Wer im Laufe der letzten Jahre eine Amateurfunkprüfung ablegte, wird bei Unterlagen zur Prüfung und bei vielen Clubs mehrfach auf das Thema SDR stoßen. Mit dem „RTL-SDR (Software Defined Radio) with Dipole Antenna Kit“ steht nun eine  Experimentierplattform zur Verfügung, die SDR-Empfang für kleines Geld und mit praktikabler Hardware ermöglicht.

Der Begriff SDR als Akronym für Software Defined Radio dürfte heute eigentlich keine weiteren Erklärungen benötigen. Das Prinzip ist, dass früher in Hardware = elektronische Bauteile durchgeführte Teile der Signalverarbeitung bei SDR digital durchgeführt werden. Das ist in Zeiten immer preiswerterer DSPs und leistungsfähiger Mikrocontroller ein nur allzu vernünftiger Gedankengang. 

Was haben wir hier?

Die Geschichte dieses durch den RTL-SDR-Blog bekannten Funkmodulsystems begann wie so oft mit einem Zufall. Gerüchte besagen, dass ein Linux-Kernel-Entwickler feststellte, dass das von RealTek gefertigte IC RTL2832 mehr als nur ein klassischer DVB-T-Decoder ist. Es kann I/Q-Samples einsammeln und diese direkt an den Host weiterschicken - eine Funktion, die vom Chiphersteller zur Dekodierung von FM-Radio vorgesehen war.
 
Bei dem hier beschriebenen SDR-Kit geht es um den Empfang. Es ist nicht möglich, mit dem Modul zu senden. Es handelt sich also um ein Radio im Sinne des Wortgebrauchs.

 
Der Lieferumfang des RTL-SDR-Kits von Elektor.

Laut Dokumentation und den Angaben im Datenblatt kann der Chip ein Spektrum von bis zu 3,2 MHz im „Echtzeit-Betrieb“ überwachen. Die praktische Erfahrung zeigt, dass es beim vollen Ausnutzen dieser Bandbreite zum Verlust von Samples kommt. Eine realistische Bandbreite ist daher eine Beschränkung auf höchstens 2,8 MHz oder noch etwas weniger. Elektor rät in der Dokumentation sogar dazu, nicht mehr als 2,4 MHz gleichzeitig zu verarbeiten.
 
Das IC RTL2832 hat selbst keinen Tuner-Teil integriert, der sich um die Einschränkung des erfassten Frequenzbereichs kümmert. So etwas steckt daher zusätzlich in USB-Sticks auf Basis des RTL2832. Im von Elektor gelieferten USB-Modul handelt es sich dabei um einen von Rafael Micro hergestellten Tuner mit der Bezeichnung R820T, dessen Innenleben in der folgenden Schaltung schematisch gezeigt ist.

 
Blockschaltung des Tuners R820T.

Leider gibt der in Formosa ansässige Hersteller keine ausreichenden Informationen über das Verhalten seines Chips heraus. Die obige Darstellung wurde einem inoffiziellen Datenblatt entnommen.

Erste Schritte mit dem SDR

Solche SDR-USB-Sticks gibt es in mehreren Varianten. Im Elektor-Paket steckte die „Luxusvariante“. Neben einem Stativ und einer Saugknopf-Halterung für die Antennen ist (leider) nur ein Dipol-T-Stück beigelegt – dazu allerdings zwei verschieden lange, ausziehbare Antennenpaare. Die kürzeren Antennen sind 5 bis 13 cm lang und decken den Frequenzbereich von UHF bis etwa 1,5 GHz ab. Die längeren Exemplare sind 23 bis 100 cm lang und decken den Frequenzbereich von VHF bis UHF ab. Beachten Sie, dass diese Antennen ausschließlich zum Empfang vorgesehen sind. Für einen Sender wären auch an der Stelle Anpassungen nötig.
 
Die folgenden Schritte habe ich ohne das beigelegte Verlängerungskabel durchgeführt. Für meine Experimente habe ich die beiden längeren Antennen (wie nachfolgend gezeigt) auf den Dipol-Adapter geschraubt und sein Anschlusskabel direkt mit dem USB-Dongle verbunden.

 
Mein Set-up: Dipol mit den beiden längeren Antennen auf dem Dreibeinstativ direkt mit dem USB-Stick verbunden.

Der preiswert gefertigt wirkende Dipol-Adapter für die Antennen funktioniert in der Praxis problemlos. Für das Anziehen der Schrauben sollte unbedingt ein perfekt passender Kreuzschlitz-Schraubenzieher verwendet werden, wenn man die Schraubenköpfe nicht beschädigen will.
 
Vor der Verbindung des USB-Sticks mit einem PC sollte zunächst die nötige Software installiert werden. Für den Betrieb eines SDR hat sich mittlerweile ein PC unter Windows 10 als Standard herauskristallisiert. Allerdings gilt: Linux geht auch!
Das ist für mich eine tolle Sache, denn normalerweise arbeite ich an einem PC unter Linux. Weitere Informationen zum diesem Thema finden sich in einem Quick-Start-Guide.
 
Zwecks Software geht es zur Firma AirSpy, denn sie bietet Software für verschiedene SDR-Dongles an. Gut geeignet ist der Download des Windows SDR Software Package. Das heruntergeladene Archiv entpackt man dann zunächst komplett in ein lokales Arbeitsverzeichnis. Das ist notwendig, denn der Installationsprozess läuft nicht durch, wenn man die .exe-Datei direkt aus dem Archiv heraus ausführt. Aus rechtlichen Gründen kann AirSpy die Treiber nicht mitliefern,. Diese werden stattdessen über die Batch-Datei install-rtlsdr.bat direkt vom Server des Anbieters herunterladen. Beachten Sie, dass die Datei zadig.exe ungefähr 5 MB groß ist. Das ist heute eigentlich nicht viel, doch das Herunterladen vom Server des Anbieters erweist sich gelegentlich als unzuverlässig.
 
Nach der Installation von Software und Treibern kommt der Dongle per USB an den PC. Hier sollte nun die in Windows enthaltene Plug-and Play-Geräteerkennung ihre Arbeit aufnehmen. Der nächste Schritt erfolgt erst, wenn Windows die Meldung „Das Gerät ist einsatzbereit“ einblendet. Der per Batch heruntergeladene Treiber ist aber zunächst noch nicht funktional, weshalb die Datei zadig.exe im nächsten Schritt per Rechtsklick mit Administratorrechten gestartet werden sollte.
 
Zadiq ist ein Tool, das sich auf den Ersatz der von Windows als Standard vorgesehenen Treiber von USB-Geräten spezialisiert hat. Die erste Aufgabe besteht nun darin, den USB-Dongle zu finden - er hört normalerweise auf den Namen „Bulk-In, Interface (Interface 0)“. Diese Aufgabe wird allerdings dadurch erschwert, dass das Tool die angezeigten USB-Geräte filtert. Um das Gerät zu finden aktiviert man daher notfalls die Option Options->List All Devices und deaktiviert die Option Options->Ignore Hubs or Composite Parents. Anschließend kommt ein Klick auf den großen Knopf, um den Treiber zu ersetzen. Eventuelle Sicherheitswarnungen sind schlicht abzunicken.

Eins, Zwei, AirSpy herbei

Die AirSpy-Software ist in C# geschrieben. Ein Doppelklick auf die Datei SDRSharp.exe startet Sie. Eine eventuelle Fehlermeldung nickt man einfach ab. Im nächsten Schritt muss man im Feld Source den USB-Dongle auswählen: Der korrekte Typ lautet RTL-SDR USB.
 
Vorsichtshalber sollte man die Lautstärke reduzieren, um nicht von lautstarkem Rauschen erschreckt zu werden. Theoretisch könnte man jetzt schon auf das Play-Symbol klicken, um die Echtzeit-Anzeige zu aktualisieren und die spektralen Komponenten Richtung Audioausgangs zu jagen. Normalerweise ist die Verstärkung allerdings sehr schwach eingestellt, weshalb ein Klick auf das kleine Zahnrad-Symbol erforderlich ist. Die Software reagiert darauf mit der Einblendung des nachfolgend gezeigten Pop-ups, in dem man die Verstärkung per Schieberegler erhöhen kann.

 
Screenshot des Pop-up-Dialogs mit Slider zur Erhöhung der Verstärkung.

Jetzt kann man damit anfangen, eine bekannte HF-Frequenz zu suchen. Die nächste Abbildung zeigt, was ich in der Umgebung meines Labors erbeuten konnte.
 
Screenshot meines erfolgreichen Empfangs: Gigi D‘Agostino per SDR! 

SDR-Erweiterung

Als ich mir vor einigen Jahren einen Spektrumanalyser eines amerikanischen Herstellers vorführen ließ, wurde mir klar, dass es sich dabei mehr um einen Computer als um einen klassischen Spektrumanalyser handelte. Ein Gutteil der Intelligenz des Geräts entfiel auf Software-Plug-ins, welche die vom Messsystem angelieferten Daten interpretierten. Bei diesem SDR-System ist das ganz ähnlich: Die links am Bildschirm eingeblendete Toolbox enthält einige Dutzend Plug-ins, deren Einstellungen sich durch Anklicken expandieren lassen. Ich experimentierte beispielsweise auch mit Audio FFT- Das Resultat sieht man im folgenden Bild.

 
Bei korrekter Einstellung führt der Analyser eine FFT des angelieferten Audiosignals durch.

Die Möglichkeiten der „programmatischen Signalverarbeitung“ gingen an der Usercommunity nicht vorbei: Es gibt umfangreiche Zusatz-Software, die neben diversen Amateurfunkprotokollen sogar Flugzeugtransponder dekodieren.
 
Wer selbst mit Visual Studio drauflosprogrammieren möchte, kann sich von dieser Einführung helfen lassen. Grundkenntnisse in C# und Visual Studio 2017 sind dazu allerdings schon erforderlich.

Fazit

Wenn Sie schon immer auf der Suche nach einer Art Echtzeit-Spektralanalysator waren, finden Sie mit dem „RTL-SDR (Software Defined Radio) with Dipole Antenna Kit“ eine preiswerte Alternative. Das Werkzeug taugt für Amateurfunker als eine Art automatisierter Empfänger mit reichhaltigen Visualisierungsmöglichkeiten. Was sie damit tun, bleibt ihrer Fantasie überlassen. Wenn sie ihr Kit in einer besonders innovativen Anwendung betreiben, würde sich die Elektor-Redaktion bestimmt über eine Rückmeldung freuen!