Nachbau des Raspberry-PI Pico-SDR-RX nach Jon Dawson
In Bearbeitung
Stand: 9. Mai 2025
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Schon seit einigen Jahren habe ich mich mit dem Selbstbau einfacher Kurzwellenempfänger beschäftigt und darüber auch schon mehrfach auf meinen Homepageseiten geschrieben. Unlängst stiess ich dann auf ein verhältnismässig einfaches Konzept zum Aufbau eines den gesamten Frequenzbereich von Längstwelle bis 30 MHz erfassenden und dabei viele Betriebsarten ( AM, AMS, CW, USB, LSB, FM ) abdeckenden und Stand-Alone-Betrieb erleubenden SDR-Empfängers. Ein kleines OLED-Display dient dabei der Anzeige von Empfangsfrequenz und anderer Betriebsparameter. Via Tastenauswahl besteht auch die Möglichkeit zur Spektrumsanzeige und zur Darstellung eines Wasserfalldiagrams, wobei man zugegebenermassen aber doch einige Qualitätsabstriche machen muss.


Abb.1 Gesamtansicht des Empfängeraufbaus

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Die Bedieneung des Empfängers erfolgt über einen Drehimpulsgeber mit integrierter Taste und zwei zusätzliche Taster. Von seinem Autor Jon Dawson wird das realisierte Konzept in [1],[2] ausführlich beschrieben. Dazu gehört auch ein Manual [4], in dem die einzelnen möglichen Bedienschritte erläutert sind, aber zzudem doch auch noch etwas Einarbeitung erfordern. Kerneinheit des Empfängers ist einer der preiswert erhältlicher Raspberry-PICO-Mikrocontroller. In ihm abgelegt werden die uf2-Betriebsfirmware und bis zu 512 Speicherplätze, in denen sich bei Bedarf Wunschkanäle incl. zugehöriger Betriebsparamter ablegen lassen. Wie weiter unten noch näher zu erläutern sein wird, ist die Programmierung der verwendeten Prozessoren extrem einfach und auch ohne besondere Vorkenntnisse schnell durchführbar. Inzwischen gibt es von diesem Empfängerkonzept auch bereits verschiedene Nachbauten. Genannt sei dazu z.B. dasjenige des französischen Amateurs F4GOH, das im FUNKAMATEUR Heft Mai 2025 auf den Seiten 374-375 veröffentlicht wurde. 


Abb.2 Teilansicht nach vorübergehender Entfernung des Displays
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mögliche Erweiterungen

Das beschriebene Konzept führt zu einem eigenständigen Empänger, für dessen Inbetriebnahme nur noch einige wenige zusätzliche Massnahmen erforderlich sind. Dabei kann die Spannungsversorgung z.B. über eine externe Betriebsspannung von etwa 3,7-5V erfolgen. Ansonsten ist im einfachsten Fall auch 5V-Betrieb über die USB-Buchse des PICO-Bausteins möglich, wobei die dabei benötigte Betriebsenergie beispielsweise von einem externen Power-Block kommen kann. Eine Versorgung aus einem der handelsüblichen USB-Ladenetzteile kann dagegen nicht empfohlen werden, da das in der Regel mit erheblichen zusätzlichen Empfangsstörungen verbunden ist. Die verfügbare Lautstärke ist im Normalfall ausreichend für einen am Tonausgang angeschlossenen Standard-Ohrhörer. Ansonsten bietet sich auch die Möglichkeit zur Verwendung externer Lautsprecherverstärker an. Von grosser Bedeutung für eine möglichst gute Empfangqualität ist die verwendete Antenne. Im vorliegenden Fall haben sich bei mir besonders abstimmbare und ggf. auch aktive Antennenformen wie z.B. auch Loop-Anordnungen bewährt.
 
Bei dem verwendeten Empfängerkonzept ist auch mit unerwünschten Nebenempfangsstellen zu rechnen. Abhilfe kann dabei durch in den Empfängereingang geschaltete zusätzliche Frequenzfilter bewirkt werden. Dabei hat hat Jon Dawson auf seiner Seite Filterlösungen beschrieben, die jeweils nur Teile möglicher Kurzwellenbereiche abdecken, sich bei Bedarf allerdings sogar selbständig gesteuert über den Prozessor schalten lassen. Ich selbst benutze an dieser Stelle allerdings lediglich einen 30 MHz-Tiefpass aus fernöstlicher Fertigung ( Abb.3 ). Damit verhindere ich bisher sehr wirkungsvoll zumindest alle vorher festgestellten Störungen, die sich z.B. durch benachbarte UKW-Rundfunksender ergeben hatten.


Abb.3   OBEN: 20dB-Breitbandvorverstärker   UNTEN: 30 MHz-Tiefpassfilter
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bezogen von AliExpress

Eine merkbare Verbesserung der Empfangseigenschaften liess sich durch Einfügen eines zusätzlichen breitbandigen HF-Vorverstärkers erreichen. Auch an dieser Stelle nutzte ich wieder einfache und einer Spannung von z.B. 3-5V betreibbare und dabei ca. 20db verstärkende Versionen aus Fernost. Bei ihrer Auswahl war darauf zu achten, dass speziell auch der untere Wert des dabei abgedeckten Frequenzbereiches an den eigenen Nutzungsbedarf an/gepasstg war. Wie sich bei später durchgeführten Messungen ergab, sind die hierüber z.B. im Internet zu finden Angaben oft sehr wenig zuverlässig. So liess sich beispielsweise ein nur für den Betrieb oberhalb von 100 MHz deklarierter Vorverstärker auch noch sehr gut bis hinunter in den MW-Bereich nutzen. Zum Betrieb im Mittelwellenbereich und darunter verwende ich übrigens abstimmbare Ferritstäbe, so wie es sie z.B. von SV2CZF [11] ( Abb.4 ) gibt.


Abb.4 abstimmbarer Ferritstab für Längstwellen von 125-525 KHz von SV2CZF
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Nachbauhinweise und Bauteileauswahl

Nach einigen noch etwas provisorischen Probeaufbauten entschloss ich mich zum Entwurf eines eigenen Platinenlayouts und bezog mich dabei ( mit einigen wenigen kleinen Ausnahmen ) auf das hier [10] herunterladbare Schaltbild. Die dabei entstandene Platine entspricht zwar nicht unbedingt höchsten professionellen Anforderungen, erfüllt meine Hobbyanforderungen aber in ausreichender Weise. Zur Vereinfachung des Nachbaus wurde dabei weitgehend auf die Verwendung von SMD-Bauteilen verzichtet. Lediglich für die Schalt IC's aus den Serien xxx3253 musste eine Version im SSOP-16-Gehäuse verwendet werden. Für mich liessen sie sich mit ihrem Pinabstand von 1,27mm gerade noch zu handeln und wurden dabei auf der Folienseite der einseitig kaschierten Platine untergebracht ( Abb.5 ).


Abb.5  Platinenansicht von unten ( siehe den Schalt-IC auf der linken Seite )
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Die einseitig kaschierte Platine erforderte auch ein zusätzliches Einfügen mehrerer Drahtbrücken. Weiterhin wurde an einigen Stellen auf der Folienseite vorgesehen, dass sich die Leiterbahnen dort auftrennen und sich benötigte Verbindungen durch überkreuz hinzugefügte kurze Drahtbrücken alternativ auch wieder herstellen lassen. Nachdem es die OLED-Displays auch mit Pinanordnungen gibt, die sich von der im Layout gewählten unterscheiden, wurde Ähnliches auch für einige ihrer Anschlusspins vorgesehen.
Ebenfalls vorgesehen sind einige Anschlusspunkte, über die sich ein bei Jon Dawson zur Grossanzeige von Spektrum- und Wasserfallanzeige vorgeschlagenes externes 2.4" OLED-Dispay ( ILI9341 ) anschliessen lässt.


Es folgen Angaben zu den von mir verwendeten etwas spezielleren Bauteilen und ggf. Angaben zu möglichen Bezugsquellen:

1x Platine: Bezug der gebohrten und verzinnten Platinen durch Dirk Ruffing, DH4YM [8]
     Anm.: derzeitige Bezeichnung.: "DJ7OO_DAWSON-PICO-RX_V1" ( demnächst voraussichtlich: "DJ7OO_DAWSON-PICO-RX_V2" )  
1x Schalt-IC: SN74CBT3253CDR ( Version mit 1,27mm-Pinabstand )
1x OP-Amp-IC: MCP6022 im DIL8-Gehäuse ( z.B. Fa. CONRAD [9] )
1x Raspberry-PICO: ( Anm: auch verwendbar ist die Version "PICO2", wozu über [3] auch die passende Firmwareversion verfügbar ist )
1x 0.96"-OLED-Display:
1x Drehimpulsgeber:  (  z.B. Fa. REICHELT [6] )
2x Minitaster:  ( z.B. Fa. REICHELT [7] )
2x 20pol. Buchsenleiste mit 5mm-Bauhöhe: zum Aufstecken von PICO  ( z.B. Fa. REICHELT [5]  )


Hochladen von uf2-Firmware in Richtung PICO

Das Hochladen der Firmware in Richtung des PICO's stellt sich extrem einfach dar. Vorerst ist dazu jedoch erst einmal die unter [3] zu findende und zum verwendeten Typ des PICO's passende uf2-Firmwareversion herunterzuladen und in einen beliebigen Ordner des PC's zu kopieren. Danach sind PICO und PC via USB miteinander zu verbinden. Wenn dabei gleichzeitig auch der auf dem PICO befindliche Taster gedrückt gehalten wurde, öffnet sich auf dem PC ein virtuelles Laufwerk mit zwei darin enthaltenen Dateien ( INDEX.HTM und INFO_UF2.TXT ). Wird parallel dazu auch der Ordner mit der vorher abgelegten uf2-Firmware geöffnet, so ist diese Datei lediglich per DRAG und DROP in Richtung des erwähnten virt. Laufwerks zu kopieren. Parallel dazu wird sie dabei automatisch auch in den PICO geschrieben. Auf einem ggf. angeschlossenen OLED-Display erscheint dabei kurz darauf auch eine Startmeldung, womit sich der Empfänger als betriebsbereit meldet. 
Hinweise zur Ablage einzelner Memory-Speicherplätze oder
Überschreibung aller verfügbaren 511 Speicher


Die von Jon Dawson bereitgestellten uf2-Firmwareversionen sind bereits mit etwa 150 Memoryplätzen vorbelegt. Da die dabei benutzen Frequenzen und Betriebsparameter nicht in allen Fällen meinen Vorstellungen entsprachen, habe ich mich speziell mit den Möglichkeiten zum Hinzufügen einzelner Speicherplätze eigener Wahl und auch dem Austausch kompletter Sätze von Memoryspeichern beschäftigt und möchte die dazu erforderlichen Vorgehensweisen hier etwas näher beschreiben. 

Belegung einzelner Speicherplätze
Bevor ein freier Speicherplatz belegt werden kann, müssen die darin abzulegenden Werte von Frequenz, Mode ( wie z.B. AM, CW, USB usw ) und AGC-Modus angewählt werden. Dazu sind sie in den jeweils über die Menu-Taste wählbaren Rubriken:  <Frequency>, <Mode> und <AGC Speed> einzugeben bzw. aufzurufen  ( Bei im gleichen Arbeitsgang folgenden Eingaben zur Ablage einzelner Speicherplätze, sind erneute Eingaben von Mode- und AGC-Parametern nicht erforderlich, wenn es hierbei keine Änderungen gegeben hat. ). Bei den Frequenzeingaben kann mithilfe der Drehgebertaste dabei zwischen Anwahl aktueller Cursorpositionen und gewünschter Ziffernwerte gewechselt werden. Anschliessend ist die Rubrik <Store> anzuwählen und danach mithilfe des Drehimpulsgebers ein gewünschter freier, derzeit auf dem Display noch mit <BLANK< bezeichneter Speicherkanal aufzurufen. Diese Bezeichnung lässt sich einzeln für jeden Speicherplatz durch einen Kurztext eigener Wahl überschreiben. Dazu ist der Cursor mithilfe des Drehimpulsgebers nacheinander auf die einzelnen Anzeigepositionen zu positionieren und ein für den gewünschten Text benötigtes Zeichen jeweils zu überschreiben bzw. neu hinzuzufügen. Dabei ist analog zur oben bereits beschriebenen Vorgehensweise bei Frequenzeingaben mit der Drehgebertaste vorzugehen. Beginnen wird man dabei mit Anfruf des <B> von <BLANK> um anschliessend fortzuschreiten. Nach Beendugung der Texteingabe ist der Drehgeber bis zum Aufleuchten des Hintergrundes der OK-Anzeige zu betätigen und danach kurz die mit ihm verbundene Taste niederzudrücken, wonach der Speichervorgang beendet sein sollte.

Austausch des gesamten Speicherbereiches
Hier ist der Text noch in Arbeit, aber mein Dank gebührt schon einmal Joe G. aus dem Mikrocontrollerforum, weil er maßgeblich geholfen hat, einige Anfangshürden zu überwinden.   


Linkliste

[1] https://101-things.readthedocs.io/en/latest/
[2] https://github.com/dawsonjon/PicoRX
[3] https://github.com/dawsonjon/PicoRX/releases
[4] https://github.com/dawsonjon/PicoRX/tree/master/user_manual
[5]
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/20pol_buchsenleiste_gerade_rm_2_54-6072

[6] https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/drehimpulsegeber_24_impulse_24_rastungen_vertikal-73923
[7] https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/kurzhubtaster_printmontage_1_schliesser_6_x_6_x_9_5_mm-360048

[8] https://dh4ym.de/
[9] https://www.conrad.de/de/p/microchip-technology-mcp6022-i-p-linear-ic-operationsverstaerker-mehrzweck-pdip-8-651498.htm
[10] http://kh-gps.de/PICO-RX_10.jpg
[11]
https://www.sv2czf.com/rfl200.html

und zum guten Schluss !

Wenn man einen Empfänger wie den PICO-SDR besitzt, dann wandert man sicherlich auch manchmal über die verschiedenen Wellen. So ging es mir jedenfalls am Sonntag den 1.Mai, als ich auf einer auch in Hinblick auf den vormittaglichen Zeitpunkt und die eingestellte im 16m-Rundfunkband liegende Frequenz plötzlich und völlig unerwartet deutschsprachige Laute vernahm. Aufmerksam geworden, stellte sich bald heraus, dass es sich dabei um das Programm des Privatsenders SMRadio Dessau handelte. Im Internet nachgeschaut ergab sich dann aber, dass für diese Station und den besagten Zeitpunkt keinerlei Aussendung auf 17685 KHz verzeichnet war. Der Sache musste ich unbedingt nachgehen und so schrieb ich eine E-Mail nach Dessau. Von dort bekam ich auch sehr bald eine freundliche Antwort. Von einer entsprechenden Aussendung war dort aber auch nichts bekannt, aber man wollte sich daraufhin auch bei den angemieteten Senderbetreibern in Nauen und Woofferton/England erkundigen. Dort schüttelte man aber offenbar auch nur den Kopf.
Einige Tage später, am folgenden Sonntagvormittag hatte ich die Angelegenheit schon fast wieder vergessen, als ich auf der gleichen Frequenz wiederum sprachlich vertraute Laute vernahm. Diesmal handelte es sich allerdings um das Programm von RADIO DARC und mir kam sofort ein erster Verdacht. Nachdem die einschlägigen Listen hierfür u.a. auch eine Ausstrahlung auf 9670 KHz aus Woofferton verzeichneten, wechselte ich die Empfängereinstellung auf diese Frequenz, und sofort war das genannte Programm auch dort zu hören und das sogar mit besserer Signalstärke als im 16m-Band. Wurde der Sender in Woofferton auf 9670 KHz nicht auch schon einige Tage zuvor ebenfalls von SMRadio-Dessau benutzt? Nachdem sich dieses bestätigte, schien es so zu sein, als würde unser PICO-RX selbst für die festgestellte Nebenempfangsstelle verantwortlich sein. Zur Kontrolle wurde der Empfang im 16m-Band auch mit einem in alter Analogtechnik aufgebauten Empfänger probiert, wobei auf genannter Frequenz allerdings nur grosses Rauschen zu vernehmen war. Für einen weiteren und vorerst letzten Test benutzte ich dann einen auf 9670 KHz eingestellten Messsender und nachdem das dabei generierte Signal ebenfalls mit dem PICO-RX auf 17685 KHz hörbar war, bin ich sicher, den "Schuldigen" gefunden zu haben. Bisher konnte ich dazu allerdings noch keinen rechnerischen Zusammenhang finden, aber vielleicht ist irgendwo dazu mehr bekannt. Auf jeden Fall scheint die Sinnhaftigkeit vorgeschalteter möglichst schmalbandiger Eingangsfilter für unseren und ähnlich aufgebaute Empfänger unterstrichen zu sein.           


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