FUNcube Dongle Pro - Amateur Radio

Seit Dezember 2010 sorgt der FUNcube Dongle für ungeahnte Aufmerksamkeit und Interesse gerade unter der Satellitengemeinschaft. Der FCD ist ein SDR-Empfänger in der Form eines USB-Stick. Er ist sehr empfindlich, allerdings sollte man nicht erwarten, mit einer Gummiantenne nun alle Satelliten zu hören. Aber dazu weiter unten …

Technische Daten

Frequenzbereich: 64 MHz – 1.7 GHz
Bandbreite: 80 KHz
Quadratur Sampling Rate: 96 KHz
Empfindlichkeit: 0.15 µV (12 dB SINAD NBFM bei 145/435 MHZ)

Installation

Wie fängt man überhaupt an, wie kommt man am schnellsten zu einem Erfolgserlebnis mit dem neuen FUNcube-Dongle? Die nachfolgenden Schritte sollen eine ganz kleine Hilfe geben. Die Installation erfolgte bei mir unter Windows 7 (64 bit), dürfte sich aber nicht grundlegend von den anderen Windowsinstallationen unterscheiden.

FUNcube Adapter

Antennenanschluss und -adapter

Beim FCD finden wir einen SMA Antennenanschluss. SMA-Steckverbinder werden vornehmlich für Anwendungen in Frequenzbereichen von 1GHz bis 25 Hz eingesetzt. SMA steht für Sub-Miniature-A. Als Stecker werden die Ausführungen mit Überwurfmutter und als Buchsen diejenigen mit Außengewinde bezeichnet (Innenleiters als Metallstift). Im Vergleich zu anderen Hochfrequenz-Steckverbindern sind SMA-Stecker recht klein, aufgrund der Schraubverriegelung dennoch mechanisch sehr robust. Der Wellenwiderstand liegt üblicherweise bei 50 Ohm. SMA-Adapter gibt es u.a. auf 50 Ohm N-Stecker und auf BNC (Buchse und Stecker).

USB Verlängerung

Auch wenn der Antennenanschluss mechanisch robust ist, der USB Anschluß am PC ist es nicht. Daher empfiehlt sich unbedingt eine USB-Verlängerung zu verwenden. Laut Spezifikation sollten aber USB-Kabel eine Gesamtlänge von 5m nicht überschreiten, ansonsten ist der Spannungsabfall zu hoch. Je nach Qualität des verwendeten Kabel mag es zwar funktionieren, bei längeren Strecken sollte man aber generell USB-Repeater einsetzen.

FUNcube Antennenanschluss und USB Verlängerung Mit einer kurzen USB-Verlängerung wird das ganze System sehr flexibel und man entlastet mechanisch die Anschlussbuchsen.

Treiberinstallation

Nichts ist einfacher als die Installation der Windowstreiber. Man steckt den FCD in einen freien USB Port und lehnt sich zurück. Windows installiert die notwendigen Treiber von ganz allein.

Installation FCD Treiber

Firmware Update

Abhängig mit welcher Firmware der FCD ausgeliefert wurde, empfiehlt sich ein Update auf die neuste verfügbare Version der Firmware. Die aktuellen Files findet man hier http://www.funcubedongle.com/?page_id=313.
Mit einem Rechts-Klick der Maustaste speichert man das File ab.

Voraussetzung für ein Firmware-Upgrade ist, dass der FCD im Bootloader-Mode ist. Dazu startet man zunächst die Windows Frontend-Software FCHid.exe. Wenn die Software mit dem FCD kommunizieren kann, klickt man auf Reset to Bootloader.

Reset to Bootloader Folgende Meldung sollte erscheinen:

HIDOpen of Vid_04d8&Pid_fb56 returns 1
Success, FCD found.
HIDReset returns 1
Success, FCD reset to bootloader.

Bootloader Software Jetzt kann man die Software beenden und startet nun das Bootloader Programm FCHIDBL.exe.. Es sollte diese Meldung zu lesen sein:

HIDOpen of Vid_04d8&Pid_FB56 returns 1
USB VID/PID found.
HIDQuery returns 1
Query message: FCDBL
FCD in bootloader mode
Byte address range: 0x002A00 - 0x007E00
PC address range: 0x001C00 - 0x005400
Device ID address set
Device ID read, DEVID=0x4203, DEVREV=0x0200

Nun öffnet man das neue Firmware-File.

Open Firmware File

File opened
File read
HIDOpen of Vid_04d8&Pid_FB56 returns 1
USB VID/PID found.
HIDQuery returns 1
Query message: FCDBL
FCD in bootloader mode
Byte address range: 0x002A00 - 0x007E00
PC address range: 0x001C00 - 0x005400
Device ID address set
Device ID read, DEVID=0x4203, DEVREV=0x0200

Mit dem Klick auf WRITE FIRMWARE schreibt man diese Daten in den Dongle:

HIDOpen of Vid_04d8&Pid_FB56 returns 1
FCD found.
Please wait: erase may take up to ten seconds...
Erase completed.HIDOpen of Vid_04d8&Pid_FB56 returns 1
FCD found.
Device ID address set.................................
......................................................
Firmware writtenHIDOpen of Vid_04d8&Pid_FB56 returns 1
FCD found.
Device ID address set.................................
......................................................
Firmware verified

Zum Schluß kann man entweder den Button RESET TO APP klicken oder man zieht den Dongle heraus und steckt ihn nach wenigen Sekunden wieder neu ein.

DC-Offset und Spiegelfrequenzunterdrückung

DC Offset, mirror rejection Mit der neuen Firmware v18f kann durch das Abgleichen von DC I and DC Q eine wirksame Unterdrückung des DC Anteils eingestellt werden.

DC Offset uncorrected DC Offset corrected

[Corrections]
DC_I = 34; # 0,103759765625 %
DC_Q = -19; # -0,0579833984375 %
PhaseAngle = 0; # 0 %
Gain = 32768; # 100 %

Frequenzversatz

Durch eine Vergleichsmessung gegen eine bekannte und genaue Referenzquelle kann man den Frequenzfehler (des FCD Kristalloszillator) ermitteln. Dieser wird in ppm (parts per million) angegeben und kann als Offset in der ini Datei abgespeichert werden. Dieser Wert ist natürlich von Dongle zu Dongle verschieden.

Ermitteln des Frequenzoffset des FCD Mit Hilfe einer lokalen Bake

Um den Frequenzoffset des FCD hinreichend genau zu ermitteln kann man sich ganz einfach einer lokalen Bake bedienen. Folgende Vorgehensweise bezieht sich hier auf die lokale Bake DB0MMO/B auf dem Geiersberg / Spessart (JNRV). Diese Bake ist ca. 40 km entfernt und liegt in 60° Azimuthrichtung.
Zuerst editiert man den FreqError in der ini Datei auf den Wert 0.

[Freq]
Frequency = 144.450000;
IFOffsetkHz = 0.000000;
FreqError = 0.000000;
#

Ich verwendete WRplus um die Kalibrierung vorzunehmen und stellte die Empfangsfrequenz auf 144.455 MHz ein. Im Spektrum ist zu sehen, dass die tatsächliche Empfangsfrequenz der Bake bei 144.439 MHz liegt. Die Differenz zur Bakenfrequenz beträgt also 15.406 KHz.
Diese Abweichung entspricht 15406/144455000 = 106.6 exp-6 -> also rund 107 ppm.

Nun trägt man diesen FreqError Wert in die ini Date ein und kontrolliert erneut das Spektrum. Die intern korrigierte Empfangsfrequenz liegt nun exakt bei 144.455 MHz.

[Freq] Frequency = 144.450000; IFOffsetkHz = 0.000000; FreqError = -107.000000; #

IF-Offset

Bedingt durch den Gleichspannungsanteil (DC Offset) des FCD sieht man auf der Mittenfrequenz einen Spike. Mit diesem IF-Offset verschiebt man nun das Nutzsignal um einige KHz, so dass der Spike nicht mehr in der Mitte des Empfangsbandes liegt.

Minimalistisches Setup

FCD mit Gummiantenne Man wird es nicht glauben, aber schon mit dieser kleinen Gummiantenne wird man lokale Stationen, Repeater und Baken hören. Ich konnte damit sogar im Haus die lokale Bake DB0MMO/B auf 432.425MHz sauber dekodieren. Satelliten wird man damit allerdings nicht aufnehmen können (außer vielleicht die ISS).

Aber auch hier reicht ein kleiner Kreuzdipol (Winkler Spezial Antennen) für 435 MHz (150mm x 330mm x 330mm). Es ist wirklich erstaunlich welche Ergebnisse man schon damit erzielen kann. Die CW Baken von HO-68, SwissCube, TISat, KKS-1 konnten problemlos dekodiert werden. Das zeigt, wie empfindlich der FUNCube Dongle ist. Allerding sollte man vermeiden, den FCD lange in der Hand zu halten – durch die Handwärme verstimmt sich der Oszillator.

FCD mit Kreuzdipol Der untenstehende Screenshot zeigt die Dekodierung der KKS-1 Bake bei einem 60° Elevation Durchgang. Für dieses Experiment habe ich noch einen kleinen Vorverstärker verwendet. Damit war es ohne weiteres möglich, das CW Bakensignal schon ab einer geringen Elevation über die Soundkarte mit einer CW Dekodersoftware (hier zum Beispiel fldgi) fehlerfrei mitzulesen. Allerdings wird es notwendig eine Dopplerkorrektur der Empfangsfrequenz vorzunehmen – diese kann z.B. mit meiner Software SATCONTROL_FCD erledigt werden.

KKS-1 Bake Dekodierung

yahoo funcube group

An dieser Stelle lohnt sich der Hinweis auf die yahoo funcube group. Hier findet man nicht nur die notwenige Software, sondern auch viele Tipps und Hinweise, Diskussionen und Bilder rund um das Thema FUNcube Dongle. Hier ist der Link:http://uk.groups.yahoo.com/group/funcube/

Um die digitalen Signale eines SDR zu hören, benötigt man eine Audio-Frontend Software. Es gibt eine ganze Reihe an Software wie SpectraVue, SDR-Radio, Winrad, M0KGK SDR Decoder Software und viele andere mehr. Sehr gute Ergebnisse erzielt man mit WRplus. Darauf beziehen sich auch die nachfolgenden Installationshinweise.
Die notwendige DLL zur Unterstützung des FCD unter WRplus findet man im Verzeichnis FILES -> FCD Utilities -> ExtIO_FCD.dll M0MJW

yahoo funcube group

Tests/Erfahrungsberichte

02.01.2011 20:00:24 UTC YES… I got one!
13.01.2011 Mein FCD ist endlich angekommen -> erste Experimente mit #144 🙂
14.01.2011 Software SATCONTROL_FCD zur Dopplerkorrektur/Frequenzsteuerung des FCD fertig
30.01.2011 Firmware 18d Release
14.01.2011 Firmware 18f Release – DC Spike Unterdrückung
18/19.03.2011 Experimente mit minimalen Antennen (Rubberduck, Kreuzdipol)
25.03.2011 Firmware 18h Release