WSPR – De ontwikkeling van een WSPR-baken

Al weer geruime tijd geleden bouwde Hans PA3CCX zijn eerste WSPR-bakenzender en gaf daar al eens een lezing over op een VRZA-afdelingsbijeenkomst. Maar, alles kan altijd beter. Zo ook het baken van Hans. Hij bracht diverse verbeteringen en uitbreidingen aan. Daarover vertelde hij de leden van VERON Midden- en Noord-Limburg op 21 maart 2025 op de afdelingsbijeenkomst in Haelen.

Lees hier wat WSPR is en welke modificaties Hans zoal doorvoerde in de tweede versie van zijn baken.

WSPR – Weak Signal Propagation Reporter

WSPR – Weak Signal Propagation Reporter – is een communicatiemechanisme dat primair bedoeld  is voor propagatie-onderzoek. De berichten die worden verzonden hebben een standaard inhoud en structuur, bestaande uit call, locator en uitgezonden vermogen. WSPR-ontvangers loggen ontvangen berichten op WSPRnet, alwaar de data geraadpleegd en gevisualiseerd kan worden. WSPR-berichten bevatten enige redundantie om, indien er onderweg “wat bitjes omvallen”, de inhoud van het bericht alsnog te kunnen reconstrueren (forward error correction). Een compleet bericht omvat slechts 50 bits. Inclusief de extra bits voor de foutcorrectie bedraagt het totaal echter 162 bits. Ondanks dit geringe aantal, duurt het versturen van een enkel bericht toch nog 110,6 seconden. Dat komt door de gebruikte, zeer lage baudrate van slechts 1,6448 bits/sec.

WSPR maakt gebruik van FSK (Frequency Shift Keying) met vier verschillende frequenties met onderling slechts een frequentieverschil van 1,4647 Hz. De bandbreedte van het signaal bedraagt 6 Hz. WSPR-berichten worden tijdgesynchroniseerd uitgezonden: ze starten steeds op een seconde na de start van een even minuut (voorbeeld: 13:00:01 of 23:20:01). Om deze reden dienen zenders en ontvangers over een nauwkeurige klok te beschikken. Vaak wordt daartoe het kloksignaal van een GPS-ontvanger gebruikt.

De minimale signaal-ruisverhouding (SNR) voor ontvangst bedraagt ongeveer -34 dB. Met andere woorden, WSPR-berichten kunnen nog goed ontvangen worden als ze zich al diep in de ruis bevinden. Ter vergelijking: een CW-signaal (12 wpm) vergt een SNR van -12dB om nog gelezen te kunnen worden. Met andere woorden: WSPR is 22 dB gevoeliger dan CW.

WSPR-baken 2.0

Hans maakte de eerste versie van de WSPR-bakenzender op basis van een ontwerp van Ron PA0RWE. Dat baken is volledig functioneel en bevat slechts een beperkt aantal componenten: Arduino Nano, AD9851 DDS (RF-sinusgenerator), NEO 7 GPS-module en een LCD-display. Met het zo verkregen baken ben je QRV van 160 tot en met 10 meter. Wel beschik je dan slechts over -1 dBm uitgangsvermogen (0,8 mW) en bovendien laat de onderdrukking van ongewenste signalen ook te wensen over (-30 to -40 dB).

In de tweede versie van het baken nam Hans deze beperkingen weg, maar voegde daarnaast nog diverse interessante functies toe.

Meer zendvermogen

Alhoewel zelfs met een uitgangsvermogen van 1 mW met een WSPR-baken aanzienlijk afstanden overbrugt kunnen worden, is het toch aan de krappe kant. Hans koos voor 10 Watt uitgangsvermogen. Hij gebruikte daarvoor de voor de LimaSDR ontworpen eindtrap van DJ0ABR.

Om het uitgangsvermogen op alle amateurbanden gelijk te krijgen, werd een programmeerbare verzwakker ingezet. Aliexpress  biedt de toegepaste component, de HMC472ALP4E, aan voor $3,50. Daarmee kan een verzwakking tussen 0 en -32 dB worden gerealiseerd in stapjes van 0,5 dB over het frequentiebereik van DC tot 3,8 GHz.

Breedbandantenne

Om het baken op alle HF-amateurbanden te kunnen laten werken, is een antenne nodig die al deze banden afdekt, bij voorkeur zonder dat een antennetuner nodig is. Hans koos uiteindelijk voor een clone van de CHA-250B-antenne. Dat is een verticale “spriet” van 7,5 meter lengte met een vrij complexe aanpassingstransformator. Met deze antenne en zelfgewikkelde transformator realiseerde Hans een SWR van minder dan 2,5 voor de banden 80 tot 10 meter en minder dan 5 op de 160m-band.

Andere verbeteringen

• 

  80MHz-laagdoorlaatfilter

  Om ongewenste hoogfrequentsignalen te onderdrukken werd een schakelbaar, 7de-orde laagdoorlaatfilter achter de eindtrap geplaatst en bovendien een 80MHz-laagdoorlaatfilter direct achter de RF-sinusgenerator.

• Door een kleine aanpassing in de uitgangsschakeling van de AD9851-sinusgenerator kon 6dB-vermogenswinst geboekt worden.
• Het nieuwe baken ondersteunt nu naast WSPR ook de mode FST4W-120.
• De frequentiestabiliteit werd verbeterd door toepassing van een GPSDO op 10 MHz.

Meer informatie

Slides presentatie: WSPR – de ontwikkeling van een WSPR-baken door Hans PA3CCX