Einleitung

(Ein Blog in der Serie über Stratosphären-Ballonmissionen, hier zum Start der Serie)

Die Nutzlast ist gebaut, den Ballon und das Gas haben wir vielleicht auch schon, die Sendemodule und die Sensoren sind konfiguriert und getestet…vergessen wir aber nicht, dass es auch Empfangsstationen braucht! Die Empfangsanlagen können vielfältige Formen annehmen:

• eine feste Bodenfunkstation z.B. eines Amateurfunkers oder -Vereins mit grossen, allenfalls drehbaren Richtantennen (manuell/automatisch)
• eine Web SDR Station, Beispiel Enschede oder Peterborough oder Farnham. Dort gibt es auch ein LoRa Gateway (Phil Crump)
• ein Laptop mit SDR Stick zuhause oder mobil (im Auto)
• eine portable SOTA Station mit einer Richtantenne in der Hand

Es sind vielfältige Kombinationen denkbar, weshalb ich hier Bestandteile und Ideen beschreiben möchte und nicht fertige Anlagen. Fangen wir „oben“ an, bei den Antennen.

 

Antennen

An einer ortsfesten Anlage wird man natürlich ganz andere Antennen anschliessen können, als an einer mobilen im Auto. Für Ballons werden mit Vorteile die folgenden Antennen eingesetzt (jede andere geht natürlich auch mehr oder weniger gut). Die kurze Wendelantenne oder Gummiwurst, die mit vielen SDR Sticks migeliefert wird, ist meistens die schlechteste Wahl.

• Discone: diese Breitbandantennen haben einen flachen Abstrahlwinkel, wären also schlecht, wenn der Ballon direkt über Kopf ist. Bei einer max. Höhe von ca. 30km ist man aber schnell weit genug weg, sodass der Winkel weniger als 45 Grad beträgt. Discone Antennen decken einen grossen Frequenzbereich ab (typ. 100MHz-3GHz), sind aber weniger effizient als andere spezialisierte Antennen  und häufig auch sehr sperrig.
• Ähnlich wie für Satellitenempfang kann eine quadrifilare Helix (QFH)  oder eine Turnstile verwendet werden
• Vertikaler Rundstrahler wie diese Diamond X5000 (1.8m lang) oder diese Diamond
• Dipol – Antennen können schon mit kleinen Abmessungen eiffizient sein und sind schnell aufgebaut
• Yagi-Richtantennen sind die erste Wahl bei der genauen Richtungs-Ortung. Ein Spezialfall ist die HB9CV Antenne

 

Kleine Galerie meiner eigenen Antennen

Im Laufe der Jahre haben sich so einige Antennen bei mir angesammelt. Leider kann ich an meinem jetzigen Wohnort kaum mehr grosse Antennen aufbauen wie früher in meinem eigenen Estrich. So habe ich  mich auf höhere Frequenzen (=kleinere Antennen) und mehr digitale Funkerei verlegt.

Ein paar kleine Antennen resp. Rohmaterial für 434MHz und 870MHz

AOR Discone 5000, zusammengebaut ähnlich zu dieser.

Ein 144MHz/430MHz Dipol, zerlegbar für den Rucksack

Eine MP1 „Superantenne“. Für 2m/70cm braucht man nur den Teleskop-Stab.

Eine HB9CV Richtantenne für 2m, zerlegbar für den Rucksack

Eine kombinierte 2m/70cm Richtantenne, ebenfals rucksacktauglich zerlegbar, hier in zusammengeschraubtem Zustand. Die grösste Länge ist ca. 90cm. Speziell: nur 1 Anschluss gemeinsam für beide Teilantennen.

Eine 2m/70cm Stationsantenne, vertikaler Rundstahler („Blindenstock“). Sendetauglich bis ca. 200W, Länge 1.20m.

 

 

Montagematerial

Tipp: Antennen sollten möglichst hoch aufgestellt werden. Dabei kann ein Glasfasermast helfen (bis ca. 10m hoch!).

Die ca. 1m langen Elemente können ohne Werkzeug zusammengedreht werden. Der Mast ist hohl, das Kabel kann im Innern heruntergeführt werden.

 

Pre-Selector, Filter

Störende Signale können mit einem Filter (Bandpassfilter) ausgefiltert werden. Dies kann bei Radiosendern etc. nötig werden, insbesondere, wenn die schwachen Signale noch mit einem Empfangsverstärker verstärkt werden sollen. Starke Signale übersteuern sonst den Empfänger und es ist nichts gewonnen. Fertige Filter von  Mini Circuits oder anderen Prof-Anbietern sind teilweise sehr teuer in höheren Frequenzbereichen. Für die Kurzwellenbänder gibt es zahlbare Bandpassfilter bei QRP Labs.

Ich habe mir einige kleine SAW Filter gebaut, die Bestandteile sind:

• Filterboard bei OSH Park oder 433 MHz Filter
• Passende Filter gibt es bei Murata und Abracon

Hier ein Bild und die Messung der Durchlasskurve:

Die Wirkung der Filter kann mit einem SDR-Stick und einer Rauschquelle gemessen werden:

• Messungen mit einer Rauschquelle (RTL-SDR)
• Hintergrundinfos zum Rauschen Tutorial: Measuring filter characteristics and antenna VSWR with an RTL-SDR and noise source

 

Vorverstärker (Low noise amplifier)

Schwache Signale sollten in der Regel direkt an der Antenne verstärkt werden, damit diese nicht im Rauschnebel von PC, Empfänger etc. untergehen. Man kennt dieses Prinzip von den Satellitenempfänger: der Kolben vorne in der Satellitenschüssel enthält auch einen rauscharmen Vorverstärker, eben einen LNA (Low-Noise Amplifier). In jedem Prospekt für Sat-Empfang findet man diesen Ausdruck.

Auch hier kann man viel Geld ausgeben.

• Profi: Breitband VV und Filter von Kuhne. Beispiel: 0515 A/B von 5 bis 5’000 MHz – neue Version
• Semi-Profi: DG0VE UF Baugruppen
• Hobby-verträglich: LNA for all – Low Noise Amplifier for many applications from 28 MHz to 2500 MHz mit guten Erklärungen für Eigenbauprojekte wie Bias-T. Verkauft diese auch (erwähnt bei RTL-SDR.com)
• Selbstbau: LNA mit Mini Circuits Modul bei OHS

Ich habe mir einige LNA aus China gekauft, meist unter 20.- Einer hat einen eingebauten 432MHz Filter drin:

Hier die Messung. Die Verstärkung beträgt über 30dBm (Faktor 1000 Leistung) und die Bandbreite < 25MHz.

Beim Outernet Empfänger Kit ist ebenfalls ein breitbandiger LNA enthalten. Den besten Eindruck von allen macht mir aber der LNA4ALL (s. oben)

Hier ein Test: Im SDR# wurde der Gain auf 0 reduziert. Ein Radiosender wurde mit dem LNA deutlich empfangen, ohne nicht.

 

LNA brauchen eine Speisung. Am einfachsten schickt man diese Spannung auf dem Kabel mit und koppelt sie aus (Bias-T). Die neuen Versionen V3  der RTL SDR Sticks haben diese Möglichkeit bereits eingebaut (Modell TCXO+BIAS T+HF). Die Spannung wird SW aktiviert). Mit den 5V kann z.B. der LNA4ALL gespiesen werden (richtiges Modell vorausgesetzt).

 

Vom USB Stick zum PC

Man sollte den Stick möglichst weit weg von der Rauschquelle PC platzieren, evtl. mit einem speziell langen USB-Kabel. Man achte aber auf eine gute Schirmung und Entstörung wie bei diesem Kabel (Ferrit an beiden Kabelenden):

 

Empfangsbeispiel: APRS Gateway

Im meinem Gästezimmer habe ich den PITS mit 5m dämpfungsarmen H-155 Kabel an den kleinen Dipol (2. Bild in der Antennengalerie) angeschlossen:

und konnte damit das APRS-Gateway auf dem Schilthorn erreichen. Meistens kommt ein anderes Gateway vorher zum Zug, aber es würde reichen. Die Antenne ist im Zimmer mit Sicht nach Osten; eine direkte Sichtverbindung zum Schilthorn gibt es (knapp) nicht.

 

Auswahl der Software

In den vorangegangenen Blogs habe ich das Software-Instrumentarium skizziert (Auswahl):

• SDRsharp für die Decodierung vom Stick
• Virtual Audio Cable
• dl-fldigi für RTTY inkl. Bilder. Alternativen wie MixW, Multi-PSK könnnen RTTY decodieren, haben aber keine Anbindung an den habhub Server
• Direwolf für die Decodierung von APRS
• APRSIS32 für die Darstellung von APRS Daten

LoRA Decodierung erfordert ein Mikrocontroller-System zur Ansteuerung der LoRA Module. Dafür entfällt der SDR Stick und jede andere Software.

Auf Smartphones ist Empfang resp. Lokalisierung mit diesen Apps möglich:

• APRSDroid
• HAB Tracker and Modem
• Mobilinkd: Bluetooth TNC Anbindung an Handfunkgerät
• Habhub Chase Car Tracker

Die Daten landen schliesslich im Habhub oder in einem Sensor-Netzwerk wie

• A simple wireless network aimed for use with low power licence exempt wireless modules.
• The Things Network

Und jetzt: Viel Spass beim  Bauen und viel Erfolg!