Der im FiFi-SDR [1] eingesetzte Quadra-turmischer arbeitet nach dem Abtastprin-zip. Dadurch sind prinzipiell auch aufMehrfachen der eingestellten Empfangs-frequenz fe Signale hörbar. Aufgrund dessymmetrischen Aufbaus ist eine Unterdrü-ckung der gradzahligen Vielfachen derEmpfangsfrequenz ausreichend gegeben.So weist der eingesetzte Mischer eineDämpfung von typisch 40 dB bei 2 fe auf.Bei ungradzahligen Vielfachen von fe istdiese Dämpfung jedoch unzureichend.

Bei 3 fe sind dies typischerweise nur nochrund 9 dB. Aus diesem Grund macht sichauf Lang-, Mittel- und Kurzwelle ein stö-render Mehrbereichsempfang bemerkbar,wenn sich auf den ungradzahligen Vielfa-chen der Empfangsfrequenzen starke Sen-der tummeln. Um diese Mehrfachemp-fangsstellen zu unterdrücken, ist ein Pre-selektor erforderlich, der die unerwünsch-ten Empfangsfrequenzen vom Mischerfernhält. Um die Anzahl der Filter auf ein prakti -kables Maß zu reduzieren (der Preselektorsollte mit in das vorhandene Gehäuse desFiFi-SDR passen), wurden Tiefpassfilterentworfen, die ab 3 fe eine Dämpfung von60 dB aufweisen. Den Frequenzplan derTiefpassfilter soll folgendes Beispiel er-

läutern: Die oberste Empfangsfrequenzauf KW bestimmt die Grenzfrequenz des1. Filters mit fg1 = 30 MHz. Ein reales Fil-ter mit praktikablem Aufwand kann eineDämpfung von 60 dB bei fs1 = 1,2 fg1 = 36MHz erreichen, somit ist mit diesem Tief-passfilter eine untere störungsfreie Emp-fangsfrequenz von fs1/3 = 12 MHz mög-lich. Das nächste Filter muss demnach ei-ne Grenzfrequenz von fg2 = 12 MHz auf-weisen. Mit dem gleichen Filteraufwandlässt sich eine Sperrfrequenz von fs2 =

1,2 fg2 = 14,4 MHz erreichen, was zu einerunteren Empfangsfrequenz von fs2/3 = 4,8MHz führt. Nach diesem Schema lässtsich der in Tabelle 1 gezeigte Frequenz-plan erstellen.Um die dazu notwendige Steilheit der Fil-terflanken zu gewährleisten, wurden sie-benpolige Cauer-Filter mit einer Wellig-keit (engl. ripple) im Durchlassbereich vonar = 1 dB gewählt, die bei der notwendigenSperrfrequenz fs bereits eine Dämpfungvon 60 dB aufweisen. Der Schaltplan fürein solches Filter ist in Bild 2 zu erkennen.

� Zusammenwirken mit dem SDRÜber die Erweiterungspins des FiFi-SDRslassen sich diese Filter zwischen dem Vor-verstärker mit T3 (BF862) und T2 (BFR

193) und der Phasenumkehrstufe T5 (BFR193) einschleifen – vgl. [1]. Als ein sinn-volles Impedanzniveau des Filters an die-ser Stelle wurde 150 Ω gewählt, dazu istbei T2 ein Kollektorwiderstand R14 von150 Ω notwendig. Das auf der SDR-Pla -tine befindliche Tiefpassfilter muss dazuentfernt werden, wozu vier SMD-Teile aus -zu löten sind.

Das SDR stellt an der Erweiterungs-Schnittstelle außer dem empfangenen Signal auch Steuersignale zur automa -tischen Umschaltung eines Preselektorszur Verfügung. Die Pins 5 bis 8 derSchnittstelle X6 können je nach Frequenzmit beliebigen Bitmustern belegt werden.Die Programmierung der Ausgabe der Pinskann in einfacher Form mithilfe des Konfi-gurations-Tools von PE0FKO durchgeführtwerden. Eine weitere Möglichkeit stellt dasKommandozeilen-Programm rockprog [2]dar. Die programmierten Bitmuster werdenmit dem Binärdekoder 74HC138 ausge-wertet und dienen so zur Ansteuerung derentsprechenden Schaltdioden BAW56. Der Schaltplan des Preselektors ist aus denBildern 5 bis 7 ersichtlich, wobei wegender identischen Strukturen in Bild 5 ledig-lich ein Tiefpassfilter abgebildet ist.

� FiFi-SDR empfängt noch mehrDie Nebenempfangsstellen bei den unge-radzahligen Vielfachen der eingestelltenEmpfangsfrequenz, die beim Empfang bis30 MHz störend wirken und durch denEinsatz der Tiefpassfilter ausreichend unter-drückt werden, kann man sich oberhalbder KW auch geschickt zunutze machen.Durch eine obere Verarbeitungsfrequenzvon etwa 120 MHz des im SDR einge-setzten CPLD ist eine höhere Empfangs-frequenz als 178 MHz / 4 = 44,5 MHz pri-mär nicht zu erreichen. Durch Unterabtas-tung (engl. undersampling) lassen sich je-doch höhere Frequenzen empfangen.Deshalb befindet sich zusätzlich zu deno. g. Tiefpassfiltern auf dem Preselektornoch ein Hochpass mit einer Grenzfre-quenz von 30 MHz. Bei Empfangsfre-quenzen zwischen 30 MHz und 90 MHzwird der Synthesizer auf dem SDR-Boardauf 4/3 der Empfangsfrequenz eingestelltund bei Empfangsfrequenzen zwischen 90 MHz und 150 MHz auf 4 /5 fe. Der

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Preselektor für das FiFi-SDRDr. E.-GÜNTER SCHWEPPE – DK5DN

Die Empfangsmöglichkeiten des beliebten FiFi-SDR lassen sich durch einen Preselektor weiter verbessern. Um mit wenigen umschaltbaren Fil-tern auszukommen, müssen diese eine hohe Flankensteilheit aufweisen.Das erfordert ein ausgeklügeltes Filterkonzept sowie hochwertige SMD-Bauelemente. Der Nachbau wird durch einen FA-Bausatz mit vorbe-stückter Platine unterstützt. Tabelle 1: Frequenzplan

der Tiefpassfilter für das FiFi-SDR

Tiefpass fu /MHz fg/MHz fs/MHz1 12 30 36 2 4,8 12 14,4 3 1,92 4,8 5,76 4 0,768 1,92 2,3 5 0,307 0,768 0,922 6 0,123 0,307 0,367 7 0,050 0,123 0,148

C2 C4 C6 C8

C3 C5 C7

L3 L5 L7

Bild 2: Typisches Schaltbild eines Cauer-Tiefpasses 7. Ordnung mit passiven Bau-elementen Bild 3: Schaltbild des Cauer-Tiefpassfilters

im Programm „Filter Design and Analysis“

Bild 1: FiFi-SDR (unten) undPreselektor (oben) im gemeinsamenGehäuse

Fotos: DF3DCB,Screenshots: DK5DN

Mischverlust bei der Unterabtastung mit1/3 beträgt 9,7 dB, bei einer Abtastungmit 1/5 sind es dagegen schon 14 dB. Die-se Verluste sollten bei Empfangsversuchendurch extern vorgeschaltete Vorverstärker(VV) ausgeglichen werden. Ebenso ist essinnvoll, diese VVs durch Bandpassfilterzu ergänzen, um Nebenempfangsstellenauszuschließen. Zur Unterscheidung dieser zusätzlichenEmpfangsbereiche, die u.a. das 6-m- unddas 2-m-Band einschließen, dient die ex-terne Schnittstelle auf dem Preselektor-Board in Form des Klinkensteckers X1,CI-V Interface. Der Name ist für diese Anwendung etwasirreführend – in einer ersten Version warangedacht, hierüber die komplette Fre-quenzinformation im CI-V-Format zuübertragen. Tabelle 2 gibt Auskunft überdie Zuordnung.

� Umbauten am FiFi-SDRFür die Zusammenarbeit mit dem Pre -selektor sind am FiFi-SDR einige kleineModifikationen notwendig:

– Nachbestückung von X3, X6,– Auslöten von C6, C28, C61, L3,– Firmware-Update,– Ausführen der Datei pres_def.bat zur

Definition der Filter-Umschaltpunktemittels rockprog0.exe.

Folgende Teile werden mit Preselektornicht mehr benötigt, müssen aber nichtzwangsläufig entfernt werden: C2, C5,C60, L2.

Funk

FA 10/11 • 1063© Box 73 Amateurfunkservice GmbH 2011 www.funkamateur.de

BAW56 BAW56

B

NB

NB

4,7 33

10

22

68

820nH 470nH 560nH

NBGNDA

68

100n

GNDA

1k 1k

1

NB 2,2

NB BNBN

10n

D1 D2

D

C45

C46 C47

C48

C51

C52

L15 L16 L17

C53C54

C68

C

R1R2

R

C74 C75 C76

C77 C78 C79

C

C101

OUT/

1.2C

IN/1

.2C

ON_30M/1.1A

O

TP

30M

Hz

Bild 5: Tiefpassfilter für 30 MHz; die anderen sind strukturell identisch.

10n

1,8n

6.8n

10n 10n

180µH 120µH 150µH

10nGNDA

10n

BAW56 BAW56

2,2n 5,6n

100n

GNDA

1k1kNBNB

2,2n BNn8,6

100n

390nH 270nH 270nH 390nH

NB

GNDA

NB

33

NB

33

100n

GNDA

1k

1k

33 100100p

C95

C103

C104

C105 C106

L21 L22 L23

C107C108

D9 D10C109 C110

C111

R15R16C112C113

C114 C115 C116

C117

L24 L25 L26 L27

C121C122

C123

C124

C125 C126R13

R14

C119 C118C120

ON_123K

ON_HP/1.2A

TP 1

23 kH

zHP

30

MHz

Bild 6: Tiefpassfilter für 123 kHz sowie Hochpassfilter für 30 MHz; Letzteres wird benö-tigt, um Empfangsbereiche oberhalb 30 MHz zu erschließen, s. Text.

CI-V Interface

Option extern

GND GND

GNDA

EXT_FIL+SWI

100n

74HC138D

100n

GND

100n

1mH1mH

100n

GNDA

100n

GNDA

KKB3,5STEBS35

GND

100n

GND

1k

6,2V

GND

15V

22

GND GNDT-PBSS4140T

2,2k

135

246

79

810

11 12SV1

C49

A 1B 2C 3

G2A 4G2B 5

G1 6

Y77 Y69 Y510 Y411 Y312 Y213 Y114 Y015IC1

8

16

IC1P

GND

VCC

C73

C102

L13L14

C40C50

GND1

RING-CONN2

RING-SW3TIP-SW4

TIP-CONN5

X1C127

R17

D7

D8

R18

T1

R19

OUT/

2.3A

+4V_

SWI

IN/2

.1A

ON_12M/2.4B

ON_123K/3.4D

ON_768K/3.4A

ON_HP/3.4C

Bild 7: Preselektor-Ansteuerung und externe Schnittstelle

Tabelle 2: Empfangsbereiche

Frequenz- Pegel an Pegel anbereich X1 Pin2 X1 Pin5[MHz] (open Collector)0…30 L L (0 V)

30…90 H L (0 V)90…150 H H (3,3 V)

Bild 4: Lage der Bauteile auf der SDR-Platine,die einer Modifikation unterliegen

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� ErfahrungenDer Preselektor wurde anlässlich des Fich-ten-Fielddays 2011 in Lennestadt aufge-baut; eine solche Platine ist auf S. 1013 zusehen. Alle Platinen konnten letztlich er-folgreich getestet den stolzen Bastlernübergeben werden. Neben den üblichenFehlbestückungen, die besonders bei denunbeschrifteten SMD-Kondensatoren zulängerem Fehlersuchen und Neubestückungder entsprechenden Filterkondensatorenführten, gab es bei der Bestückung der 1-mH-Induktivitäten Probleme.

Hierbei führte die Handlötung mit zu vielLot zu einem Kurzschluss der Wicklungenauf der Unterseite. Ergebnis war eine zuhohe Dämpfung bei niedrigen Frequenzen.Mithilfe eines Ohmmeters lässt sich aberschnell die fehlerhafte Induktivität ausma-chen: 28 Ω sollte die Messung zeigen, beizu kleinen Werten liegt dann ein Kurz-schluss vor. Bei dem voraussichtlich abMitte Oktober 2011 beim FA-Leserservicelieferbaren Bausatz BX-PRES sind sämt -liche SMD-Bauelemente vorbestückt.

� FilterentwurfAbschließend sei für Interessenten nochdas Vorgehen beim Filterentwurf beschrie-ben. Die einzelnen Cauer-Tiefpassfilterwurden mit dem frei nutzbaren ProgrammFilter Design and Analysis von AADE [3]entworfen. Nach Start des Programms ist der Menü -punkt Design aufzurufen und als FiltertypElliptic (Cauer) zu wählen. Daraufhin er-scheint ein Auswahlmenü über die Filter -art, bei dem man Low-Pass anwählt. In diedann folgende Eingabemaske lassen sichnun die Filterparameter wie GrenzfrequenzF1, Sperrfrequenz F2, Welligkeit im Durch -lassbereich Apass, Filtergrad Order sowiedie Ein- und Ausgangsimpedanz (Zin, Zout)eingeben, s. Bild 8. Nach Bestätigung derWerte mit Enter kann im folgenden Menü-punkt noch für alle Spulen eine gemein -same Güte angegeben werden. Für einenersten Entwurf reicht hier lossless.Nach Bestätigung mit Enter kann weiter-hin noch ein Name für den Entwurf ver -geben werden. Danach erhält man dasSchaltbild mit den Bauteilwerten für dasFilter (Bilder 3 und 9). Einen Plot der Fil-terkurve liefern die Menüpunkte Analyzeund Power effective gain. Hier müssennoch gemäß Bild 9 für den Plot die Start-und Stoppfrequenzen sowie die Grenzender dB-Werte eingegeben werden. Bild 10zeigt den Frequenzgang des Filters mitden Entwurfsgrößen nach AADE; zusätz-lich lässt sich auch die Eingangsanpassungdes Filters mit einblenden. Die Bauteilwerte nach dem Filterentwurflassen sich, was die Spulen angeht, sonicht mit SMD-Bauteilen realisieren. Hierkommen nur handelsübliche Werte aus derE12-Reihe infrage, was eine Änderung derSpulenwerte auf L3: 1,96 µH → 1,8 µH,L5: 1,282 µH →1,2 µH und L7: 1,453 µH→1,5 µH nach sich zog. Um die Resonanz-frequenzen der Sperrkreise damit nicht zu

verschieben, sind auch Modifikationen derKondensatorwerte C3, C5 und C7 notwen-dig. Es empfiehlt sich, eine Simulation mitden geänderten Bauteilwerten noch ein-mal durchzuführen, um die Auswirkungenbeurteilen zu können. Besonders bei denhöherfrequenten Filtern darf man auch dieSchaltkapazitäten der Ein- und Ausgangs-beschaltung nicht außer Acht lassen. Meist kommt man um weitere Modifika-tionen der Kondensatorwerte nicht herum,bis man die Eckwerte des Filters getroffenhat. Im Layoutentwurf ist deshalb für je-den Kondensator auch eine Parallelschal-tung vorgesehen. Bild 11 zeigt den mitRF Sim99 [4] simulierten Frequenzgangdes 12-MHz-Tiefpassfilters nach obigenMo di fi kationen. Hier sind in die Simu -lation gleich die Güteparameter und dieEigenresonanzfrequenzen der verwende-ten SMD-Induktivitäten der Größe 1210mit eingeflossen. Schließlich zeigt Bild 12 den tatsächlichgemessenen Frequenzgang, zwischen X2und DIFF A/2.1C (Bild 5 in [1]) gemessen.Die Abweichungen zur Simulation kom-men in erster Linie deswegen zu Stande,weil es ein Übersprechen zwischen X3.2und X3.3 gibt. Die rote Kurve zeigt dasDurchgangsverhalten ohne Filter (!) undliefert die Erklärung.

Literatur und URL

[1] Schade, S., DL1DRS u. a.: Fichten-Fieldday-Pro-jekt FiFi-SDR. FUNKAMATEUR 59 (2010) H. 11,S. 1159–1163

[2] OV Lennestadt: Rockprog. http://o28.sischa.net/fifisdr/trac/wiki/rockprog

[3] Heckt, N.: AADE Filter Design and Analysis, V4.5.www.aade.com/filter32/download.htm

[4] Bolch, P.: RFSim 99 – ein Freewareprogramm zurHF-Schaltungssimulation. FUNKAMATEUR 50(2001) H. 1, S. 33–35, H. 2, S. 159–161; Softwareauf FA-Jahrgangs-CD 2001 sowie auf der CD-ROM in: Hegewald, W., DL2RD (Hrsg.): Softwarefür Funk amateure (2). Box 73 AmateurfunkserviceGmbH, Berlin 2006, FA-Leserservice: X-9346

Bild 10: Simulierter Frequenzgang (1…100MHz, log.) des 12-MHz-Tiefpassfilters nachAADE, blau: Durchgangsverhalten, rot: Ein-gangsanpassung

S11[dB]

S21[dB]

12MHz

14,4MHz, –60dB

1 10 100–100

–80

–60

–40

–20

0

f/MHz

Bild 11: Mit RFSim99 simulierter Frequenz-gang (0…30 MHz, lin.) des 12-MHz-Tiefpass-filters, rot: Durchgangsverhalten, blau: Ein-gangsanpassung

S11[dB]

S21[dB]

–1,7dB

–10,5dB

0 12 18 246 30–100 –50

–40

–30

–20

–10

–80

–60

–40

–20

0 0

f/MHz

Bild 8: AADE-Eingabemaske für die Filter -parameter, hier 12-MHz-Tiefpass

Bild 9: Eingabemaske für die Parameter desPlots der Filterkurve

Bild 12: Gemessenes Durchgangsverhalten(0…40 MHz, lin.) des 12-MHz-Tiefpassfiltersin Blau; rot: Durchgang (Übersprechen) ohneFilter

S21[dB]

12MHz, –6dB

14,4MHz, –46,2dB

0 84 12 16 20 24 28 32 40–100

–80

–60

–40

–20

0

f/MHz