ADS-B Luftraumüberwachung

ADS-B ist die Abkürzung für Automatic Dependent Surveillance Broadcast und dient zur Übermittlung von Flugzeugdaten im Luftraum. Mit ADS-B wird die Sicherung des Flugraumes durch Anzeige aller Flugbewegungen auf Basis der Mode S Transponder-Technologie gewährleistet.

Zusätzlich zur Standortbestimmung des Flugzeuges per GPS, wird über die Frequenz von 1090 MHz bei ADS-B im Sekundentakt die Flugnummer, die Flugzeug-Registrierung, der Flugzeugtyp, ein Zeitstempel, die Geschwindigkeit, die Flughöhe, die Flugrichtung und noch weitere informative Daten vom Flugzeug übermittelt.

ADS-B ist frei empfangbar. Mit einem entsprechenden ADS-B-Receiver z.B. in Form eines DVB-T USB-Sticks, einer passenden ADS-B-Antenne und einem Computer, können also Flugzeugdaten von ADS-B empfangen werden.

Teilt man diese Empfangsdaten mit Flight-Tracking-Anbietern wie Flightradar24, AirNav RadarBox, flightaware, ADS-B Fi, OpenSky Network oder planefinder, erhaltet ihr je nach Anbieter einen speziellen Premium-Account.

Ein weiterer Flight Tracker ist wingbits, wo die Entwickler auch etwas vom dem Kuchen ADS-B abhaben möchten. Der Plan hinter wingbits ist ein community gesteuertes Flight Tracking Ecosystem global zu erschaffen, dass die Nutzer später belohnt. Davon habe ich jedoch noch nichts gemerkt.

Das System setzt auf den abgespeckten ADS-B Demodulator und Decoder readsb – welches wiederum ein Fork von Mictronics ist und nicht auf den von Flightaware gepflegten dump1090 setzt.

Es gibt auch die Möglichkeit einen kostenlosen kompletten PC / Receiver bei einigen Flight-Tracking-Anbietern anzufragen, gerade in Regionen ohne ADS-B-Abdeckung, ist das sehr sinnvoll.

Anbei findet ihr meine Tipps und Praxiserfahrungen nach über 8 Jahren ADS-B. Es ist ein wenig zusammengewürfelt…

Setup für ADS-B-Empfang

Wir benötigen eine ADS-B-Antenne (abgestimmt auf 1090 MHz) mit passendem Koaxial-Antennenkabel, einen PC / Mac / Raspberry Pi und einen ADS-B-Receiver (USB-Stick) SDR (Software Defined Radio) als Empfänger.

Möchtet ihr nur sporadisch mal euren Receiver mit Antenne anwerfen, dann reicht ein PC oder Mac, eine einfache Stabantenne für ADS-B und ein DVB-T USB-Receiver.

Welchen Computer?

Falls wir den PC / Mac im Dauerbetrieb laufen lassen möchten, ist der kleine Entwicklungscomputer Raspberry Pi ideal. Ein sparsamer Raspberry Pi Zero 2 W mit 512MB RAM ist perfekt, der Pi 3 ebenso, ein Pi 4 auch, aber schluckt mehr Strom und ist bestimmt schon ein wenig overdosis aufgrund der Hardware. Der Arduino oder Orange Pi wären eventuell Alternativen.

WLAN / WiFi reicht hier übrigens vollkommen. Die Stromversorgung des Raspberry im Außenbereich kann per POE (z.B. via POE Injector innen) und POE-Splitter draußen, verbunden über einem Flachband-Ethernet-Kabel durch eine Tür oder Fenster realisiert werden.

Oder nur den LNA / USB-Receiver per USB-Hub / aktiver USB-Verlängerung im Freien draußen montiert.

Da gibt es viele Beispiele im Netz, wie man den Raspberry Pi oder nur den LNA / USB-Receiver sicher draußen in einem wasserdichten Elektro-Abzweigkasten anschließen kann.

Welcher ADS-B-Receiver?

Ein DVB-T USB-Stick mit integriertem Receiver reicht schon als Empfänger aus. Oft sind sogenannte RTL-SDR USB Dongles mit R820T2 / RTL2838U-Chip im Einsatz.

Möchte man einen top ADS-B Receiver greift man zum Flightaware Pro Stick Plus oder den blauen / grünen ADSBExchange USB Stick. Dieser ist sogar gegen Störungen / Interferenzen noch besser abgeschirmt mit einem Metallgehäuse und leitet Wärme besser ab.

Oder den neuen RTL-SDR V4 USB-Stick. Ideal, wenn man einen LNA und Hohlraumfilter davor betreibt. Dieser benötigt jedoch neue Treiber in Form der librtlsdr. Die Performance des V4 steht oberhalb von 100 MHz jedoch dem V3 etwas nach. Der V4 ist für sehr niedrige Frequenzen ausgelegt mit dem umbenannten R828D Tuner Chip, der identisch mit dem R820 ist.

Der grüne AirNav Radarbox USB-Stick ist etwas schlechter in der Empfangsleistung, weil der integrierte 1090-MHz-Filter vor dem LNA (Verstärker) installiert ist.

Das kann in sehr wenigen Ausnahmen sinnvoll sein, aber durch den Filter vor dem LNA sinkt durch die Dämpfung des Filters die Eingangsleitung ab, weswegen der Flightaware Pro Stick Plus und der blaue / grüne ADSBExchange USB Stick von der Leistung her bessere Empfangsergebnisse liefern – auch in meinen Praxistests konnte ich das immer beobachten.

Der ADS-B USB-Receiver sollte einen RTL2838U-Chip haben und keinen E4000 Tuner Chip. Der E4000 ist super für DVB-T Fernsehen und sehr frequenzstabil, aber hat eine Empfangslücke für ADS-B ab ca. 1100 MHz und schwächt die Empfangsleistung etwas ab. Also z.B. ein NooElec Smartee XR (mit E4000 Tuner) ist für ADS-B nicht geeignet.

Es gibt auch professionelle stand-alone ADS-B Empfänger, die natürlich ihren Preis haben, aber schon mit kleinem PC und Receiver fertig konfiguriert und mit top Hardware versehen sind. Meist schlummert in diesen teuren Empfängern ein Raspberry Pi.

Sehr professionell sind dann die Airspy Mini USB-Receiver. Allerdings ist der Preis dieses SDR USB-Receivers auch sehr hoch.

LNA – Preamp – Verstärker

Der LNA (Low Noise Amplifier) Verstärker muss immer dicht bei der Antenne sitzen, falls dieser aufgrund von langen Kabelwegen eingesetzt werden soll. Hier könnte man aber eine längere USB-Kabellänge verwenden, wenn möglich.

Mit einem LNA muss unbedingt die gain reduziert werden. Der Flightaware Pro Stick Plus hat auch einen LNA + Filter integriert. Also ca. 44.5 gain wäre je nach Setup ideal, aber nie „-10“ oder gar 60.

Leider werden immer noch falsche gain-Werte wie „-10 oder 60 oder 0“ mit der Tuner AGC selbst in Installations-Skripten genutzt! Die beiden gain-Werte sind immer falsch für ADS-B. Wenn man so eine hohe gain wirklich benötigt, stimmt auch das Hardware-Setup nicht.

Der RTL-SDR Dongle hat zwei Tuner Chips mit jeweils einem Amplifier integriert: den Tuner R820T2 und der Demodulator RTL2832u. Diese Chips sowie auch die RTL autogain sind für Wideband DVB-T oder DAB entwickelt worden, nicht für ADS-B oder auch nicht für AIS Marine.

Ein LNA kann übrigens kein schlechtes Signal verbessern, auch wenn der LNA zwar Verstärker genannt wird. Oft kann ein LNA auch zu einer Überladung des Receivers führen.

Durch eine zu hohe oder falsche gain oder auch Fremdfunksignale, die ebenfalls mit verstärkt werden. Hier sollte dann ein Hohlraumfilter für 1090 MHz verwendet werden und die gain abgesenkt werden.

Beim ADS-B-Empfang kann jedoch durch einen hochwertigen LNA das Rauschen minimiert und das Signal fast verlustfrei über lange Kabelwege geleitet werden. Zusätzlich kann der LNA noch Jamming / Störsignale ausfiltern. Nutzt dazu immer kurze hochwertige dicke echte „Low Loss Koaxialkabel“ für eine hohe Performance und niedriger Dämpfung / Verlust.

Der RTL-SDR LNA mit Triple Filter von RTL-SDR hat einen High Pass Filter vor einem Saw Filter und dem internen LNA und dann noch mal einen Saw Filter dahinter montiert. Dadurch erwartet einen schon ca. 5 % an Leistungsverlust gegenüber ADS-B Receiver / LNA mit dem Filter hinter dem LNA.

Das beste Beispiel ist der Airnav ADS-B Stick mit Filter vor dem LNA, der dem Flightaware Pro Stick Plus in der Leistung verglichen etwas schlechter ist.

Der RTL-SDR Triple LNA ist für den hauseigenen und frequenzstabilen V3 / V4 RTL-SDR Stick mit langer Koaxialleitung optimiert und einer Installation nahe der Antenne. Dieses deutet schon mit der hohen Gain (27 dB) darauf hin, lange (low loss) Koaxialkabel hinter dem LNA zu verwenden.

Deswegen sollte der RTL-SDR Triple LNA nur bei Störfaktoren eingesetzt werden. GSM-Netze zum Bsp. wie in Städten eben üblich. Meinen Tests nach erreichte ich bis zu 40 km weniger Reichweite mit testweise drei verschiedenen ADS-B-Receivern sowie dem hauseigenen V3 Stick mit dem LNA Triple Filter zusammen.

Ein anderer top Low Noice Amplifier (LNA) ohne Filterverlust, ist der RTL-SDR Wideband LNA. Mit nur 0,6 dB noise figure gegenüber dem RTL-SDR Triple Filter LNA mit ca. 1,0 dB an Verlust (Eingangsdämpfung) bei 1 GHz.

Bei aliexpress und Co. bekommt man günstig schlanke ADS-B LNA mit USB-C-Anschluss ohne Metallgehäuse, welchen einen BIAS-Tee unnötig machen. Allerdings war meinen ersten Tests nach die Leistung eher mies. Die meisten haben leider wieder mal den 1090 MHz SAW-Filter vor dem LNA falsch verlötet.

Dieser schlanke LNA mit Saw Filter und USB-C kam auf eine noise figure von 1,3 dB und ein anderer LNA mit USB-C im Metallgehäuse sogar auf sagenhafte 2,2 dB. Die Verarbeitung ist auch eher einfach zusammengelötet mit einem low cost LNA.

Wenn man einen guten LNA Chip sucht: Qorvo SPF5189Z (auch im RTL-SDR Wideband LNA verwendet) oder den noch rauschärmeren TQP3M9037 Ultra LNA mit oder ohne Batterie. Mit diesem habe ich sehr gute Empfangswerte mit einem sehr niedrigem noise level. Die Eingangsdämpfung ist sehr niedrig mit ca. 0,4 dB bei 1,95 GHz.

Von GPIO Labs sind abgestimmte Filtered LNA erhältlich für ADS-B, die ich aber noch nicht testen konnte.

Uputronics hat sich auf hochwertige Filtered Preamps spezialisiert. Der Uputronics Filtered Preamp (steht für gefilterter Vorverstärker) kommt vorne in der Kette, nicht am Ende direkt beim Receiver, also nahe der Antenne angeschlossen.

Dieser Preamp hat den Vorteil, die Stromversorgung über einen Micro-USB oder (neue Variante) USB-C zu bieten. Die Performance ist auch besser gegenüber dem Triple Filtered LNA von RTL-SDR, da der LNA vor dem 1090 MHz Saw Filter sitzt.

Autogain – AGC – RTL-AGC

Mit der Tuner (RTL820T) autogain aktiviert mit „-10″ wird das Signal um ca. 30 dB angehoben! In der Regel wird das Signal damit immer (zu) hoch gehalten und der Empfang sogar reduziert. Die AGC des Tuners hebt nicht nur den Nutzpegel, sondern auch das Rauschen an.

Mit der RTL-AGC wird hinter dem Tuner das Signal vom Demodulator RTL2832U zusätzlich um ca. 15 dB verstärkt. Beides führt in der Regel zu einem viel zu hohen Signalpegel, Übersteuern und damit Empfangsverlust und deswegen:

AGC und RTLAGC: off

Es ist hilfreicher manuell mit einer dynamischen (Flughafennähe mit dump1090) oder eine feste Gain einzustellen.

USB-Hinweise

Der vielfältige USB-A-Anschluss und die diversen USB-Anschluss-Stecker sind nie für die Stromversorgung entwickelt worden. Sondern nur als reine Datenleitung. USB sorgt grundsätzlich für Rauschen (Noise) in der Signalkette.

Wenn man eine Stromversorgung über USB-Kabel oder auch per POE nach draußen in eine wasserdichte Box zusammenlegt, kann es zu Problemen mit Masseschleifen (Ground Loop) oder Rauschen (Noise) kommen. Ein Potientalunterschied oder ein starkes Signal von USB, welches den Empfang stark stört.

Die Leitungen sind dann nicht wie ein stationärer Mac / PC über den Schutzleiter abgeschirmt. Die beiden USB-Datenleitungen nutzen den Minus-Pol zur Stromversorgung. Da hilft ein USB-Isolator-Anschluss-Stecker eventuell.

Mehrere Ferrit-Ummanntelungen sollten Pflicht bei USB-Kabeln sein – Erdungskabel sowieso.

Zum Testen sollte man die SMA-Stecker des USB-Receivers anfassen und dabei die Datenrate beobachten.

Tipps zum Reduzieren von Störungen durch USB / Interferenzen hat RTL-SDR.COM gesammelt.

Optimale Leistung

Der Raspberry Pi ist als günstiger Entwicklungs-PC gedacht und nicht abgeschirmt. Vor allem die USB-Ports sind offen und nicht geschirmt. Meist nur mit einem Plastikgehäuse abgedeckt.

Deswegen sollte nach Möglichkeit der Raspberry Pi / Zero / 2 / 3 / 4 in ein abgeschirmtes Metallgehäuse gesteckt werden. USB-Receiver und LNA / Preamplifier (Preamp) extra getrennt eingehaust betrieben werden.

Der empfindliche USB-Receiver (Tuner) sollte nie direkt in die USB-Ports des Raspberry Pi eingesteckt werden, immer mit (kurzer) hochwertiger USB-Verlängerung und mit Ferrit-Kernen an den USB-Kabelenden ummantelt. Das USB-Kabel kann auch gerne länger sein. Wir möchten ja schließlich das Rauschen und sämtliche Störquellen minimieren. Auch aktive USB-Kabelverlängerungen sind dem Koaxialkabel vorzuziehen.

SMA-auf-SMA-Kupplungen zwischen LNA und USB-Receiver sind schlecht. An einem Hohlraumfilter jedoch ok.

Sieht man auch oft auf Fotos: Ein wasserdichter Abzweigkasten und alles ohne Abschirmung an Raspberry, 1090 MHz LNA, Netzteil POE-Splitter, ADS-B USB-Receiver und mit RG-316-Pigtails dann verbunden. Es funktioniert, aber ist nicht ideal. Auch von der Kühlung her, ist das meist weniger optimal umgesetzt.

Ein wunderschönes Foto von einer ADS-B-Installation kann man – von angeblichen WiFi-Experten – im Netz bewundern: Flightware ADS-B-Antenne —> ca. 3 m RG58 Billig-Koxialkabel —> Flightaware 1090 MHz Bandpassfilter —> mit billigem RG-316-Pigtail zum Flightware Pro Stick Plus verbunden. – So nicht bitte!

Oder auch in Foren oft gesehen: Flightware ADS-B-Antenne —> ca. 3 m Koaxialkabel —> Uputronics Filtered Preamplifier —> Mit SMA-SMA-Kupplung an den Flightware Pro Stick Plus und alles direkt am Raspberry Pi eingesteckt. – Ja, es funktioniert – nur bestimmt nicht optimal.

Störungen und Interferenzen

Störungen beim ADS-B-Empfang können mittlerweile in jeder Stadt durch GSM-Netzwerke im Bereiche 935 – 960 MHz mit dem ADS-B-Empfang entstehen. Interferenzen sind Überlagerungen im Frequenzbereich von ADS-B mit 1090 MHz.

Bei der Flugüberwachung (ATC) und an Flughäfen sowie Militärflughäfen werden zwischen 1030 und 1090 MHz neben ADS-B noch das SSR (Sekundärradar), ACAS (Luftfahrt Kollosionswarnsystem) und IFF (Freund-Feind-Erkennung) vom Militär übertragen. Auch viel zu trockene Umgebungen (statische Aufladungen) können zu Störungen führen.

Wer einen Filter benötigt, sollte sich einen professionellen ADS-B 1090 MHz Hohlraumfilter (Cavity Filter) besorgen. Sysmocom bietet einen sogenannten Hohlraumfilter 1090 MHz Cavity Filter für ADS-B an. Alternativ einen recht teuren Hohlraumfilter mit geringer Dämpfung von jetvision. Achtet immer auf eine niedrige Eingangsdämpfung des Filters beim Kauf. Da gibt es bei Aliexpress chinesische Cavity Filter, die toll aussehen, aber eine zu hohe Eingangsdämpfung haben.

Und bitte das Ein- oder Ausgangssignal nicht mit einem dünnen Billig-Pigtail-Kabel RG316 verbinden. Zumal die auch nicht für über 1 GHz ausgelegt sind. Sieht man leider oft montiert.

Merke: Bandpassfilter / Saw Filter auf 1090 MHz nur einsetzen, wenn man nachweislich starke Störungen / Interferenzen hat und testen, ob es Erfolg hat. SAW Filter nur hinter einem LNA bei ADS-B verwenden!

Neben Airnav Radarbox wie auf dem Bild zusehen, verkauft auch Flightaware so einen Bandpassfilter für die Frequenz 1090 MHz. Dieser sieht optisch professionell aus, aber fügt dem Eingangssignal ein Verlust von ca. 2,5 dB hinzu. und besitzt keine Metallabschirmung. Dieser Filter hat einen Signalverlust von etwa 18 m LMR400 Koaxialkabel ohne Stecker berechnet!

Diesen Filter sollte man nur hinter einem LNA einsetzen, nicht davor und nur bei wirklichen Empfangsstörungen! Das gilt auch für Saw Filter, diese haben eine zu hohe Eingangsdämpfung und gehören hinter einem LNA. In der Regel wird grundsätzlich durch diese Filter das Eingangssignal gedämpft und die Empfangsleistung sinkt.

Man sollte sich dann eher auf Low Loss Hohlraumfilter (1090 MHz Cavity Filter) konzentrieren. Diese haben sehr wenig Verlust / Eingangsdämpfung und bringen insgesamt auch mehr an System Performance gerade im Zusammenspiel mit einem guten LNA.

Bei meinen Tests mit dem AIS-Marine-Empfang und ADS-B zusammen an einem Raspberry, sind mir besonders Empfangsstörungen draußen durch einen POE-Splitter aufgefallen. Diese führten zu fast 30 % weniger Vessel-Empfang.

Auch Philips HUE LED-Lampen störten eingeschaltet den AIS-USB-Receiver und den Uputronics Preamp (für AIS 162 MHz) beim Empfang von AIS-Marine-Signalen.

Ebenfalls können Störungen durch LCD / OLED (TV, Notebook, Macbook) mit hohem Signalrauschen beim Empfang von ADS-B auftreten. Da hilft es eventuell den USB-Receiver / RTL-SDR in einer komplett abgeschirmten Metallbox zu packen. Kein Alu, sondern Kupferfolie z.B und viele viele Ferritkerne an den USB- / Strom-Kabelenden.

USB 3.0 kann auch zu einem hohen Signalrauschen führen. Deswegen wurden jahrelang DSL-WLAN-Router nicht mit USB 3.0 ausgestattet. Da es zu starken WLAN-Empfangseinbrüchen in Tests kam. Mittlerweile hat man das signaltechnisch im Griff.

Oft wird dann in Fachforen immer ein zusätzlicher Bandpassfilter falsch empfohlen oder auf HDMI-Störungen gedeutet, was aber alles kein Erfolg bringen wird.

ADS-B Beispiele

Reichweite bis ca. 440 km im Norden bis nach Göteborg und im Süden bis nach Carlsbad / Tschechien):

Flightaware ADS-B Antenne -> Loss Loss HDF-200 mit 0,30 cm – N-Stecker auf SMA —> RTL-SDR Wideband LNA -> SMA – RG-316 – 40 cm flaches Koax als Fensterdurchführung mit Schrumpfschlauch und Schweißband verstärkt —> Innen: BIAS-Tee (Stromversorgung für LNA) —> SMA HDF-200 mit 0,30 m Pigtail SMA an den blauen ADS-B Exchange (USB-Receiver mit LNA und 1090 MHz Filter integriert).

Raspberry Pi Zero 2 W im alten Metallgehäuse eines Ethernet Switch. Ein alter SpeedPort Router als Gehäuse ist auch ideal. Dann die max. Gain höchstens auf 12.5 bei dump1090-fa konfiguriert. Perfekter Empfang. Wohl gemerkt an bzw. durch die Fensterscheibe mit Fliegengitter.

Antennenauswahl

Die ADS-B-Antenne sollte idealerweise exakt auf die Frequenz von 1090 MHz mit 50 Ohm abgestimmt sein. Es kommt nicht auf die Länge der Antenne an. Nur auf die Positionshöhe mit freier Sicht.

Eine 1/4 Wellenlänge der Radiowellen auf der Frequenz mit 1090 MHz beträgt in der Luft: 68 mm. Bei einem Kupferantennendraht sind es nur noch 65,3 mm.

In den USA wird gemischt mit UAT auf 978 MHz und ADS-B mit 1090 MHz genutzt. Diese Antennen sollte man hierzulande meiden. Auch gemischt mit VHF sind das nur Kompromisse, aber nie ideal.

DVB-T-Fernsehantennen oder kleine Stummelantennen sind nicht optimal geeignet. Auch wenn dieses bei Amz und Co. im Titel für ADS-B suggeriert wird.

Folgende ADS-B-Antennen kann ich aus eigener Erfahrung für einen guten Empfang empfehlen:

• Vinnant COL1090/7,5-P – COL1090/5-P – COL1090/8-S – CC1090/8-P
• JetVision A3 5dBi Antenne
• Flightaware 5,5 dBi 63cm Vertikal-Antenne
• XRDS -RF 6 dBi ADS-B-Antenne (Amz US)
• AirNav RadarBox 7 dBi Vertikal-Antenne (nur ohne Kabel – Kabel abtrennen und SMA-Stecker ancrimpen)

Ich habe diverse fertig montierte Antennen auf dem Markt aus Neugierde getestet. Die genannten Antennen sind für hohe Reichweite und den vertikalen omnidirektionalen Empfang mit hoher Gain entwickelt. ADS-B-Transponder senden immer vertikal.

Mehr dBi heißt nicht besser, sondern mehr Reichweite. Aber auch einen kleineren Empfangswinkel. Wie bei einer Sat-Antenne wird mit Zunahme der Größe der Einfallswinkel kleiner. Die dBi-Angaben der Händler sollte man mit Vorsicht genießen. Die Flightaware-Antenne hat eine gain von exakt 5,5 dBi und ist hervorragend in allen Aspekten.

Yagi-, Spider-, Dipol-, Monopole- oder 1/4-Whip-Antennen können natürlich auch genutzt werden, haben aber andere Vorteile oder teils je nach Typ schlechtere Gesamt-Empfangseigenschaften.

AirNav RadarBox bietet eine eigentlich recht gute 66cm 1090 MHz Vertikal-Antenne mit 7 dBi an. Leider hat wohl ein Praktikant ein ca. 9m langes 3D-FM Billig-Koaxkabel fest anmontiert. Dieses Kabel hat soviel Dämpfung und Verlust, dass man gleich wieder eine billige Spider-Selbstbauantenne nehmen kann udn identisceh Empfangswerte erhält. Das Kabel sollte man abschneiden und einen SMA-Stecker ancrimpen. Dann ist die Antenne zu gebrauchen.

Eine sehr gute Leistung erzielte ich mit der bewährten Flightware 1090 MHz ADS-B- Omni Vertikal-Antenne. Das Innere ist eine Mischung aus 1/4-Whip und einer Dipol im Collinear-Stil.

Vom Antennen-Spezialisten Vinnant sind selbstgefertigte Profi-Antennen sehr zu empfehlen. Mit den Vinannt Collinear Antennen erreiche ich locker an die 450 km bei wolkenloser Sicht. Mit der 8 dBi und aktuell mit einer 10 dBi selbst im Nahbereich am Flughafen Hamburg top Ergebnisse.

Die ADS-B-Antenne sollte jedenfalls immer einen N-Stecker-Anschluss besitzen. Dieser hat eine geringe Verlustleistung, gute Schirmung und ist für hohe Frequenzen geeignet. Alternativ für kleine Antennen reicht der bewährte SMA-Anschluss.

Von SAT F-Stecker, TV-Koax-Stecker, Fensterdurchführungen und alles was 75 Ohm hat, auch Koaxkabel, sollte man Abstand halten. Die 75 Ohm können den Antennengewinn und das Empfangsverhalten negativ beeinflussen.

Eine kleine ADS-B-Antenne PCB Ten-90 für den Innenbereich bietet GNS Electronics an.

Diese reicht für den Einstieg aus. Man sollte damit jedoch keine hohe Reichweite und Wunder erwarten. Geht es explizit um sehr hohe Reichweite in spezielle Richtungen, ist mittlerweile eine Yagi-Antenne erhältlich für ADS-B. Auch eine TEN90 Mush Antenne für den Empfang mit verdeckter Sicht gibt es schon.

Antennenkabel für ADS-B

Um es kurz zu machen: Kein Koaxkabel ist die beste Lösung. Jeder Besitzer eines Helium Hotspots kennt das Problem mit langen Kabeln und dem Leitungsverlust. Das Koaxialkabel ist ein großer Verlustfaktor beim Hochfrequenzempfang von ADS-B-Signalen und sollte so kurz wie möglich sein. Das sind dann im Idealfall nicht 5 m und auch keine 2 m. Sondern wenige cm und höchstens 1 m LRM400 direkt (ca. 3ft) zum Receiver.

Lange Kabelwege sollten nur mit LNA (Verstärker) überbrückt werden. Alle zusätzlichen Steckelemente, dünnen Kabel (pigtails) oder Filter sind grundsätzlich zu vermeiden.

Kurze, professionelle Koaxialkabel mit N-Stecker auf SMA-Stecker gibt es von Varia, LevelOne, Cablematic, Bolton oder Mauritz gefertigt.

Echte „Low Loss“ dämpfungsarme Koaxialkabel mit 50 Ohm für Frequenzen über 1 GHz sind zum Bsp.:

Bolton 400, Bolton 600, LMR-400, KMR400, CFD400, HDF-400, Aircell 7, Ecoflex 10,…

Das sind sehr dicke, steife und top geschirmte Profikabel mit echtem Kupferleiter mit sehr wenig Signalverlust. Beim Anschluss direkt am SMA-Anschluss des LNA oder USB-Receivers ist Vorsicht geboten, so dass die Platine des PCB vom LNA / Receiver nicht bricht.

Auf Amz Marketplace oder auch in der eBucht tümmeln sich Händler mit Billigkabeln im Angebot, die als Low Loss bezeichnet werden. Meist erkennbar an den ca. 10 Keywords der Amz FBA-Händler im Titel des Artikels.

RG6, RG8, RG58, 3D-FB, 5D-FB sind keine low loss Kabel. RP-SMA-Stecker sind nicht die passenden Anschlussstecker. Diese sind bei Helium-Minern zu finden.

RG-178, LMR-200 sowie RG-316 sind auch keine „low loss“ Kabel. Solche dünnen Kabel kann man – wenn es denn sein muss – nur hinter einem Low-Noise Amplifier (LNA / Verstärker) z.B. als pigtail zur Verbindung einsetzen.

Ich wiederhole es gerne:

Der LNA sollte immer direkt und nahe bei der Antenne sitzen und dann über das hochwertige Koaxialkabel zum Receiver führen. Nie beim ADS-B Stick wie dem Flightaware Pro Stick Plus z.B. direkt – der auch schon einen LNA und Filter besitzt – und nie direkt angekuppelt! Machen viele leider immer falsch.

Oft auch in Fachforen zusehen und mein Liebling an falscher Konfiguration:

Flightaware ADS-B-Antenne mit 3 bis 5 m Koaxkabel an einem Uputronics Preamp (nach den 3 bis 5m Koxialkabel!) direkt am blauen Flightaware Pro Stick Plus und direkt in den Raspberry. – Was soll nach 3 – 5 m Koaxkabel im GHz-Bereich noch ankommen?…

Ein top Ecoflex 10 Low Loss Kabel besitzt auf 1m bei 1 GHz 0,14 dB an Verlust. Ein RG-58 kommt auf 0,36 dB bei nur 1m und 1 GHz.

RG-316 bei ca. 0,9 dB auf 1 GHz. Der RG-316 Pigtail wird gerne als kurzes Anschlusskabel (pigtail) genutzt. Bitte nur hinter einem LNA, wenn es denn sein muss. Von Mauritz gibt es kurze Low Loss H155, die man wunderbar als Pigtail nutzen kann. Teuer, aber top und biegsam!

Als USB-2.0-Flachbandkabel zur Verlängerung nutze ich übrigens ein 3 m Renkforce von Conrad. Das ist dünn, weich und kann wunderbar durch Fenster oder Türen verlegt werden.

Mit USB-2.0-Verlängerungen hat mein keinen Signalverlust wie mit einem Koaxialkabel zum Receiver.

Selbst mit einer kurzen USB-Verlängerung (5 m USB 2.0 Grenze beachten) in einem Abzweigkasten wird ein ADS-B USB-Stick noch einwandfrei mit Strom versorgt und liefert seine Daten an den Raspberry. Ein verlustbehaftetes Koaxkabel kann man dann fast komplett einsparen.

Antennenaufstellung

Grundsätzlich gilt beim Empfang von ADS-B-Signalen, dass die Antenne so hoch wie möglich installiert werden sollte. Die Antenne sollte absolut im Lot sein. Die Sicht sollte idealerweise in alle Richtungen frei von Hindernissen sein. Für den besten Empfang! Aber auch da gibt es Ausnahmen. Im Gebäude hat man auch (schwachen) Empfang.

Denkt immer an den Potentialausgleich, wenn die Antenne nicht an einem geerdeten Mast montiert wird. Sondern zum Beispiel an einem Band außen aus dem Fenster oder in der Wohnung aufgehängt wird. Testen kann man das, indem ihr den SMA-Stecker am USB-Receiver umfasst. Wenn dann die Empfangsrate ansteigt, fehlt der Potentialausgleich.

Falls im Freien der Empfang der Antenne durch einen Dachgiebel verdeckt wird, ist eine tiefere Position unter dem Giebel durch effektiver. Dabei gilt aber immer, dass die Antenne im Freien installiert, die beste Empfangslösung ist.

Im Innenraum sollte man nie vor einem beschichteten, bedampften oder doppelt verglasten Fenster die Antenne aufstellen. Der Empfang ist meinen Tests nach erheblich niedriger. Dann eher unter dem Fenster durch die Wand. Ja, richtig gelesen – unter dem Fenster. Auch nach unten hängend unter einem doppelt verglasten Fenster ist der Empfang besser.

Wie bei der Immobilienbewertung gelten beim Antennenempfang immer die drei magischen „L“:

Lage, Lage und Lage. 

Die beste Antenne und die beste Hardware an einer falschen Position leistet schlechte Ergebnisse. Beim Aufbau gilt es die optimale Position zu finden und zu testen. Der Standort und auch die Antenne selbst ist also wichtiger als die Hardware. Die Antenne ist immer der beste Verstärker.

Manchmal können 50 cm zur Seite oder Höhe einen wesentlichen Unterschied ausmachen. Seitlich sollte ein Abstand von ca. 1 m zu anderen Objekten oder Antennen sowie Wänden oder auch in die Höhe berücksichtigt werden.

Die Antenne im Außenbereich – gerade auf dem Dach – sollte geerdet sein, Blitzschutz und immer am Mastende festmontiert sein. Mastausleger ca. einen Meter Abstand zu anderen Antennen. Auch unter dem Dach auf dem Dachboden im Haus, ist der Empfang möglich.

Testen der Antennenleistung

Und da kommen wir zum nächsten Problem: Wie genau testen? Das ist in der Regel nicht so einfach. Denn oft werden schicke grafische Auswertungen in Internetforen oder auf ADS-B-Websites gepostet, die an einem oder mehreren Tagen oder sogar Wochen hübsch aufgezeichnet wurden, aber eigentlich nicht so real sind.

Flugzeuge bewegen sich unregelmäßig in den Empfangsbereich herein und wieder heraus. Während verschiedener Messungen verändert sich immer das Flugzeugaufkommen und bleibt nie identisch. Flugzeuge fliegen zu unterschiedlichen Zeiten, nie die exakt identische Route und nie in der gleichen Flughöhe zur gleichen Zeit am nächsten Tag oder der Woche.

Dieses wird besonders durch das Wetter sowie das Flugverkehrsaufkommen im Luftraum, die Fluggesellschaft, den Flughafen und der Flugsicherung (ATC) beeinflusst und vorgegeben. Neuerdings sind öfters Streiks von Gewerkschaften an der Tagesordnung, die nicht nur die Fluggäste verärgern, sondern auch die Flugdaten verfälschen. Die Flugdaten können nicht mit anderen Tagen dann verglichen werden.

Wohnt man in der Nähe von Einflugschneisen oder direkt an einem Flughafen, muss man sich für den Nahempfang oder auf die höchste Reichweite mit dem Gain-Wert des Receivers festlegen. Eine zu hohe Gain kann zu einem Überladen des Receivers führen. Eine niedrige Gain die Reichweite reduzieren.

Jedoch können Verkehrsflugzeuge mit starkem Transponder den Empfang nahe den Flughäfen blenden. Der Receiver wird dann sozusagen „angeschrien“ mit zu starken Signalen und kann kaum mehr andere Signale eindeutig empfangen.

Kommt ihr auf eine Reichweite an die 400 km, ist euer Empfang und die Sichtweite gut. Wenn ihr ab und zu an die 430 oder sogar an die 460 km Reichweite empfängt, ist euer Empfang exzellent und top. Voraussetzung ist dabei immer, dass auch die Flughöhe mindestens 40.000 ft (12.192 m) und mehr beträgt.

Ansonsten ist aufgrund der Erdkrümmung und der Flughöhe sowie des Antennenstandortes nicht mehr drin.

Faustformel: 10 m Antennenhöhe bei einer Flughöhe von 12.192 m = 445 km Reichweite

(bei klarem Wetter und Sichtweite zum Flugzeug vorausgesetzt)

Im Frühjahr und Anfang Herbst können früh morgens sogenannte troposphärische Überreichweiten hierzulande auftreten. Dieses führt zu einer noch höheren Reichweite als regulär. Hier in Norddeutschland haben wir in den 80er Jahren dann urplötzlich schwach dänisches Analog-TV beim Suchlauf sowie DDR 1 und DDR 2 empfangen.

Bei der Website HeyWhatsThat kann man sich ein Panorama-Profil vom Antennenstandort erstellen. Dieses kann auch später mit tar1090 verwendet werden. Dort findet sich auch eine Anleitung, wie die Datei von HeyWhatsThat eingebunden werden kann.

Gain

Gain (Gewinn) dient zur Einstellung der Empfindlichkeit des Receivers. Also dem Empfang. Umso höher die Gain, desto höher wird also die Empfindlichkeit, aber leider auch das Rauschen (SNR). Deswegen ist der ideale Wert selten der höchste Wert.

Wir haben keinen Regler wie am Radio mit einem RTL-SDR. Die Empfindlichkeit des Receivers kann nur per Software über die Gain verändert werden.

Stellt euch in der Disko ein Gespräch bei lauter Musik (das Rauschen) mit einer anderen Person vor. Die Musik im Hintergrund wird dann immer lauter erhöht. Irgendwann ist der Lautstärkepegel so hoch, dass ihr den Partner beim Sprechen nicht mehr hört.

3/4 der Gain ist immer eine gute Ausgangslage. Mit einem Low Noise Receiver (LNA) vorgeschaltet am ADS-B USB-Stick muss die Gain grundsätzlich reduziert werden. Also wenn die Max Gain 49.6 (50) beträgt, sollte diese mindestens testweise auf die Hälfte oder weniger abgesenkt werden – je nach Gain-Wert in dB des LNA.

Wenn Ihr einen ADS-B USB-Stick mit integriertem LNA verwendet – wie den Flightaware Pro Stick Plus – und noch einen separaten LNA, muss die Gain noch weiter gesenkt werden. Mit zwei LNA kann es aber auch schnell zum Überladen des USB-Receivers kommen. Vielleicht sollte man einen dann entfernen.

Mit „–gain -10“ wird die AGC (Auto Gain Control) des RTL Tuner Chips bei dump1090-fa eingeschaltet. Oder auch mit dem Wert „60“. Bitte dieses nicht einschalten! Auch wingbits / readsb nutzen nach der Installation diesen viel zu hohen Gain-Wert von „-10“.

Die Gain wäre auch viel zu hoch und am Setup ist dann etwas nicht richtig. Die AGC ist bei bewegten Objekten nicht optimal und sollte also nicht verwendet werden. Ursprünglich wurde dieses für den digitalen TV-Empfang per DVB-T entwickelt. Nicht für ADS-B!

Mit einer zu hohen Gain wird der Receiver überladen und führt zu einer schlechteren Empfangsleistung.

Das Rauschen (Noise) sowie auch Störungen wird mit der Gain-Höhe ebenfalls immer mit verstärkt.

RSSI Signal Strength

Der RSSI (Receiver Signal Strength Indicator) zeigt die Signalstärke im Negativ-Bereich in Dezibel dBFS an. Sehr hohe (-1.0 bis -2.0) und eine sehr niedrige (-36 bis -38) RSSI gilt zu es zu vermeiden. Die optimale Dynamic Range zu finden, ist der Schlüssel für eine hohe Message-Rate und Reichweite.

Die Werte von -1.0 bis -2.0 führen zum Überladen und blenden den Receiver kurze Zeit.

In der Nähe eines Flughafens lässt sich dieses jedoch nicht vermeiden und hier muss dann die Gain runter geregelt werden oder mit Filter ausnahmsweise gedämpft werden.

Bei einem RSSI-3 (stärkste Signale) bis ca. -30 (schwächste Signale) wäre der optimale Empfangsbereich, um nah und fern einen exzellenten Empfang zu haben.

Sind eure schwächsten Signale immer im Bereich -25 oder stärker (also weniger wie z.B. -24, -23,..), ist die gain viel zu hoch und im Nahbereich werden Flugzeuge kaum erfasst.

Ausnahme: direkt in der Nähe eines Flughafens. Oder in meinem Fall sogar zwei Flughäfen HH-Fuhlsbüttel (EDDH) und HH-Finkenwerder (EDHI) sowie noch einen für Kleinflugzeuge. Hubschrauber nicht zu vergessen. Kleinflugzeuge haben aber keinen starken Transponder und blenden den Receiver nicht so sehr.

Da hilft es dann die Gain bei Starts und Landungen mit piaware dynamisch zu senken und automatisch wieder anzuheben, wenn keine Signale stärker als -3 dBFS empfangen werden:

# /etc/default/dump1090-fa
...
RECEIVER_GAIN=25
ADAPTIVE_BURST=yes
ADAPTIVE_MIN_GAIN=20
ADAPTIVE_MAX_GAIN=45
..
EXTRA_OPTIONS="--adaptive-burst-alpha 0.7 --adaptive-burst-change-delay 1 --adaptive-burst-loud-runlength 1 --adaptive-burst-quiet-runlength 2"

Die Werte sind als Bsp. von meiner „Süd-Antenne“ Vinnant CC1090/8-P (10 dBi) ohne Koaxkabel direkt an einem RTL-SDR Wideband LNA (via Bias-Tee) mit 1,5 m H2007 an einem Sysmocom 1090 MHz Cavity Filter und dann direkt zum blauen ADSB Exchange Stick.

Der Sysmocom 1090 Hohlraumfilter arbeitet hier sauber und fast verlustfrei.

Die Auswertung über einen längeren Zeitraum könnt ihr übrigens mit graphs1090 wunderbar analysieren.

Gain settings R820T R820T2 RTL2832U Tuner Chip

Folgende Gain-Einstellungswerte sind möglich:

0.0 0.9 1.4 2.7 3.7 7.7 8.7 12.5 14.4 15.7 16.6 19.7 20.7 22.9 25.4 28.0 29.7 32.8 33.8 36.4 37.2 38.6 40.2 42.1 43.4 43.9 44.5 48.0 49.6

The R820T is a highly integrated silicon tuner that builds in low noise amplifier (LNA), mixer, fractional PLL, VGA, voltage regulator and tracking filter, eliminating the need for external SAW filters, LNA, balun, and LDO. Thanks the LNA architecture, R820T offers the lowest cost and high performance solution for digital TV application.

Es gibt heutzutage viele Hersteller von USB-Receivern mit dem R820T / R820T2 (neue Marge) RTL2832U Tuner Chip. Einer der derzeit besten RTL-SDR USB-Receiver mit RTL-Chip wird von RTL-SDR.COM angeboten. Billige China-Fälschungen des USB Dongles sind an dem Aufdruck „RTL.SDR“ zu erkennen. Man achte auf den Punkt im Namen, den das Original nicht hat und das fehlende „.com“.

Mittlerweile wird eine neue schwarze V3 Version ausgeliefert. Die aber nur optisch an die gesetzlichen US-Vorgaben angepasst wurde.

Der RTL-SDR Blog V3 / V4 ist frequenzstabil, sehr gut gegen Überhitzung geschützt und ideal im Zusammenspiel mit dem RTL-SDR Wideband LNA. Das Metallgehäuse passt auch für das PCB beim Flightaware Pro Stick Plus. Ideal zur optimaleren Wärmeableitung als der Plastik von FA.

Ein RTL-SDR Blog V3 ist perfekt, wenn Ihr per Bias Tee einen LNA an der Antenne mit Strom versorgen möchtet. Ideal abgestimmt auch im Zusammenspiel für den RTL-SDR Triple LNA zur Stromversorgung.

Aber auch ein Nooelec SMArTee V2 SDR USB-Receiver ist perfekt geeignet – der Bias Tee ist grundsätzlich schon aktiviert beim Nooelec. Beim RTL-SDR V3 Stick muss der Bias Tee per Software aktiviert werden.

Die PPM TCXO (temperaturkompensierter Quarzoszillator) sind bei ADS-B zum Glück zu vernachlässigen. Beim Empfang von AIS Marine-Signalen aber absolut ausschlaggebend. Eine falsche PPM-Angabe entscheidet zwischen 0 oder 230 Vessels in meinem Fall.

Die besten Empfangsergebnisse erzielte ich mit AIS-Catcher und auch dem CPU-hungrigen RTL-AIS. Jedoch empfinde ich den AIS-Marine-Empfang selbst im Hamburger Hafen mit bis zu 250 Vessels als eher langweilig und nicht so interessant wie ADS-B.

Beispiele von meinen ADS-B-Antennen

Flightaware 66 cm 5,5 dBi ADS-B Antenne:

RTL-SDR Wideband LNA (Bias Tee Powered) mit 20 cm H155 Koaxialkabel an Antenne > 30 cm HDF 200 > an blauem Flightaware Pro Stick Plus Stick (LNA + Filter): 12.5 gain

Vinannt COL1090 75 cm 7 dBi ADS-B Antenne:

Uputronics 1090MHz ADS-B Filtered Preamp mit 50 cm HDF400 an die Antenne > 0,3 m H155 > an blauem Flightaware Pro Stick Plus: 25.4 gain

Blauer ADS-B Exchange USB Stick (LNA + Filter) mit 30 cm HDF400: 43.9 gain

Blauer Flightaware Pro Stick Plus USB Stick (LNA + Filter) mit 1 m HDF400: 44.5 gain

Grüner AirNav Radarbox ADS-B Stick (Filter + LNA) mit 1 m HDF400: 49.6 gain

Vinannt CC1090 102 cm 10 dBi ADS-B Antenne:

Schwarzer RTL-SDR V4 Stick mit 20 cm H155 an Sysmocom ADS-B Hohlraumfilter an den LNA mit 1,5 m H2007 an TQP3M9037 LNA mit 30 cm HDF400 an Antenne: 36.4 gain

Diese Werte hängen aber immer von der verwendeten Hardware und Kabellänge sowie der Antenne ab.

graphs1090

Graphs1090 ist ein gutes Open Source Monitoring-Werkzeug für den ADS-B-Empfang mit flightaware dump1090-fa. Es basiert auf das RRDtool von Tobias Oetiker. Das Tool ist optisch altbacken wie in den guten alten 90ern, aber sehr informativ und hilfreich umgesetzt worden. Damit lassen sich praktische Auswertungen über einen langen Zeitraum durchführen.

dump1090-fa

dump1090-fa ist eine Software von Flightaware zum Dekodieren von ADS-B-Signalen. Jeder Tracking-Anbieter kocht das eigene Süppchen, aber mit dump1090-fa könnt Ihr auch andere Anbieter wie z.B. radarbox, adsb-exchange, planefinder oder flightradar füttern. Anleitungen zur Installation finden sich auf den jeweiligen Anbieterseiten.

Dump1090-fa wird beim Raspberry OS über die Datei /etc/default/dump1090-fa gesteuert.

tar1090

Für eine gute Web-Oberfläche im Browser per Remote dient tar1090. Viele Konfigurationsmöglichkeiten. Leider ein altes Ende 90er Jahre Web-Design a la frames und Co. Aber sehr hilfreich und informativ.

Gerade der Persistance Mode zeigt die zuletzt empfangenen Flieger ein paar Stunden zurück – je nach Konfiguration. Im Zusammenspiel mit dem Plotter graphs1090 ein super Hilfswerkzeug.

Midnight Commander

Ein guter Linux-Admin hat gelernt: Auf einem Linux-Server braucht man keine grafische Oberfläche. Die Administration geschieht per sudo via SSH-Verbindung viel sicherer und auch schneller.

Eine Installation des Raspberry Pi OS Lite reicht vollkommen, der Rest an Software kann bequem per SSH nachinstalliert werden. Zur Administration ist der Midnight Commander – kurz „mc“ – ideal. In der Konfiguration den internen Editor mc-edit und mit Lynx-artigen Bewegungen in der Panelkonfiguration per Pfeiltasten wie der Terminal-Web-Browser, im Menü aktiviert.

Seit den 90er Jahren arbeite ich mit vielen etlichen Linux-Distributionen – angefangen mit Slackware übrigens – und das erste an Tools ist der überragende Midnight Commander, kurz MC – welchen jeder Admin installieren sollte. Es vereinfacht die Arbeit am Terminal per SSH enorm.

MLAT

Bei MLAT (Multilateration) handelt sich um eine weitere Methode der Positionsermittlung neben der Radartechnik, bis auf ein paar Meter genau anhand von Funksignalen die Entfernung zu berechnen. Militärflugzeuge senden auch über MLAT sowie auch ältere oder kleinere zivile Flugzeuge.

Ähnlich wie beim GPS werden dazu mehrere MLAT-Empfänger genutzt und die unterschiedlichen Zeiten der Funkwellen anhand der Zeitstempel auf einem Zentralrechner ausgewertet. Erkennbar in skyaware oder tar1090 an der gelben Farbmarkierung und MLAT als Signalquelle.