfahren noch lange nicht erschöpft, können doch die einzelnen Methoden noch miteinander kombiniert werden. Bei Außenübertragungen sind z.B. für die Tonübertragung Modulations-, Kommando- und Meldeleitungen erforderlich. Weiter müssen Synchronisationsprobleme drahtlos oder über Kabel gelöst werden usw. Sie erkennen daraus bereits die Vielzahl der Probleme, die bei der Übertragung von Bild und Ton entstehen können.

Wir wollen für unsere weiteren Betrachtungen annehmen, daß das BAS- und Tonsignal bereits zum Sender übertragen worden ist. Zum leichteren Verständnis der folgenden Abhandlungen wollen wir nun die Begriffe der Amplituden- und Frequenzmodulation näher erläutern. Nach der CCIR-Norm wird nämlich der Bildträger des FS-Senders amplitudenmoduliert, der Tonträger frequenzmoduliert. Das schließt auch eine gegenseitige Beeinflussung bei der gemeinsamen Übertragung von Bild und Ton aus.

Unter Amplitudenmodulation verstehen wir die amplitudenmäßige Änderung einer Schwingung, z.B. der Bildträgerfrequenz fB durch das zu übertragende BAS-Signal. Das Bild zeigt Ihnen dazu einen Schaltungsauszug bestehend aus Treiber- und Endstufe eines Senders.

Aus dem Anodenkreis der Rö 1 wird das trägerfrequente HF-Signal mittels einer Bandfilterkopplung auf das Gitter der Rö 2 übertragen und verstärkt. Die Antenne ist induktiv an den Anodenschwingkreis der Leistungsendstufe Rö 2 angekoppelt. Im vorliegenden Fall kommt die Gittermodulation zur Anwendung. Dabei liegt im Gitterkreis eine Wicklung des Modulationsübertragers T, über den das BAS-Signal in den Gitterkreis transformiert wird. Entsprechend den Änderungen des Bildinhaltes bzw. der Amplitude der Synchronzeichen wird sich dabei die Gitterspannung der Rö 2 im Takte der Modulationsfrequenz verändern. Das BAS-Signal erscheint so als Hüllkurve im Amplitudenverlauf der Trägerschwingung.

Bei der Modulation des Trägers mit der Modulationsfrequenz f mod tritt ein breites Frequenzspektrum auf. Dabei setzt sich die amplitudenmodulierte Schwingung überschlägig aus der Trägerfrequenz fB und zwei Seitenbändern geringerer Amplitude zusammen. Wichtig ist der Zusammenhang:


Niedrigste Frequenz des unteren Seitenbandes = fB - f mod
Trägerfrequenz =fB
Höchste Frequenz des oberen Seitenbandes = fB + f mod

Das Bild gibt Ihnen die entsprechende theoretische Darstellung z.B. für den Kanal 5 im Band II (Bildträger - 175, 25 MHz).

Wie Sie später noch sehen werden, wird nicht das gesamte Frequenzspektrum zur Übertragung benötigt, da beim angewendeten Restseitenbandverfahren das untere Seitenband zum größten Teil unterdrückt wird.

Frequenz- und Amplitudenmodulation unterscheiden sich grundsätzlich dadurch, daß sich bei der Amplitudenmodulation die Trägerschwingung in der Amplitude verändert; bei der Frequenzmodulation bleibt die Amplitude der Trägerschwingung konstant, es ändert sich die Frequenz des Trägers im Takte der Modulation. Der Vorteil der FM liegt zudem in der hohen Übertragungsqualität und Unempfindlichkeit gegen Störungen. Eine einfache Schaltung zur Erzeugung einer frequenzmodulierten Schwingung zeigt Ihnen dieses Bild. Es stellt eine Oszillatorschaltung in Huth-Kühn-Anordnung dar.

Bei der Oszillatorschaltung sind die Schwingkreise L1, C1 und L2, C2 auf die gleiche Frequenz abgeglichen und über die Anoden-Gitter-Kapazität C gekoppelt.
Der Oszillator schwingt auf der Grundfrequenz fT. Ändern wir die Kapazität C1, so ändert sich im gleichen Maße auch die Frequenz des Schwingkreises L1, C1.

Die Grundfrequenz des breitbandigen Anodenkreises L2, C2 wird dadurch ebenfalls eine Änderung erfahren. Ersetzen wir den Kondensator C1 durch einen steuerbaren Blindwiderstand (Kondensatormikrofon), so werden große Lautstärkeschwankungen eine große Kapazitätsänderung zur Folge haben. Die Resonanzfrequenz ändert sich im Takte der Modulation zwischen einem Maximal- und Minimalwert.

Im Zusammenhang mit der Frequenzmodulation wird häufig der Begriff "Frequenzhub" genannt. Er bezeichnet die Abweichung von der Mitten- (Resonanz-)Frequenz in Abhängigkeit von der Lautstärke. Das Bild verdeutlicht Ihnen die Vorgänge zwischen Hub, Lautstärke und Resonanzfrequenz (fT).

Eine große Lautstärke ist gleichbedeutend mit großem Frequenzhub und großer Bandbreite. Die Tonhöhe bezeichnet bei der Frequenzmodulation die Häufigkeit der Frequenzänderung pro Zeiteinheit. Eine große Bandbreite des Resonanzkreises (im Bild) ergibt somit bei vorgegebenem Frequenzhub bei der Frequenzmodulation eine fast konstante Ausgangsspannung.

Im Gegensatz zur Amplitudenmodulation mit zwei Seitenbändern entstehen bei der Frequenzmodulation mehrere Seitenbandfrequenzen. Diese wiederum erfordern zur Übertragung eine größere Bandbreite. Die Seitenbandfrequenzen erscheinen ausgehend von der Trägerfrequenz im gleichen Abstand jedoch mit ungleichen Amplituden. Die rechnerischen Vorgänge sind kompliziert und setzen Kenntnisse der höheren Mathematik voraus.

In Kurzform:
Für einen maximalen Frequenzhub von + 50 kHz entsprechend der CCIR- Norm ist eine Bandbreite des Tonkanals von ca. +- 150 kHz erforderlich. Die Vorteile der Frequenzmodulation weden wegen der erforderlichen Bandbreite erst in sehr hohen Frequenzbereichen voll ausgenutzt.

Wir kommen nun zum Modulationsverfahren, das entsprechend der CCIR-Norm beim Fernsehsender angewendet wird. Wie Sie bereits wissen, wird der Sender bildmäßig amplituden- und tonmäßig frequenzmoduliert. Die bei der AM-Modulation entstehenden Seitenbänder erfordern für ein BAS-Signal mit einer höchsten Modulationsfrequenz von 5,5 MHz eine Bandbreite (Kanalbreite) von 2•5,5 MHz =11 MHz.

Wir sprechen in diesem Fall von einer Zweiseitenbandmodulation. Wegen der damit verbundenen großen Kanalbreite wird dieses Verfahren jedoch nicht angewandt. Statt dessen wird zur Übertragung des Fernsehsignales (Bild + Ton) das Restseitenbandverfahren benutzt. Das obere Seitenband wird dabei - ausgehend vom Bildträger - voll, ausgestrahlt, das untere bis auf einen Rest von 1,25 MHz. Das Bild zeigt Ihnen das Frequenzspektrum beim Zweiseitenbandverfahren, das folgende Bild das Spektrum entsprechend der CCIR-Norm mit teilweise unterdrücktem Träger.

Aus dem zweiten Bild erkennen Sie, daß die erforderliche Bandbreite beim Restseitenbandverfahren um 4,25 MHz geringer ist, also nur noch 11 MHz - 4,25 MHz = 6,75 MHz beträgt. Aus Tabelle I entnehmen Sie, daß die Breite der Empfangskanäle für die VHF-Bereiche (CCIR) mit 7 MHz festgelegt ist. Der zwischen der obersten Grenze der höchsten Seitenbandfrequenz und der oberen Kanalgrenze liegende Zwischenraum von 7 MHz - 6,75 MHz = 0,25 MHz ist für den Tonträger bestimmt. Bild- und Tonträger haben einen Abstand von 5,5 MHz.

Das folgende Bild gibt Ihnen eine Übersicht, wie der Bild- und Tonträger mit den entsprechenden Seitenbändern im Empfangskanal angeordnet ist, wobei auch die Grenzen der Nachbarkanäle in der Darstellung berücksichtigt werden.

Die Breite der Empfangskanäle im UHF-Bereich (Band IV/V) ist auf Grund internationaler Abmachungen mit 8 MHz festgelegt. Der Zwischenraum zwischen der höchsten Seitenbandfrequenz und der oberen Kanalgrenze beträgt dadurch 1,25 MHz. Störmöglichkeiten von Nachbarsendern können so (wegen der auch im UHF-Bereich im Gebiet der BRD eingehaltenen Bandbreite von 7 MHz) verringert werden.

Haben wir bisher das Modulationsverfahren besprochen, so kommen wir nun zu den schaltungstechnischen Vorgängen bei der Modulation des Fernseh-Senders nach dem Restseitenbandverfahren.

Das Bild zeigt Ihnen das Blockschaltbild eines Fernseh-Senders (nach GRUNDIG-Unterlagen).

Die weiteren Ausführungen sind nur noch für interessierte Analog-Techniker interessant und werden in den Büchern von Dr. Dillenburger und Prof. Schönfelder ausführlichst und höchst mathematisch beschrieben.


Das komplette, von der Antenne abgestrahlte Hochfrequenzsignal, setzt sich aus den dargestellten Teilfrequenzen (im Bild) zusammen.

Aus dem Bild können Sie auch das Toleranzschema entnehmen, das entsprechend den Forderungen der ARD und der (ehemaligen9 DBP die Toleranzgrenzen zeigt, in denen das vom Sender abgestrahlte Seitenbandspektrum liegen muß. Eingezeichnet ist eine Soll-Durchlaßkurve, die Ihnen zeigt, daß der Bildsender das untere Seitenband bei etwa 1 MHz abschneidet. Das obere wird vollständig von 0...5 MHz übertragen.

ist diese Tecchnik komplett obsolet geworden, denn es wird kein analoges Signal mehr über den Sender geschickt.

Und HDTV wäre mit dieser Technik sowieso nicht zu übertragen gewesen.