Empfang von Wetterballonen

Grundlagen: Mit dem Empfang der Daten von Wetterballonen ist es ähnlich wie beim Empfang von Wettersatelliten. Natürlich lassen sich alle möglichen atmosphärischen Daten heutzutage im Internet finden. Das kann einen echten Bastler aber nicht davon abhalten selber einen Ballonempfänger zu bauen und die Daten "live" mit zuschreiben
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Viele Wetterstationen verwenden Sonden der finnischen Firma > VAISALA <. Diese Geräte senden ihre Daten im UHF-Band bei 400 MHz. Da die Sendeleistung etwa 50mW beträgt kann über eine Entfernung von über 100 km empfangen werden. Die digitalisierten Daten der Sensoren für Luftdruck (Höhe), Temperatur und Luftfeuchtigkeit werden mittels GMSK-Modulation zur Bodenstation übertragen. Viele Sonden tragen auch eine GPS-Empfänger der die Positiondaten übermittelt. So können ohne aufwändige Radarmessungen auch Windgeschwindigkeiten bestimmt werden.

	Die Radiosonde RS92-SGP ( ohne Gehäuse)
	Auf der Platine befinden sich die Messelektronik und der UHF-Sender Deutlich sichtbar ist die Quadrifilar- Antenne des GPS-Empfänger. Der rechte, etwa 30 cm lange Stahldraht ist die UHF-Sendeantenne. Auf der linken flexiblen Leiterplatte sind die Sensoren untergebracht. Links der Temperatursensor, daneben die beiden Feuchtsensoren. Der Drucksensor ist auf dem Bild nichtr sichtbar

Empfangsystem für Ballonsonden

Antenne:
Für den Empfang weiter entfernter Radiosonde benötigt man eine gute Antenne. Der Verfasser verwendet eine selbstgebaute Yagi mit insgesammt sieben Elementen nach einem Design von F4ESK. Der Boom besteht aus 10 x 10 mm Alu-Vierkantrohr, die Stäbe aus 6 mm Alu-Rohr, alles vom Baumarkt. Das Antennenkabel RG58U ist ohne Anpassung und Symmetrierung direkt am Mittelspalt des Dipols angeschlossen.
Da die Sendeantenne am Ballon vertikal polarisiert ist steht auch die Yagiantenne hochkant und je nach Flugbahn des Ballon ist sie mehr oder weniger geneigt.

	Abstand	Länge
Reflektor	0	370
Dipol	166	367
1. Direktor	237	324
2. Direktor	369	320
3. Direktor	528	317
4. Direktor	716	312
5. Direktor	923	310

Vorverstärker:
Da es dem folgendem Empfänger etwas an Empfindlichkeit fehlt wird noch ein Vorverstärker zwischen Antenne und Empfänger eingeschleift. Der Eingangs- und Ausgangskreise des Verstärkers sind als Topfkreise ausgeführt und sind auf eine Mittenfrequenz von 402 MHz abgestimmt. Das aktive Element ist ein rauscharmer Transistor BF 981.

Empfängerplatine:
Der eigentliche Empfänger ist auf einer Lochrasterplatte im Euroformat auf gebaut und passt in das schon mehrfach erwähnte 19-Zoll Messsytem.
Um den etwas kritisches Aufbau eines 400 MHz Eingangsteiles zu umgehen wurde ein fertiger TV-Tuner zu diesem Zweck verwendet. Dieser Tuner FM12 von Phillips war auf vielen TV-Karten verbaut und ist oft sehr günstig bei Ebay zu bekommen.

Für diesen Zweck wird der Bereich 2 ( 160 .. 442 MHz) verwendet. Die Abstimmung und Bereichsumschaltung des Tuner erfolgt über den I2C-Bus. Leider sind der ZF-Verstärker und die Demodulatoren des Tuners für den GMSK-Empfang völlig ungeeignet. Deshalb wird das ZF-Signal nach dem Mischer entnommen und nach einer Nachverstärkung auf 10.7 MHz gemischt.
	Als Mischer und zweiter LO arbeitet der altbekannte SO42P. Der 2. LO ist mit einer Kapazitätsdiode zur Feinabstimmung um etwa 100 kHz verstellbar, da der Synthesyzer des Tuner nur Schritte von 50 kHz erlaubt. Das 10.7 kHz Signal wird nach Filterung mit einem Keramikfilter dem FM-Baustein TDA1047 zugeführt. Diese Baustein beinhaltet den 2. ZF-Verstärker und den Schmalband-FM-Demodulator. Das NF-Signal wird weiter verstärkt und mit einem Komparator digitalisiert. Die Rechteckspannung wird dann dem Soundeingang des PCs zugeführt. Ein parallerer Zweig verstärkt die NF für die Lautsprecherwiedergabe zu Kontrolle des Empfangs.

Ist die Anlage fertigt kann man die ersten Empfangsversuche unternehmen. Die meisten Ballonstart finden um 12:00 und um 0:00 Ortszeit statt. Genaue Zeiten und Frequenzen findet man. z.B. auf der Seite der Sondenjäger. Die Seite bietet neben der Lage der Startplätze auch sehr viele Infos rund ums Thema.

Für den Standort des Verfassers im Süden von München kommt die Wetterstation in Oberschleissheim für erste Versuche in Frage. Deren Ballon senden auf 405.5 MHz..

Die Auswertung der Signale erfolgt durch ein entsprechendes Programm im PC dem die Audiofrequenz über den Soundeingang zugeführt wird. Zuerst sollte man sich das NF-Spektrum überprüfen. Das kann z.B. mit > Spectrum Lab < von Wolfgang Büscher geschehen. Im Bereich von 0 Hz bis 6000 Hz fällt die Hauptlinie bei 2400 kHz auf. Im unteren Spektrum ist das Signal noch verrauscht aber schon gut genug dass Datenframes gelesen werden können.
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Die Daten der Sonde werden im Manchestercode übertragen. Für die Dekodierung verwendet man am einfachsten ein fertiges Programm. Sehr geeignet ist das Programm >SondeMonitor< das man als kostenlose 30 Tage von COAA Centro de Observação Astronómica no Algarve
bekommen kann.

Als Ergebniss der Bemühungen erhält man dann einen Plot der Sensordaten. Die braune Kurve zeigt die Temperatur, die rote und die orange Kurve die Luftfeuchtigkeit, und die blaue Kurve zeigt die Daten des Barometers und somit die Flughöhe. Die Höhenkurve zeigt auch deutlich das Platzen des Ballons nachdem die Sonde am Fallschirm zur Erde zurück kehrt.
In einem Fenster werden die zugehörigen Zahlenwerte, die Uhrzeit, die Frequenz und die GPS-Daten angezeigt.

Im linken Bild wurden die GPS-Daten in eine aus Google-Map entlehnte Karte eingetragen. Man sieht den Flug des Ballons von München (Start in Oberschleissheim) , entlang des Starnberger Sees nach Süden zum Kochelsee. Hier dreht offenbar der Wind und der Ballon treibt entlang der Deutsch-Österreichen Grenze nach Osten.

Vom Standort des Verfasser im Süden von München sind Ballone von verschiedenen Startorten gut zu empfangen.

Startort	Entfernung	Frequenz

Oberschleissheim	16 km	405.5 MHz	sehr starkes Signal
Altenburg	56 km	402.5 MHz	sehr starkesSignal
Kümmersbruck	150 km	402.7 MHz	gutes Signal
Stuttgart	189 km	405.1 MHz	mäßig, aber dekodierbar
Meiningen	286 km	402.3 MHz	gutes Signal