Signal
Englisch: signal
Elektromagnetische Wirkung, üblicherweise eine zeitabhängige Spannung, die die Information eines Radio- oder Fernsehprogramms oder einer Kommunikation mit einem anderen Teilnehmer vermittelt.
Signal: Spannung, die durch die Zeit Bedeutung trägt
Ein Signal ist eine zeitveränderliche Spannung, ein Strom oder ein elektromagnetisches Feld, das Information zur Übertragung oder Verarbeitung codiert. In der Elektrotechnik ist es das Medium, durch das Daten, Audio, Video oder Steuerbefehle von einem Punkt zu einem anderen gelangen. Im Gegensatz zu einer statischen Spannung, die konstant bleibt, ändert sich ein Signal in Amplitude, Frequenz oder Phase; diese Änderungen stellen die übertragene Botschaft dar.
Signale existieren in zwei grundlegenden Formen: analog und digital. Ein analoges Signal ist kontinuierlich, die Spannung variiert gleichmäßig über einen Bereich; ein Mikrofon erzeugt beispielsweise ein analoges Signal proportional zu Druckschwankungen der Luft. Ein digitales Signal ist diskret und schaltet typischerweise zwischen zwei Spannungspegeln (etwa 0 V und 5 V) um, um Binärdaten darzustellen. Die meisten modernen Systeme wandeln analoge Signale mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitale Form um, um Verarbeitung, Speicherung und Rauschfestigkeit zu ermöglichen.
Signaleigenschaften und Messung
Ingenieure beschreiben Signale durch Amplitude (Spitzenwert oder Leistungspegel), Frequenz (gemessen in Hertz), Phase (zeitliche Lage) und Bandbreite (der Frequenzbereich, den das Signal einnimmt). Eine 1 kHz Sinuswelle und eine 10 kHz Sinuswelle haben beide Amplitude, unterscheiden sich aber in der Frequenz. Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) vergleicht die Leistung des gewünschten Signals mit der Leistung des unerwünschten Rauschens; schlechtes SNR verschlechtert die Wiedergabetreue in Audio oder die Bitfehlerrate bei der Datenübertragung. Oszilloskope und Spektrumanalysatoren sind Standardwerkzeuge zum Beobachten und Charakterisieren von Signalen.
Signalintegrität wird in Hochgeschwindigkeitsschaltungen und Fernübertragungen kritisch. Dämpfung führt dazu, dass die Signalamplitude mit der Entfernung abnimmt; Impedanzfehlanpassungen erzeugen Reflexionen, die das Signal verzerren. In HF- und Mikrowellentechnik werden Signale häufig über Leitungen mit kontrollierter Impedanz (typischerweise 50 Ohm in modernen Systemen) übertragen und mit angepassten Lasten abgeschlossen, um Reflexionen zu vermeiden. Übersprechen, bei dem ein Signal unerwünschte Kopplungen in einen benachbarten Leiter induziert, ist eine häufige Ausfallart in dicht gepackter Elektronik.
Der Begriff 'Signal' stammt vom lateinischen 'signum' und wird seit der Telegraphie-Ära in elektrischen Zusammenhängen verwendet. Ein Telegraphist erzeugte mit seinem Schlüssel An-Aus-Spannungsimpulse; dies waren Signale, wenn auch nach modernen Maßstäben primitiv. Heute ist Signalverarbeitung (Filterung, Verstärkung, Modulation, Demodulation) eine eigenständige Disziplin, zentral für Kommunikation, Messtechnik und Regelsysteme in allen Industriezweigen.