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Forum: HF, Funk und Felder DCF77 Signal aufzeichnen


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Autor: DCFFunker (Gast)
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Hallo,

Seit einiger Zeit versuche ich das Signal des DCF77-Senders zu 
empfangen. Dafür habe ich eine abgestimmte Ferrit-Antenne mit 
Kondensator aus einem Conrad-Bausatz verwendet, aber auch eine größere 
Antenne aus einem Funkwecker. Es ist also nur ein Ferritstab mit 
aufgewickeltem lackiertem Draht und einem aufgelöteten Kondensator.

Das digitale Signal (das das Conrad-Modul liefert) ist problemlos zu 
dekodieren. Die Schaltung davor ist aber (für mich) recht kompliziert, 
daher möchte ich das schrittweise nachvollziehen und das Signal und 
dessen Filterung und weitere Verarbeitung direkt beobachten/darstellen 
können.

Daher möchte ich das analoge Signal das direkt an den Ausgängen der 
Antenne empfangen wird sampeln und dann im Computer weiter auswerten, 
bis ich ein digitales DCF77-Signal durch DSP extrahiert habe. Ideal wäre 
es wenn durch die schrittweise Veränderung des Signals (Filterung etc.) 
ein besseres Verständnis der Vorgänge in solchen Filter-Schaltungen 
entsteht, und man mit realen Daten (also Aufzeichnung der "rohen" 
Radiosignals) experimentieren könnte.

Ziel ist es auch in SPICE verschiedene Schaltung auszuprobieren die die 
real empfangenen Daten verarbeiten.

Nun gestaltet sich dass ziemlich schwierig, da ich die Antenne die ich 
an mein Oszilliskop (100Mhz Bandbreite, 1GS/s) angeschlossen habe, trotz 
der niederen Frequenz von 77,5 kHz des DCF77 kein sinnvolles Signal 
darstellen kann.
Alles was ankommt scheint nur Störrauschen zu sein.

Ich habe auch versucht das Signal mit einem OpAmp zu verstärken und 
dabei die Antenne vor Einflüssen durch die Messungen abzuschirmen (bzw. 
den OpAmp als Impedanzwandler/Buffer zu verwenden), aber es scheint 
weiter nur Rauschen anzukommen, wenn auch verstärkt. Ich hatte gehofft 
dass das DCF77-Signal wegen seiner einfachen Form klarer erkennbar ist 
als z.B. Musik-Radio (um vorallem im Frequenzbereich meine Scopes 
bleibt).
Aber auch wenn es zumindest Störsignale gibt, kann ich nichts vom 
gewünschten Signal erkennen.

Im Prinzip habe ich also ein Henne-und-Ei-Problem. Ich möchte in den 
Bereich Radio-Empfänger einsteigen, möglichst einfach, und dann wirklich 
genau anhand von Graphen beobachten können was passiert, und welche 
Änderungen an einer Schaltung welchen Effekt haben. Aber der Anschluss 
der Antenne an ein Messgerät scheint selbst schon eine Wissenschaft für 
sich zu sein und ich weiß nicht wo mein Fehler liegt.

/Hat jemand schonmal das DCF77-Signal so wie es aus der Antenne kommt, 
ohne nachgeschalteten Quarz oder sonstige Filterschaltung, abgetastet? 
Wenn ja, könnte jemand das mal posten, damit man das als Input für SPICE 
verwenden könnte?/

Autor: Jörg R. (solar77)
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In den Achtzigern musste sehr viel Aufwand getrieben werden um das 
Signal herauszufiltern.

Beitrag "Re: DCF77 SChaltplansuche"

https://www.mikrocontroller.net/attachment/108482/Elektor_10_1980g.PDF


Dank der hochintegrierten Schaltungen ist der Aufwand heutzutage 
minimal.


Viel Spaß beim Filtern und Aufzeichnen😀

Autor: Wolfgang (Gast)
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DCFFunker schrieb:
> Nun gestaltet sich dass ziemlich schwierig, da ich die Antenne die ich
> an mein Oszilliskop (100Mhz Bandbreite, 1GS/s) angeschlossen habe, trotz
> der niederen Frequenz von 77,5 kHz des DCF77 kein sinnvolles Signal
> darstellen kann.
> Alles was ankommt scheint nur Störrauschen zu sein.

Die Bandbreite wird das Problem sein. Je breiter der Empfänger, um so 
mehr Störrauschen gelangt bei gegebener Rauschleistungsdichte in den 
Eingang.
Erster Schritt ist, deine Antenne sauber auf 77,5kHz abzustimmen und den 
Ausgang über einen Impedanzwandler zu entkoppeln.

Autor: Mario M. (thelonging)
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Du musst das verstärkte Signal gleichrichten, sonst sieht es auf dem 
Oszi immer wie Rauschen aus, weil man ihn kaum auf die Sekunden-Impulse 
synchronisiert bekommt.

Hier ist ein einfacher Aufbau, wo das Signal mit einem FET 
impedanzgewandelt, mit einem Transistor verstärkt und dann 
gleichgerichtet wird. An dem Punkt könntest Du mit einem Oszi schon was 
erkennen. Für den Controller wird es dann noch mit einem OpAmp weiter 
verarbeitet.

http://www.brennecke.org/?page_id=1732

Autor: Sven D. (sven_la)
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Wolfgang schrieb:
> Erster Schritt ist, deine Antenne sauber auf 77,5kHz abzustimmen und den
> Ausgang über einen Impedanzwandler zu entkoppeln.

Vor diesem ersten Schritt sollte er prüfen ob er DCF77 an seinem 
Standort überhaupt empfangen kann. Das Signal könnte z.B. auch im 
"Elektrosmog" untergehen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Sven D. schrieb:
> Vor diesem ersten Schritt sollte er prüfen ob er DCF77 an seinem
> Standort überhaupt empfangen kann.

Wahrscheinlich Millionen von Funkuhren sprechen dafür, dass es in 
Deutschland mit halbwegs sinnvollem Antennenstandort meist funktioniert. 
Und das Conrad Empfängermodul des TO schafft es auch. Also wird das 
Signal prinzipiell wohl nicht im lokalen QRM untergehen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Mario M. schrieb:
> Du musst das verstärkte Signal gleichrichten, sonst sieht es auf dem
> Oszi immer wie Rauschen aus, weil man ihn kaum auf die Sekunden-Impulse
> synchronisiert bekommt.

Jedes 1PPS-Signal aus einem GPS-Empfänger eignet sich zum Triggern des 
Oszi und dürfte bis auf einige 10ns dafür passen. Damit dürfte selbst 
die 77.5kHz Trägerwelle sauber auf dem Oszi stehen.

Autor: DCFFunker (Gast)
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Mario M. schrieb:
> Du musst das verstärkte Signal gleichrichten, sonst sieht es auf
> dem
> Oszi immer wie Rauschen aus, weil man ihn kaum auf die Sekunden-Impulse
> synchronisiert bekommt.
>
> Hier ist ein einfacher Aufbau, wo das Signal mit einem FET
> impedanzgewandelt, mit einem Transistor verstärkt und dann
> gleichgerichtet wird. An dem Punkt könntest Du mit einem Oszi schon was
> erkennen. Für den Controller wird es dann noch mit einem OpAmp weiter
> verarbeitet.
>
> http://www.brennecke.org/?page_id=1732

Danke für den Tipp, das hört sich machbar an. Vielleicht bin ich blind 
aber ich konnte keinen Schaltplan auf der Seite finden?

Ich bin wirklich Anfänger in dem Bereich, ein Schaltplan mit möglichst 
wenig Komponenten wäre da ideal.

Mal eine naive Frage: Ist es egal wie ich nach dem FET verstärke, geht 
also z.B. auch ein OpAmp mit dem passenden Frequenzbereich oder kann ich 
sogar beides (Impedanzwandlung und Verstärkung) mit einem OpAmp lösen?

Autor: Wolfgang (Gast)
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Mario M. schrieb:
> Du musst das verstärkte Signal gleichrichten, sonst sieht es auf dem
> Oszi immer wie Rauschen aus, weil man ihn kaum auf die Sekunden-Impulse
> synchronisiert bekommt.

Bevor man irgendetwas von dem DCF77-Signal gleichrichten kann, muss 
erstmal die Bandbreite so weit reduziert werden, dass das SNR 
ausreichend hoch ist.

Autor: Mario M. (thelonging)
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Den Schaltplan gibts auf der Seite nicht, der ist aus einem 
AATiS-Praxisheft aus 1994. Er dürfte aber prinzipiell folgender 
Schaltung entsprechen, leider ohne Bauteilwerte:

http://www.qrpforum.de/index.php?page=Thread&postID=13771#post13771

Wenn der OpAmp FET-Eingänge hat könnte man die Antenne auch direkt 
anschließen. Möglicherweise wird man dann aber Probleme mit Rückkopplung 
und Schwingen bekommen.

Wolfgang schrieb:
> erstmal die Bandbreite so weit reduziert

Dafür sorgt schon die abgestimmte Ferrit-Antenne.

Autor: Jens J. (jensen1)
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@DCFFunker:

Ich hatte mich letztes Jahr auch mit einem DCF77 Frontend beschäftigt 
und wollte vor allem auch einige Dinge über "HF" lernen. Meine 
Vorgehensweise war deiner im Prinzip ganz ähnlich, ich wollte erstmal 
einen Schwingkreis bauen und hatte die Hoffnung, dass ich die Signale 
dann schon auf dem Scope darstellen kann.

Das mag je nach Entfernung zum Sender und Empfindlichkeit des Scopes 
auch gehen, es gibt jedoch ein paar Dinge zu beachten und bei mir (400km 
Entfernung zum Sender) war es nicht so trivial.

Wenn man bei Empfangsversuchen gar nichts auf dem Scope sieht, ist es 
hilfreich, den Schwingkreis vorher auf die genaue Frequenz abzustimmen. 
Das kann man z.B. mit einem DDS Generator machen, denn man auf 77.5kHz 
einstellt und das Signal ganz lose, z.B. mit einer Koppelschleife auf 
den Ferritstab einkoppelt.

Dann ist es auch noch wichtig zu beachten, dass der Tastkopf eine 
Kapazität hat und durch dessen Belastung der Schwingkreis verstimmt 
wird. Man muss also unbedingt einen 1:10 Tastkopf oder einen aktiven 
Tastkopf mit sehr geringer Kapazität verwenden, sonst liegt man beim 
Abgleich daneben.

Entscheidend für den Empfangserfolg ist auch die Wicklung auf dem 
Ferritstab. Ich hatte einen Ferritstab aus einem alten Radio verwendet. 
Dessen Wicklung war für Mittelwelle vorgesehen. Wenn man eine Kapazität 
parallel schaltet, kann man mit einem Funktionsgenerator die 
Resonanzfrequenz ermitteln. Dann kann man entweder mit der Thomsonschen 
Formel oder empirisch die notwendige Kapazität heraus finden, die man 
parallel schalten muss, um die Resonanz auf 77.5kHz herunter zu bringen. 
Da kommen bei einer Mittelwellenwicklung dann Werte im Bereich 15nF 
heraus. Das ist sehr schwierig abzugleichen und gibt keinen guten 
Resonanz Peak. Das Stichwort hierzu ist L/C Verhältnis. Man möchte einen 
schmalbandingen Schwingkreis, um Störungen auszufiltern. Dafür muss man 
eine geringe Parallelkapazität haben.

Es ist also empfehlenswert, einen Schwingkreis mit ca. 200 bis 300 
Wicklungen auf dem Ferritstab und einer Parallelkapazität im pF Bereich 
aufzubauen. Dies kann man dann auch recht einfach mit einem Trimmer 
abgleichen.

Die genannten Punkte haben dann erstmal dazu geführt, dass ich überhaupt 
ein DCF77 Signal auf dem Scope hatte.

Verstärkung ist dann nochmal ein ganz anderes Thema. Ich hatte eine 
Menge Schwierigkeiten, die Sache stabil zu bekommen. Das Stichwort 
hierzu ist Unity Gain Bandwith. Opamps aus der Bastelkiste, wie z.B. 
TL072 o.ä., sind nur sehr bedingt geeignet.

Autor: Martin O. (ossi-2)
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In Aachen kann ich mit einem 20cm langen Ferritstab bei genauer 
Abstimmung das DCF Signal mit ein paar mV sehen. Mit den kurzen kleinen 
Ferrittstäben aus Uhren etc. kann ich das Signal nicht sehen.

Autor: Mario M. (thelonging)
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Autor: Martin M. (wellenkino)
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schau dir das Signal einfach mal an.

http://www.wellenkino.de/e108/dcf77.AVI

Eine hörbare Modulation hat es nicht, es sieht aus wie ein blanker 
Träger mit Aussetzern im Sekundentakt. Um das hörbar zu machen misch es 
mit 77kHz, dann kommt ein auswerttbarer Ton zustande. Dieses Radio macht 
das mit einem BFO, ist quasi das gleiche. Die Antenne war hier ein Stück 
Messkabel, das hat dem dicken gereicht.

lG Martin

: Bearbeitet durch User
Autor: Mario M. (thelonging)
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Martin M. schrieb:
> misch es
> mit 77kHz

Ja, so wie hier:

http://www.elexs.de/ultrason2.htm

Nur statt des Piezos den Impedanzwandler kapazitiv koppeln.

Autor: Konrad S. (maybee)
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Mario M. schrieb:
> Den Schaltplan gibts auf der Seite nicht, der ist aus einem
> AATiS-Praxisheft aus 1994.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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DCFFunker schrieb:
>Ich hatte gehofft
>dass das DCF77-Signal wegen seiner einfachen Form klarer erkennbar ist

Der Träger von DCF77 sieht auf einem Oszillograf immer verschwommen
aus, daß ist kein Fehler, weil der Träger außer AM auch noch
phasenmoduliert ist. Das war nicht immer so, aber irgendwann ist
man auf die Idee gekommen es so zu machen.

>Daher möchte ich das analoge Signal das direkt an den Ausgängen der
>Antenne empfangen wird sampeln und dann im Computer weiter auswerten,

Warum, AM zu demodulieren (gleichrichten) ist doch keine große Kunst?

>Nun gestaltet sich dass ziemlich schwierig, da ich die Antenne die ich
>an mein Oszilliskop (100Mhz Bandbreite, 1GS/s) angeschlossen habe, trotz
>der niederen Frequenz von 77,5 kHz des DCF77 kein sinnvolles Signal
>darstellen kann.

Wie ist die Impedanz der Antenne und wie der Eingang des Oszillografen?
Auch wenn der Eingang hochohmig ist, kann die Kapazität das Meßkabels
die Resonanzfrequenz der Antenne verändern.

>Ich hatte gehofft
>dass das DCF77-Signal wegen seiner einfachen Form klarer erkennbar ist
>als z.B. Musik-Radio (um vorallem im Frequenzbereich meine Scopes
>bleibt).

Wenn es nicht unbedingt klein sein muß, kann man die Antenne vergrößern,
zum Beispiel, eine Spule auf eine Alufahradfelge wickeln (die Felge an
einer Stelle durchtrennen damit man keine Kurzschlußwindung hat) oder
ein Speichenrad aus Holz bauen und da eine Wicklung aufbringen. So
eine Antenne liefert eine höhere Spannung, die man auch schon mit
einem Oszillografen beobachten kann.

Autor: nachtmix (Gast)
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DCFFunker schrieb:
> Alles was ankommt scheint nur Störrauschen zu sein.

Das ist gut möglich, wenn du zu weit vom Sender entfernt bist.
Wie schon geschrieben, erscheint das Signal an einem auf Resonanz 
abgestimmten mit einem vllt 15cm langen Ferritstab in 200km Entefernung 
mit ein paar mV, aber wenn du weiter weg bist, wird der Störabstand 
immer schlechter, weil die  Resonanz nicht sehr scharf ist und im 
gleichen Frequenzband Energiesparlampen, Monitore und andere 
Schaltnetzteile Störungen abstrahlen.
Evtl solltest du dann  mal versuchen einen käuflichen 77,5kHz Quarz als 
Filter dazwischen  zu schalten.
Ausserdem muß der Ferritstab richtig orientiert sein: Waagerecht und 
quer zur Richtung zum Sender.
Die Nähe größerer Metallstrukturen, wie z.B. Heizungsrohre, kann 
allerdings zu Feldverzerrungen führen,  so dass die richtige 
Orientierung auch mal abweichen kann.

Von der Verwendung eines 10:1 Teilers rate ich ab, wenn du keinen 
Verstärker  verwenden willst und das Signal schon grenzwertig schwach 
ist.
Dann nimm für eine kapazitätsarme Verbindung lieber zwei einzelne Drähte 
anstelle des Koaxkabels, denn du willst ja ohnehin etwas empfangen.



DCFFunker schrieb:
> da ich die Antenne die ich
> an mein Oszilliskop (100Mhz Bandbreite, 1GS/s) angeschlossen habe, trotz
> der niederen Frequenz von 77,5 kHz des DCF77 kein sinnvolles Signal
> darstellen kann.
> Alles was ankommt scheint nur Störrauschen zu sein.

Auch das Display des Scope kann stören!
Abstand ist die beste Abschirmung.

Autor: Karl B. (gustav)
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Autor: Thomas N. (tonevi)
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anbei eine weitere, einfache Empfängerschaltung aus ELEKTRONIK 22/1979. 
Das Oszillogramm zeigt den Signalverlauf am Kollektor des 2. 
Transistors, gemessen ca. 330km entfernt vom Sender. Als Antenne diente 
hier ein 14cm langer Ferritstab mit ca. 6mH.

- Thomas

Autor: Stephan M. (stephanm)
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Zufälligerweise hab ich da vor ein paar Tagen spaßeshalber mal was auf 
dem Steckbrett zusammengestellt. Hintergrund der Bastelei ist 
einerseits, dass ich meine DCF77-Aktivantenne in der Bastelkiste 
gefunden habe und nachgucken wollte, was da eigentlich für eine 
Signalamplitude rauskommt.

Aus dem "mal nach der Amplitude sehen" ist dann doch ein bisschen mehr 
geworden, siehe Bilder. Nach zwei Transistorstufen gehts mit OpAmps 
(Verstärkung jeweils 20dB) weiter, wobei die beiden letzten Stufen als 
Begrenzerverstärker ausgeführt sind (ähnlich wie in der 
DCF77-Frequenznormalschaltung von Ralph Berres.)

Als Filter dienen die Antenne (Ferritantenne in Resonanz) und die 
nachfolgende Transistorstufe (Schwingkreis als Lastwiderstand), sowie 
ein per trial & error zusammengestelltes Quarzfilter mit zwei kleinen 
77.5kHz-Uhrenquarzen. Die beiden Oszilloskopbilder zeigen das Signal 
nach der ersten Verstärkerstufe (mit Quarzfiltzer) bzw. nach der 2. 
Verstärkerstufe (ohne Quarzfilter.) Ohne Quarzfilter kann man die 
Pegelabsenkungen hervorragend erkennen; mit dem Quarzfilter pumpt die 
Amplitude nur noch langsam hin und her.

Die Oszilloskopbilder sind mit Tastkopf in der x10-Stellung (20dB 
Abschwächung) aufgenommen, d.h. die Amplitude im Bild ohne Filter liegt 
im Volt-Bereich. Sowas lässt sich bequem samplen, allerdings treiben 
Störungen die Schaltung bzw. den ADC dann sehr schnell in die Sättigung.

Selbst auf dem Steckbrett ist die Schaltung übrigens erstaunlich stabil. 
Die kleinen Spitzen auf dem gefilteren Signal kommen vom Digitalteil der 
Schaltung (Frequenzvervielfacher via PLL.) Eine Abschirmung zwischen 
beiden Teilen mittels einer per Krokoklemmenkabel geerdeten unbenutzen 
Platine bringt da zwar viel, aber nicht viel genug.

DCFFunker schrieb:
> /Hat jemand schonmal das DCF77-Signal so wie es aus der Antenne kommt,
> ohne nachgeschalteten Quarz oder sonstige Filterschaltung, abgetastet?
> Wenn ja, könnte jemand das mal posten, damit man das als Input für SPICE
> verwenden könnte?/

Nein, dass nicht, aber es braucht für ein bisschen Selektivität und hohe 
Verstärkung nicht viel. Vielleicht motiviert Dich meine Erzählung ja 
dazu, es erstmal so zu probieren. Einen Schaltplan müsste ich erst 
zeichnen, kann ich aber gerne noch machen.

Autor: DCFFunker (Gast)
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Vielen Dank für die viele tollen Beiträge!

Da ist einiges dabei was ich erstmal verarbeiten und 
verstehen/ausprobieren muss. Viele neue Hinweise.


>Wenn der OpAmp FET-Eingänge hat könnte man die Antenne auch direkt
>anschließen. Möglicherweise wird man dann aber Probleme mit Rückkopplung
>und Schwingen bekommen.

Welcher MOSFET wäre denn am besten geeignet um das Signal an der 
Ferritantenne abzugreifen, und danach ans Oszillioskop anzuschließen?

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