Sonntag, 20. November 2016

#UpConverter für das #rad1obadge

Mein Rad1o-Badge vom CCC lag nun bestimmt mehr als ein Jahr lang in der Schublade. Es handelt sich dabei um ein SDR, also ein Funkgerät welches komplett per Software bedient wird. Empfangsfrequenz, Übertragungsrate zum Rechner als auch Leistungsverstärkung oder auch Bandbreite des Eingangsfilters wird komplett vom PC aus festgelegt. Software für die Bedienung gibt es einige verschiedene, ich verwende beispielsweise GQRX. Alternativ kann man auch #SDR verwenden. Mehr Informationen zum Rad1o gibt es übrigens hier.

Das hört sich nun erstmal sehr gut an, im Detail gibt es mit diesem Gerät jedoch ein Problem. Der Frequenzbereich den dass SDR empfangen kann bewegt sich im Bereich von 40 MHz bis 4 GHz. Damit sind nur die Frequenzbänder des Amateurfunks in Deutschland ab 6m (50,08 MHz) bis einschließlich 9cm (3,475) abgedeckt. Jetzt umfasst der Amateurfunk - welchen man in Deutschland auch ohne Amateurfunklizenz empfangen darf - noch weitere Frequenzbänder. Die aus meiner Sicht spannenderen Bänder befinden sich allesamt unterhalb der minimalen Frequenz die das rad1o empfangen kann - 40 MHz. Eine Übersicht über die Frequenzbänder des Amateurfunks in Deutschland kann man hier entnehmen.

Nun ist es zwar möglich in der Software wie GQRX die Limitierung der Hardware zu ignorieren (no limits Checkbox), was zum einen Schäden an der Hardware hinterlassen könnte und zum anderen einfach nicht so gut funktioniert da die Hardware und die eingesetzten Filter nicht auf die Frequenzbereiche abgestimmt sind. Per Software kann man dann noch die Eingangssignale allesamt stark verstärken lassen, was dann aber in fast jedem Fall zu einer extremen Übersteuerung führt. In der Regel habe ich auf diese Weise noch kein SSB-Signal verstehen können und auch mit den Digimodes gibt es größere Probleme.

Ich kann dennoch einige Erfolge mit dieser Betriebsweise des rad1o verzeichnen, so ist es mir beispielsweise möglich gewesen von N6PEQ ein QSO - welches mit Kanada über RTTY geführt wurde - zu empfangen. Alleine N6PEQ ist von meinem privaten Standort 9426 km entfernt (USA - Los Angeles). Und wenn man sich überlegt das meine Antenne eine im Wohnzimmer aufgehängte Groundplane war - ausgelegt für das 2m Band - dann wird die Tatsache des Empfangs immer unwahrscheinlicher. Beeindruckend - jedenfalls für mich!

Es sind also Erfolge zu erzielen, aber insgesamt ist das Empfangsgerät trotzdem nicht optimal ausgenutzt wenn man es ständig im undefinierten oder gar vollständig übersteuerten Modus betreibt.

Um die Frequenzen unterhalb von 40 MHz optimal empfangen zu können (den Kurzwellenbereich) benötigt man im ersten Schritt eine gut abgestimmte Antenne. Meine Groundplane ist für 2m abgestimmt. Also für 144 MHz bis 146 MHz was offensichtlich nicht passt.

Meine zweite Antenne ist eine MagnetLoop-Antenne, welche auf die Frequenzen von 2,5 MHz bis etwa 19 MHz abgestimmt werden kann. Sie ist für die unteren Frequenzen der Kurzwelle deutlich besser geeignet. Kurz: Mit dieser Antenne wird die Anzahl der Eingehenden Funksignale sowie deren Eingangspegel bereits deutlich besser.
Dennoch muss ich das rad1o weiter außerhalb seines Frequenzbereiches betreiben. Auf die Details beim Aufbau oder beim Kauf einer Antenne gehe ich an dieser Stelle nicht ein da man sich auch hierbei schnell im Detail verlieren kann.

Um nun aber das Problem mit dem Frequenzbereich in den Griff zu bekommen, genauer gesagt den Kurzwellenbereich mit dem rad1o sinnvoll empfangen zu können, gibt es eine Lösung. Man verwendet entweder einen Transverter oder einen UpConverter.

Ein Transverter ist wie auch der UpConverter ein Gerät welches man zwischen Antenne und Empfangsgerät in die Zuleitung einsetzt. Der Transverter setzt eingehende und ausgehende Signale von einer Frequenz auf eine andere um.
Das bedeutet das zum Beispiel das 40m Band (7 - 7,2 MHz) um eine definierte Frequenz nach oben verschoben wird. Also zum Beispiel von 7 MHz auf 107 MHz sofern die 100 MHz der Frequenz zweiten Frequenz entspricht.
Damit bewegt sich das zu empfangene Signal durch diese Verschiebung im normalen Arbeitsbereich des rad1o und kann ohne spezielle Einstellungen direkt empfangen werden. Jetzt könnte man auch statt 100 MHz nur 40 MHz verwenden, was uns aber mehr Probleme beim herausfiltern unerwünschter Signale bereiten würde.

Ein UpConverter realisiert diese Frequenzumsetzung quasi identisch. Der Unterschied zwischen UpConverter und Transverter ist dass der UpConverter nur in Empfangsrichtung funktioniert. Mit dem Transverter findet auch eine Anpassung der Sendefrequenz nach unten statt, so dass Funksprüche vom Funkgerät aus auf z.B. 107 MHz gesendet werden - tatsächlich aber auf 7 MHz ausgesendet werden.
Bild Schema
Die technischen Details halten sich für den UpConverter sehr in Grenzen (siehe Schema im vorherigen Bild). Eigentlich besteht dieser nur aus einem Eingangsfilter an den die Antenne angeschlossen ist. Dann aus einem Oszillator welcher einem die neue Mindestfrequenz erzeugt. Und einem Mixer der einem auf den Empfangs-Frequenzbereich die Frequenz des Oszillators aufaddiert. In meiner Schaltung ist die minimale Eingangsfrequenz bedingt durch den Mixer auf 0,5 MHz limitiert. Der Eingangsfilter filtert alle Eingangssignale oberhalb von ~60 MHz heraus. Dies hat den Vorteil das auch lokale FM-Sender die schwächeren Eingangssignale nicht überlagern.

Da ich auch für den UpConverter nicht unbedingt das Rad/die Schaltung neu erfinden wollte habe ich mich mit meiner Schaltung stark an ein anderes Projekt angelehnt. Dort ist die Umsetzung recht umfangreich beschrieben. Aufgrund der Umstände bei der Organisation mancher Bauteile habe ich ein paar Teile ersetzen müssen. Die schwierig zu beschaffenden oder unnötig teure Teile habe ich wieder in China bestellt.

Die unverschämte Einstellung deutscher Webshops/Firmen zum einen Versandkosten in der Höhe von um die 7 € zu verlangen (für einen Brief) und zum anderen für Bauteile welche sie ebenfalls aus China beziehen/in China fertigen lassen den 10-20 fachen Preis zu verlangen will ich - zumindest privat - nicht unterstützen. Mein Mixer aus China mit gleicher Güte kostet 70 Euro-Cent inkl. Versandkosten, und in Deutschland bestellt wäre dieser insgesamt bei etwa 14€.

Den Aufbau der Schaltung habe ich in diesem kurzen Video auf YouTube dargestellt. Dort ist zu sehen das ich auch dieses Mal wieder eine Lochrasterplatine verwende.
Die Spulen habe ich wie in der originalen Anleitung beschrieben von Hand gewickelt. Dazu wickelt man jeweils 0,8mm dicken Kupferlackdraht mit je 8 Windungen auf einen 6mm dicken Körper und berechnet die Länge der Spule un Abhängigkeit zur gewünschten Induktivität.


l = µ * n^2 * (A / L)

Wobei ich als Wert für µ 1nH eingesetzt habe und für L die Induktivitäten von 151nH, 143nH und 141nH eingesetzt habe.
Sofern verfügbar kann man die Abstimmung der Spulen mit einem Messgerät durchführen. Der Autor des Originalprojekts schreibt dazu jedoch dass es aber auch mit der einfachen Wicklung der Spule getan sein kann, da sie gut genug sind so wie man sie gewickelt hat.
Nun ja... lieber einmal mehr gemessen als an dieser Stelle an der Qualität der Schaltung Zeit gespart aber ohne entsprechendes Messgerät muss man hoffen das es einigermaßen passt.


Wie man im Video oben sieht wird die Schaltung per USB mit Spannung versorgt. Ausschließlich der Oszillator ist an dieser angeschlossen. Alle weiteren Bauteile der Schaltung werden nur passiv betrieben. Eine weitere Änderung in der Schaltung ist dass ich einen Schalter verwende um die Schaltung auch überbrücken zu können, also um den Eingang der Platine direkt mit der Ausgangsbuchse zu verbinden. Damit kann man auch die oberen Frequenzbänder verwenden ohne Antenne und Geräte an- und abschrauben zu müssen.

Im Video erkennt man ebenfalls das ich sehr viele Kondensatoren parallel betreibe. Das liegt daran das ich nicht alle Werte der benötigten Kondensatoren zur Hand hatte und auch nicht teuer bestellen wollte. Rechnerisch passt das soweit.

Der Schaltplan ist im folgenden Bild zu sehen, und das vollständige Projekt im GIT. Ich verwende übrigens mittlerweile KiCad für das Schaltungs- und Layout-Design.
Schaltplan
Hier noch ein Bild der fertig aufgebauten Platine von oben und unten. Gut zu sehen sind hier die oben genannten parallel geschalteten Kondensatoren und die Spulen.
Fertige UpConverter-Platine (oben)
UpConverter-Platine (unten)
Aktuell bin ich dabei die Platine in Betrieb zu nehmen. Meine letzten Aktivitäten lagen bei der Planung und beim Aufbau der Platine (siehe Oben). Momentan funktioniert die Platine nur partiell, mit einem Nachbau würde ich daher noch warten... Sobald es an dieser Stelle Neuigkeiten gibt werde ich davon berichten.

Ich möchte hier am Ende dieses Artikels noch einmal darauf hinweisen das man mit diesem Gerät nicht in der Lage ist in den Kurzwellenbereichen zu senden! Es geht hierbei rein um den Empfang und das mithören.

Wer senden möchte benötigt für das rad1o einen Transverter und die dazugehörige Amateurfunklizenz.

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