Solche Bilder werden vom Deutschen Wetterdienst auf 3,855MHz mit 10kW aus Hamburg verschickt.
Sendeplan (alte URL) Sendeplan
Die hier vorgestellten Schaltungen bilden einen kleinen Hochfrequenzbereich 1:1 ins hörbare Spektrum ab. Die weiter unten beschriebene Oszillatorfrequenz entspricht dann 0Hz. Signale, die 3kHz tiefer gesendet werden, erscheinen auf 3kHz. Durch diese Verlagerung im sogenannten Mischer kann ein üblicher Rechner mit Soundkarte einen kleinen Bereich aus dem Äther digitalisieren. Und mitten in diesem Abschnitt, nämlich auf 3,855MHz, werden jeden Tag viele Wetterbilder als sogenannte Faxe versendet.
Mit einem Faxprogramm, von denen es diverse kostenlos im Internet gibt, werden dann aus den Tönen Bilder.
Ganz ohne Halbleiter wurde dieses Gerät aufgebaut.
Vorbild war das DRM-Radio von B Kainka: www.b-kainka.de/bastel101.htm
Den Quarz bestellte ich in doppelter Ausführung als Sonderanfertigung bei Andyquarz für insgesamt 45 Euro. Die Röhren stammen von AK Modulbus.
Quarze mit beliebiger Frequenz gibt es auch bei klove.nl.
Als Antenne dient ein 10m langer Draht. Welchen Einfluss die Länge hat und ob er überhaupt einen Gewinn bringt, wurde nicht untersucht.
Direkt an der Soundkarte vom Notebook zeigte sich ein guter Empfang, der mindestens die gleiche Qualität wie die Schaltung unten aufwies. Mit starken Eingängen und trotz 1GW AM-Sendeleistung vom nahegelegenen Alexanderplatz in Berlin gab es kaum Störungen.
Fast die gleiche Schaltung in Halbleitertechnik fand ich auf www.b-kainka.de/bastel96.htm. Auch hier gab es noch diverse Möglichkeiten zur Vereinfachung, so dass folgender Plan entstand:
Dieses Gerät kommt mit einem einzigen Kabel aus. Es macht sich die Spannung zunutze, mit der üblicherweise Mikrofone am Computer vorgespannt werden, um optimal zu arbeiten. Der Innenwiderstand ersetzt den Kollektorwiderstand des Mischers in dieser Emitterschaltung.
Nach Tests mit vielen verschiedenen Antennen ergab sich, dass die Güte vom Schwingkreis hoch sein muss, um AM-Einstrahlungen zu minimieren. Dafür eignet sich eine Rahmenantenne. Die Richtwirkung konnte ich kaum nachvollziehen und legte den Empfänger flach auf den Tisch.
Um so größer der Rahmen, also die Luftspule ist, desto weniger Wicklungen braucht man für die gleiche Induktivität und desto höher ist die Güte, also Verstärkung und Trennschärfe.
Als optimale Größe erwies sich eine Antenne, die komplett mit der Schaltung in eine CD-Hülle passt. Kleinere Spulen wie (im Extremfall) die in der Glas-Und-Draht-Schaltung oben fangen nicht genügend Feldlinien ein und sind anfällig gegenüber Störungen im Nahfeld, z.B. Anfassen. Größere sind wesentlich sperriger, brachten im Test aber nur wenig bessere Signale.
Die Grundlagen zur Antenne stehen auf der Seite AM Loop Antennas.
Der Quarzoszillator schwingt bei 3,858MHz, damit beträgt die Zwischenfrequenz 3,858MHz-3,855MHz=3kHz. AM-Sender senden zwar bis 4,5kHz NF, haben aber hier schon nur noch geringe Amplituden und stören wenig. Der Preis dafür ist eine Samplingrate von mindestens 8kHz.
Mit der hier beschriebenen Schaltung wurde dieses Fax aufgenommen:
Ein komplettes Fax, 20 Minuten WAV (24MB)
In der Mitte der Datei ist das eigentliche Bild.
90 Sekunden WAV Ausschnitt, verstärkt (1,9MB)
Ein Faxprogramm kann daraus 180 Zeilen aus dem Bild anzeigen.
Der selbe Ausschnitt zum Anhören als ogg (360kB)
Um einen Eindruck zu gewinnen, ist diese Datei optimal. Man erkennt deutlich zwei Zeilen pro Sekunde. Die anscheinend starken Störungen lassen sich leicht herausfiltern, da sie bei 1kHz liegen und sich das Signal zwischen 2,4kHz und 3,3kHz befindet.
In der Wasserfalldarstellung dieses Faxes sieht man deutlich den modulierten Träger. Beginn und Ende kann man genau abgrenzen.
Für einen weißen Bildpunkt wird die Frequenz des Senders, der Träger, um 425Hz angehoben, für einen schwarzen um 425Hz gesenkt. Graustufen werden nicht gesendet. So kommen nach und nach von links nach rechts die Bildpunkte in den Computer. Zweimal pro Sekunde springt der Sender in die nächste Zeile und beginnt wieder von ganz links.
Vergrößert man den Bereich von wenigen Sekunden, sieht man wiederkehrende Muster: Die Zeilen, die sich in der Regel sehr ähneln. Da die meisten Punkte weiß sind und deren Frequenz 850Hz unter der von schwarz liegt, ist dort eine durchgezogene Linie.Die Zwischenfrequenz liegt so hoch, dass man den Einfluss der AM-Sender verkraften kann. Während der Aufnahme konnte ich Programme in vielen Sprachen verfolgen, die empfangenen Bilder waren dennoch gut lesbar.
Der Empfänger filtert nicht das Eingangssignal vor dem Schwingkreis. Umso wichtiger ist es, dass Teile mit hoher Güte für eine gute Trennschärfe sorgen. Die Spule darf nicht als kleines Fertigbauteil ausgeführt sein. Bei einer Luftspule muss der Durchmesser mindestens 10cm betragen. Ein Draht mit acht kreisrunden Windungen in einer CD-Hülle erwies sich als brauchbar. Größere Spulen bringen keinen Gewinn, kleinere dagegen zunehmend Verluste. Platz sparen lässt sich allerdings mit einem guten Ringkern. Die getesten Exemplare hatten einen Durchmesser von um die 15mm. Charakteristisch für den Ringkern ist die Konstante Al. Es gilt L = Al * Windungen². Bei Al = 55nH und 20 Windungen ergeben sich die gesuchten L=22uH. Bei der recht unkritischen Abstimmung fanden wir das Maximum des Signalpegels bei 18 Windungen. Das Signal war von dem mit der CD-Hülle kaum zu unterscheiden.
Wenn das Signal zu schwach ist, kann an die Phase des Schwingkreises eine Antenne zur Verstärkung angeschlossen werden. In Berlin war dies nicht nötig, auf Fehmarn (Schleswig Holstein) dagegen schon. Im Schaltplan ist der Punkt zum Anschließen der Antenne ganz rechts in der Mitte. Eine zu lange Antenne empfängt ungewollte Rundfunkstationen mit riesigem Pegel. Dadurch übersteuert der Empfänger und wird unbrauchbar. Als günstige Länge erwies sich ein Draht von zwei Metern. Bei Netzspeisung des Rechners störte dieser so stark, dass ein geschirmtes Antennenkabel zur eigentlichen Antenne notwendig wurde. So konnten wir einige Meter entfernt von allen terristischen Einflüssen ein sehr gutes Signal in die Schaltung speisen. Alternativ hätten wir natürlich auch das NF-Kabel zum Rechner verlängern können.
Ja, der Wetterfaxempfänger wird tatsächlich auf einem Schiff verwendet. Und zwar auf der Boss von meinem Bruder. Das Notebook von IBM liefert die geforderten 5V am Mic In. Das Notebook von Asus an Board dagegen konnte nur mit mickrigen 2V dienen. Dies reichte nicht für den Betrieb. Wir konnten zwar Wetterfax hören, die Schaltung funktionierte also. Aber das Signal war viel zu schwach. Deshalb kauften wir einen ganz billigen USB-Adapter mit Mic In und Phone Out für überteuerte 15 Euro. Damit funktioniert der Empfänger wieder einwandfrei. Als netten Nebeneffekt können wir nun das USB-Kabel verlängern und Soundadapter mit Empfänger fest installieren. Es fiel auf, dass der Billigchip unter 22kHz Samplingrate deutlich weniger versteht als andere Soundkarten. Die aufgenommene Signalfrequenz schwankt damit in Abhängigkeit vom verwendeten Analog-Digital-Wandler.
Das Programm zum Empfang funktioniert schon recht gut. Mein Bruder entwickelt es unter Windows.
2006-2008 von Thomas Schmidt
schmidt <KRINGEL> netaction.de
