Boekbespreking: SDR Hands-on Book

Het inspirerende voorwoord van auteur Burkhard Kainka in dit boek bevat belangrijke aanwijzingen waarom Software Defined Radio (SDR) zo populair is, ook bij mensen die eerder nog geen radioamateurs waren. SDR blijkt een enorm stimulerende factor voor de radiohobby, waar lange tijd steeds minder mensen belangstelling voor hadden. Omdat het afstemmen en decoderen van kortegolfsignalen nu gedaan wordt met een minimale hoeveelheid hardware en krachtige (gratis) software, is het gemakkelijk te begrijpen waarom nieuwkomers in de radiohobby en anderen met een “DC-brein” of met “heftige angst voor HF” helemaal gegrepen worden door het concept van SDR.

De tijden dat het bouwen van een kortegolfradio zwarte magie was, waar ingewikkelde spoelen, HF-componenten en speciale constructietechnieken aan te pas kwamen, zijn voorbij. Vandaag de dag is alles wat er nodig is een eenvoudig HF-frontend-kaartje met een IQ-mixer en... software! Meestal draait die op een laptop met ingebouwde geluidskaart van goede kwaliteit. Alle ‘intelligentie’ van SDR zit in de software.
Auteur Burkhard Kainka is niet alleen een heel productieve schrijver, maker, projectontwerper en kitleverancier, maar ook een radioamateur met callsign DK7JD. Dat doet al vermoeden dat zijn boek niet vol staat met droge verhalen over software en eindeloze screendumps en listings. In plaats daarvan is er veel ruimte voor de praktische aspecten van kortegolfontvangst, zoals wat de beste plaats is om storingen buiten de deur te houden: bij de antenne!

IQ-mixen op een Arduino-shield

De juiste volgorde om met SDR aan de slag te gaan is: (1) verzorg de hardware en begrijp hoe die werkt, (2) draai de software. Het boek presenteert daarom eerst een shield voor de Arduino Uno. Ik toon ze hier beide, zowel samengebouwd als in een “kit”.

De auteur bespreekt vrij gedetailleerd het schema en de werking van het SDR-shield. Ook dat doet hij weer in de juiste volgorde, wat prettig is voor de lezer. Het centrale onderdeel op het shield is een SI5351A PLL-chip (Phase Locked Loop) van SiLabs. De Arduino zelf heeft niet veel te doen: hij ontvangt gewoon (serieel) de gewenste frequentie van de laptop en stelt dan het VFO-circuit op het shield in op de juiste waarde. Het programma voor de Arduino is beschikbaar in het software-archief op de ondersteunende webpagina bij het boek. Deze “sketch” is bijzonder goed gedocumenteerd en wordt goed uitgelegd, ook in het boek.
Terug naar de hardware: De HF-ingangstrap op het Arduino-shield is een sourcevolger met een JFET van het type BF545B, de SMD-equivalent van de beroemde BF245B. Er is een bescherming tegen overspanning in de vorm van twee anti-parallel geschakelde diodes om te voorkomen dat de ingangstrap wordt beschadigd door elektrische ontladingen. Dit is absoluut een breedband input (een barn door zegt men weleens) en de auteur adviseert terecht om externe filters en voorversterkers te gebruiken als optimale prestaties nodig zijn.

Optioneel kan het Elektor LCD-shield bovenop het SDR-shield worden gestoken, zoals hier afgebeeld:

Deze configuratie kan worden gebruikt om de huidige SDR-frequentie weer te geven en kan ook dienst doen als een meetinstrument. Goedkoop en nuttig en het geeft de Arduino wat extra werk te doen!

Daarna gaat het in hoofdstuk 2 over de installatieprocedure voor één van de oudste en beste gratis SDR-softwarepakketten: G8JCF. De maker, Peter Carnegie, heeft het al in 2007 geïntroduceerd in Elektor en het was destijds een kaskraker. Intussen is het programma voortdurend uitgebreid en verbeterd. Wat heel opmerkelijk is: het programma laadt automatisch de juiste firmware in de Arduino, dus werken met de Arduino-IDE is niet nodig. Inprikken, opstarten, klaar! De eerste indruk is overweldigend:

Het boek bevat een stap-voor-stap-gids voor het koppelen van de G8JCF SDR software met de Arduino met het SDR-shield erop en voor het draaien van de firmware van de auteur. De gids bestaat uit een oefening om op gang te komen en laat zien hoe alles moet worden ingesteld voor 7000 kHz in de 40-meterband. Gedetailleerd en goed uitgelegd.

Dan volgt de installatie van SDRsharp (ook geschreven als SDR#) voor het frequentiebereik van 24 MHz tot 1800 MHz. Hier wordt een kleine “vingertest” op de antenne-ingang voorgesteld om te controleren of het systeem werkt. Als dat zo is, ga dan verder met AM-ontvangst. Dat gaat “het beste ‘s avonds” als de propagatie van middengolffrequenties het beste is.

Praktische kortegolfontvangst en bestrijding van stoorsignalen

Hoofdstuk 2 van het boek is een echte inleiding voor beginners in de kortegolfontvangst. Het is een geslaagde en goed gestructureerde bespreking van de valkuilen en eigenaardigheden die een totale nieuwkomer gaat ontmoeten in de wonderlijke wereld van de lange-, midden- en kortegolfontvangst. Het gaat daarbij niet alleen om amateurstations op grote afstand, maar ook om commerciële radiostations, nood- en hulpdiensten en weerfaxstations. De gebruikelijke modulatiesystemen, CW, AM en SSB, worden kort uitgelegd, steeds met een praktisch voorbeeld van een station dat die techniek gebruikt.

Het voorgaande vormt een uitstekende basis voor het volgende hoofdstuk, dat gaat over storingen, de oorzaken ervan en hoe je ermee moet leren leven. In hoofdstuk 3 vond ik de bespreking van de audiostoringen die inherent zijn aan de geluidskaart van de PC, een openbaring. Er is een praktisch, goed geïllustreerd voorbeeld van een USB-apparaat als de ware veroorzaker van extra ongewenste ruis in het SDR-systeem!
Andere storingsbronnen die in het boek kort besproken worden zijn verlichting, een DSL -router en inductieve elementen. Wat mij betreft zou dit hoofdstuk wel wat uitgebreider mogen zijn, want vooral nieuwkomers in SDR moeten een stevige kennis hebben van de werking van hun grootste vijand.

Die antenne!

Dit hoofdstuk vond ik de meeste geslaagde manier om SDR te populariseren bij een nieuw publiek: begin bij het begin, met dat ene onderdeel dat gewoon niet kan worden vervangen door een stuk software: de antenne. Met zijn stap-voor-stap-bespreking van de eigenschappen van ontvangstantennes voor de korte golf en aanpassing aan de ontvanger, slaagt de auteur erin de verwachtingen te temperen van ‘appartementsbewoners’ die denken signalen van het andere einde van de wereld te kunnen oppikken met niet meer dan een stukje draad. Dat gaat echt niet lukken, niet alleen vanwege de kleine afmetingen van de antenne, maar ook omdat er in dichtbevolkte gebieden veel meer door de mens veroorzaakte storingen zijn.

Toch leren we in het boek dat met een fatsoenlijke aardleiding bij de antenne, een balun (transformator van gebalanceerd naar ongebalanceerd), en/of met behulp van een eenvoudig mantelgolffilter, de storingsniveaus aanzienlijk kunnen worden gereduceerd. Dus het SDR-systeem zal niet teleurstellen als u in een grote stad op de eerste verdieping van een flatgebouw woont.

Lus- en staafantennes worden uitgebreid besproken in het boek en dat is heel terecht, want beide zijn heel geschikt om elektrische storing te onderdrukken en ze bieden ook enig richteffect. Er zijn ook enkele suggesties voor actieve antennes, maar die stellen niet zoveel voor.

Extra functies van de SDR

Het project dat in het boek wordt beschreven is niet alleen een SDR. Het boek heeft ook hoofdstukken over het gebruik als meetinstrument in het elektronicalab, een WSPR-zender (“whisper”) en zelfs een (laag vermogen) QRP-transceiver. Alle drie deze toepassingen worden gepresenteerd op een bemoedigende manier in een echte “zendamateur”-stijl: dit is de basis, voeg nu je eigen ingrediënten toe! Bijvoorbeeld een 200-milliwatt zendversterker met een BS170-FET en uitgangssignaalfiltering:

Met WSPR-modus op de D+SDR bleek dit “dwerg”-station in staat om contact te maken met andere stations op duizenden kilometers afstand:

Conclusie

Dit boek is een must voor iedereen die met gangbare, goedkope elementen zoals Arduino en G8JCF, de fascinerende wereld van korte golf met behulp van SDR wil verkennen. De titel dekt de lading heel goed. De belangrijkste voordelen van het boek zijn:

de bespreking van de grootste vijand van de kortegolfradio: storing
de goede balans tussen hardware, die wordt gepresenteerd door een oude rot in de elektronica en software die te gebruiken is voor gewone stervelingen.

Enkele lichte punten van kritiek:

De hardware van het SDR-shield en de G8JCF / SDR# software, hadden elk een eigen hoofdstuk verdiend;
sommige besprekingen hadden wat uitgebreider mogen zijn, bijvoorbeeld die over de digitale modes;
hetzelfde geldt voor netwerktheorie;
hetzelfde geldt voor lus- en andere magnetische antennes.