Ausstattung: Hardware

USB TV-Stick als SDR

TV-Stick

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Technische Daten:

  • Empfangsbereich: 24…1760 MHz (mit reduzierter Leistung bis über 1500 MHz)
  • Bandbreite: 0,5…2,56 MHz (= der Samplerate wegen IQ Sampling)
  • Samplerate: 0,5…2,56 MS/s (sicher) bzw. 3,2 MS/s (theoretisch möglich)
  • Bis zu 40 Frequenzeinstellungen pro Sekunde möglich
  • ADC Auflösung: 8 bit
  • 3,57 MHz IF Frequenz
  • Frequenzabweichung: 30 +-20 PPM wenn aufgewärmt
  • Dynamikbereich: 45 dB
  • Empfindlichkeit: -110 dBm
  • Antenneneingang: 75 Ohm
  • Stromaufnahme: 290 mA
  • USB 2.0 benötigt

Verbaute Chips:

Im Internet (siehe Links) fand ich verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung des Empfängers. Diese mußte ich natürlich ausprobieren und so entstanden im laufe eines Monats die folgenden Modifikationen am Empfänger.

  • nicht benötigte Bauteile (LED, IR-Empfänger und damit in Zusammenhang stehende SMD Bauteile) und einen Teil der Leiterplatte entfernt (Bild 1 und Bild 2)
  • MCX Antennenbuchse durch eine SMA Buchse ersetzt (Bild 1 und Bild 2)
  • Schirmung rund um den Tuner Chip direkt auf der Platine, um Übersprechen innerhalb der Schaltung zu unterbinden (Bild 1 und Bild 2)
  • Direkt angelöteteten USB Stecker durch ein Kabel ersetzt (Bilder 1 bis 4)
  • Zusätzliche Löcher in das original Gehäuse gebohrt, für bessere Kühlung (siehe Bild 3 und Bild 4)
  • Messing Gehäuse zur besseren Abschirmung vor eingestrahlten Signalen (Bilder 5 bis 7)
  • Ölkühlung → Niedrigere Betriebstemperatur reduziert das Eigenrauschen des Empfängers (Bilder 5 bis 7)
  • Einfügen eines Ferrit in die USB Verbindungsleitung (Bild 5)

TV-StickBild 1: Schirmung über dem Tuner Chip

TV-StickBild 2: Zusätzliche Kapazitäten und Schirmung der SMA Buchse

TV-StickBild 3

Bilder oben und unten: Mit etwas Überredungskunst paßt der modifizierte Empfänger mit den Abschirmungen immer noch in das originale Gehäuse. Nur den Ausschnitt für die SMA Buchse mußte ich etwas vergrößern (und hätte es schöner macher können, aber es funktioniert). Gut zu sehen sind auch die zusätzlichen Bohrungen für eine bessere Wärmeabfuhr.

TV-StickBild 4

Im Internet sah ich, daß manche Leute den Empfänger mit Öl kühlen. Da ich den Empfänger auch im Dauerbetrieb verwenden will, bastelte ich mir ein passendes Gehäuse, das gleichzeitig auch als Schirmung gegen äußere Einstrahlungen dient. Das ganze besteht aus 0,2 mm Phosphorbronze Blech (wie auch die Schirmungen am Empfänger selbst), entsprechend zugeschnitten, gebogen und verlötet. War eine einfache und schnelle Bastelei, die meinen Erwartungen entsprechend funktioniert hat. Die Durchführung der SMA Verbindung durch den Deckel besteht aus einem Stecker/Buchse SMA Adapter, der mittig in den Deckel eingelötet ist.
Zum einfüllen von Öl und verschließen des ganzen habe ich eine M6 Mutter am Deckel angelötet. Als Verschluss dient eine entsprechend gekürzte M6 Schraube mit Beilagscheibe, die zur besseren Abdichtung mit Teflon-Dichtband umwickelt ist.
Die Kabeldurchführung ist mit Heißkleber und dünnflüssigem Superkleber abgedichtet. Wie sich schnell herausstellte ist das die Schwachstelle in Bezug auf die Dichtigkeit des Gehäuses. Allerdings ist mir hier keine bessere Lösung eingefallen.

TV-StickBild 5: Gehäusedeckel mit Anschlüssen und Empfänger

TV-StickBild 6: Unterteil des Gehäuses

TV-StickBild 7: Fertig verlötetes Gehäuse

Bilder unten: Vor und nach jeder Modifikation habe ich das Rauschen des Empfängers gemessen. Die Frequenz von 480,02 MHz wurde aus Gründen der besseren Vergleichbarkeit gewählt, da das Rauschen in einer der verlinkten Websites auch bei dieser Frequenz bestimmt wurde. Bei jeder Messung war eine Kappe auf die SMA Buchse aufgeschraubt, der Gain im Programm SDR# auf den maximalen Wert eingestellt, vor der Messung 15 min gewartet (wegen der Erwärmung = gleiche Temperatur bei allen Messungen) und ich versuchte auch die restliche Umgebung (Abstand zum Computer, Netzteile in der Nähe, etc.) möglichst konstant zu halten.
Bild 8 zeigt das Eigenrauschen des Empfängers im Originalzustand, Bild 9 das Eigenrauschen mit allen gemachten Modifikationen. Dabei zeigte sich, daß nur die Abschirmung über dem Tuner Chip (siehe Bild 1) wirklich signifikanten Einfluß auf das Rauschen hat. Alle anderen oben beschrieben Modifikationen zeigen so gut wie keinen Einfluß auf das Eigenrauschen. Dies bestätigt also, die auf einer der verlinkten Webseiten gemachte Äußerung, daß ein großer Anteil vom Rauschen des Empfängers von der Kopplung zwischen den Bauteilen auf der Leiterplatten Oberseite kommt. Als mindeste Maßnahme (mit der größten Wirkung) zur Verbesserung des Empfängers ist also eine Schirmung wie in Bild 1 sinnvoll.

TV-StickBild 8 (Eigenrauschen vor den Modifikationen)

TV-StickBild 9 (Eigenrauschen nach den Modifikationen)

Weitere mögliche Modifikationen:

  • Anschlüsse für direktes Sampling → Empfang von Signalen kleiner als 24 MHz möglich
  • Ersetzen des einfachen Quarzes durch einen Temperaturstabilisierten Oszillator → Verringerung der Frequenzdrift (Einfache Abhilfe ohne Tausch des Quarzes: Längere Aufwärmzeit (ca. 30 Minuten) und manuelles nachkorrigieren der Empfangsfrequenz)
  • Reduzierung vom Rauschen der Spannungsversorgung (internen Schaltregler vom RTL2832U durch eine externe Versorgung ersetzen)
  • Zusätzliche Bypass Kondensatoren an den Spannungsversorgungen der Chips
  • Ersetzen der passiven Bauteile durch solche mit engeren Toleranzen
  • Detailierte Infos zu allen Möglichen Modifikationen finden sich auf den verlinkten Seiten

Weitere Informationen zu den Themen Antennen und Kabel finden Sie unter: Elektronik - Wissen.

Verwendung als SDR

Mit Hilfe spezieller Software (z.B. Gqrx (Linux) oder SDR# (Windows)) kann der, eigentlich als Fernsehempfänger gedachte, USB-Stick auch als SDR verwendet werden. Dies ist besonders wegen des geringen Preises und der relativ guten Leistung des Sticks interessant. Weitere Informationen zur Geschichte des Ganzen und was man damit alles anstellen kann, finden sich in den Links.

Wegen des geringen Preises kaufte ich mir gleich zwei Empfänger.
Der ölgekühlte im Metallgehäuse soll im Dauerbetrieb an fester Position als FLARM Empfänger für das Open Glider Network Project verwendet werden.
Den zweiten Empfänger verwende ich zum experimentieren.

Achtung! Obwohl das abhören mancher Frequenzen (z.B. Flugfunk, Polizei, etc.) technisch möglich ist, kann es doch illegal sein! Die Regelungen sind von Land zu Land verschieden und man sollte sich vorher informieren was erlaubt ist!

Weitere Links, zu Themen wie Signalanalyse mit dem SDR, finden Sie in der Rubrik: Elektronik - Wissen.