Erste Erfahrungen mit dem HackRF One (Review)

Als ich den HackRF One zum ersten Mal in meinen Händen hielt, wusste ich fast nichts über das Gerät, außer dass es ein SDR-Empfänger und -Sender bis 6 GHz ist und dass man es programmieren kann. Ich hatte schon mit SDR gearbeitet, allerdings nur im Kurzwellenbereich bis 30 MHz.

Empfang mit SDR Sharp

Meine Hauptsoftware für das Elektor SDR-Shield war SDR Sharp (oder SDR#), und dieses Programm unterstützt auch HackRF One. Also, mit einem USB-Kabel anschließen und los.

Ich konnte den SDR zwar starten, aber er stürzte immer wieder ab. Mir war klar, dass über das USB-Kabel eine große Menge an Daten übertragen werden muss. Deshalb hatte ich das Kabel in Verdacht. Ein anderes Kabel funktionierte auch nicht besser. Dann fiel mir auf, dass dem Kit ein relativ kurzes Kabel beilag. Mit diesem Kabel funktionierte alles einwandfrei. Erst später fand ich die Dokumentation, die den Verdacht bestätigte. Darin steht eindeutig, dass ein hochwertiges, abgeschirmtes Kabel verwendet werden muss. Damit bestätigte sich eine alte Regel: Erst lesen, dann einschalten!
 

UKW-Empfang mit HackRF One

Nach dem Start wechselt SDR Sharp sofort in das UKW-Band und stellt die Betriebsart auf Breitband-UKW. Mit einer kurzen Antenne sollte man dort zurechtkommen, aber das Ergebnis war schwach. Kleine Signalpegel, große Verzerrungen. Irgendetwas hatte ich hier falsch gemacht. Dann fand ich im Internet ein Video von jemandem, der mehr Erfolg hatte. Der Trick war, die Verstärkung aufzudrehen. Hierfür gibt es ein Fenster namens HackRF Controller. Auch hier habe ich einige Zeit gebraucht, um herauszufinden, dass dieses Fenster in SDR Sharp enthalten ist und dass man es über das Zahnradsymbol aufrufen kann.


 

Nachdem ich also die Verstärkung erhöht hatte, lief alles deutlich besser. Kristallklarer UKW-Empfang, auch mit einer kurzen Antenne.

Man kann die Abtastrate zwischen 8 MBPS und 20 MBPS einstellen. Wenn man 20 MHz einstellt, erhält man ein 20 MHz breites Spektrum, was manchmal ein Vorteil sein kann. Ich benutze aber normalerweise 10 MHz, weil es dann einfacher ist, einen Sender genau einzustellen.
 

Interferenzen

Ich konnte auch deutlich Airband-Kommunikation in AM hören. Normalerweise sind dies kurze Nachrichten, aber die meiste Zeit ist es still in diesem Band. Trotzdem habe ich viele Signale gesehen. Die meisten von ihnen, die in regelmäßigen Abständen auftreten, sind Interferenzen durch das USB-Kabel. Bei 120 MHz fand ich einen starken Träger, sogar ohne Antenne. Dies muss eine Oberwelle eines der vielen internen Oszillatorsignale sein.

Manchmal kann man hier sogar UKW-Rundfunksender finden, sehr seltsam. Aber ich fand heraus, dass es sich in Wirklichkeit um Alias-Signale des Empfängers handelt. Bei einer Abtastrate von 10 MHz muss ich nur 10 MHz tiefer gehen, um das Original zu finden. Ein Blick auf das Blockdiagramm zeigt, wie das passieren kann.
 

Inwendige des HackRF One

Das Herzstück des Geräts ist ein MAX2837 Sende-/Empfangs-IQ-Mischer für das 2,4-GHz-Band, gefolgt von einem schnellen AD/DA-Wandler mit einer Abtastrate von bis zu 20 MHz. Der AD-Wandler benötigt den Tiefpassfilter im MAX2837 gegen Alias-Signale. Ein solches Tiefpassfilter ist jedoch nicht unendlich steil, und Signale am Rand können durchgehen.

Zwischen der Antenne und dem IQ-Mischer befindet sich ein weiterer Mischer, mit dem man zu tieferen Frequenzen ab 0 Hz oder in den oberen Bereich bis etwa 6 GHz gelangen kann. Darüber hinaus gibt es viele Schalter und Filter sowie schaltbare Verstärker.

Scannen

Das 2-m-Band war relativ ruhig, aber auf 70 cm konnte ich zahlreiche digitale Signale sehen. Auf den noch höheren Frequenzen hatte ich mich noch nie umsehen können. Was sind das für starke und sehr breitbandige Signale auf 2680 MHz? Google sagt LTE, das ergibt Sinn. Auf diesen sehr hohen Frequenzen ist der HackRF One recht zufrieden. Aber was ich noch mehr mag, ist Kurzwelle.

Kurzwellenempfang

Für die untere Frequenzgrenze des Geräts gibt es unterschiedliche Angaben. Einige sagen, es sei 1 MHz, andere sagen 10 MHz, aber eigentlich sollte es ab fast 0 Hz funktionieren. Wenn Sie den Empfänger auf 5 MHz mit einer Abtastrate von 10 MHz einstellen, können Sie das Problem sehen. Gegen null wird das Rauschen auch ohne Antenne immer stärker, genau wie gegen 10 MHz. Das ist typisch für die meisten SDRs, und der HackRF One funktioniert hier noch recht gut. Bei 7 MHz gibt es ein Rauschminimum, sodass man das 40-m-Band nutzen kann.

 

Wenn Sie eine lange Kurzwellenantenne anschließen, müssen Sie damit rechnen, dass der Empfänger von starken Sendern übersteuert wird. Deshalb ist ein Vorfilter sinnvoll. Ich habe die gleiche Spule wie im Elektor-DRM-Vorfilter verwendet, allerdings mit einem 500-pF-Drehkondensator. Das Antennenkabel wurde mit einer kleinen Koppelspule verbunden. Der Abstimmbereich reicht von etwa 3 MHz bis 25 MHz. Der Empfänger funktioniert sehr gut mit meiner langen Antenne und zeigt gute Ergebnisse auf den verschiedenen Bändern, je nach Tageszeit.
 

 

FT8-Signale können bei geringer Leistung über große Entfernungen genutzt werden. Mit 10 W kann man den Atlantik bis in die USA überqueren, was dank der geringen Bandbreiten möglich ist. Andererseits können große Datenmengen bei sehr hohen Frequenzen nur über recht kurze Entfernungen übertragen werden.
 

Senden mit HackRF One

Mit HackRF One können Sie nicht nur empfangen, sondern auch senden. Am einfachsten ist es, etwas zu empfangen und es in einer Datei aufzuzeichnen. Dann spielen Sie die Aufnahme wieder ab, auf der gleichen oder einer anderen Frequenz. Dies ist unter Linux sehr bequem möglich. In der Konsole ruft man hackrf_transfer mit den entsprechenden Parametern auf.
 

Ein kleines Experiment, das jeder leicht wiederholen kann, verwendet den FM-Frequenzbereich. Die Frequenz wurde hier auf 88,0 MHz, die Basisbandbreite auf 1,75 MHz und die Abtastrate auf 10 MHz eingestellt. Damit wird ein Band von 2 x 1,75 MHz abgedeckt, also von 86,25 MHz bis 89,75 MHz. Alles, was hier empfangen wird, wird in der Datei fm.wav aufgezeichnet. Dabei handelt es sich aber nicht um eine normale WAV-Datei, sondern um das mit 10 MHz abgetastete IQ-Signal. Es enthält alles, was in diesem Band passiert ist, also vielleicht mehrere UKW-Sender, Rauschen und mögliche Störsignale.

Die interne Verstärkung wurde in zwei Stufen im Empfänger eingestellt, der RX-LNA auf +32 dB und der Basisbandverstärker auf 28 dB.
 
Insgesamt wurden 30 Sekunden aufgenommen, sodass die Datei etwa 600 MB umfasste. Diese Datei wurde dann ausgestrahlt, allerdings auf einer etwas anderen Frequenz, sodass man sie mit einem einfachen UKW-Radio anhören konnte. Ich wusste, dass die Aufnahme einen Sender auf 88,8 MHz enthielt. Wenn ich also alles um 1 MHz nach oben verschiebe, muss der Sender auf 89,8 MHz zu hören sein.

Dazu habe ich den Parameter -t für das Senden und die Mittenfrequenz von 89 MHz angegeben. Außerdem muss die Verstärkung für den Sender mit dem Parameter -x eingestellt werden. Ich wählte +30 dB. Auf diese Weise war die Reichweite auf ca. 2 m begrenzt und damit noch legal, um Ärger mit Nachbarn und Behörden zu vermeiden.
 
Ich konnte nun die 30 Sekunden aufgezeichneter Signale auf der neuen Frequenz 89,8 MHz empfangen. Die Qualität war sehr gut, der Ton war vom Original nicht zu unterscheiden. Auf der Suche nach anderen Signalen konnte ich nur feststellen, dass im leeren Bereich neben dem Rauschen ein leises Brummen zu hören war.

SSB-Sender

Mein Traumprojekt für den HackRF One ist ein SSB-Sender im Kurzwellen- oder VHF-Bereich. Auf der Suche nach geeigneter Software bin ich auf SDRangel gestoßen. Diese kostenlose Software ist ein Empfänger und Sender für alle möglichen Betriebsarten. Es gibt zahlreiche Plugins für die verschiedenen Hardware-Plattformen und Empfänger und Sender für zahlreiche Betriebsarten, einschließlich eines SSB-Modulators.

Erster Versuch

Für den ersten Versuch habe ich einen eigenständigen, noch recht analogen Amateurfunkempfänger im 15-m-Band verwendet. Hier wird das obere Seitenband (Upper Side Band) verwendet. Im SSB-Modulator muss die gewünschte Bandbreite und das Mikrofon konfiguriert werden. Die Sendefrequenz wird im HackRF One Modul eingestellt. Zusätzlich kann man die VGA-Verstärkung wählen. 22 dB sind ausreichend, wenn man das Antennenkabel des Empfängers nahe an den Sender hält. Die maximale Ausgangsleistung kann auf 47 dB eingestellt werden. Dann erhält man ca. 1 V an 50 Ω, d. h. 20 mW. Für einen kompletten Kurzwellensender fehlt hier nur noch ein linearer HF-Verstärker.
 

Morsezeichen

Aber der SSB-Modulator kann noch mehr, zum Beispiel Morsezeichen senden. Es ist möglich, einen kontinuierlichen Träger, Punkt- oder Strichfolgen und sogar Text zu senden. Außerdem kann die PC-Tastatur als Morsetaste verwendet werden, und man kann den Lautsprecher einschalten. Allerdings gibt es eine Latenzzeit von etwa einer Sekunde bei der Verarbeitung der Signale. Wenn ein Telegrafist sein eigenes Signal mit einer solchen Verzögerung hört, wird er sicherlich verwirrt sein. Aber auch dafür gibt es Lösungen. Man kann z. B. einen Dauerträger erzeugen und das Signal mit der Morsetaste umschalten, so wie es früher gemacht wurde.