Review: Das SDR-Praxisbuch

7. Mai 2019, 14:37 Uhr
Review: Das SDR-Praxisbuch
Review: Das SDR-Praxisbuch
Burkhard Kainkas inspirierendes Vorwort in seinem hier besprochenen Buch, gibt Hinweise darauf, warum „Software Defined Radio“ (SDR) nicht nur bei Funkamateuren ein Hit ist. Das Thema SDR konnte neue Neugier für das schon nachlassende Interessengebiet „Radio“ entfachen. Da die Abstimmung und Dekodierung von Kurzwellenfunksignalen heute mit einem Minimum an Hardware und leistungsfähiger (kostenloser) Software erfolgt, ist es leicht zu verstehen, warum Neueinsteiger in das weite Feld des Radioempfangs, die es bislang eher mit Gleichstrom (alles unter 1 MHz) richtig vom Konzept des SDR gepackt werden.

Die Zeiten sind lange vorbei, als der Kurzwellenfunk eine Art schwarze Magie mit komplexen Spulen, merkwürdigen HF-Bauteilen und speziellen Konstruktionstechniken war. Heutzutage braucht es nur noch ein einfaches RF-Frontend-Board mit einem I-Q-Mischer und... ja... Software, die normalerweise auf einem Laptop mit guter eingebauter Soundkarte läuft. Die gesamte Intelligenz eines SDR basiert auf Software.
Der Autor Burkhard Kainka ist nicht nur ein produktiver Schriftsteller, Maker, Projektdesigner und Lieferant von Bausätzen, sondern auch ein Funkamateur mit dem Rufzeichen DK7JD. Das sollte eine Garantie dafür sein, dass sich sein Buch nicht in Schleifen mit trockener Software-Diskussionen verheddert und den Leser mit endlosen Screendumps und Code-Listen foltert. Stattdessen wird den realen Aspekten des Kurzwellenempfangs gebührende Aufmerksamkeit geschenkt, wie z.B. der Bekämpfung von Rauschen genau dort, wo es am effektivsten ist: auf der Antennenseite der Dinge.

Ein Arduino-Shield als I-Q-Mischer

Die richtige Reihenfolge des Vertiefens in das Thema SDR ist: (1) die Hardware bauen und verstehen, (2) die Software laufen lassen. Das Buch stellt daher zunächst einen Shield (Aufsteckplatine) für den Arduino Uno vor. Nachfolgend die Abbildungen sowohl fertig aufgebaut als auch als „Bausatz“.






Weiter geht es mit einer Strategie, die mir gut gefällt, da sie den Leser an die Hand nimmt. Der Autor diskutiert den Schaltplan und die Theorie und Funktionsweise des SDR-Shield in adäquater Detailliertheit. Das wichtigste Bauteil des Shields ist ein PLL-Chip (Phase Locked Loop) des Typs SI5351A von SiLabs. Der Arduino selbst hat nicht viel zu tun: Er empfängt einfach (seriell) die gewünschte Frequenz vom Laptop und passt dann die VFO-Schaltung auf dem Shield entsprechend an. Das vom Arduino ausgeführte Programm ist im Software-Archiv auf der Webseite zum Buch verfügbar. Dieser „Sketch“ ist sehr gut dokumentiert und erklärt, auch im Buch.
Zurück zur Hardware: Die HF-Eingangsstufe auf dem Arduino-Shield ist ein Source-Folger mit einem JFET des Typs BF545B, dem SMD-Äquivalent des berühmten BF245B. Der Überspannungsschutz ist mit zwei antiparallelen Dioden realisiert. Sie stellt sicher, dass die Eingangsstufe nicht durch elektrische Entladungen beschädigt wird. Der Eingang ist natürlich ein Breitbandeingang (auch bekannt als Scheunentor) und der Autor empfiehlt zu Recht den Einsatz von externen Filtern und Vorverstärkern für kritische Aufgaben.

Optional kann der Elektor LCD-Shield auf den SDR-Shield gesteckt werden, wie hier gezeigt:



Diese Konfiguration kann zur Anzeige der aktuellen SDR-Frequenz verwendet werden und dient gleichzeitig als Messgerät. Billig und praktisch, und es gibt dem Arduino ein kleines Extra!

Kapitel 2 fährt dann mit der Installationsprozedur eines der ältesten, kostenlosen und immer noch besten SDR-Softwarepakete fort: G8JCF. Peter Carnegie hat es bereits 2007 in Elektor vorgestellt. Damals entwickelte sich die Sache zum Blockbuster. Seitdem wurde das Programm ständig erweitert und verbessert. Es ist eine bemerkenswerte Demonstration der Leistungsfähigkeit von Shareware, denn sie lädt automatisch die entsprechende Firmware in den Arduino, so dass man nicht einmal die Arduino-IDE bemühen muss. Anschließen – einschalten – fertig. Der erst Eindruck ist überwältigend:



Das Buch enthält eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie man die SDR-Software G8JCF mit einem Arduino und dem darauf befindlichen SDR-Shield koppelt und die Firmware des Autors verwendet. Dieser Leitfaden ist eine kleine Übung, um das komplette Setup auf 7.000 kHz im 40-m-Band einzustellen. Alles detailliert und gut erklärt.
 
Als nächstes folgt die Installation von SDRsharp – oft „SDR#“ geschrieben – für den Frequenzbereich 24 bis 1.800 MHz. Hier wird ein kleiner „Fingertest“ am Antenneneingang vorgeschlagen, um zu überprüfen, ob das System überhaupt irgendetwas macht. Wenn ja, machen Sie mit dem AM-Empfang weiter. Dies geht am besten am Abend, wenn die MW-Ausbreitung günstig ist.
  

Praktischer Kurzwellenempfang und Rauschunterdrückung

Kapitel 2 des Buches ist ein wahrlich eine Anleitung für blutige Anfänger zum Kurzwellenempfang und dennoch eine hilfreiche und gut strukturierte Diskussion über die Fallstricke und Kuriositäten, denen Sie als völliger Neuling in der wunderbaren Welt des Lang-, Mittel- und Kurzwellenempfangs ausgesetzt sind. Es geht nicht nur um Amateurfunkstationen an abgelegenen Orten, sondern auch um kommerzielle Rundfunkanstalten, Notfall- und Versorgungsdienste sowie Wetterfaxstationen. Die gebräuchlichen Modi der Signalübertragung via CW, AM und SSB erhalten jeweils eine kurze Diskussion mit dem praktischen Beispiel eines passenden Senders.

Die vorangegangene Diskussion ist eine ausgezeichnete Grundlage für das nächste Kapitel über Rauschen, seine Entstehung und wie man lernen sollte, damit zu leben. In Kapitel 3 fand ich die Diskussion über Audio-Rauschen, das der Soundkarte des PCs inhärent ist – für mich gab es Aha-Erlebnisse. Es gibt ein praktisches, gut illustriertes Beispiel für ein USB-Gerät, das als wahrer Schuldiger für zusätzliches, unerwünschtes Rauschen im SDR-System verantwortlich ist!
Andere, im Buch kurz diskutierte Störquellen des SDR-Empfangs sind Beleuchtungen, ein DSL-Router und Leistungselektronik. Ich hätte mir gewünscht, dass dieses Kapitel etwas umfangreicher ausgefallen wäre, da insbesondere SDR-Neulinge ein solides Verständnis dafür benötigen, wie ihr Hauptfeind tickt.

Diese Antenne!

Dieses Kapitel beschreitet den effektivsten Weg darin, SDR einem neuen Publikum nahe zu bringen: Beginnen Sie am Anfang, mit diesem einen Bauteil, das Sie wirklich niemals durch Software ersetzen können: der Antenne. Durch seine schrittweise Diskussion über die Eigenschaften von Kurzwellen-Empfangsantennen und die Anpassung des Empfängers gelingt es dem Autor, die Erwartungen von Bewohnern städtischer Appartements zu dämpfen, Signale vom anderen Ende der Welt mit nicht mehr als einem Stück Draht aufzunehmen. Das ist ein Wunschtraum, nicht nur wegen der geringen Größe der Antenne, sondern auch wegen des höheren Niveaus an künstlichem elektrischem Störquellen und dem Rauschteppich in dicht besiedelten Gebieten.

Dennoch lernen wir in dem Buch, dass mit einer ordnungsgemäßen Erdung der Antenne, einem Balun (Trafo von symmetrisch nach unsymmetrisch) und/oder mit einer 75-Cent-Koaxial-Mantelwellensperre der Rauschpegel deutlich reduziert werden kann, so dass das SDR-System selbst in einer Großstadt und im Wohnbereich, sagen wir im ersten Stock eines Mehrfamilienhauses, nicht enttäuscht.

Schleifen- und Stabantennen werden im Buch prominent diskutiert – zu Recht, denn beide Varianten sind großartig bei der Unterdrückung elektrischer Störungen und bieten eine gewisse Richtwirkung. Es gibt auch einige Vorschläge für aktive Antennen – in meinen Augen etwas sparsam.

Zusatzfunktionen des SDR

Das im Buch beschriebene Projekt ist nicht nur ein SDR. Das Buch enthält Kapitel über den Einsatz als Messgerät im Elektroniklabor, einen WSPR-Sender („whisper“) und sogar einen QRP-Transceiver (low power). Alle drei Anwendungen werden auf wirklich ermutigende Weise und mit viel Pragmatik präsentiert: Hier sind die Grundlagen, jetzt fügen Sie Ihre eigenen Zutaten hinzu! Zum Beispiel ein 200-Milliwatt-Senderverstärker mit einem BS170-FET und Ausgangssignalfilterung:



Im WSPR-Modus des D+SDR erlaubte dieser „Zwergensender“ Verbindungen zu Tausende Kilometer entfernten Stationen:

Fazit

Das Buch ist ein Muss für alle, die gute und preiswerte Zutaten wie Arduino und G8JCF nutzen wollen, um mit SDR in die faszinierende Welt der Kurzwellentechnik einzusteigen. Der Titel ist genau richtig. Die Hauptvorteile des Buches sind:
  • Die Diskussionen des echten Feindes der Kurzwelle: Rauschen
  • Die gute Balance von Hardware (präsentiert von einem alten Hasen der Elektronik) und Software, die man benutzen kann, ohne ein Computer-Nerd zu sein.
 
Als leichte Kritik:
  • SDR-Shield-Hardware auf der einen Seite und die Software G8JCF / SDR# auf der anderen Seite würden je ein eigenes Kapitel verdienen;
  • Einige Diskussionen könnten ausgiebiger sein, z. B. über digitale Modi;
  • Gleiches für die Netzwerktheorie;
  • Gleiches für Schleifen- und andere Magnetantennen.
 

Das SDR-Praxisbuch
Von Burkhard Kainka, DK7JD
136 Seiten (farbig), Taschenbuch
ISBN 978-3-89576-338-0

Buch: www.elektor.de/das-sdr-praxisbuch
E-Book: www.elektor.de/das-sdr-praxisbuch-pdf

Nur gültig bis 13.05.2019:
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