Einstieg in den Satellitenempfang mit dem RTL-SDR

Denkt man an den Empfang von Amateurfunksatelliten, dann kommen einem unweigerlich Bilder von riesigen Antennenanlagen und aufwendiger Technik mit Rotoren, aufwendigen Vorverstärkern und vielem mehr in den Kopf. Das es, natürlich auf deutlich niedrigerem Niveau, auch mit wesentlich weniger Aufwand geht, will ich euch heute mal zeigen.

Was braucht Ihr für den erfolgreichen Empfang eines Satelliten?

• Empfänger, also RTL-SDR am Rechner mit funktionierender SDR-Software 😉
• Eine einigermaßen ordentliche Antenne, also nicht die mitgelieferte Antenne für den DVB-T-Empfang
• Eine Software zur Berechnung der Satellitenposition
• Einen geeigneten Satelliten
• Geduld
• Ein “Kochrezept”
• Motivation

Der Empfänger – Business as usual

Hier brauchen wir so gar nix an spezieller Ausrüstung. Natürlich sollte der RTL-SDR nicht völlig zugedröhnt von lokalen Störungen wie zum Beispiel von Schaltnetzteilen etc. sein, aber ansonsten müsst Ihr für die ersten Schritte gar nicht soviel beachten, braucht keine speziellen Vorverstärker (LNA – low noise amplifier) und solche Geschichten. Guckt euch am besten einfach mal an, wie das 2m und das 70cm Amateurfunkband bei euch aussehen. Habt Ihr einen sehr hohen Grundpegel, dann werdet Ihr vermutlich nicht so richtig was im Rauschen erkennen können und müsstet euch mal Gedanken machen, wie Ihr die Störungen weg bekommt. Dazu schreib ich sicher in nächster Zeit nochmal mehr.

Natürlich solltet Ihr auch eine funktionierende SDR-Software auf dem Rechner und die ersten Erfahrungen damit gesammelt haben. Amateurfunksatelliten sind (bisher) nicht geostationär, wie wir das von unseren Satelliten für den TV-Empfang gewohnt sind. Sie fliegen also um die Erde und wir können sie in der Regel nur dann empfangen, wenn sie auch am Himmel zu “sehen” sind, also nicht hinterm Horizont verschwinden.

Die Antenne

Auch hier könnt Ihr erstmal mit einer Grundausstattung loslegen. Silvio hat ja bereits die Duobandantenne von Lambdahalbe hier im Blog geschrieben, mit dieser arbeite ich auch. Sie hängt auf dem Balkon und hat eine freie Sicht auf einen großen Teil des Himmels. Tatsächlich sind “normale” rundstrahlende Antennen gar nicht optimal für den Satellitenempfang geeignet, wenn man sich mal ein Antennendiagramm so ansieht. Für möglichst weit reichende terrestrische Verbindungen will man eigentlich eine flache Abstrahlung, damit nicht zuviel unserer elektromagnetischen Strahlung ungenutzt in der Atmosphäre herumfliegt. Der Satellit läuft aber in einer Bahn über uns und erreicht eben auch schon mal einen Winkel von 90°. was dazu führt, dass wir teilweise nichts empfangen, obwohl er direkt über uns ist. Deswegen nutzt man für “richtige” Verbindungen auch aufwendige Antennenanlagen, die nicht nur horizontal drehbar sind, sondern eben auch vertikal an die Position des Satelliten angepasst werden können. Aber wir wollen ja zunächst sehen, was mit unserer minimalen Ausrüstung so geht.

Der Satellitentracker

Wie oben schon geschrieben, können wir nur Satelliten empfangen, die sich theoretisch in unserem Sichtfeld befinden. Also müssen wir wissen, was denn gerade so über unseren Köpfen herumfliegt, um die passende Frequenz zu finden und überhaupt sehen zu können, ob sich ein Empfangsversuch lohnt.

Es gibt mittlerweile eine riesige Anzahl an Trackern, auch SDR-Radio hat so einen eingebaut, den ich aber bisher zu meiner Schande noch nicht so ausgiebig getestet habe, als das ich ihn hier empfehlen will. Ich nutze für den Zweck die Software gpredict. Die Dokumentation auf der Seite ist recht gut, spielt einfach mal etwas damit rum. Grob gesagt, müsst Ihr zunächst euren eigenen Standort eingeben und sucht euch am besten zunächst ein paar Satelliten aus, die überhaupt für einen Empfang mit unseren eingeschränkten Mitteln in Frage kommen. Dazu gleich noch mehr.

Die Software berechnet die Position der Satelliten und zeigt euch auch an, wo sich dieser von eurer Position aus befindet. Damit könnt Ihr abschätzen, in welchem Bereich überhaupt ein Empfang möglich ist. Bei mir ist es zum Beispiel so, dass ich Richtung Süden relativ freien Blick habe, aber Richtung Norden der Taunus langsam ansteigt und ich dort schon wesentlich früher den Kontakt zum Satelliten verliere.

Lebt Ihr auf dem platten Land und habt keine großen Hügel um euch rum, sonstige Bebauung oder die Antenne hängt im Keller, dann sollte Ihr bei einer Elevation von 5-10° schon etwas empfangen. Streift der Satellit nur den Horizont, dann wird es vermutlich nichts werden.

Satelliten – Qual der Wahl

Es gibt mittlerweile einige Amateurfunksatelliten, die über unseren Köpfen herumschwirren, aber nicht jeder ist für unsere ersten Schritte geeignet. Erstmal muss er natürlich im Frequenzbereich senden, den unser Empfänger und unsere Antenne abdecken. Beschränken wir uns hier auf das 2m und das 70cm Band, um die Sache nicht so arg zu verkomplizieren.

Außerdem sollten wir uns auf einen Satelliten konzentrieren, der nicht allzu wenig Sendeleistung hat. Es gibt mittlerweile winzige Satelliten, so genannte Cube-Sats, die kleiner als ein Schuhkarton sind, aber eben aufgrund kleiner Solarzellen und damit einer eher schwachen Stromversorgung und aufgrund ihrer Miniaturisierung nur sehr geringe Sendeleistungen erreichen. Da wir ja Anfänger sind, suchen wir uns Objekte aus, die uns das Leben nicht ganz so schwer machen. Eine großartige Informationsquelle ist hier die Homepage von Mike, DK3WN. Lesern des Sat-QTC im Funkamateur ist sein Rufzeichen mit Sicherheit schon mal begegnet. Daher hier einige Satelliten und gleich der Link zu der jeweiligen Seite auf seiner Homepage, um sich mit Informationen einzudecken:

• ISS (vielleicht kein Satellit mag der Eine oder Andere meinen, aber ihr APRS-Repeater ist immer mal einen Versuch wert)
• Funcube
• SO-50
• F0-29

Ihr findet hier auch schon die Frequenzen, für uns interessant sind die Downlink-Frequenzen, auf denen der Satellit sendet. Am besten orientiert man sich zunächst an der Frequenz der Bake, die man dann am Bildschirm verfolgt.

Geduld

Ihr braucht etwas Sitzfleisch, bis Ihr die ersten Erfolge sehen werdet. Erstmal muss ein Satellit in Sichtweite kommen und dann muss natürlich auch eure Ausrüstung soweit ausreichend sein. Aber es geht meistens mehr, als man es vermuten könnte.

Auch dürft Ihr nicht erwarten, dass Ihr sofort alle Signale leserlich dekodieren könnt. Für APRS-Signale braucht man eben doch einen ordentlichen Signal-Rausch-Abstand, damit etwas dabei raus kommt. Zusätzlich macht uns der Dopplereffekt zu schaffen, weil sich die Satelliten ja mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegen. Ihr müsst also wäre des Empfangs ständig die Empfangsfrequenz anpassen. Das geht dank der Wasserfallanzeige in der SDR-Software aber recht gut.

Außerdem bietet unsere Software eine Option, die aus meiner Sicht für den Anfänger perfekt ist. Ihr habt das Problem, dass die Zeit, wo Ihr einen Satelliten empfangen könnt, sehr kurz sein kann. Bin ich hier noch damit beschäftigt, die Frequenz nachzuführen und vielleicht auch noch nicht hundertprozentig sicher in der Anwendung der SDR-Software, dann ist der Satellit schneller hinterm Horizont verschwunden, als man glauben mag. Aber unsere Software bietet die Möglichkeit, das empfange Spektrum auf der Festplatte zu speichern und sozusagen als Rohdaten wieder abspielen zu können. Es ist also egal, wenn Ihr beim Durchgang des Satelliten in der falschen Betriebsart gelandet seit oder erstmal nur der CW-Bake gelauscht habt, während 50 KHz weiter oben SSB-Signale zu sehen waren. Ihr könnt euch den kompletten Durchgang danach nochmal abspielen und euch auf andere Signale konzentrieren.

Hier seht Ihr einen Teil eines Durchgangs von FO-29 mit dem Data File Analyzer von SDR-Radio analysiert. Man sieht verschiedene Störungen, die alle in ihrer Frequenz konstant sind. Dann sehen wir 2 Träger, die parallel durch das Bild verlaufen, einmal bei ungefähr 435,800 MHz und einmal bei 435,915 MHz. Diese kann ich auch nicht wirklich zuordnen. Ganz deutlich sind aber die anderen Signale dazwischen, die alle ungefähr parallel verlaufen. Links der Bogen der am Ende knapp unter 435,800 MHz fällt, ist die cw-Bake von FO-29. In der Bildmitte, rund um den relativ starken Störträger, finden wir verschiedene Signale in USB und cw.

Schauen wir uns doch mal die Bake genauer an:

Die starke Krümmung kommt von der Darstellung, wir haben hier die Frequenz sehr stark hereingezoomt und sind zeitlich dennoch bei fast 2 Minuten. Die Frequenzdrift durch den Dopplereffekt wirkt hier als stärker als sie tatsächlich ist.

Das “Kochrezept”

Das waren schon ziemlich viele Informationen und dabei habe ich die Eigenheiten der jeweiligen Satelliten nicht mal erwähnt. Deswegen will ich nochmal kurz zusammenfassen, wie Ihr die ersten Schritte schafft, ohne dabei umzufallen:

1. SDR- und Tracking-Software läuft, Antenne ist angeschlossen, Ihr habt auf den passenden Frequenzbereich für die jeweiligen Satelliten abgestimmt und auch so weit in das Spektrum gezoomt, dass Ihr die schmalbandigen Signale optisch erkennen könnt.
2. Der Durchgang des Satelliten beginnt, er befindet sich in einer Position am Himmel, wo Ihr ihn theoretisch sehen könnt.
3. Habt Ihr das erste Signal auf dem Bildschirm, was verdächtig nach dem Satelliten aussieht, starten die Aufnahme der Rohdaten und dann sehen wir uns um, was im Downlink-Bereich unseres Satelliten so passiert.

Das war es auch schon und mit etwas Glück habt Ihr mit minimalem Aufwand die CW-Bake eines Satelliten oder Signale anderer Funkamateure, die den Satelliten als Umsetzer verwenden, empfangen.

Motivation

Könnt Ihr euch immer noch nicht aufraffen und glaubt, dass die Empfangsbedingungen bei euch einfach zu schlecht sind?

Dann will ich euch zum Schluss noch etwas Mut machen. Erstmal zu den Rahmenbedingungen, das folgende wurde im Erdgeschoss in einem Mehrparteien-Wohnhaus in Stahlbetonbauweise mit einem stinknormalen DVB-T-Dongle mit dem R820T und der Diamond RH799 am Fenster. Keine Tolle Antenne, kein TCXO im Empfänger, kein LNA, nix.

Das sagte gpredict über die kommenden 10 Minuten:

Und das hat SDR-Radio aufgezeichnet:

Erstmal seht Ihr ein paar Störungen, ganz rechts der Träger gehört zum Kabelnetz hier und ist eine Spiegelung von 145,750 MHz, was auch nicht unbedingt zu den besten Empfangsergebnissen führen sollte. Aber was sehen wir relativ weit links, ungefähr bei 145,825 MHz und etwas darüber?

Hier mal hereingezoomt, es handelt sich dabei um APRS von der ISS.

Guckt euch nochmal das obige Bild des kompletten Spektrums an, dann seht Ihr rechts  bei 145,960 MHz auch Signale, die etwas merkwürdig aussehen. Auch bei ihnen wandert die Frequenz etwas, aber nicht parallel mit den Aussendungen der ISS. Also sehen wir uns das mal genauer an:

Die etwas merkwürdig aussehenden Signale sind Signale die vom Lineartransponder des Funcube umgesetzt werden. Und man sieht noch etwas. Guckt euch mal den Bereich ungefähr um 145,940 MHz an. Auch hier erkennt man irgendein Signal, welches langsam wandert. Ich habe versucht, den Bereich nochmal etwas genauer darzustellen:

Ok, das zu erkennen braucht jetzt wirklich Erfahrung, deswegen will ich es auch gleich verraten, es ist das PSK-Signal der Telemetrieeinheit vom Funcube. Dieses lässt sich mit einer speziellen Software dekodieren, die ich aber wirklich nochmal in einem anderen Beitrag vorstellen will, weil das jetzt zu weit führt.

Ich hoffe doch, dass jetzt auch der letzte Empfangsmuffel motiviert ist und sich nicht mit schlechter Ausrüstung oder einem schlechten Standort herausreden wird! 😉