Einfacher Kurzwellenempfänger für den PC

Dies ist ein einfacher Kurzwellenempfänger für den Computer. Dieser wird an USB und die Soundkarte angeschlossen und dann kann mit einem Spektralanalyseprogramm wie HDSDR https://www.hdsdr.de/ ↗ verschiedene Signale demoduliert werden. Es empfiehlt sich ein Soundchip mit 192 kHz Abtastrate (Sample Rate) zu besitzen um eine möglichst hohe Bandbreite zu haben. Es werden Frequenzen von 1 MHz bis 120 MHz unterstützt, für UKW reicht jedoch leider die Bandbreite nicht aus. Als Antenne habe ich diese hier verwendet ohne das Kabel zwischen dem Transistor und den Widerständen: https://www.elektronik-labor.de/HF/BreitbandAntennen.html#loop2 ↗. Diese hat bei mir einen integrierten Akku und ist erst ab Punkt "ANT" über ein Koaxialkabel mit dem Empfänger verbunden.

Normalerweise verwendet man in einem SDR-Empfänger eine IQ-Mischung. Dabei wird das Signal mit dem originalen Mischsignal und separat mit einem um 90° phasenverschobenen Mischsignal gemischt, was die Signale I und Q ergibt. Diese werden zu einem komplexen Signal zusammengefasst, wodurch sich im Computer das unterhalb der Mischfrequenz liegende Band (Unterband bzw. Spiegelband) und das oberhalb der Mischfrequenz liegende Band (Oberband) trennen lassen. Möchte man dafür die Soundkarte einsetzen benötigt man einen Stereoeingang für I und Q. Da mein Laptop aber nur einen Monoeingang hat und ich außerdem keinen passenden Mischchip in meiner Bastelkiste liegen habe, wurde hier auf eine IQ-Mischung verzichtet. Das hat den Nachteil, dass das Spiegelband mit herunter gemischt wird. Im Grunde funktioniert der Empfänger ähnlich wie der Fledermausdetektor. Zur Erzeugung der Mischfrequenz kommt ein Si5351-Modul zum Einsatz, das von einem Arduino Nano gesteuert wird.

Über den Schalter kann ein Koaxialkabel auf ca. 50 Ohm terminiert werden. Für 75 Ohm muss der Widerstand am Schalter durch einen mit 75 bzw. 82 Ohm ersetzt werden. Das Poti dient zur Signalstärkeneinstellung am Vorverstärker. Bei mir hat sich voll aufgedreht (Schleifer an Transistor) bewährt. Für alle Wiederstände empfehlen sich SMD-Chipwiederstände, da diese eine niedrigere Induktivität haben.

Verwendung

Für die Verwendung benötigt man einen Mikrofon- oder Soundeingang und die Arduino IDE. Das Arduino-Scetch wird von hier heruntergeladen https://www.elektronik-labor.de/Arduino/VFO.html ↗, wobei ich mich für Variante B entschieden habe. In der Arduino-IDE wird anschließend noch Zeile 36 "f2=(freq-12)*4;" auskommentiert und Zeile 37 "//f2=freq;" einkommentiert. Somit wird auch die eingestellte Frequenz erzeugt.

Das Programm wird dann auf den Arduino Nano geladen.

Die Schaltung wird zusammengebaut und mit USB und 3,5 mm Klinke an den PC angeschlossen. Anschließend müssen in Windows einige Soundeinstellungen getroffen werden, da es sonst nicht funktioniert. Dazu wird unter Windows 10 und 11 in den Einstellungen nach "Soundeinstellungen" gesucht. Das entsprechende Eingabegerät wird gesucht und der Pfeil ">" rechts daneben angeklickt. Unter Format wird die höchst mögliche Abtastrate gewählt. z.B. 192000 Hz. Die Abtasttiefe (=Bit-Zahl, 16 oder 24 Bit) ist egal. Ganz Wichtig: Audio verbessern muss unbedingt ausgeschaltet werden, sonst bringt die hohe Abtastrate nichts, weil Windows dann einen Tiefpassfilter anwendet!

Nun kann HDSDR gestartet werden. Durch Druck auf die Schaltfläche "Soundcard [F5]" wird das entsprechende Eingabegerät gewählt. Unter "Bandwidth [F6]" wird unter "Input" die zuvor in Windows eingestellte Abtastrate gewählt (zB. 192000).

Nun muss auch die Arduino IDE gestartet werden. Es wird unter "Werkzeuge->Port" oder "Tools->Port" die serielle Schnittstelle gewählt, unter der der Arduino hängt. Anschließend wird der serielle Monitor mit "Werkzeuge->Serieller Monitor" oder "Tools->Serial Monitor" gestartet und nach kurzem Warten die Mischfrequenz in kHz eingegeben. Die Terminatoren sind NL und CR. Die Baudrate beträgt 9600. Welche Mischfrequenz soll ich wählen?: Siehe Unten! Es können Frequenzen von 1000 kHz bis 120000 kHz eingegeben werden.

Nun wird dieselbe Mischfrequenz in Hz in HDSDR im Feld LO durch Klicken der linken und rechten Maustaste eingestellt. Somit entspricht die Frequenzanzeige im Spektrum den Frequenzen des zu empfangenen Bands. Durch Klick auf das RF-Spektrum wird die zu empfangene Frequenz gewählt. Sollte nichts zu hören sein, so muss unter "Soundcard [F5]" das richtige Ausgabegerät gewählt werden. Durch Klick auf AM, FM (bei Kurzwelle eher unüblich), LSB, USB oder CW kann die entsprechende Modulationsart gewählt werden. "ECSS" bedeutet Zweiseitenbandmodulation, diese kann bei Trägerschwund für AM-Sender verwendet werden. Reine Zweiseitenbandmodulation habe ich noch nicht gesehen. "DIG" entspricht in HDSDR der USB-Modulation mit standardmäßig etwas erhöhter Bandbreite. Für digitale Betriebsarten werden zusätzliche Programme benötigt.

Bestimmung der Mischfrequenz

Da das recht kompliziert ist, wird das hier separat erklärt.

Die Mischfrequenz sollte immer maximal das 0,4 fache der Abtastrate neben der zu empfangenen Frequenz liegen und darf aber auch gleichzeitig nie der zu empfangenden Frequenz entsprechen. Beispiel:

zu empfangene Frequenz: 6070 kHz, Abtastrate: 192000 Hz bzw. 192 kHz
-> 192 kHz * 0,4 = 76,8 kHz
Minimale Mischfrequenz: 6070 kHz - 76,6 kHz = 5993,4 kHz
Maximale Mischfrequenz: 6070 kHz + 76,6 kHz = 6146,6 kHz
auch zu vermeiden: 6070 kHz ± 10 kHz

-> guter Wert: 6050 kHz -> 6050 in seriellen Monitor und 6.050.000 unter LO in HDSDR eingeben.

Sollte das gesuchte Signal von Spiegelfrequenzen überlagert werden, so muss die Mischfrequenz in beiden Programmen (HDSDR und serieller Monitor) so lange um ein paar kHz geändert werden, bis das nicht mehr passiert.