SDR: de huidige stand van zaken voor zendamateurs
In de afgelopen decennia heeft Software Defined Radio (SDR) een revolutie teweeggebracht in de wereld van communicatie en het radioamateurisme. In plaats van vaste hardwarecomponenten die signalen verwerken, zoals mixers, filters, modulators en demodulators, doet SDR dit grotendeels met software. Dit opent een wereld aan mogelijkheden voor experimentatie, flexibiliteit en toegankelijkheid.
Wat is SDR?
SDR-systemen bestaan in essentie uit een radiofrontend (voor het ontvangen en/of uitzenden van signalen) en een krachtige digitale signaalprocessor (DSP). De frontend verwerkt het analoge RF signaal (Radio Frequency), terwijl de DSP of computer via software het signaal analyseert, bewerkt of moduleert. Deze aanpak maakt het mogelijk om met dezelfde hardware verschillende frequenties en modulatietechnieken te gebruiken door simpelweg de software te veranderen.
Voordelen van SDR voor Zendamateurs
Een van de grootste voordelen van SDR voor zendamateurs is de enorme flexibiliteit. Met een SDR-platform kun je verschillende soorten modulatie en protocollen gebruiken, vaak zonder extra hardware-aanschaf. Daarnaast bieden veel SDR-systemen een breed spectrumoverzicht, waarmee je meerdere signalen tegelijkertijd kunt monitoren. Dit maakt het eenvoudiger om zwakke signalen te detecteren, storing te analyseren en snel te schakelen tussen banden. Enkele belangrijke voordelen van SDR:
- Kostenbesparing: Een enkele SDR-ontvanger kan meerdere functies vervullen die anders specifieke apparatuur zouden vereisen.
- Software-updates: In plaats van nieuwe hardware aan te schaffen, kunnen verbeteringen vaak met een software-update worden doorgevoerd.
- Experimenteermogelijkheden: Amateurs kunnen zelf software ontwikkelen of aanpassen om nieuwe technieken te testen.
Populaire platformen en apparaten
Voor zendamateurs zijn er inmiddels tal van populaire SDR-oplossingen beschikbaar:
- RTL-SDR: Een van de meest betaalbare en toegankelijke SDR-ontvangers. Oorspronkelijk bedoeld voor digitale televisieontvangst, maar inmiddels breed ingezet voor amateurradio experimenten. Het heeft beperkingen in dynamisch bereik en frequentiebereik, maar is ideaal voor beginners.
- FlexRadio Systems: Een van de bekendste merken in high-end SDR-transceivers. Deze apparaten bieden uitgebreide mogelijkheden voor serieuze zendamateurs die topkwaliteit willen.
- SDRplay RSP-series: Een populaire reeks ontvangers met een breed frequentiebereik en uitstekende softwareondersteuning.
- HackRF One: Een veelzijdige half-duplex SDR geschikt voor zowel zenden als ontvangen, populair bij experimentators.
- Ettus Research USRP: Veel gebruikt in onderzoek en onderwijs, maar ook onder geavanceerde amateurs die bereid zijn te investeren in krachtige hardware.
- Icom IC-7300: Een populaire keuze onder zendamateurs vanwege zijn goede prijs-kwaliteitverhouding en ingebouwde SDR-functionaliteit.
- Yaesu FTDX10: Een moderne HF/50 MHz-transceiver met uitstekende SDR-prestaties en robuuste ontvangstmogelijkheden.
- Elecraft K4: Een high-end SDR-transceiver met uitbreidbare modules en veelzijdige mogelijkheden voor de serieuze amateur.
Experimenten met Raspberry Pi en SDR
De Raspberry Pi is een betaalbare en veelzijdige single-board computer die perfect past bij SDR-experimenten. Met software zoals GQRX, CubicSDR, en GNU Radio kan een Raspberry Pi gebruikt worden om signalen te ontvangen en te analyseren. Bovendien kan de combinatie van een Raspberry Pi en een RTL-SDR-stick worden ingezet voor:
- WSPR-bakenstations: Het uitzenden van zwakke signalen voor propagatieonderzoek.
- ADS-B-ontvangers: Het volgen van vliegtuigposities met behulp van signalen van transponders.
- Remote bediening: Toegang tot een SDR-radio via een netwerkverbinding.
Door de lage kosten en de enorme community-ondersteuning blijft de Raspberry Pi een favoriet platform onder amateurs die met SDR willen experimenteren.
Trends en Toekomstige Ontwikkelingen
De toekomst van SDR blijft veelbelovend. Er is een toenemende focus op breedbandige SDR-transceivers die meerdere banden en modes tegelijk kunnen verwerken. Bovendien integreren fabrikanten steeds meer AI-technologie om signalen automatisch te herkennen en te verwerken. De open-sourcegemeenschap blijft ook bijdragen met innovatieve softwareprojecten zoals GNU Radio, SDR# en CubicSDR, die de mogelijkheden voor experimentatie vergroten. Daarnaast maakt de integratie van SDR met andere technologieën zoals netwerktoepassingen (remote operation) en digitale modi (FT8, WSPR) het radioamateurisme toegankelijker en dynamischer dan ooit.
Conclusie
Software Defined Radio heeft de manier waarop zendamateurs met hun hobby omgaan drastisch veranderd. Met een computer en een SDR-dongle of transceiver kunnen amateurs experimenteren, luisteren naar een breed scala aan signalen, en zelfs communiceren op manieren die voorheen ondenkbaar waren. De voortdurende innovaties binnen dit domein beloven een spannende toekomst waarin technologie en creativiteit hand in hand blijven gaan.
Bearcat 220 FB scanner reparatie
De Bearcat 220 scanner
Voor de sloop of toch maar niet…? Dit vraagt om uitleg neem ik aan, wat is het geval: heel lang geleden stond er hier in de shack een Bearcat 210. Later is die vervangen door een BC220FB, een modernere versie. Nog weer later kwam de Yaesu FRG9600 op de markt, ook leuk, dus die werd aangeschaft en de BC220FB kreeg een nieuw baasje. Wat gebeurde er toen? Nou, toeval of niet, op een radiomarkt bij de Lichtmis (Meppel) stond een BC220FB te koop voor € 5,00. Conditie een vraagteken, dat stond op een sticker. Nou die gok werd genomen en de scanner ging mee naar huis. Thuis gekomen werd na enige tijd de scanner een goed bekeken en toen viel ik van verbazing bijna van mijn stoel. Het was mijn “eigen” scanner. Duidelijk herkenbaar aan de adres sticker die nog steeds op de achterkant zat (en zit). Nou dat was een verrassing, de staat van het binnenwerk was ook een verrassing, maar dan een negatieve!.
De verassing in de bearcat scanner
Door lekkage van de backup batterijen was er ontstellend veel schade aan de computer print ontstaan. Ook het toetsenbord was in een dermate slechte staat dat die niet meer te redden was. Wat te doen? In principe ben ik wel in voor een uitdaging, dit was toch wel een twijfel geval. De ontvanger print bleek lichte schade te hebben. Dus aan de slag en eerst maar eens een nieuw toetsenbord in elkaar gezet. Allemaal kleine schakelaartjes en dat alles op een experimenteer print gemonteerd. In etappes geprobeerd allerlei problemen op te lossen, echter op een gegeven liep ik vast door het ontbreken van een duidelijk schema van het geheel. Dus de scanner ging in het magazijn. Wat wil het geval, een paar jaar later was er in de inbreng stand van Klaas Jan en Paul een Bearcat 220FB te koop, die gekocht en bekeken. Prima werking, dus die bleef in de shack.
Maar enige tijd geleden kwam ik in het magazijn de andere scanner weer tegen, en deze keer was er vergelijkings-materiaal voorhanden en ook de documentatie was beschikbaar op internet. Dus een nieuwe poging op stapel gezet om de zwaar beschadigde scanner aan de praat te krijgen. Opgeven staat eigenlijk niet in mijn woordenboek, maar in dit geval zat het er een aantal keer wel erg dichtbij….
Bearcat scanner computer print
Er was van alles mis met de computer print, echter de processor en alle andere componenten konden worden getest in de goed werkende scanner. Alles bleek te werken, dat was de aanleiding om toch door te gaan. Met de Ohmmeter alle verbindingen gemeten en waar nodig hersteld en afgestreept op het schema. Uiteindelijk begon er leven in de scanner te komen, na het oplossen van veel problemen, werkte ook het display weer. De aansluitingen van het display naar de computer print waren volledig verdwenen door het zuur. Dat was even lastig, maar ook dat is opgelost. Er bleef uiteindelijk één hardnekkig probleem over: het lukte niet om frequenties in het geheugen te zetten. Dat is natuurlijk wel essentieel voor een scanner nietwaar? Dat probleem heeft me geen slapeloze nachten bezorgd, wel veel hersen activiteit om te achterhalen wat er toch aan de hand kon zijn. Nou ja, uiteindelijk is die fout ook gevonden en opgelost.
Bearcat 220FB print reparatie
Ondertussen staat er een werkende scanner op de knutsel tafel. Hoe lang het goed blijft gaan is natuurlijk de vraag , de tijd zal het leren….. Voor de duidelijkheid zijn er een aantal plaatjes bijgevoegd, daarop is duidelijk de schade aan de printbanen te zien.
73,
Peter PAØVAB
DISTURB
DISTURB in een notendop
Om mijn werk voor de Marine in Den Helder goed te kunnen doen moeten zo af en toe vakbeurzen bezocht worden. Op 27 en 28 september werd in Soesterberg een Defensie Innovatie Event gehouden. Tijdens een dergelijk bijeenkomst presenteren Defensie en de industrie hun projecten aan elkaar. Er was ook een radiocommunicatie hoekje ingericht. Na even bij mijn Landmacht collega’s op bezoek geweest te zijn kwam ik in gesprek met de heer Brentjens van ASTRON.
De heer Brentjens is verbonden aan het LOFAR-project in Dwingeloo. Binnen dit project doet de heer Brentjens aan zonneobservatie (Space Weather). LOFAR staat overigens voor Low Frequency Array en bestaat uit een groep antennes die door bundeling op de vrije ruimte gericht kan worden. Brentjes werkt aan een studieproject met de naam DISTURB (Disturbance detection by Intelligent Solar radio Telescope of (Un)perturbed Radiofrequency Bands).
Het DISTURB-project is een programma voor het ontwikkelen van een globaal 24/7 bewakingssysteem met een hoge nauwkeurigheid. DISTURB is uniek omdat het voor de eerst voorziet in “near real- time” waarschuwingen voor radiofrequenties is de 3-3000 MHz band. Het project maakt gebruik van phased-array bundelvormende en spectrum herkennende software gebaseerd op kunstmatige intelligentie.
Bij zonneobservatie wordt naar een aantal eigenschappen van de zon gekeken. Het doel van deze observatie is om te voorspellen wanneer zich zonnevlammen voordoen. Tijdens deze zonnevlam komen er magnetische krachten vrij en is er een uitstoot van geladen deeltjes. Wanneer de elektromagnetische puls of de geladen deeltjes de aarde bereiken kan er storing of zelfs schade ontstaan.
De elektromagnetische golf kan binnen acht minuten de aarde bereiken en wordt door het DISTURB-systeem gedetecteerd. Het is de bedoeling dat deze zonneactiviteit real time op het Internet wordt gepubliceerd. Defensie en het KNMI zullen de primaire gebruikers zijn maar het publiek wordt met enige vertraging ook geïnformeerd.
Binnen een dag of vier kan een wolk van geladen deeltjes de ionosfeer van de aarde bereiken. Meestal krijgen we niet de volle laag maar raakt een deel van de emissie het aardmagnetisch veld op dat deel van de aarde dat op de zon gericht is. Zoals eerder al gezegd kan een volle treffer schade op aarde veroorzaken. Een schampschot veroorzaakt ionisatie van de atmosfeer wat voor de DX amateur belangrijk is voor het maken van verbindingen.
Ik heb navraag gedaan bij ons bureau Space Weather van de Luchtmacht. Verwacht wordt dat de DISTURB-website vanaf eind maart (2024) beschikbaar zou moeten zijn.
Ruisbronnen
Tijdens het gesprek met Brentjens kwam een interessant detail boven drijven. De antenne array heeft last van storing. Tijdens een ionisatie periode neemt ook het storingsniveau toe. Op zich niet vreemd want wanneer de propagatie verbeterd zijn ook stoorsignalen beter hoorbaar. Als experiment is een radio-opname gemaakt van de hemelkoepel waarbij signalen van de zon en de Melkweg buiten de beschouwing zijn gehouden.
all-sky image van hemelkopel melkweg uit het resultaat weggecalibreerd
De resultaten van de meting zijn interessant. Door reflecties van de ionosfeer kunnen storingen in principe uit alle richtingen komen en kunnen zowel lokaal als dislokaal zijn. De meting op 68 MHz geeft echter aan dat vrijwel alle niet specifieke storing (ruis) dislokaal is maar wel degelijk aan een storingsbron kan worden verbonden. In dit geval zit de storingsbron vlak boven de horizon in zuidwestelijke richting. Een stukje boven de horizon is de eerste hop zichtbaar en daarboven misschien zelfs een tweede hop. Omdat deze hopafstand zichtbaar is bestaat het vermoeden dat de storingsbron zich aan de noordkust van het Afrikaanse continent bevindt.
Achtergrondruis bestaat uit verschillende componenten. De meeste hiervan zijn natuurlijk maar ook de mens voegt hier iets aan toe. Buitenaardse storingsbronnen zoals kosmische ruis worden door de ionosfeer afgeschermd. Bovenop de thermische ruis worden in het spectrum meer radiobronnen zichtbaar maar ook de achtergrondruis neemt toe. Deze ruis is opgebouwd uit een mengelmoes van radiosignalen die niet meer onafhankelijk zijn waar te nemen.
Valt hier iets uit te leren? Volgens mij wel. Het is in ieder geval goed om te weten dat ook achtergrondruis een oorzaak kan hebben. In dit geval zijn het storingsbronnen die zich ver achter te horizon bevinden maar die door gunstige propagatie lokaal zijn waar te nemen. Ik kan mij voorstellen dat je met het opstellen van antennes hier rekening mee kunt houden. Hoe efficiënt dit is kan het onderwerp zijn van een vervolgonderzoek.
Wat verstaan we onder Space Weather?
Zonneactiviteit beïnvloedt het aardmagnetisch veld en daarmee de propagatie van radiogolven. Op de zon zijn voor kortere of langere tijd vlekken zichtbaar. Dit zijn gebieden met een verhoogde magnetische activiteit en een iets koelere temperatuur. Het aantal vlekken varieert in een 11-jarige cyclus. Hoe meer we er zien hoe actiever de zon.
Er zijn plaatsen waar de magnetische veldlijnen uit de zon treden. Wanneer deze magneetvelden instorten ontstaat een energie uitbraak, een zonnevlam (CME=Corona Mass Ejection). De vlam zelf zal terugvallen op het oppervlak van de zon. Gelijktijdig wordt een sterke elektromagnetische puls veroorzaakt en een wolk geladen deeltjes. De elektromagnetische puls komt binnen ca 8 minuten op de aarde. De wolk geladen deeltjes zorgt voor een schokgolf in de al aanwezige zonnewind en kan na enkele uren de aarde bereiken.
Wanneer een wolk geladen deeltjes de atmosfeer bereikt zal ionisatie optreden. Het aardmagnetisch veld raakt hierdoor verstoord. Geïoniseerde luchtlagen zullen niet langer transparant zijn voor radiogolven maar deze reflecteren.
Wat valt er hieraan te meten of te weten?
Sunspot number (SSN), het aantal zonnevlekken dat zichtbaar is op de zon. Dit is een maat voor de kans op een zonuitbarsting. Solar Radio Burst (SRB), de plotselinge toename van de elektromagnetische signalen (ruis) welke wordt uitgezonden door de zon.
Solar Flux Index (SFI), een maat voor de zonnewind. De snelheid en dichtheid van de deeltjes wordt gemeten door de NOAA/DSCOVR satelliet (45 minuten upstream) Geomagnetic Indices, meerdere maten voor de fluctuaties die in het aardmagnetisch veld worden waargenomen.
De aarde zal eerst getroffen worden door de elektromagnetische puls. Een paar uur later komt de wolk van geladen deeltjes aan. Het aardmagnetisch veld reageert op deze verstoring en er ontstaat een Geomagnetische storm die de radiocommunicatie kan beïnvloeden maar ook de oorzaak is van het poollicht. Tijdens deze storm treedt er ionisatie op van de bovenste luchtlagen in de atmosfeer. Afhankelijk van de sterkte van de puls en de magnetische verstoring kan er schade ontstaan aan infrastructuur zoals energienetwerken, radio- en radarverbindingen.
space weather en zijn velen facetten
Het toekomstige DISTURB-systeem bewaakt de elektromagnetische activiteit van de zon en kan vroegtijdig (binnen twee minuten) waarschuwen voor een Geomagnetische storm.
A, K en G-indices worden door berekening bepaald uit de fluctuaties van de horizontale component van het aardmagnetisch veld. Het aardmagnetisch veld zelf wordt gemeten in nano-Tesla. G is de sterkte van aardmagnetisch storm en wordt berekend uit Ap en Kp. (p staat voor planeet en is een opgebouwd (gemiddeld) uit meerdere waarnemingen. X, M en C is de klasse (sterkte) van een zonnevlam. Snelheid en dichtheid zijn eigenschappen van de zonnewind. MUF en LUF zijn de hoogste en laagste frequentie die door de ionosfeer gereflecteerd worden.
‘73
Jan Willem Draijer
PA3FWA, Kolhorn
