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The Lab - L-Band Empfang mit kommerziellen Antennen

Die Idee:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Für Funkamateure und HF-Bastler ist das L-Band von großen Interesse, denn es gibt da einiges zum Forschen und Spielen. Da ich, was das designen und bauen von Antennen anbelangt, zwei linke Hände habe, habe ich mal versucht ob man nicht auch bereits existierende Hardware zum Empfang der L-Band-Signale verwenden kann. Ich habe mir also über Online-Auktionen ein wenig alten Satelitentelefon-Schrott besorgt. Konkret handelt es sich dabei um Inmarsat-Hardware für die Netze Inmarsat-C, Inmarsat-M bzw. M4/GAN und RBgan Die beiden letzteren sind zunächst am interessantesten, denn Inmarsat wird uns Bastlern im September 2014 ein besonderes Geschenk machen, dann nämlich werden nämlich die Dienste M und M4/GAN abgeschaltet und damit eine Menge Satellitenanlagen unbrauchbar sein. Man darf also davon ausgehen das der Schrott dann in Online-auktionen an Bastler verhökert wird. Momentan muss man allerdings noch so 200-300 Euro für ein Inmarsat-M Gerät hinblättern. Selbst wenn man nur LNA+Antenne nutzen will ist das gemessen an der guten Qualität der Bauteile immer noch nicht besonders teuer. Wie auch immer, ich habe mir ein einige der alten Geräte angeschaut und werde sie euch mal kurz vorstellen:

Der Pod:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Der Pod ist von der Firma Nec und ist eine klassische Inmarsat-C Antenne. Die Antenne ist ein exzellentes Stück HF-Hardware und wirklich zu empfehlen. Unter dem Radom befindet sich eine nicht allzulange Helix-Antenne mit omnidirektionaler Characteristik. LNA und Endstufe sind im Antennenfuß integriert und werden über das Antennenkabel phantomgespeist. Also nur noch anschließen, Bias-Tee dran und los geht’s. Praktisch sind auch die auf einem zweiten Stecker getrennt herausgeführten Steuersignale – nur für den Fall das man auch mal etwas senden möchte. Für den reinen Empfangsbetrieb kann man die Signale einfach unbeschaltet lassen. Der Pod ist in dem Buch mit dem reißerischen Titel „Satelitenspionage für Insider“ von Christian Mass, Kinga Szentesi so wie auf uhf-satcom.com (siehe links) detailiert beschrieben. Laut Buch wurde der Empfangsteil der Antenne für 1525-1550Mhz ausgelegt und läuft mit 18-25V. Der Autor meint aber es ginge auch ein 12,8V Netzteil. Ich habe es mit einem 12V Steckernetzteil probiert und es geht einwandfrei. Auf dem Spektrumanalyzer kann man den Arbeitsbereich der Antenne schön sehen. Auch auf dem RTLSDR treten die Träger klar hervor. Wirklich nicht schlecht für eine omnidirektionale Antenne!

Das Hütchen:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Diese Antenne ist in ihrer Funktion dem Pod ziemlich ähnlich. Sie wurde von der Firma Thrane and Trane hergestellt. Auf der Schutzkappe ist „Sperry Marine“ aufgedruckt. Man muss dazu sagen das es sich hier um ein OEM-Produkt handelt. Thrane and Thrane verkauft nämlich auch viel Hardware an Reseller die dann nur noch ihr Logo aufdrucken. Die Hardware ist aber original Trane and Thrane Hardware ohne Modifikationen. Die Antenne die ich habe ist für ein Land-Mobile gedacht. Das bedeutet das sie keine Funktionen für GPS besetzt und damit nicht an einer maritimen Anlage betrieben werden kann bzw. sollte. Maritime Anlagen benötigen nämlich die GPS-Position für GDMSS-Notrufe. Bei den Land-Mobiles gibt es diese Notruf-Funktion nicht. Wie auch immer. Auch diese Antenne ist leicht zu betreiben. Bias-Tee und fertig, Versorgungsspannung 14,2V. Es geht aber auch problemlos mit 12V. Es ist ohnehin davon auszugehen das bei phantom-gespeisten Antennen eine gewisse Spannungsreserve einkalkuliert ist um den Spannungsfall auf dem Kabel unter allen Umständen kompensieren zu können. Auf dem Spektrumanalyzer sieht man auch hier nichts ungewöhnliches und auf dem RTLSDR ebenfalls nicht. Die Antenne liefert im wesentlichen die gleiche Performance wie der Pod.

Der Campingtisch:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Das Gerät habe ich mal von einem Freund für einen Freundschaftspreis bekommen. Es war mein erstes Satellitentelefon und auch meine Einstiegsdroge auf dem Gebiet. Es handelt sich um ein M-Gerät der Firma Thrane and Thrane. Genauer um ein Capsat 3032. Da die Antenne aussieht wie ein kleiner Klapptisch vom Camping habe ich dem Gerät den Spitznamen "Campingtisch" gegeben. Es handelt sich um eine Flachantenne. Ich vermute mal das sie intern aus einem Array, vieler kleiner Patchantennen besteht. Solche Antennen haben eine Richtcharacteristik und müssen deshalb auf das Objekt der Begierde ausgerichtet werden. In meinem Fall (Europa) ist das "Inmarsat 3-F2" Beim Einschalten gibt das Gerät die lustige Fehlermeldung "MIR Corrupt" aus. Ich habe das Gerät damals gut durchanalysiert, serielle-debug-console gefunden, roms-gedumped, debug-passwort gefunden... was man als Student in seiner Sturm und Drang Zeit halt so macht. Aber das soll hier mal nicht so sehr das Thema sein, vor allem weil dieses Wissen bald sowieso wertlos ist. Werfen wir doch lieber mal einen Blick in die Antenne, diese habe ich nämlich sorgfältig ausgesägt. Ich wollte damals das Signal von der Antenne noch vor dem Diplexer abgreifen um direkt meine eigenen LNAs anzuschließen. Außerdem kann ich so umgekehrt auch eigene Antennen an das bereits bestehende Verstärkersystem anschließen. Es sei allerdings gesagt das die integrierten Verstärker auch sehr gut arbeiten und der Mod eigentlich unnötig ist. Man kann die Antenne wie die beiden ersten einfach an ein Bias-Tee anschließen und mit einem Steckernetzteil betreiben. Die Bias-Spannung beträgt 12V (Gemessen 11,57). Am anderen Ende vom Bias-Tee schließt man einfach einen Empfänger an – fertig. Die Messdaten sind überzeugend. Sowol auf dem Spektrumanalyzer, als auch auf dem RTLSDR zeigt sich ein satter Gewinn. Der Vorteil von Richtantennen ist, dass per-se schon einmal eine Menge ungewollter Signale auf Grund der Richtcharakteristik wegfällt. Hinzu kommt dann noch der Antennengewinn. Es kann aber auch manchmal ganz schön nerven mit einer Tunnelblick-Antenne ein Signal zu suchen von dem man noch nicht so genau weiß wo es eigentlich herkommt. Bei Satelliten ist die Position aber in der Regel bekannt. Aber man sieht schon: Auf den Anwendungsfall kommt es an.

Capsat 3080A:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Dieses Gerät ist mein ganzer Stolz. Es ist das eingangs schon erwähnte M4 GAN-Terminal. Mit seiner großen, flachen Faltantenne ist es eine echte technische Schönheit. Die Antenne ist sehr kompakt und passt wenn sie zusammengefaltet ist in einen Rucksack. LNA+Endstufe befinden sich im Antennenfuß. Das Gerät ist wie mein erstes Satphone von Thrane and Thrane. Eigentlich ein recht modernes Gerät, allerdings auch von der Abschaltung betroffen und damit sehr bald zum Telefonieren nicht mehr zu gebrauchen. Aber wer will schon telefonieren?... ;-) Die Antenne lässt sich genauso wie beim Capsat 3032 über ein Bias-Tee an ein Netzteil anschließen und ohne weiteres betreiben. Allerdings ist die Versorgungsspannung hier etwas höher, sie beträgt diesmal 28V. Zum Empfangen braucht die Antenne nur (!) 40mA. Mit etwas Geschick ist es auch möglich sich die Versorgungsspannung an der Netzteil-Platine in der Telefoneinheit anzugreifen. Der Vorteil ist, dass man dann die Telefoneinheit als portable Stromversorgung nutzen kann. Allerdings gibt es ein Problem. Fehlt die Antenne, schaltet das Telefon die Versorgungsspannung kurz ein und dann wieder aus. Dieses Problem lässt sich aber leicht beheben. Auf der Netzteil-Platine ist ein Mikrocontroller. Wenn man dort den entsprechenden Pin (Sucht mal selber ;-) ablötet und hoch biegt, kann der Controller die Spannung nicht mehr steuern und man hat dauerhaft die 28V zur Verfügung so lange das Telefon eingeschaltet ist. Wird das Telefon abgeschaltet sind auch die 28V aus - Perfekt! Das nächste Problem ist das sich das Telefon nach einiger Zeit selbst komplett abschaltet wenn es die Antenne nicht findet. Dies kann man aber auch umgehen in dem man das Telefon in den ISDN-Modus schaltet. Dieser Modus soll übrigens angeblich dazu dienen die Telefoneinheit als reguläres ISDN-Telefon betreiben zu können. Bei mir crasht jedoch immer die Firmware sobald ich das ISDN-Kabel anschließe. Im übrigen kann man sowohl beim 3032, als auch beim 3080 die integrierte Ausrichthilfe nutzen um die Antenne auf den Inmarsat Satelliten auszurichten. Allerdings wird es mit dieser Funktion ab September 2014 wohl auch vorbei sein. Auf dem Spektrumanalyzer sieht man das die Antenne das Rauschen stark unterdrückt. Es ist nur ein minimaler Anstieg des Rauschteppiches zu beobachten. Auf dem RTLSDR sieht die Antenne im Vergleich zum 3032 ungefähr gleich aus. Beide Antennen sind nachrichtentschnische Meisterwerke und liefern eine exzellente Performance. Bemerkenswert finde ich das von den beiden klappbaren Antennenflügeln keine Kabel oder Kontakte zum Mittelteil gibt. An den Seiten der Flügel findet man jedoch etwas Alientechnologie.

Das Quietscheentchen:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Das Hughes 9101 taucht hin und wieder mal in Online-auktionen auf. Auch ich habe mal so ein Ding ersteigert. Ich nenne das Gerät „Quietscheentchen“ weil es irgendwie nach einem Badespielzeug aussieht und es tatsächlich ein wenig zischt wenn man seine Antenne drückt. Mein Gerät ist für den ominösen und längst abgeschalteten Inmasat-Dienst „Regional Bgan“. Ich habe das Modem untersucht und wirklich mein bestes gegeben, aber alles was ich aus dem Ding rausbekommen habe war Signalschrott und Rauschen. Irgendwann habe ich dann zu viel gekriegt und die Antenne mit einem Dremel ausgesägt. Ich dachte mir, bevor ich das Teil in die Tonne kloppe hole ich mir lieber noch die Antenne aus dem Deckel. Als ich den Deckel dann offen hatte, hat es mir echt die Sprache verschlagen. Sowas habe ich lange nicht mehr gesehen. Es wurden nur die billigsten Materialien verwendet: Styropor und Alufolie. Bei so einer Anwendung hätte ich mindestens eine geätzte Platine erwartet. Diese Antenne ist ein Witz! Wer es nicht glaubt, der kann sich hier selbst ein Bild machen. Mag sein das es sich um ein Low-End-Gerät handelt, mag auch sein das die Antenne für den Anwendungsfall ausgereicht hat, für Funk-Experimente ist sowas allerdings nicht zu gebrauchen – Tonne!

Schlussbemerkung:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Die Vorgehensweise ist immer die gleiche. Bei Geräten bei denen die Antenne extern angeschlossen ist, ist sinnvollerweise auch der LNA und auch der Diplexer mit Endstufe integriert. Die Steuerung erfolgt in seltenen Fällen (Pod) durch ein zusätzliches Kabel. Meistens ist es jedoch so das ein niederfrequenter zusätzlicher Träger dazu genutzt wird Steuersignale zu übertragen. Alle externen Antennen die ich getestet habe konnten ohne weiteres mit einem Labornetzteil und einem Bias-Tee betrieben werden. Es sollte übrigens nicht unerwähnt bleiben das die Antennen Links-Zirkulär polarisiert sind. Bei dem Pod und dem Hütchen könnte man im Zweifel das Antennenelement tauschen. Bei den Geräten mit Flachantennen geht das nicht so einfach. Mir ging es bei dieser kleinen Gegenüberstellung darum die Möglichkeiten aufzuzeigen, die bereits existierende Antennen bieten und anderen Bastlern eine Orientierung zu geben, welche Antennen quasi „known to work“ sind. Die Antennen die ich getestet habe waren im übrigen, vom Quietscheentchen mal abgesehen, von der Empfangsqualität her allesamt exzellent. Es handelt sich bei Satelitentelefonschrott wirklich um absoluten Edelschrott - also nicht wegwerfen!

uhf-satcom.com/lband - Infos zum Pod und mehr
de.wikipedia.org - Was ist Bgan?
satellitenwelt.de/inmarsat.htm - Informativer Artikel über Inmarsat C
gmr.osmocom.org - Familie Osmo mal wieder...

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