Der DRM-Empfänger von Elektor

Tipps, Fragen und Antworten

Ausführlicher Testbereicht von Stefan Mahn: www.drm-info.de/rx12khz.htm
Kurbeschreibung in ELEXS: www.elexs.de/drm.htm
Themenübersicht und weitere DRM-Empfänger: DRM-Empfangspraxis

Der DRM-Empfänger aus Elektor 3/2004 wird als Teilesatz bei Geist-Electronic zusammengestellt und ist als fertig aufgebaute und getestete Platine bei AK Modul-Bus erhältlich. Das Foto zeigt die Version von AK Modul-Bus. Die Unterschiede: In der aufgebauten Version werden Schraubklemmen für Antenne und 12-kHz-ZF-Ausgang zur Soundkarte bestückt. Im Bausatz wird statt dessen ein Anschlusskabel zur Soundkarte beigelegt. Ansonsten werden in beiden Versionen die selben Bauteile verwendet. Eine einzelne Platine kann man auch direkt bei Elektor bestellen. Alternativ kann man die Platine selbst herstellen. Das Layout liegt auf der Elektor-Homepage zum freien Download.

Der schwierigste Teil beim Zusammenbau ist der DDS-Chip im SMD-Gehäuse mit Beinchenabständen von nur 0,65 mm. Deshalb ist mancher froh, dass man den Empfänger auch fertig aufgebaut bekommen kann. Die Chipkondensatoren mit 0,1 µF haben übrigens die Baugröße G1206, die Bezeichnung in der Stückliste in Elektor beruht auf einem Tippfehler.

Hier die Abstimmsoftware dazu, ein VB-Beispiel und das gebrauchsfertige Programm DRM.EXE. Letzte Änderung: Große Abstimmschritte wurden auf 5 kHz verkleinert. Download (drmrx.zip, 170 KB)

Erfahrungen beim Zusammenbau
Inzwischen sind mehrere hundert Empfänger im Einsatz. Nur ganz selten kam es zu Problemen beim Aufbau und beim Test. Die bisher aufgetretenen Fehler sollen hier aufgelistet werden, um die Fehlersuche in ähnlichen Fällen zu erleichtern:

In einem Fall war ein Quarzoszillator defekt. Die Ausgangsamplitude war zu gering und die mittlere Spannung lag bei nur ca. 1 V. Damit wurde die DDS nicht korrekt angesteuert.

An einem Gerät wurde ein defekter BF245 entdeckt. Zwischen Drain und Source konnte man einen Kurzschluss messen.

Ein defekter Mischer TUF-1 wurde als Ursache für die schlechte Funktion eines selbst aufgebauten Bausatzes entdeckt. Das Ausgangssignal lag um 20 dB tiefer als üblich. Auffälliger war aber die fast völlig fehlende Trägerunterdrückung. Mit der eingestellten Empfangsfrequenz 0 wurde ein um 40 dB höherer Pegel gemessen als üblich. Normalerweise ragt der Träger nur um ca. 40 dB aus dem Rauschen.

Einmal wurde versehentlich ein falscher Kondensator im ZF-Anpassfilter eingebaut. Dieser und ähnliche Fehler führen dazu, dass der Empfänger fast taub ist. Im Normalfall reicht zum Test eine Messstrippe. Irgendwelche AM-Sender im 49-m-Band müssen dann schon mehr als 30 dB aus dem Grundrauschen ragen.

Bei den Funktionstests bei AK Modul-Bus wurden auch die Abweichungen des zweiten Oszillators von der Sollfrequenz 467 kHz gemessen. Hier war alles in Ordnung, die Abweichungen lagen in beide Richtungen verteilt und waren immer deutlich kleiner als 1 kHz. Das bedeutet, es war richtig, den preiswerten Keramitresonator statt eines teuren Quarzes einzusetzen.

Allgemein wird die Erfahrung gemacht, dass der Empfänger fast immer auf Anhieb funktioniert. Da keine Abgleichpunkte vorhanden sind, kann man fast nichts falsch machen. Hinweis für den ersten Test: Die Spannungsangaben im Schaltbild von Elektor gehen davon aus, dass der DDS-Chip bereits über die Software initialisiert ist. Nach einem Neustart kann sich das IC zuerst in einem Power-Down-Modus befinden, wobei die Ausgangsspannung Null ist. Man muss also zuerst das Programm DRM.exe aufrufen und dann messen.

Kabel zur Soundkarte
Hier sollte man einen Stereo-Klinkenstecker verwenden und beide Kanäle parallel schalten. Vor allem beim DRM Software Radio ist der Eingangskanal nicht klar definiert. Es kann passieren, dass der falsche Kanal abgefragt wird, wenn man ein Monokabel verwendet.

Antenne
Mögliche Misserfolge können an einer ungünstigen Antenne liegen. Vor allem Innenantennen bringen oft zu viel Breitbandstörungen. Besser ist eine Außen-Drahtantenne, die mehr als 5 m im Freien hängt und am Ende isoliert abgespannt wird. Der Pegel allein ist nicht entscheidend, sondern der Störabstand ist wichtiger. In Elektor 4/04 werden unterschiedliche Antennentypen vorgestellt.

Vorselektion
Manchmal wurde kritisiert, dass der Empfänger ohne Vorselektion arbeitet und damit auch auf der jeweiligen Spiegelfrequenz empfindlich ist. Das ist tatsächlich ein Kompromiss, der nötig war, um einen preiswerten Empfänger zu bauen. Auf Kurzwelle hat er sich aber sehr gut bewährt. Die Spiegelfrequenzen aller aktiven DRM-Frequenzen liegen jeweils außerhalb anderer Rundfunkbänder. Das liegt vermutlich an der weisen Voraussicht der internationalen Wellenkonferenz, da auch schon alte Radios ab ca. 1930 eine ähnliche ZF hatten und man Rücksicht auf deren mangelnde Spiegelfrequenzunterdrückung nehmen wollte. In Elektor 4/2004 findet man viele Vorschläge für eine zusätzliche Vorselektion mit Drehko, Kapazitätsdiode oder Keramikfilter. Besonders einfach und wirksam ist ein 6-MHz-Keramikfilter, wie es für die Ton-ZF in Fernsehern verwendet wird. Damit bekommt man ein "sauberes" 49-m-Band und hält z.B. Störungen aus dem 40-m-Amateurfunkband fern. Trotzdem, mit oder ohne Vorselektion, auf den Kurzwellenfrequenzen konnte ich fast keinen Unterschied feststellen. Im Interesse der Bequemlichkeit beim Frequenzwechsel verwende ich deshalb auf Kurzwelle keine Vorselektion. Auf Mittelwelle sieht es etwas anders aus. Hier bringt Vorselektion viel.

Obertonmischung
Der Ringmischer liefert prinzipiell nicht nur die Mischprodukte LO+ZF und LO-ZF, sondern mischt auch mit allen ungeraden Obertönen des ersten Oszillators, also z.B. (LO*3)+ZF und (LO*3)-ZF), wobei die Signale hier ca. 10 dB schwächer sind. Jeder kann das leicht ausprobieren. Am besten geht es mit einem starken DRM-Signal, z.B. auf der Frequenz 15440 kHz (DW aus Sines/Portugal). Der Oszillator wird im Normalfall auf 15440 kHz + 455 kHz = 15895 kHz eingestellt. Ein Drittel dieser Frequenz ist ca. 5298 kHz, d.h. der Empfänger muss auf 5298 kHz + 455 kHz = 5753 kHz abgestimmt werden. Hier findet man ebenfalls das DRM-Signal aus Sines, wenn auch um etwa 10 dB abgeschwächt. Immer wenn man die angezeigte Empfangsfrequenz um ein Kilohertz verschiebt, verschiebt sich das gut erkennbare DRM-Spektrum um drei Kilohertz. Dies ist also ein einfacher Test dafür, ob ein beobachtetes Signal tatsächlich mit einem Vielfachen der Oszillatorfrequenz gemischt wird.

Besonders bei Empfangsversuchen im Mittelwellenbereich treten auf diese Weise unangenehme Störungen auf, die tatsächlich auf starke Kurzwellenstationen zurückzuführen sind. Man kann sogar auf Mittelwelle scheinbare DRM-Stationen finden, die tatsächlich auf Kurzwelle liegen. Ein Beispiel: Ich möchte DLR in Berlin auf 855 kHz empfangen, aber 500 km ist für Mittelwelle sehr weit und 2 kW sind sehr wenig. An einer Langdraht erscheint trotzdem ein DRM-Signal. Tatsächlich handelt es sich um RTL auf 6095 kHz (855+455=1310, 1310*5=6550, 6550-455=6095). Deshalb bringt eine Vorselektion auf Mittelwelle oft wesentliche Verbesserungen. Für den Empfang von BBCWS auf 1296 kHz verwende ich mit Erfolg ein einfaches Spulenfilter zwischen Langdraht und Antenneneingang. Aber auch eine Ferritantenne bringt gute Ergebnisse.

Frage zur Empfangsleistung von Gerd Egger:
Bei mir funktioniert der Elektor-DRM-Empfänger tagsüber erstaunlich gut mit S/N ca. 26 dB für RTL (6095 kHz) und DW (14440, 3995, 6130, 6140) mit einer einfachen abgestimmten "magnetic loop" im Zimmer nach dem Vorschlag von Herrn Enno DK5NOA. Leider wird abends der RTL-Empfang unmöglich, weil der BR auf 6085 kHz mitmischt.. Gibt es eine einfache Schaltung zur Vorselektion für diesen Fall ?

Antwort:
Auch bei mir in Essen ist RTL am Abend schwächer und oft nicht zu hören. Schuld sind aber nicht die Bayern, obwohl ihr oberes Seitenband dann das Signal überragt. Aber es hört genau bei 6090 kHz auf. Man könnte ein schmaleres ZF-Filter einbauen, aber das würde nichts nützen, weil die internen Filter in der Decodersoftware ohnehin besser sind. Ich beobachte aber manchmal Sender mit Trägern auf 6090 kHz und 6100 kHz, die am Abend stärker werden, während RTL schwächer wird. Deren Seitenbänder ragen dann in die Bandbreite von RTL. Bei mir scheint die Entfernung nach Luxemburg einfach zu gering, so dass nur noch die Bodenwelle ankommt. Das Bild zeigt zwei Träger neben RTL-DRM. Wenn man den Empfänger etwas verstimmt, wandern sie mit. Das zeigt, dass es sich nicht um Signale auf der Spiegelfrequenz handelt, sondern um Sender im 49-m-Band. Da hilft auch das beste Filter nichts mehr.

Filterbandbreite und Filtertypen
Der Empfänger ist mit dem ZF-Filter CFW455F von Murata bestückt. Die nominelle Bandbreite beträgt 12 kHz bei -6 dB. Die Durchlasskurve wurde in ELEXS.de mit einem Rauschgenerator gemessen. Sie ist insgesamt etwas breiter als nötig, was aber vorteilhaft ist, weil man so auch mit gewissen Toleranzen des zweiten Oszillators nie zu weit an den Rand rutscht. Man könnte auch noch breitere Filter (E=15 kHz, D=20 kHz oder C=25 kHz) einsetzen. Das ist z.B. interessant, um zwei oder drei AM-Sender nur per Software abzustimmen. Aber auch DRM-Sendungen mit 20 kHz Bandbreite hat es schon gegeben.

Breiteres Filter: Der Typ BLFY455C mit einer Bandbreite von 25 kHz von Toko ist ab dem 19.4.04 bei AK Modul-Bus erhältlich. Das Filter entspricht dem CFW455C von Murata und hat eine optimale Abschlussimdepanz von 1,5 k. Das Filter wurde im Elektor-DRM-Empfänger getestet und brachte im DRM-Modus gleich gute Ergebnisse wie ein CFW455F. Mit dem C-Typ wird die volle Bandbreite der Soundkarte übertragen.

Lieferbarkeit der Bauteile
Leider kommt es immer wieder einmal zu Lieferproblemen bei den Spezialbauteilen, so dass die Geräte und Bausätze teilweise verzögert ausgeliefert werden. Einige der Bauteile kann man auch bei Segor (DDS), bei Andys Funkladen (Filter) oder bei der Zeitschrift Funkamateur (TUF-1) bekommen. Für die meisten anderen Bauteile ist Reichelt die richtige Adresse. Oder die Bastelkiste, denn ich habe mich bemüht, weit verbreitete Bauteile zu verwenden.

Kurze Antennen
Der Empfänger ist für lange Antennen ausgelegt und übersteuert auch nicht bei den höheren Signalpegeln einer Langdrahtantenne. Aber es sollte einmal versucht werden, ob eine kurze Stabantenne auch reicht. Dazu ist ein kleiner Vorverstärker erforderlich. Die folgende Schaltung arbeitet breitbandig im ganzen Kurzwellenbereich. Die verwendete Antenne ist nur 30 cm lang und besteht aus 0,5 mm dickem Schaltdraht. Mit dieser Antenne wurden in einem kurzen Test folgende Stationen empfangen: DW-6180, BBC-7320, RTL-6095, RTL-5990 und VOR-15780. Die Pegel waren vergleichbar mit denen der Langdrahtantenne. Aber der Störabstand war wegen der größeren Störungen im Haus schlechter, so dass es zu mehr Aussetzern kam.

RTL DRM-2 auf 5990 kHz: Beim Betrieb ohne Vorselektion trifft zufällig ein sehr starker kommerzieller Digitalsender bei 6900 kHz auf die Spiegelfrequenz. Zieht man die Empfangsfrequenz um 2 kHz nach oben, erscheint das DRM-Spektrum bei 10 kHz, während das Spiegelsignal aus dem Nutzsignal herauswandert. Im Bild sieht man das etwas 2 kHz breite Signal der störenden Spiegelfrequenz. In dieser Einstellung erhält man of ein wesentlich besseres SNR und weniger Aussetzer.

Frequenzeinstellung über den USB: Viele Laptops haben keine RS232 mehr, sondern nur noch eine USB-Schnittstelle. Die bisherige Software lief nicht mit einem USB/RS232-Adapter. Der Grund liegt im Timing, die Schnittstellenleitungen können über den Adapter nicht schnell genug gesteuert werden. Deshalb kommt hier ein verändertes Programm, das langsamer auf die virtuelle COM-Schnittstelle zugreift. Der Abstimmvorgang dauert jetzt ca. eine halbe Sekunde. (siehe auch USB mit DREAM)

Download: DRMUSB (drmusb.zip, 162 KB, updated 8.6.04)

AMSSB.exe für den DRM-Empfänger: Diese kleine Decodersoftware wird in www.elexs.de vorgestellt und zum Download angeboten. Der Empfänger wird dadurch zu einem universellen Kurzwellenempfänger für unterschiedliche Betriebsarten. www.elexs.de/drm5.htm

Keramikresonator CQ470M: Anscheinend gab es (stand 25.5.04) Lieferschwierigkeiten mit dem ZTB470E. Wer den Resonator z.B. bei Reichecht bestellte, bekam u.U. den Ersatztyp CQ470M. Er schwingt in der Schaltung um ca. 2 kHz zu tief, was zwar mit DREAM keine Probleme macht, aber trotzdem unschön ist, weil man relativ nahe an die Filterflanke kommt. Man sollte dann C16 von 470 pF auf 220 pF verkleinern, um wieder auf 467 kHz zu kommen. Dann erscheint das DRM-Signal recht genau bei 12 kHz. Juli 2004: Der ZTB470E ist wieder bei Reichelt zu bekommen.

Aktive Innenantenne: In ELEXS findet man jetzt eine kleine Antenne mit zweistufigem Antennenverstärker. Es ist eine Kombination aus einer abgeschirmten magnetischen Loop und einer Stabantenne mit Ausmaßen, die gut in ein Bücherregal passen.

Die Loopantenne hat eine deutliche Richtwirkung mit zwei Maxima in Längsrichtung. Man kann also durch Drehen der Antenne das Maximum suchen oder wahlweise Störsender ausblenden. Die Stabantenne hat für sich genommen eine Rundcharakteristik ohne jede Richtwirkung. Wird sie jedoch zusammen mit der Loop betrieben, addieren sich beide Signale. Wegen der Phasendrehung zwischen elektrischem und magnetischem Feld und ergibt sich in der Summe ein einzelnes Maximum. Für ein ausgeprägtes Minimum in Gegenrichtung muss die Stabantenne experimentell so eingestellt werden, dass sich beide Spannungen gleichen. Die beste Richtwirkung wird bei einer eingestellten Länge von ca. 40 cm erreicht.

Die Aktivantenne brachte im Durchschnitt ähnliche Werte wie eine 10 m lange Drahtantenne im Freien. In einzelnen Fällen war die Innenantenne wegen ihrer Richtwirkung klar überlegen. So konnte z.B. die DRM-Station der Deutschen Welle in Sackville (Kanada) mit der Innenantenne besser empfangen werden.

Verbesserungsvorschlag: Der folgende Beitrag erschien in Jogis Röhrenbude: Ein neuer ZF Verstärker für den Elektor DRM Empfänger von René Schmitz

Erweiterung: Dieter Liebl stellt in Jogis Röhrenbude seinen ZF-Zweig für AM und SSB vor. Ein TCA440 sorgt für die Verstärkungsregelung und dient als Produktdetektor mit einem abstimmbaren BFO. Die Erweiterung macht den DRM-Empfänger fit für die analogen Betriebsarten. www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/DRM-Extender/drm_extender.htm

DSP IF von Vittorio De Tomasi, IK2CZL ist ein hervorragendes Programm für den Empfang von AM, SSB und CW über die PC-Soundkarte. Die Software kann für eine 12-kHz-ZF initialisiert werden und arbeitet sehr gut mit dem DRM-Empfänger. Man kann die Filterbandbreite und die BFO-Lage frei einstellen. Die Abstimmung erfolgt extern z.B. über DRM.EXE. www.detomasi.it/

DRM-Discoverer 1.9 von Karsten Knütter: Dieses Programm zeigt wie der Stations-Dialog in DREAM die gerade aktiven Stationen an und ermöglicht die Abstimmung per Mausklick. Es werden zahlreiche Empfänger unterstützt, darunter auch der Elektor-RX. Man kann die ZF-Abweichung eingeben, die automatisch korrigiert wird. Außerdem kann man in der Ini-Datei speziell für diesen Empfänger und den Einsatz über einen USB/RS232-Adapter eine Verzögerungszeit angeben (z.B. Elektor Delay=4000). Der DRM-Discoverer ersetzt damit praktisch das Programm DRM.EXE und auch die USB-Version DRMUSB.EXE. Es bewährt sich vor allem im Einsatz mit dem DRM Software Radio, denn nun hat man beides: Bequeme Abstimmung und Stereo-Sound! Download und Informationen findet man hier: home.arcor.de/carsten.knuetter/drm.htm

DREAM über USB/RS232-Adapter
Viele Notebooks haben nur noch eine USB-Schnittstelle. Mit einem üblichen Adapter gab es oft Probleme, weil die Pegeländerungen an den Leitungen DTR und RTS verzögert übertragen werden. Mit DRAEM geht es trotzdem. Getestet wurde mit der Version 1.11 an einem "ATEN USB to Serial Cable" unter Windows XP. Die virtuelle Schnittstelle wurde im Gerätemanager auf COM2 gelegt. Und siehe da, es funktioniert! Das Oszilloskop zeigt einen Taktimpuls in 8 ms. Die Übertragung ist also langsam, funktioniert aber für den Stationswechsel ausreichend schnell.

Mittelwelle mit Ferritantenne
Ferritantennen bringen oft einen besseren Störabstand, weil sie weniger empfindlich auf die elektrischen Störfelder im Haus reagieren. Mit Drehkoabstimmung und einem FET als Impedanzwandler erhält man guten DRM-Empfang auf Mittelwelle. So konnte u.a. BBC auf 1296 kHz und Radio Vatikan auf 1611 kHz decodiert werden. Klangbeispiel von Radio Vatikan (vatican.mp3, 214 KB)

Automatisch abgestimmter Vorkreis

In Elektor 10/2004 habe ich einen automatisch abgestimmter Preselector für den DRM-Empfänger vorgestellt. Jetzt sollte die Schaltung noch einmal ordentlicher aufgebaut werden. Und dabei ist ein Fehler im Schaltplan aufgefallen. Die beiden Ausgänge des NE612 waren vertauscht. Hier die berichtigte Schaltung:

Die Schaltung wurde zusammen mit einer ALC aufgebaut und in Elexs genauer beschreiben: www.elexs.de/drm12.htm

Erweiterung für Langwelle und Mittelwelle

Harald Herchet (DH8HHA) hat den Empfänger mit der für tiefe Frequenzen modifizierten Erweiterung (www.elexs.de/drm13.htm) und einem Frequenz-Display ausgerüstet. Den kompletten Schaltplan findet man auf seiner Homepage: www.mydarc.de/dh8hha/