Bei professionellen 1090-MHz-ADS-B-Empfangsstationen stellt die Dämpfung langer Koaxialleitungen den größten Engpass für die Systemempfindlichkeit dar. Der Einsatz von Power over Ethernet (PoE) revolutioniert diese HF-Architektur: Einplatinencomputer (SBC) und SDR-Empfänger wandern in einem wetterfesten Gehäuse direkt an den Mast, versorgt über ein einziges geschirmtes Cat6/Cat7-Kabel.
📡 Hardware-Spezifikationen & HF-Parameter
HF-Architektur: Koaxialdämpfung versus Mastmontage
Auf der Frequenz 1090 MHz führt herkömmliches Koaxialkabel zu massiven Leitungsverlusten. Standard-RG-58 weist etwa 0,6 dB Dämpfung pro Meter auf; selbst hochwertige Low-Loss-Kabel wie LMR-400 dämpfen das Signal um ca. 0,13 dB/m. Bei einer 20-Meter-Kabelstrecke vom Mast gehen im LMR-400 mehr als 2,6 dB verloren – fast die Hälfte der empfangenen HF-Leistung. Nach der Friis-Formel für Kaskadenrauschen gilt:
$$F_{\text{tot}} = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2}$$
Jede Dämpfung ($L = 1/G_1$) vor der ersten aktiven Verstärkerstufe verschlechtert das Gesamtrauschmaß Dezibel für Dezibel. Wird der Rechner (z. B. Raspberry Pi) mitsamt SDR in ein wetterfestes IP67-Gehäuse direkt am Mast montiert und über ein kurzes Jumperkabel (< 50 cm LMR-240, Verlust < 0,15 dB) angeschlossen, entfallen Leitungsverluste nahezu vollständig.
PoE-Standards (802.3af/at) und Entstörung von Schaltnetzteilen (EMI)
Der Standard IEEE 802.3af liefert bis zu 15,4 W bei nominal 48 V, während 802.3at (PoE+) bis zu 30 W bereitstellt. Die Verwendung von 48 V ist unabdingbar, um die Stromstärke in den dünnen AWG-23/24-Leitern des Cat6-Kabels gering zu halten und Spannungsabfälle über Strecken von bis zu 100 Metern zu minimieren.
Die größte technische Herausforderung bei abgesetzten SDR-Knoten ist der DC-DC-Abwärtswandler im PoE-Splitter (48 V auf 5 V). Schaltfrequenzen zwischen 100 kHz und 500 kHz sowie Restwelligkeit können über die USB-Schiene in den Tuner (R820T2/R860) einstreuen und das Grundrauschen anheben. Abhilfe schaffen galvanisch getrennte Splitter (1,5 kV Prüfspannung), Ferritkerne (Material 31 oder 43) am USB-Ausgang und Low-ESR-Stützkondensatoren.
HF-Filterung am Mast: Cavity- versus SAW-Filter und LNA-Versorgung
Am Mast profitiert die Antenne von idealen Sichtverbindungen, ist jedoch auch starker Übersteuerung durch Rundfunk-FM (88–108 MHz) und Mobilfunk-Basisstationen (LTE 800/900 MHz) ausgesetzt. Eine steilflankige Vorselektion ist unverzichtbar:
- SAW-Filter (Oberflächenwellenfilter): Sehr kompakt, ideal hinter einer Vorstufe, besitzen aber Durchgangsdämpfungen von 2,0 bis 3,5 dB.
- Cavity-Filter (Topfkreis- / Hohlraumresonatorfilter): Bieten extreme Gütefaktoren (Q), minimale Einfügedämpfung (< 0,8–1,2 dB bei 1090 MHz) und über 50 dB Sperrdämpfung bereits bei ±50 MHz Abstand.
Wird ein rauscharmer Mast-Vorverstärker (LNA, NF < 0,6 dB) eingesetzt, kann dieser über die interne Bias-Tee-Phantomspeisung des SDR (4,5–5 V über Koax) direkt gespeist werden.
SDR-Verstärkungskalibrierung und Wärmemanagement
Ohne die Dämpfung einer langen Koaxialleitung führt eine maximale SDR-Verstärkung (z. B. 49,6 dB) zwangsläufig zu Intermodulation und ADC-Clipping bei Flugzeugen im Nahbereich. Über dump1090-fa oder readsb sollte der Gain so kalibriert werden, dass Nachrichten mit Signalstärken über -3 dBFS lediglich 1 % bis 5 % des Gesamtempfangs ausmachen.
| Komponente / Parameter | Optimaler Wert / Beschreibung |
|---|---|
| PoE-Standard | IEEE 802.3at (PoE+, 30W) für Raspberry Pi 4/5, SDR und Lüfter |
| Netzwerkkabel | Cat6 S/FTP für den Außenbereich, UV-beständig mit Beilaufdraht |
| HF-Jumperkabel | LMR-240 / LMR-400 UltraFlex N-Stecker auf SMA-Stecker, Länge ≤ 0,5 m |
| HF-Bandpassfilter | 3-Kammer-Cavity-Filter 1090 MHz (±15 MHz Bandbreite, > 50 dB Sperre auf LTE900) |
| PoE-Splitter | Galvanisch isoliert, Ausgang 5V 3A - 4A USB-C, Ripple ≤ 30 mVpp |
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