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Airspy HF+

 

Im Herbst 2017 wurde auf der Webseite von Airspy ein neuer SDR präsentiert, der die Szene aufmischen sollte! Der Airspy HF+. Mit seinen sehr guten technischen Daten und zu einem Kampfpreis von $199USD, löste der Entwickler und Airspy- Firmenbesitzer Youssef Touil eine Hype auf diversen Hobbyforen aus. Viel wurde diskutiert und spekuliert. Denn es hiess vielerorts, der Airspy HF+ könne den teuren Direct Sampling SDR's Paroli bieten.

Für mich als Radiofreak war klar, ich musste der Sache selber auf den Grund gehen. So bestellte ich Mitte November 2017 ein Airspy HF+ direkt beim Hersteller Itead. Anfangs Januar 2018 erhielt ich dann eine Sendung auch China. Erwartungsvoll wurde das sehr kleine Päckchen geöffnet. Zum Vorschein kommt ein Kreditkarten- grosses Gerät, etwa 1cm dick und ungewohnt schwer. Das graue Gehäuse ist aus Aluminiumguss und exzellent verarbeitet.  Dem Gerät wurde noch ein USB- Kabel beigelegt.

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Die wichtigsten Eckdaten des HF+
 
-- Frequenzbereich: 9KHz – 31MHz, 60MHz – 260MHz
-- Mitlaufender Tiefpassfilter
-- Mitlaufender Bandpassfilter
-- Empfindlichkeit: 0.02uV
-- MDS (kleinstes empfangbare Signal über dem Grundrauschen) bei 500Hz Bandbreite: -140dBm
-- Grosssignalverhalten IP3+: +15dBm bei HF
-- Grosssignalverhalten IP3+: +13dBm bei VHF
-- Dynamikbereich HF: 110dB
-- Dynamikbereich VHF: 95dB
-- DDC: 18bit
-- Neuartiger Mehrphasen- Mischer zur Unterdrückung von Oberwellen
-- Frequenzstabilität: 0.5ppm
-- Ultra Rauscharmer, stabilisierter Oszillator (TCXO)
-- SMA- Antennenanschlüsse für HF & VHF
-- Micro USB- Anschluss
-- Betriebsspannung 5V ( über USB- Buchse)
-- Keine Treiber notwendig (Plug & Play)
-- Betriebsarten: AM, SAM, LSB, USB, CW, FM oder Softwareabhängig
-- Bandbreiten des Spektrums: 12KHz, 24KHz, 48KHZ, 96KHz, 192KHz, 384KHZ, 768KHz (SDR# V1.0.0.1637) oder Softwareabhängig
-- Masse: 91x50x12mm (BxTxH)
-- Gewicht: 190g

Funktionsprinzip des Airspy HF+

Der HF+ ist wie die anderen Airspy- Geräte aus selbem Haus, ein Tuner-basierter SDR. Das bedeutet, er arbeitet mit Mischer, PLL- Schaltung und VCO. Das Signal durchläuft von der Antenne kommend, einen mitlaufenden Tiefpass/Bandpassfilter (Tracking Lowpass/Bandpass Filter). Danach wird das Signal in einem speziellen Mischer gemischt und dann digitalisiert. Anschliessend durchläuft es die DSP und wird dann über die USB- Schnittstelle an den PC weitergereicht. Dort kann es mit diversen Programmen wie z.B. SDR# und SDR-Console  demoduliert und bearbeitet werden.

Die Arbeitsweise des neuartigen Mischers unterscheidet sich aber zu den üblichen Mischern von RTL- Tunern. Der HF+ arbeitet mit einem so genannten "Polyphase Harmonic Redjection Mixer". Dieser neue Mehrphasen- Mischer zur Unterdrückung von Oberwellen, ermöglicht dem Airspy HF+ herausragende Performance in der Low- Budget Klasse.

Innereien des Airspy HF+

Von aussen macht der HF+ eine sehr gute Figur durch das edle Aluminiumguss- Gehäuse. Wie sieht es eigentlich drinnen aus? Durch das aufschrauben der vier Schrauben und entfernen des Bodendeckels, wird der Blick auf eine sauber verarbeitete Platine frei. Wichtige Bauteile sind zusätzlich mit einem Blechgehäuse geschirmt. An der Stelle eine Anmerkung; der HF+ lädt zu Modifikationen ein! Doch weiter unten mehr dazu.

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Kompatible Software für den HF+

SDR#

Die Standardsoftware für den HF+ ist SDR#. Diese freie Software, die auch einige andere SDR's unterstützt, wurde wie der HF+ von Youssef Touil entwickelt. Sie ist eine flexible und Reaktionsschnelle Bediensoftware, die fast keine Wünsche offen lässt. Die SDR# läuft stabil und wird ständig weiterentwickelt. Mit ihr ist auch das Fernsteuern anderer HF+ mittels dem Spy-Server möglich. SDR# kann mit "Plugins" funktionell enorm erweitert werden. Bei so komplexen Programmen ist eine Einarbeitung unerlässlich und Zeitintensiv. Einige Einstellungen und aktivieren von Funktionen lassen sich nur durch Eingriff in die Programmdateien ändern. Für User ohne Kenntnisse eine schwierige Hürde! Wie jede Software, hat auch SDR# ihre Eigenheiten. Eine spezielle Eigenheit ist die Empfangspegelanzeige. Normalerweise wird der Signalpegel in S-Stufen oder dBm angezeigt. Nicht so bei SDR#, die verwendet "dBFS" als Pegelanzeige! Eine ziemlich unbekannte und ungewohnte Art der Signalanzeige für den Normal- Hörer. Was hat es auf sich mit der dBFS? Nach Abklärung bei Youssef und nach teils verwirrenden Diskussionen auf dem Forum dx-u, hier die Erklärung:

Die "dBFS" (dB Full Scale) wird verwendet, um die Aussteuerung des SDR's zu zeigen. Bei 0dBFS ist die Vollaussteuerung erreicht. Übersteigt die Aussteuerung die 0dBFS- Grenze, gerät der SDR oder bestimmte Baugruppen ins "Clipping", was Übersteuerung bedeutet.  Somit besteht die Gefahr, dass Intermodulationen oder erhöhtes Bandrauschen sich bemerkbar machen. In so einem Fall ist eine Abschwächung des Signal mittels Dämpfungsglied erforderlich. Die zweite Anzeige, die mit einem blauen Balken rechts neben dem Spektrum angezeigt wird, ist das wichtige SNR (Signal to Noise Ratio), zu deutsch "Signal Rausch Abstand". Dieser Wert hat eine grosse Bedeutung für den DX'er, weil er Rückschlüsse zur Signalqualität zulässt. Eine gute Erklärung hierzu habe ich bei Wikipedia gefunden:

<<Das Signal-Rausch-Verhältnis dient als Bewertungszahl zur Beurteilung der Qualität eines (analogen) Kommunikationspfades. Um die Information sicher aus dem Signal extrahieren zu können, muss sich das Nutzsignal deutlich vom Hintergrundrauschen abheben, das SNR muss also ausreichend groß sein. Fällt das SNR, steigt bei Digitalübertragungen die Fehlerrate.
Als Kennwert eines Empfängers charakterisiert das SNR, wann der Empfänger Rauschen vom Signal unterscheiden kann. Für einen Menschen ist in einem verrauschten Signal mindestens ein SNR von ca. 6 dB erforderlich, um darin enthaltene Sprache heraushören zu können.>>

SDR# muss nicht installiert werden, was die Inbetriebnahme des HF+ sehr vereinfacht. Den HF+ per USB- Kabel an den PC anschliessen, SDR# starten und ganz oben links unter "Source" den Airspy HF+ auswählen und Start klicken.

SDR-Console V3

Die bekannte und beliebte SDR-Console V3 unterstützt den HF+ in vollem Umfang. Lange bevor der HF+ offiziell auf den Markt kam, hatte Simon Brown ein Vorserien- Gerät erhalten, um ihn in die SDR-Console V3 integrieren zu können. Das hat sich gelohnt! Obwohl die SDR-Console V3 sich immer noch in der "Preview"- Phase befindet und noch diverse Bugs aufweist, macht es dennoch grossen Spass damit zu arbeiten. Bei richtiger Einstellung entlockt man dem HF+ beste Performance. Mit der V3 kann man auch auf das Spy-Server Netzwerk zugreifen.

Das Spy-Server Netzwerk

Mit SDR# und SDR-Console V3 hat man die Möglichkeit, auf online- stehende Airspy HF+ zuzugreifen. Auf der Webseite https://airspy.com/spy-servers/ sind einige HF+, aber auch andere Airspy- oder RTL-SDR's aufgelistet, die den Fernzugriff gestatten. Um auf online- stehende HF+ zuzugreifen, muss man bei  SDR# lediglich bei "Source" im Menu "Spy-Server" wählen und die Wahladresse eingeben, die auf der Airspy- Webseite zu finden ist.

Als Beispiel die Adresse meines HF+: sdr://fenu-airspy.ddns.net:5555

Für Vergleiche und erste Gehversuche mit der Software, ist das eine ganz gute Möglichkeit. Solange man alleine auf ein Gerät zugreift und dieses für den Empfang des gesamten Frequenzspektrums freigeschaltet ist, kann man fast ohne Einschränkungen das Gerät testen. Sobald ein zweiter User auf das selbe Gerät zugreift, kann man sich nur noch in dem 660KHz breiten Spektrum bewegen das gerade sichtbar ist. Das musste leider so gemacht werden, weil die Datenmengen zu gross werden und die Übertragung würde dann zusammenbrechen.

Auf Wellenjagd mit dem HF+

Nachdem ich so viel über den HF+ gelesen hatte, war ich natürlich sehr gespannt auf das Empfangsverhalten! Bevor ich mich ins DX- Getümmel stürzte, hörte ich erstmal bei den stärkeren KW und MW Sendern rein. Als erstes fiel das geringe Grundrauschen auf! Das hatte ich so nicht erwartet. Schnell den Winradio G33DDC Excalibur Pro eingeschaltet, um die Situation zu vergleichen. Tatsächlich! Der kleine HF+ bot das selbe geringe Rauschen wie der 10x so teure Winradio. Die kalibrierte Anzeige des Winradio zeigte -135dBm im 25m Band an als Grundrauschpegel. Da die SDR# Software "dBFS" als Pegelanzeige verwendet, konnte dies nicht umgerechnet werden. Aber Klanglich waren beide gleich auf. Schwache Signale waren für den HF+ überhaupt kein Problem. Die Empfangsqualität war im ersten groben Überblick gleich gut wie beim Winradio.

In den Abendstunden werden die Signale bekanntlich stärker und stellen viele Empfänger vor Herausforderungen. Es kommt vor, das Geistersignale auf Frequenzen auftauchen, die eigentlich frei sein sollten. So passierte das auch dem HF+.  Im 19m Band waren sehr viele unerwünschte Signale zu finden. Diese hatten ihren Ursprung im 49m Band und in der Mittelwelle. Beim Winradio G33DDC war keine einzige Geisterstation zu hören oder auf dem Spektrum zu sehen, obwohl der Preselektor ausgeschaltet war. Um einen Softwarefehler auszuschliessen, nahm ich beide Programme um die Situation im 19m zu checken. Die Geisterstationen waren auf beiden Programmen zu empfangen. Ein Softwarefehler war somit ausgeschlossen.

Auf den Bildern unten ist in einem 400KHz breiten Spektrum zu sehen, wie viele Geistersignale der HF+ im 19m Band produziert. Im Vergleich zum Winradio G33DDC der absolut sauberen Empfang bietet. Der Sender auf 15580KHz ist keine Geisterstation.

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Die obigen Erfahrungen sammelte ich in den ersten paar Stunden. Das war ernüchternd und dämpfte die anfängliche Euphorie etwas. Das hielt mich aber nicht davon ab, den HF+ wie immer zu testen und zu vergleichen. So beginnen wir den Test auf der am tiefsten empfangbaren Frequenz.

Im VLF- Bereich bis etwa 130KHz war der HF+ ziemlich taub. Andere Tester berichteten aber von guter Performance in diesem Bereich. Der Grund dafür war der Koppelkondensator im HF- Antenneneingang. Dieser dämpfte die tiefen Frequenzen ziemlich stark. In den Vorserie- Exemplaren war dieser noch nicht drin. An der Stelle des Kondensators war ein 0Ohm Widerstand, der vollen Frequenzdurchlass erlaubte. Es ging nicht lange bis findige Spezialisten einen Weg fanden dieses Manko zu umgehen. Einige machten eine Brücke über diesen Kondensator, andere waren cleverer und testeten diverse Kondensatorwerte um das beste Ergebnis zu finden. Aber weshalb ein Kondensator? Dieser Koppelkondensator verhindert das eindringen schädlicher Gleichspannung (DC) in die Elektronik und schützt die empfindlichen Empfängerbaugruppen vor Beschädigung.

Aufgrund dieser Tatsache liess ich erstmal das testen des VLF- Bereiches, bis mein HF+ auch modifiziert war. Der Langwellenbereich funktionierte gut bis sehr gut. Hier sehr geringes Grundrauschen und akzeptable Empfindlichkeit. Vermutlich machte sich auch auf Langwelle die Wirkung des Koppelkondensators bemerkbar. Pegelunterschiede zum Winradio waren hier feststellbar. Auf der Mittelwelle und Kurzwelle spielte der HF+ hervorragend! Empfindlichkeit und  Rauschverhalten waren einfach Top! In diesen Disziplinen konnte der HF+ dem wesentlich teureren Winradio tatsächlich Paroli bieten!

Nun stand das DX-Camp im Holzerbachtal bei Solingen auf dem Programm. Ein Kollege der auch teilnahm, modifizierte mir den HF+, damit der VLF- Bereich auch empfangbar wurde. Im ganzen hatten wir zehn Antennen am Antennenverteiler. Darunter Loops, Aktive Dipole, Mini Whip und ein 80m Langdraht. Besonders der Langdraht lieferte extrem starke Pegel. Glücklicherweise waren die Störungen schwach an diesem Camp. Grundrauschpegel von -140dBm waren fast normal. Der Airspy HF+ verkraftete die meisten Antennen ohne gross zu übersteuern. Meist bei den grösseren und Pegelstarken Antennen machten sich in den Abendstunden Übersteuerungseffekte auf VLF und KW bemerkbar. Abgesehen von diesen verkraftbaren Ausrutschern, lieferte der HF+ sehr gute Empfangsergebnisse und konnte sich bewähren.

Um noch mal auf VLF zurückzukommen; Nach der Modifikation, spielte der HF+ richtig gut in diesem tiefen Frequenzbereich. Wir hatten fünf HF+ an diesem Camp. Alle am Koppelkondensator modifiziert. Mit der kleinen MiniWhip gelang uns ein seltener Empfang. Ein Zeitzeichensignal auf 40KHz  aus Japan. Mit dem HF+ problemlos zu empfangen.

Wieder Zuhause, wurde noch der VHF- Bereich unter die Lupe genommen. Mit den vorhandenen Antennen, die hauptsächlich für KW ausgelegt sind, wurde der VHF- Bereich nur angetestet. Immerhin war UKW- Rundfunk in Stereo empfangbar. Auch Flugfunksignale konnten hie und da empfangen werden.

Modifikation des Koppelkondensators im HF- Eingang

Ein grosses Thema auf einigen Internetforen war die Modifikation des Koppelkondensators für höchste Empfindlichkeit des HF+ im VLF- Bereich. Viele überbrückten diesen einfach, andere tauschten in aus gegen Kondensatoren mit anderen Werten. Gut bewährt hat sich ein Wert zwischen 100nF bis 150nF. Der Original verbaute hat einen Wert von 330pF. Der Kollege hat bei meinem drei Stück Parallel geschaltet mit einem Gesamtwert von 130nF eingelötet. Das Ergebnis kann sich hören lassen. Der HF+ empfängt jetzt ab ca. 10KHz. Diese Modifikation hat kein Einfluss auf die oberen Frequenzbereiche. Die Schaltungs- Änderung sollte nur gemacht werden, wenn man grossen Wert auf den VLF- Bereich legt, oder die volle Empfindlichkeit auf der Langwelle will. Airspy teilte mir mit, dass die nächste grosse Charge der HF+ diese Modifikation bereits verbaut hat. Allerdings mit etwas anderen Werten.

Eine weitere Modifikation ist ein Firmware- Update des HF+. Ein paar Tage nach erhalt des HF+, bekam ich das Firmware- Update von Airspy zum testen. Dieses Update veränderte die AGC- Regelgrenze um -6dB, was sich gut bemerkbar machte. Der Empfang wurde dadurch ruhiger und angenehmer. Insbesondere die Verstärkungsregelung sehr starker Signale wurde verbessert. Interessanterweise waren nach dem Update weniger Intermodulationen zu beklagen.

Die neusten Firmware- Updates können hier runtergeladen werden. Ganz unten auf der Webseite.  https://airspy.com/airspy-hf-plus/

Die neuste SDR#- Version kann hier runtergeladen werden. https://airspy.com/download/

Bild 1: Original 330pF SMD- Kondensator
Bild 2: Modifikation mit drei parallel geschalteter Kondensatoren. Gesamtwert 130nF
Anmerkung: Die Bezeichnung "R3" auf der Platine stimmt nicht. Die müsste mit "C3" bezeichnet sein, weil ein Kondensator verbaut ist.
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Audiovergleiche zwischen dem Airspy HF+ und Winradio G33DDC Excalibur Pro

Zugegeben, ein etwas ungewöhnlicher Vergleich! Aber angesichts dessen, was dem HF+ nachgesagt wird, finde ich es dennoch passend, einen Low-Cost- SDR mit einem Premium- SDR zu vergleichen.

Vergleichsbedingungen: Beide Geräte wurden über den bewährten Antennenschalter  ELAD ASA-62 wahlweise an die Kreuzloop/RLA4-2E oder der Datong AD370 angeschlossen. Die Steuerprogramme wurden möglichst gleich eingestellt. Es wurde keine Rauschunterdrückung (NR) verwendet. Bandbreiten bei beiden immer gleich. Noiseblanker eingeschaltet, keine zusätzliche Verstärkung oder Dämpfung des Signals.

Beim anhören der Audiovergleiche unbedingt einen Kopfhörer verwenden!

Sekunde 0-10 >> Winradio G33DDC Excalibur Pro
Sekunde 10-20 >> Airspy HF+

 

66.66KHz
CW
Time Signal
Taldom Severnyj
198KHz
AMS
BBC R4
1575KHz
AMS
RAI 1
4875KHz
AMS
Radiodifusora Roraima
5025KHz
AMS
Radio Rebelde
5450KHz
USB
RAF Volmet
5980KHz
AMS
Radio Marti
7093KHz
LSB
Amateurfunk
7850KHz
USB
CHU Canada
11253KHz
USB
RAF Volmet
12140KHZ
AMS
Radio Liberty
14125KHz
USB
Amateurfunk
15690KHz
AMS
Radio Farda
17870KHz
AMS
ALL INDIA RADIO
21670KHz
AMS
Radio Saudi
 

Fazit:

Nach der intensiven Testphase von ca. 4 Wochen habe ich den HF+ gut kennen gelernt. Mit SDR# sowohl mit der SDR-Console V3 vermochte der kleine HF+ zu überzeugen. Nicht in jeder Hinsicht, denn sein Verhalten an Leistungsfähigen Hobby- Antennen deckten seine Schwäche auf. Das Grosssignalverhalten war nicht immer ausreichend genug. Tagsüber spielte der HF+ hervorragend und ohne Probleme. Am Abend jedoch, traten in VLF- Bereich sowie auf der Kurzwelle Geisterstationen auf. Abgesehen davon, liefert der HF+ exzellente Empfangsleistungen in allen Bereichen. In der Low- Budget Klasse ist der HF+ ein Überflieger!

Der HF+ ist ein Highlight in der SDR- Szene!  Bestes Preis/Leistungs- Verhältnis.

gepostet 09.02.2018

 

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