Pocket Spektrum Analyzer: Raspberry Pi B+ mit 3.5“-PiTFT & RTL-SDR

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FreqShow auf dem Raspberry Pi - hier im Frequenzspektrum Mode, eingestellt auf den FM-Sender NDR 2 (87,6 MHz).

SDR-Software „FreqShow“ auf dem Raspberry Pi – hier im Frequenzspektrum Mode, eingestellt auf den FM-Sender NDR 2 (87,6 MHz).

FreqShow im Wasserfall Mode.

FreqShow im Wasserfall Mode.

Fertig montiert und einsatzbereit auf dem Schreibtisch...

Fertig montiert und einsatzbereit steht der Raspi B+ mit PiTFT auf dem Schreibtisch…

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Der kleine Einplatinen-Computer Raspberry Pi ist schon eine tolle Sache. Er ist nicht nur verhältnismäßig klein, dazu noch günstig und dank passender Linux-Distributionen auch ziemlich einfach zum Laufen zu bekommen – nein er ist auch für SDR-Anwendungen seit geraumer Zeit weltweit im Einsatz.

Vor gut zwei Jahren hatte ich das Raspberry Pi Modell B als abgesetzten SDR-Server mit einem RTL-SDR genutzt, um damit die Flugzeugfunkbaken zu empfangen – hier mein alter Blogpost auf Signalskitchen dazu.

Ende des vergangen Jahres stieß ich bei RTL-SDR.com auf diesen Artikel, diese Video

zeigt das Projekt.

Gut zu erkennen ist der Raspberry welcher mit einem 3.5“ TFT Touch-Screen und einem RTL-USB-Stick als Spektrum-Analyzer fungiert.

Das vorgestellte Gerät geht auf ein Adafruit-Projekt zurück, welches hier detailliert dokumentiert ist.

Hardwareseitig benötigt man für den Bau des Pocket Spectrum Analyzers:

  • Einen Raspberry PI B oder B+
  • Ein 3.5.“ PiTFT Touchscreen von Adafruit
  • Eine SD/Micro-SD-Karte, mind. 4 GB
  • Einen RTL-SDR-Stick
  • Ein 1A-Netzteil bzw. einen externen USB-Smartphone-Akku.
  • Ein passendes Gehäuse
  • USB-Tastatur

Was das Gehäuse betrifft, so gibt es bei thingiverse ein passendes Gehäuse, welches für die Kombination 3.5.“-TFT und Raspberry Pi B+ passt. Hier  kommt man direkt zu den STL-Daten für die neun Gehäuse-Teile. Gedruckt werden die einzelnen Gehäuseteile mit einer Layhöhe von 0,25mm und einem Infill von 30%. Wichtig ist die Teile mit einem entsprechenden Rand und Support zu drucken.

Fünf Gehäuse-Teile sind bereits gedruckt...

Fünf Gehäuse-Teile sind bereits gedruckt…

 

Softwareseitig kommt ein von Adafruit konfiguriertes Raspbian-Image zum Einsatz, welches alle nötigen Treiber für den TFT enthalten.

Für die eigentliche SDR-Steuerung und Spektrum-Darstellung ist die Python-Software namens  Freq Show verantwortlich – Details zur Installation finden sich hier.

Manch einer wird jetzt sagen, was soll das, es gibt doch mittlerweile Smartphone Apps wie SDRTouch oder RF Analyzer, die neben der Spektrum-Darstellung auch gleich demodulieren – alles richtig, nur braucht man dazu halt immer das eigene entsprechend leistungsstarke Smartphone. Dieses steht dann nicht parallel für andere Dinge (z.B. Telefonieren, Mail, Social Media-Anwendungen) zur Verfügung – das kann mitunter nerven und problematisch werden. Zudem gönnen sich die Apps zusammen mit dem eingesetzten SDR dann auch noch ein ordentlichen Happen Energie, die Folge ist dann ein ziemlich zügig leergelutschter Akku. Nicht zu vergessen ist zu dem noch das nötige Budget – der hier vorgestellte Taschen-Spektrum-Analyzer kostet lediglich um die 100 €! Das ist weniger als z.B. fertige Geräte wie der RF Explorer der weit mehr als 300 € kostet.

Ich finde diese Spektrum-Analyzer-Lösung von Adafruit insb. für den Einsatz mit meiner Handpeilantenne und als Panorama-Monitor für einen analogen Empfänger oder Scanner, bei dem das IF-Signal direkt abgegriffen werden kann eine denkbare Anwendung.

Zunächst ging es um die Herstellung des Gehäuses:

Jedes Gehäuseteil wird mit einer Layerhöhe von 0,25mm und einem Infill von 30% gedruckt. Wichtig ist alle Teile mit Rand zu drucken. Die Bauteile 7,8 und 9 zusätzlich noch mit Stützmaterial.

Jedes Gehäuseteil wird mit einer Layerhöhe von 0,25mm und einem Infill von 30% gedruckt. Wichtig ist alle Teile mit Rand zu drucken. Die Bauteile 7,8 und 9 zusätzlich noch mit Stützmaterial.

Druck eines Gehäuse-Teils. Das gesamte Gehäuse besteht aus neun übereinander geschichteten Teilen.

Druck eines Gehäuse-Teils. Das gesamte Gehäuse besteht aus neun übereinander geschichteten Teilen.

Stapeln: Die bereits gedruckten Teile werden entgratet und dann zur Anprobe übereinandergelegt.

Stapeln: Die bereits gedruckten Teile werden entgratet und dann zur Anprobe übereinandergelegt.

Es folgte die Montage von Elektronik in das Gehäuse…

Das Display (noch mit Schutzfolie versehen) und der Raspberry Pi B+ passen wirklich gut in die Gehäuse-Teile.

Das Display (noch mit Schutzfolie versehen) und der Raspberry Pi B+ passen wirklich gut in die Gehäuse-Teile.

Der Druck geht voran: Es fehlt nur noch das Gehäuse-Rückteil - dann ist das Gehäuse fertig.

Der Druck geht voran: Es fehlt nur noch das Gehäuse-Rückteil – dann ist das Gehäuse fertig.

Fertig: Alle Gehäuse-Teile sind gedruckt, entgratet und montiert.

Fertig: Alle Gehäuse-Teile sind gedruckt, entgratet und montiert.

die fertige Rückseite des Gehäuses.

Die fertige Rückseite des Gehäuses.

Das TFT-Display passt prima in das Gehäuse.

Das 3.5″-PiTFT-Display passt prima in das Gehäuse.

Weiter ging es mit der Konfiguration des Pi…

Ohne Adafruit-Anleitung zum Projekt (auf dem Tablet ist ein Teil zu sehen) wäre die Installation nicht zu machen....

Ohne Adafruit-Anleitung zum Projekt (auf dem Tablet ist ein Teil zu sehen) wäre die Installation nicht zu machen….

Das Linux-Image ist auf die Micro-SD geflasht und lädt...

Das Linux-Image ist auf die Micro-SD geflasht und lädt…

Im Configurationsmenu - nun muss ich eine USB-Tastatur auftreiben, sonst geht es erstmal nicht weiter...

Im Konfigurationsmenu – hier werden z.B. Tastatur-Layout, Sprache etc eingestellt.

Auf dem Pi ist auch die GUI des Linux-OS gut nutzbar. Aus der Kommandozeile startet die GUI mit "startx".

Auf dem Pi ist auch die GUI des Linux-OS gut nutzbar. Aus der Kommandozeile startet die GUI mit „startx“.

…gefolgt von der Installation der SDR-Software FreqShow…

Installation der RTL-SDR-Treiber - Blick auf den 3.5"-PiTFT-Touchscreen. Auf dem Raspberry Pi läuft Raspbian (Linux).

Installation der RTL-SDR-Treiber – Blick auf den 3.5″-PiTFT-Touchscreen. Auf dem Raspberry Pi läuft Raspbian (Linux).

…und dem anschließenden Probebetrieb:

FreqShow auf dem Raspberry Pi - hier im Frequenzspektrum Mode, eingestellt auf den FM-Sender NDR 2 (87,6 MHz).

FreqShow auf dem Raspberry Pi – hier im Frequenzspektrum Mode, eingestellt auf den FM-Sender NDR 2 (87,6 MHz).

FreqShow im Wasserfall Mode.

FreqShow im Wasserfall Mode.

Messung der Stromaufnahme des Pi mit TFT-Display, angeschlossenem RTL-SDR und USB-Tastatur: 510mA ist der Verbrauch im Wasserfall Mode.

Messung der Stromaufnahme des Pi mit TFT-Display, angeschlossenem RTL-SDR, USB-Tastatur und FreqShow im Wasserfall-Mode: 510 mA

Hier ein kurzes Video, dies zeigt wie über einen Shortcut in der GUI heraus das Programm FreqShow gestartet, eine Frequenz eingestellt und die Darstellungsmodes eingestellt werden:

Da ich keine passende Halterung für das Gehäuse bei thingiverse finden konnte, habe ich selbst eine entworfen und gedruckt, nun ist sie fertig – hier mal einige Impressionen zur Entstehung:

CAD-Modell des seitlichen Halters - hier die linke Seite.

CAD-Modell des seitlichen Halters – hier die linke Seite.

CAD-Modell des Stegs.

CAD-Modell des Stegs.

CAD-Modell des Ständers.

CAD-Modell des Ständers.

Die drei Teile sind mit einer Layerhöhe von 0,2mm und einem Infill von 30% gedruckt.

Die drei Teile sind mit einer Layerhöhe von 0,2mm und einem Infill von 30% gedruckt.

Mit UHU allplast werden die Teile verklebt.

Mit UHU allplast werden die Teile verklebt.

Der Das Gehäuse wird einfach nur in den Ständer gelegt.

Der Das Gehäuse wird einfach nur in den Ständer gelegt.

Seitenansicht des montierten Ständers. Der Ständer hat einen Neigungswinkel von 60°, das ermöglicht eine gute Ablesbarkeit des TFT-Displays.

Seitenansicht des montierten Ständers. Der Ständer hat einen Neigungswinkel von 60°, das ermöglicht eine gute Ablesbarkeit des TFT-Displays.

Rückansicht.

Rückansicht.

Fertig montiert und einsatzbereit auf dem Schreibtisch...

Fertig montiert und einsatzbereit auf dem Schreibtisch…

Die Druckdaten für den Gehäuse-Ständer gibt es wieder bei thingiverse – hier geht es zu den Dateien.

Soweit aus der Bastelkammer

 

Horrido und stay tuned

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Sat-Antenne: 70cm Lindenblad-Antenne

Die 70cm-Para-Lindenblad-Antenne - es fehlt noch die Verkabelung.

Die 70cm-Para-Lindenblad-Antenne – lediglich die Verkabelung fehlt noch.

Montiert: Die Para-Lindenblad für 70cm ist oberhalb der 2m-Lindenblad angebracht.

Nachdem ich eine Lindenblad-Antenne für das 2 Meter-Band gebaut hatte, wollte ich auch eine Lindenblad für das 70cm-Band.

Bei meinen Recherchen im Netz bin ich auf diese Bauanleitung von Anthony Monteiro (AA2TX) gestoßen.  Bei der Antenne handelt es sich um einen vertikalen Dipol, um den herum vier parasitär wirkende Elemente kreisförmig angeordnet sind.

Entgegen der Bauanleitung wollte ich vorhandenes Material verwenden und auf den Kauf von weiterem Material verzichten.

Für den Dipol kommt Alu-Rohr (20×1) und für die Element-Haltearme Kabelkanal-Rohr (16×1) zum Einsatz. Endkappen, Kreuzhalter und die Haltevorrichtung für einen Mast sind PLA-Druckteile.

In einer ersten Vorkonstruktion entstand dieses Version:

CAD-Modell der Konstruktion. Hier ist noch die erste Version der Kreuzhalterung zu sehen - diese ist noch zylindrisch ausgelegt. Um Material und Druckzeit zu sparen, habe ich das zentrale Bauteil überarbeitet.

CAD-Modell der Konstruktion. Hier ist noch die erste Version der Kreuzhalterung zu sehen – diese ist noch zylindrisch ausgelegt. Um Material und Druckzeit zu sparen, habe ich das zentrale Bauteil überarbeitet.

Im Slicing habe ich dann festgestellt, dass der Kreuzhalter einfach überdimensioniert ist und zudem auch noch mit 10h Druckzeit einfach zu wuchtig ist. Daher habe eine zweite Version konstruiert, die im Vergleich wesentlich schlanker daher kommt und 40% weniger Druckzeit benötigt – der neue Kreuzhalter sieht so aus:

Re-Design: Der neue Kreuzhalter.

Re-Design: Der neue Kreuzhalter.

Nach dem Druck und dem Zuschnitt der Einzelteile machte ich mich an die Montage – zum verkleben der Teile nutze ich Uhu allplast bzw. Schrauben.

Hier ein Blick der Entstehung der Antenne in der Bastelkammer:

Gedrucktes Kreuzteil - Material ist PLA, Layerhöhe 0,2mm.

Gedrucktes Kreuzteil – Material ist PLA, Layerhöhe 0,2mm.

Die mechanischen Bauteile: Druckteile, Dipol-Alu-Rohre und Kabelkanal-Stücke.

Die mechanischen Bauteile: Druckteile, Dipol-Alu-Rohre und Kabelkanal-Stücke.

Der Dipol besteht aus zwei Stücken Alu-Rohr (20x1). In der Mitte ist das Distanzstück zu sehen. Noch ist der Dipol nicht endmontiert.

Der Dipol besteht aus zwei Stücken Alu-Rohr (20×1). In der Mitte ist das Distanzstück zu sehen. Noch ist der Dipol nicht endmontiert.

Blick hinein: Der Dipol ist gut zu erkennen.

Blick hinein: Der Dipol ist gut zu erkennen.

Die Parasitären-Elemente vor der Montage - die Stäbe sind aus 4mm Vollalu.

Die Parasitären-Elemente vor der Montage – die Stäbe sind aus 4mm Vollalu.

Die Druckteile sind mittels UHU allplast verklebt.

Die Druckteile sind mittels UHU allplast verklebt.

In die beiden Dipol-Elemente werden nach dem Verkleben des Distanzstückes Befestigungsbohrungen (Durchm. 1,8mm) für die Blechschrauben an der Standbohrmaschine abgebohrt.

In die beiden Dipol-Elemente werden nach dem Verkleben des Distanzstückes Befestigungsbohrungen (Durchm. 1,8mm) für die Blechschrauben an der Standbohrmaschine abgebohrt.

Leitpaste wird vor der Montage des Koaxkabels in die Bohrungen gespritzt.

Leitpaste wird vor der Montage des Koaxkabels in die Bohrungen gespritzt.

Zur Montage des Koaxkabels sind entsprechende Lötfahnen verlötet.

Zur Montage des Koaxkabels sind entsprechende Lötösen verlötet.

Koaxkabel wird mittels Blechschrauben an den Dipol montiert.

Koaxkabel wird mittels Blechschrauben an den Dipol montiert.

Notwendig: Messmittel - Messschieber und Winkelmesser.

Notwendig: Messmittel – Messschieber und Winkelmesser.

Ausrichten der parasitären Elemente - 30°-Winkel.

Ausrichten der parasitären Elemente – 30°-Winkel.

Probeaufbau der 70cm-Lindenblad-Antenne. Es fehlen noch die Ferrite-Kerne und die Buchse am Koaxkabel.

Probeaufbau der 70cm-Lindenblad-Antenne. Es fehlen noch die Ferrite-Kerne und die Buchse am Koaxkabel.

Für Nachbauer hier die Material-Liste:

  • 4 Stück Kabelkanal-Rohr 16×1, Länge 95,25mm
  • 4 Stück Alu-Rundmaterial 4mm, Länge 298,45mm
  • 2 Stück Alu-Rohr (20×1), Länge 154mm
  • Druckteile: Dipolverbinder, Dipol-Endkappe, Dipolfuß, Kreuzhalter, Parasitoren-Befestigungen (Teileparameter: 0,2mm Layerhöhe, 20% Infill, 2,4mm Wandungsstärke)
  • 2 Stück M3x30 Schrauben und M3-Muttern
  • 2 Stück Blechschrauben 2,9×6,5 (DIN 7981)
  • RG58 Koaxialkabel
  • BNC-Buchse
  • 2 Stück Lötösen – passend für Blechschrauben
  • 1 Stück Kabelbinder
  • 2 Stück Ferrite-Ringkerne (Conrad, Best# 1086858-62)
  • Uhu allplast

Die Druckdaten habe ich wieder bei thingiverse zum download eingestellt, sie sind hier zu finden.

Update:

Ich habe für den Anschluss des Koaxkabels eine Befestigung für die BNC-Buchse entworfen, gedruckt und anschließend die Antenne final montiert…

BNC-Halterung: Deckel und die Halterung, in der schon die BNC-Buchse montiert ist.

BNC-Halterung: Deckel und die Halterung, in der schon die BNC-Buchse montiert ist.

BNC-Halterung in montierter Form.

BNC-Halterung in montierter Form.

Innenansicht der BNC-Buchsenhalterung - hier ist die Verbindung zum RG58-Koax zu erkennen.

Innenansicht der BNC-Buchsenhalterung – hier ist die Verbindung zum RG58-Koax zu erkennen.

Seitenansicht der BNC-Buchsen-Halterung.

Seitenansicht der BNC-Buchsen-Halterung.

Vorderansicht der BNC-Halterung. Gut zu erkennen sind die zwei Ferrite-Kerne, um die Mantelwellen zu dämpfen.

Vorderansicht der BNC-Halterung. Gut zu erkennen sind die zwei Ferrite-Kerne, um die Mantelwellen zu dämpfen.

Montiert: Die Para-Lindenblad für 70cm ist oberhalb der 2m-Lindenblad angebracht.

Montiert: Die Para-Lindenblad für 70cm ist oberhalb der 2m-Lindenblad angebracht.

Die Druckdaten für die BNC-Halterung habe ich ebenfalls bei thingiverse hinzugefügt.

Viel Spaß beim Nachbau!

Horrido und stay tuned.