Der IQ-Detektor
Ein Software Defined Radio hat meist ein Frontend mit IQ-Ausgang
bei 12 kHz zum Anschluss direkt an die Soundkarte. Alles weitere
passiert in der Software. Im Zusammenhang mit dem Elektor SDR-Shield
kam die Frage auf, ob man die Signalverarbeitung nicht auch in Hardware
gießen könnte. Das würde nämlich bedeuten, dass mit der geeigneten
Arduino-Software ein völlig autonomer Empfänger entstehen könnte. Die
Aufgabe ist also ein AM-Demodulator für IQ-Signale. Und es hat sich
gezeigt, dass das einfacher geht als gedacht.
Der
erste Versuch basiert auf einem ZF-Filter mit zwei Festinduktivitäten.
Mehr oder weniger zufällig kam eine Arbeitsfrequenz von 16 kHz dabei
heraus, weil Kondensatoren mit 22 nF gerade herumlagen. Mit einem
Koppelkondensator von 1 nF entsteht ein gutes Bandfilter mit der
passenden Bandbreite.
Die beiden Signale I und Q sollten mit
einer Phasenverschiebung von 90 Grad zusammengemischt werden. Bei 16
kHz stimmt das recht genau, weil der Kondensator von 1 nF da gerade
einen kapazitiven Widerstand von 10 kOhm hat. Der Q-Kanal wird also bei
der Arbeitsfrequenz um 90 Grad verschoben, während der I-Kanal ohne
Phasenverschiebung eingekoppelt wird. Wie erwartet verstärken sich die
Signale bei + 16 kHz und heben sich bei -16 kHz auf. Es entsteht also
tatsächlich eine brauchbare Spiegelunterdrückung. Die erste Aufgabe der
Signalverarbeitung ist damit gelöst.
Die zweite Aufgabe ist die
Signalfilterung. Dafür ist das Bandfilter da. Das hat ja schon bei
alten Radios gut funktioniert und läuft jetzt nur auf einer kleineren
Frequenz. Und dann kommt noch der AM-Demodulator in Form einer
Detektor-Diode. Zur Unterstreichung der historischen Kontinuität wurde
eine mehr als 50 Jahre alte OA161 verwendet. Dahinter kommt ein
hochohmiger Kopfhörer oder ein niederohmiger Kopfhörer mit Übertrager.
Und schon hört man etwas. Der Klang ist sehr angenehm und weich, was
wohl hauptsächlich dem Bandfilter zu verdanken ist.
Die
erste Schaltung funktionierte nur bei den stärksten Signalen gut und
brachte noch keine sehr hohe Lautstärke. Deshalb wurde noch eine
ZF-Verstärkerstufe eingefügt. Nun kann der AM-Gleichrichter mit
Vorspannung arbeiten. Deshalb funktioniert auch eine Si-Diode. Das
Ergebnis ist eine gute Empfindlichkeit und hohe Lautstärke an einem
32-Ohm-Kopfhörer.