Software Defined Radio nutzen
Das SDR-Praxisbuch
Burkhard Kainka LEARN DESIGN SHARE
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Das SDR-Praxisbuch Software Defined Radio nutzen
â—? Burkhard Kainka
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© 2019: Elektor Verlag GmbH, Aachen.
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Alle Rechte vorbehalten.
1. Auflage 2019
Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autor dankbar.
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Erklärung
Der Autor und der Herausgeber dieses Buches haben alle Anstrengungen unternommen, um die Richtigkeit der in diesem Buch enthaltenen Informationen sicherzustellen. Sie übernehmen keine Haftung für Verluste oder Schäden, die durch Fehler oder Auslassungen in diesem Buch verursacht werden, unabhängig davon, ob diese Fehler oder Auslassungen auf Fahrlässigkeit, Unfall oder andere Ursachen zurückzuführen sind. Umschlaggestaltung: Elektor, Aachen Satz und Aufmachung: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL) Druck: WILCO, Amersfoort, Niederlande Printed in the Netherlands
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ISBN 978-3-89576-338-0
Elektor-Verlag GmbH, Aachen www.elektor.de
Elektor ist Teil der Unternehmensgruppe Elektor International Media (EIM), der weltweit wichtigsten Quelle für technische Informationen und Elektronik-Produkte für Ingenieure und Elektronik-Entwickler und für Firmen, die diese Fachleute beschäftigen. Das internationale Team von Elektor entwickelt Tag für Tag hochwertige Inhalte für Entwickler und DIY-Elektroniker, die über verschiedene Medien (Magazine, Videos, digitale Medien sowie Social Media) in zahlreichen Sprachen verbreitet werden. www.elektor.de
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Inhalt Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Kapitel 1 • Das Software Defined Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.1 Arduino SDR-Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2 Erste Schritte mit G8JCFSDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Abstimm-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4 Installation von SDRsharp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Kapitel 2 • Kurzwellen-Empfangspraxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.1 Kurwellen-Rundfunk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2 Stationen und Sendezeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3 Bandbreite und Seitenbänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 DRM-Empfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5 Morsetelegraphie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6 Einseitenbandsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Kapitel 3 • Rauschabstand und Störsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.1 Störungen auf der Audioleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.2 Obertonmischung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 UKW-Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4 Arduino-Störquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.5 Häusliche Störsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.6 Überteuerung und Intermodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Kapitel 4 • Antennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1 Drahtantennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2 Massetrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.3 Dipolantenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.5 Mantelwellensperre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.6 Schleifenantennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.7 Antennenvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.8 Antennenanpassung und Vorselektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.9 Aktive Antennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Kapitel 5 • Abstimm-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.1 Ansteuerung des PLL-Bausteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
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Das SDR-Praxisbuch 5.2 Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.3 Universelle VFO-Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.4 PC-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Kapitel 6 • Digitale Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.1 FT8 dekodieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 6.2 WSPR dekodieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.3 Virtuelle Audiokabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.4 Digitale Betriebsarten mit fldigi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Kapitel 7 • SDR Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 7.1 Hilfsträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 7.2 Kalibrierung der Empfangspegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 7.3 Messungen an Mikrocontroller-Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 7.4 Anzeige der Bandbelegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 7.5 Vierpolmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 7.6 Zweipolmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 7.7 Stehwellenmessbrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Kapitel 8 • Standalone-Empfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 8.1 Abstimmung ohne PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 8.2 Direktmischer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 8.3 Der IQ-Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.4 CW-Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Kapitel 9 • WSPR-Sender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.1 JTEncode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.2 Frequenz-Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 9.3 WSPR-Frequenzen und -Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 9.4 Sendeverstärker mit 200 mW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 9.5 Antennen-Anpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 9.6 CAT-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Kapitel 10 • Ein QRP-Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 10.1 Morsetastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 10.2 Sender-Abstimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 10.3 Automatischer CQ-Ruf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
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Inhalt 10.4 WSPR-Sendefunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 10.5 Die Sender-Endstufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 10.6 Bedienelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
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Vorwort
Vorwort Das Elektor SDR-Shield ist ein vielseitiger Kurzwellen-Empfänger bis 30 MHz. Zusammen mit einem Arduino und der passenden Software lassen sich nicht nur Rundfunkstationen empfangen, sondern auch Morsesignale, SSB-Stationen und digitale Signale. Warum gerade Kurzwelle, wo doch heute verstärkt immer höhere Frequenzen verwendet werden? Weil auf Kurzwelle Direktverbindungen über Tausende von Kilometern möglich sind, und das sogar mit sehr geringen Sendeleistungen. Die Kurzwelle hat mich immer schon fasziniert. Nach dem ersten Radiobasteln habe ich mich früh dem Amateurfunk zugewandt. Mein Ehrgeiz war es, möglichst alle Geräte selbst zu bauen. Das war auch mehr oder weniger erfolgreich, sodass ich viele Jahre lang aktiv am Amateurfunk teilnehmen konnte. Dann ging es mir wie so vielen: Die Belastung im Beruf und eine ungünstige Wohnlage führten dazu, dass das Hobby vernachlässigt wurde. Die Entwicklung zum Thema Software Defined Radio haben zu einer Rückkehr auf die Kurzwelle beigetragen. Da konnte ich nach langer Zeit wieder einmal Amateurfunk hören und dabei neue Erfahrungen sammeln. Jetzt versuche ich einen Neueinstieg in den Amateurfunk. Viele Probleme sind dabei zu lösen. Die richtigen Geräte müssen her, optimale Antennen müssen gebaut werden und alte Kenntnisse müssen wieder aufgefrischt werden. Besonders das Elektor SDR (Artikel-Nr. 18515 im Elektor-Shop) hat sich als große Hilfe erwiesen. Antennen konnten damit getestet werden und neue Betriebsarten wurden erprobt. Zusätzlich wurde das SDR-Shield als vielseitiges Messgerät eingesetzt, um Störabstände oder Antenneneigenschaften zu messen. Nach und nach wurde der SDR zu einem vollständigen CW-Transceiver ausgebaut. Damit kann ich nun wieder aktiv am Amateurfunker teilnehmen. In diesem Buch habe ich vieles zusammengestellt, was mir auf dem Weg geholfen hat. Vermutlich geht es auch anderen so. Viele ehemals aktive Funkamateure haben eine lange Pause hinter sich. Und viele Newcomer kämpfen mit den gleichen Tücken. Ob es nun um Amateurfunk oder um DX-Rundfunkempfang geht – die Aufgaben sind ähnlich. Ich hoffe deshalb, mit diesem Buch einen Beitrag leisten zu können, den Weg in die Kurzwelle zu erleichtern. Ich wünsche Ihnen allzeit guten Empfang! Ihr Burkhard Kainka , DK7JD
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Das SDR-Praxisbuch
Kapitel 1 • Das Software Defined Radio Das Frontend eines einfachen Software Defined Radio (SDR) besteht aus zwei Direktmischern, die das gleiche Antennensignal mit einem Phasenunterschied von 90 Grad in den NF-Bereich heruntermischen (Bild 1.1). Das I- und das Q-Signal werden dann über den Stereo-Eingang in den PC gekoppelt, von der Soundkarte digitalisiert und mit einer passenden SDR-Software verarbeitet. Fast alle wesentlichen Eigenschaften des Empfängers werden durch die Software bestimmt. Die Hardware bleibt dagegen relativ einfach. 1.1 Arduino SDR-Shield Ein erstes Software Defined Radio mit USB-Schnittstelle hat Elektor schon 2007 gebaut, damals noch mit einer konventionellen Platine und nur wenigen SMD-Bauteilen. In der Zwischenzeit gab es immer mal wieder Überlegungen zu einer Neuauflage. Aber der damals verwendete PLL-Chip wird nicht mehr gebaut. Deshalb musste eine neue Lösung her. Sie kam in Form des Silicon Labs PLL-Chips SI5351: ein CMOS-Clock-Generator von 8 kHz bis 160 MHz mit I2C-Bus.
Bild 1.1: Blockschaltbild eines SDR-Frontend Die ersten Versuche gelangen mit einem Breakout-Board von Adafruit. Die vorhandenen Software-Beispiele waren für den Arduino geschrieben. Und deshalb wurden auch die ersten Gehversuche mit dem Arduino unternommen. Der neue VFO (vgl. Bild 1.1) wurde einfach an die vorhandene SDR-Platine angeklemmt und konnte seine Tauglichkeit beweisen. Und so entstand die Idee: Warum nicht gleich den ganzen Empfänger als Arduino-Shield bauen! Dann ist schon mal die Stromversorgung geklärt und die USB-Schnittstelle vorhanden.
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.2: Das ISR-Shield auf einem Arduino Uno Der Empfänger wird nun als fertig bestückte Platine mit beiliegenden Kontaktreihen geliefert. Diese muss man noch selbst einlöten, damit die SDR-Platine auf einen Arduino aufgesetzt werden kann. Danach muss noch etwas Software installiert werden, die man im Software-Archiv zum Buch auf der Elektor-Seite und auf der Homepage des Autors findet. Dann stellt man eine Verbindung zur PC-Soundkarte her, schließt eine Antenne an und kann loslegen.
Bild 1.3: Das Shield und seine Stecker
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Das SDR-Praxisbuch
Der Arduino selbst hat nicht viel zu tun, er empfängt seriell die gewünschte Frequenz vom PC und stellt dann den VFO entsprechend ein. So hat man sogar eine reelle Chance, einen Standalone-Empfänger zu bauen (vgl. Kap. 8). Die Abstimmung kann nämlich auch der Arduino allein leisten. Das eröffnet unbegrenzte Möglichkeiten, gerade weil der Arduino weit verbreitet ist und viele ihn programmieren können.
Bild 1.4: Das Schaltbild der Platine Ein Blick auf den Schaltplan (Bild 1.4) zeigt die einzelnen Baugruppen. Der SI5351 liefert das Oszillatorsignal mit der vierfachen Empfangsfrequenz an den Teiler 74AC74 (IC2B). Dieser teilt die Frequenz durch 4 und liefert die um 90 Grad phasenverschobenen Signale an den Mischer 74HC4066 (IC3). Dieser Analogschalter ist wie ein Umschalter verdrahtet und legt das HF-Signal abwechselnd an den invertierenden und den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers TS914 (IC4). Damit wird das Signal in den NF-Bereich heruntergemischt. Nach einer geringen Filterung und Verstärkung gelangt das Signal an den Audio-Ausgang. Die HF-Eingangsstufe bildet ein Source-Folger mit dem JFET BF545B, dem SMD-Äquivalent des BF245B. Der Eingang ist breitbandig und wird mit zwei Begrenzer-Dioden gegen Überspannung geschützt. Das reicht für den Kurzwellenempfang mit einer Drahtantenne völlig aus. Der Überspannungsschutz ist der Erfahrung geschuldet, dass bei einem Gewitter die Eingangsstufen beschädigt werden können. Für kritische Aufgaben kann man noch externe Filter und Vorverstärker verwenden. Die neueste Version V2_0 ist technisch identisch, hat aber zusätzlich Anschlusspunkte für zusätzliche PLL-Ausgänge und DC-gekoppelte Signalausgänge bekommen (Bild 1.5). Diese Erweiterung erleichtert den experimentellen Umgang mit dem Shield und vereinfacht externe Erweiterungen für Messgeräte oder Kurzwellen-Transceiver.
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.5: Neue Anschlüsse im alten Schaltbild
Bild 1.6: Zusätzliche Anschlusspunkte Für den Einsatz des Empfängers benötigt man eine USB-Verbindung zum Arduino, ein Audiokabel zum Audio-Eingang der PC-Soundkarte und eine geeignete Antenne. Außerdem muss ein Arduino-Sketch geladen werden, mit dem der VFO-Chip auf die Wunschfrequenz eingestellt werden kann.
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Das SDR-Praxisbuch
Bild 1.7: Das SDR-Shield im Stapel mit Arduino Uno und dem LCD-Shied Das Shield ist so konzipiert, dass es zusammen mit dem Elektor LCD-Shield eingesetzt werden kann. Es kann verwendet werden, um die aktuelle Frequenz anzuzeigen. Auch für den Einsatz als Messgerät oder für Standalone-Anwendungen ist es nützlich.
Bild 1.8: Schaltbild des LCD-Shields
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.9: Das neuere Display-Shield Das LCD-Shield gibt es in einer neueren, kompatiblen Version mit einem andern LCD und einer andern Blickrichtung (Bild 1.9). Es ist unter der Bezeichnung Arduino Experimentier-Shield 2.0 bei Elektor zu finden. 1.2 Erste Schritte mit G8JCFSDR Der leichteste Einstieg gelingt mit dem SDR-Programm (Bild 1.10) von Peter Carnegie http://www.g8jcf.uk. Es wurde bereits 2007 in Elektor vorgestellt und seitdem ständig erweitert. So ist nun eine Hz-genaue Abstimmung möglich geworden. Und auch eine individuelle Kalibrierung des VFO wird zum Kinderspiel. Das Programm lädt völlig automatisiert die passende Firmware in den Arduino. So muss man nicht einmal mit der Arduino IDE arbeiten. Anschließen, einschalten, fertig.
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Das SDR-Praxisbuch
Bild 1.10: Empfang eines Rundfunksenders Beim ersten Einschalten ist der SDR noch „Off". Zuerst muss man die gewünschte Hardware auswählen (Bild 1.11). Außerdem muss man unter Serial I/F die verwendete Schnittstelle (z.B. COM2) einstellen. Beim ersten Einschalten stellt das Programm dann fest, ob schon die erforderliche Firmware vorhanden ist. Wenn nicht, öffnet sich ein Fenster mit einem automatischen Upload (Bild 1.12). Das ist eine große Hilfe für Anwender, die sonst nicht viel mit dem Arduino zu tun haben. Keine Probleme mehr mit Kompilieren, Software-Versionen und derlei Schwierigkeiten.
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.11: Auswahl des Empfängers
Bild 1.12: Bestätigung für den Upload Für manche Anwendungen reicht die Grundgenauigkeit des VFO nicht aus, weil der 25-MHz-Oszillator Abweichungen von einigen kHz haben kann. Hier hilft die Kalibrierung. Man stellt eine Station mit bekannter Frequenz ein, klickt dann auf Calibrate und erhält ein weiteres Menü (Bild 1.13). Dann stellt man den Sender möglichst genau ein und klickt auf Apply. Damit ist der VFO kalibriert. Für eine optimale Kalibrierung sollte man übrigens in Stellung USB auf Schwebungsnull mit einem Träger eines bekannten Rundfunksenders einstellen, wobei die Oszilloskop-Darstellung des NF-Ausgangs helfen kann (AF OUT, Scope>Time). Je nach Vorgeschichte des verwendeten Arduino kann beim ersten Start eine völlig falsche Kalibrierung vorliegen. Dann reicht ein Klick auf Reset, um erst einmal in die Grundeinstellung zu kommen, in der man einen Fehler von wenigen kHz erwarten kann.
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Das SDR-Praxisbuch
Bild 1.13: Kalibrierung des VFO Damit ist der Empfänger bereit für den Einsatz. Alle Signale vom AM-Rundfunk über CW und SSB können beobachtet werden. Und auch digitale Betriebsarten können dekodiert werden, wenn man die passende zusätzliche Software dafür verwendet. 1.3 Abstimm-Software Die meisten SDR-Programme besitzen, anders als G8JCFSD, keine direkte Frequenzsteuerung für das Elektor SDR-Shield. Man muss deshalb auf dem PC neben der SDR-Software noch ein Programm zur Abstimmung starten. Üblicherweise wird damit eine grobe Frequenz vorgegeben, während die Feinabstimmung durch Verschiebung im SDR-Spektrum erfolgt. Außerdem muss eine dazu passende Firmware in den Arduino geladen werden. Laden Sie das Sketch si5351vfo2_1.ino in die Arduino-IDE. Das Programm initialisiert den PLL-Chip und stellt eine VFO-Frequenz von 10100 kHz (den Anfang des 30m-Ameurfunkbands) ein. Danach wartet es auf Kommandos zur Abstimmung auf andere Frequenzen.
Bild 1.14: Laden der Firmware
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Starten Sie den Seriellen Monitor und stellen Sie eine Übertragungsrate von 9600 Baud ein. Mit dem Start des Seriellen Monitors wird ein Reset des Arduino ausgeführt, und das Sketch startet neu. Sie bekommen eine Einschaltmeldung und die Anzeige der aktuellen Frequenz in kHz.
Bild 1.15: Startmeldung im Seriellen Monitor Geben Sie dann eine Frequenz in kHz ein. Um den Empfänger-VFO auf 7 MHz einstellen, senden Sie F7000. Der Arduino meldet die eingestellte Frequenz an das Terminal. Die neue Frequenz 7000 kHz ist damit eingestellt.
Bild 1.16: Einstellung auf 7 MHz Zur bequemen Einstellung der Wunschfrequenz dient ein dazu passendes PC-Programm. Das Standard-Programm für die Grobabstimmung heißt SDRshield2_0.exe und wurde in VB6 geschrieben. Die eingestellte Frequenz wird über eine virtuelle serielle Schnittstelle an den Arduino gesendet. Dazu muss nur beim ersten Start die verwendete COM-Schnittstelle (z.B. COM2) angegeben und mit „Open COM" geöffnet werden. Die verwendete Schnittstelle wird in einer INI-Datei gespeichert und beim nächsten Start wieder verwendet.
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Das SDR-Praxisbuch
Bild 1.17: Das VB-Programm SDRshield Der untere Schieberegler erlaubt die Einstellung der VFO-Frequenz im 1-kHz-Raster oder in großen Schritten von 25 kHz. Außerdem kann man eine Wunschfrequenz direkt eingeben und mit Set übertragen. Der obere Schieberegler dient der Feinabstimmung mit einer Auflösung von 20 Hz. Die Bandwahltasten stellen die Frequenz auf den Anfang der wichtigsten Amateurfunkbänder und der Rundfunkbänder ein. Damit bekommt man den schnellsten Überblick über die momentane Bandbelegung. Am unteren Rand können die Zusatzausgänge A und B abgestimmt und eingeschaltet werden. Sie dienen speziellen Aufgaben, die weiter unten noch genauer erläutert werden. 1.4 Installation von SDRsharp SDRSharp (SDR#) ist eine Software der Firma Airspy (https://airspy.com). Die Airspy-Hardware ist ein SDR-Frontend für den Frequenzbereich 24 MHz bis 1800 MHz. Die Software unterstützt jedoch auch andere Empfänger und vor allem auch beliebige Geräte mit einem Zugang über die Soundkarte. Laden sie zunächst das Windows SDR Software Package unter https://airspy.com/download.
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.18: SDR# nach dem ersten Start Beim ersten Start ist noch die Airspy-Hardware eingestellt. Wählen Sie im Source-Menü als neue Quelle „IQ from Sound Card"
Bild 1.19: Auswahl der Hardware
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Das SDR-Praxisbuch
Zusätzlich muss dann unter dem Audio-Menü die Soundkarte und der verwendete Audio-Eingang ausgewählt werden. Dabei kann es sich um den Line-In-Eingang oder um den Mikrofon-Eingang handeln, sofern es ein Stereo-Eingang ist. Außerdem kann hier die Samplerate gewählt werden. Bei einer Abtastrate von 48000 Samples pro Sekunde wird eine Frequenz bis 24 kHz übertragen. Im Spektrum sieht man dann einen Bereich von -24 kHz bis +24 kHz, bezogen auf die eingestellte Empfängerfrequenz, also einen Bereich von insgesamt 48 kHz. Je nach Soundkarte sind auch 96 kHz oder sogar 192 kHz wählbar.
Bild 1.20: Einstellungen zur Soundkarte Starten Sie dann die Software mit dem Startbutton in der oberen Zeile, links neben dem Lautstärkeregler. Im Normalfall sehen Sie dann bereits einen Rauschuntergrund im Spektrum. Stecken Sie ein Audiokabel ein. Ob Sie den richtigen Eingang gefunden haben, lässt sich leicht mit einer Berührung des offenen Steckers mit dem Finger feststellen. Dabei wird nämlich ein Brummsignal mit Oberwellen und Störsignalen eingekoppelt, das im Spektrum deutlich sichtbar wird.
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Kapitel 1 • Das Software Defined Radio
Bild 1.21: Fingertest des Audio-Eingangs Damit sind alle wichtigen Vorbereitungen erledigt, sodass die Empfängersoftware einsatzbereit ist. Stecken Sie das Audiokabel in den Ausgang des SDR-Shields und schließen Sie eine Antenne an.
Bild 1.22: AM-Empfang Der erste Test gelingt am besten mit einem AM-Rundfunksender. Am Abend hat man meist eine große Auswahl auf den Kurzwellen-Rundfunkbändern zur Verfügung. Am Tage findet man vor allem auf den höheren Bändern starke Signale. Im Radio-Menü muss die Betriebsart AM gewählt werden. Mit der Maus kann der AM-Empfangsbereich im Spektrum auf die genaue Frequenz geschoben werden.
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Software Defined Radio nutzen
Das SDR-Praxisbuch Burkhard Kainka, Jahrgang 1953, Funkamateur mit dem Rufzeichen DK7JD, langjährig tätig als Physiklehrer, ab 1996 selbstständiger Entwickler und Autor im Bereich Elektronik und Mikrocontroller mit dem Schwerpunkt Bausätze und Lernpakete, betreibt die Internetseiten www.elektronik-labor.de und www.b-kainka.de, u.a. mit der Bastelecke und einer Vorliebe für die Grundlagen der Elektronik.
ISBN 978-3-89576-338-0
Die Kurzwellentechnik übt einen ganz besonderen Reiz aus. Man kann mit geringstem Aufwand große Entfernungen überbrücken. Durch Reflexion an leitenden Schichten der Ionosphäre und am Boden werden Kurzwellensignale auch an Orten jenseits des Horizonts hörbar. So lässt sich jeder Ort auf der Erde erreichen. Zwar strebt die Technik nach immer höheren Frequenzen, und Radio hört man meist auf UKW, über DAB+, über Satellit oder das Internet. Aber alle diese moderneren Übertragungswege benötigen eine umfangreiche Infrastruktur und sind extrem verletzlich. Im Falle eines globalen Stromausfalls geht nichts mehr außer auf der Kurzwelle. Deshalb wird im Amateurfunk nicht nur ein Hobby gepflegt, sondern auch ein Notfunksystem aufrechterhalten. Das Elektor SDR-Shield (Artikel-Nr. 18515) ist ein vielseitiger Kurzwellenempfänger bis 30 MHz. Zusammen mit einem Arduino-Board und der passenden Software lassen sich nicht nur Rundfunkstationen empfangen, sondern auch Morsesignale, SSB-Stationen und digitale Signale. Der Erfolgsautor und begeisterter Amateurfunker Burkhard Kainka beschreibt im vorliegenden Buch die moderne Praxis des Software Defined Radios mithilfe des Elektor SDR-Shields. Dabei vermittelt er nicht nur den theoretischen Background, sondern erklärt auch zahlreiche Software-Werkzeuge aus dem Open-Source-Bereich, die heute die Kurzwellentechnik zu einem absolut spannenden und hochmodernen Hobby machen.
Elektor-Verlag GmbH 52072 Aachen www.elektor.de
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