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2024-07-08T20:46:53Z

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Die '''homodyne Detektion''' (homodyn: altgr., wörtl. etwa „gleich-frequent“) ist eine Methode, um die [[Modulation (Technik)|Modulation]] einer [[Schwingung]] durch [[Mischer (Elektronik)|Mischung]] mit einer fast gleichen Referenz[[frequenz]] zu detektieren. In der [[Funktechnik]] spricht man von einem [[Direktmischempfänger]], in der Messtechnik von einem [[Lock-in-Verstärker]].
[[Datei:Mach-Zehnder interferometer.svg|mini|Das Laserlicht kommt von links und wird nach dem Strahlteiler unterschiedlich beeinflusst. Der Mischer folgt rechts oben, um die Differenzfrequenz zu bilden.]]

Falls die Referenzfrequenz dagegen einen stark abweichenden Wert besitzt (das ist der Regelfall), spricht man von einer [[Heterodyne Detektion|heterodynen Detektion]], das Gerät heißt dann [[Überlagerungsempfänger]].

== Prinzip ==
=== Optische Interferometrie ===
Der Begriff ''homodyn'' in der optischen [[Interferometrie]] drückt aus, dass die Referenzstrahlung für den Mischer aus der gleichen Quelle wie das Signal gewonnen wird, jedoch ''vor'' dessen Modulation.

Im Fall eines [[Streuexperiment]]s mit einem [[Laser]] ([[Laser-Doppler-Anemometrie]]) wird der Laserstrahl in zwei Teile geteilt:
* einer wird dem Mischer ([[Photodiode]]) direkt zugeführt (Referenzstrahlung),
* der andere wird zuerst auf das zu untersuchende System gelenkt; das dort [[Streuung (Physik)|gestreute]] bzw. modulierte Licht gelangt dann ebenfalls zum Mischer, der die Differenzfrequenz bildet.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sie unempfindlich gegenüber Schwankungen der Frequenz des Lasers ist. Für gewöhnlich ist der gestreute Strahl nämlich schwach, so dass die andere, nahezu konstante Komponente des Detektorsignals als Kennzeichen der [[Intensität (Physik)|Intensität]] des [[Lokaler Oszillator|lokalen Oszillators]] verwendet werden kann; Intensitätsschwankungen des Lasers lassen sich somit ausgleichen.

=== Funktechnik ===
In der [[Funktechnik]] versteht man unter ''Homodyner Detektion'', hier auch ''[[Kohärenz (Physik)|kohärente]] Demodulation'' genannt, einen [[Synchrondemodulation|Synchrondemodulator]], der auch als [[Direktmischempfänger]] bezeichnet wird. Im Unterschied zur Anwendung in der Optik wird die für den Mischvorgang erforderliche [[Phasenlage]] – die zeitliche Ausrichtung – als Referenz ''nicht'' mit übertragen. Das führt oft zu erheblichem technischem Aufwand, weil die Phasenlage der [[Trägerfrequenz]] im Empfänger rekonstruiert werden muss:
* Beim analogen [[Phase Alternating Line|Farbfernsehen]] ist eine Möglichkeit die zyklische Übertragung der Phaseninformation mit Hilfe eines [[Burst-Signal]]s.
* Bei digitalen Übertragungsverfahren kann die Phasenlage durch bekannte und zyklische wiederholte Muster im [[Datenstrom]] rekonstruiert bzw. nachgeführt werden.

=== Messtechnik ===
In der [[Messtechnik]] erlaubt die homodyne Detektion, extrem schwache Signale bekannter Frequenz aus einem störenden [[Hintergrund]] zu filtern.

[[Datei:Chopperrauschen.png|mini|Verringerung des 1/f-Rauschens durch Verschiebung in einen höheren Frequenzbereich]]
Nachteilig ist die begrenzte [[Empfindlichkeit (Technik)|Empfindlichkeit]] durch das starke [[1/f-Rauschen]]. Im Bild entspricht die „Rauschmenge“ der Fläche des linken blauen Bandes, wenn man von einer höchsten Signalfrequenz von 100 [[Hertz (Einheit)|Hz]] ausgeht.

Wird die Eingangsspannung dagegen mit der Frequenz f = 10 kHz gemischt, so entspricht das einer [[Amplitudenmodulation]] eines 10-kHz-Trägers mit der Messspannung. Die [[Fourieranalyse]] des Ausgangssignals zeigt, dass das Eingangssignal in den [[Seitenband|Seitenbändern]] des Trägers enthalten ist. Diese erstrecken sich über den Bereich f − 100 Hz bis f + 100 Hz. Wenn ''nur'' dieser hohe Bereich nachfolgend verstärkt wird, ist das 1/f-Rauschen erheblich geringer als im Basisbereich 0 bis 100 Hz, angedeutet durch die kleinere blaue Fläche rechts im Bild. Bei der abschließenden [[Gleichrichter #Synchrongleichrichter|Synchrongleichrichtung]] zur [[Demodulation]] erscheint nur dieser geringe Rauschanteil im Ausgangssignal.

Bei höheren Anforderungen und Signalfrequenzen unter etwa 10<sup>10</sup> Hz werden stets [[Überlagerungsempfänger]] bevorzugt, um das 1/f-Rauschen gering zu halten. Bei höheren Frequenzen bereitet das [[Phasenrauschen]] des Mischeroszillators Probleme.

[[Kategorie:Elektrische Messtechnik]]
[[Kategorie:Modulation (Technik)]]
[[Kategorie:Farbfernsehtechnik]]
[[Kategorie:Optische Messtechnik]]

Homodyne Detektion - Versionsgeschichte

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