Satellitenempfang für Einsteiger


Um Interessierten einen einfachen Einstieg in den Satellitenempfang zu ermöglichen, möchten wir hier ein paar Anleitungen und Hinweise sammeln. Hier geht es hauptsächlich um den Empfang von Wettersatelliten, Aussendungen der Internationalen Raumstation und Amateurfunksatelliten im 2m- und 70cm-Band.
Ziel dieser Seite soll ein möglichst einfacher und kostengünstiger Einstieg in den Satellitenempfang sein.
Mit einem Halbwellendipol für 2m (also 1m Gesamtlänge), einem RTLSDR und ein paar Programmen ist dies am einfachsten möglich.
Flyer zur Seite (PDF)

Mit dem Empfang von Wettersatelliten ist der einfachste Einstieg möglich. Diese umkreisen die Erde über die Pole, während sich die Erde darunter dreht. Daher wird mit diesen Satelliten jeder Punkt der Erde einmal am Tag erfasst. Ein Wettersatellit scannt dabei die Oberfläche Zeile für Zeile ab und sendet diese direkt zu Empfängern an der Erdoberfläche. Diese Bilddaten werden dauerhaft als Töne gesendet. Wenn ein Wettersatellit gerade über uns hinweg fliegt, sind sie frei zu empfangen. Zur Dekodierung gibt es viele Programme, die wir unten beschreiben.

Die Internationale Raumstation ISS sendet auch verschiedene Dinge zu unterschiedlichen Anlässen. In der Regel werden Datenpakete gesendet, die Funkamateure während eines Überfluges zur ISS senden. Diese enthalten das Rufzeichen, den Standort und etwas Text, so dass Funkamateure sich auch Nachrichten schicken können. Bei Schulfunkkontakten kann man auch die Antworten des Astronauten mithören. Hin und wieder überträgt die ISS auch Bilder, die ähnlich wie ein FAX gesendet werden. Auch wenn nur eines dieser Dinge zur Zeit gesendet werden kann, sind alle diese Signale frei zu empfangen.

Funkamateure betreiben auch Amateurfunksatelliten, um miteinander zu kommunizieren. Die Kommunikation ist im gesamten Empfangsbereich möglich, was oft mehrere Länder einschließt. Natürlich sendet nicht immer jemand auf einem solchen Satelliten, aber es können auch Bakensignale empfangen werden. Je nach Satellit ist der Empfang oft auch schwieriger, da oft nicht klar ist, was gerade gesendet wird. Aber vielleicht kannst Du mal ein Gespräch oder die Datenaussendungen von entfernten Funkfreunden empfangen?

Natürlich kann man mit dem gleichen Equipment auch Sender am Boden empfangen. Gerade in den Amateurfunkbändern um 145MHZ und 435MHZ gibt es einige interessante Aussendungen, denen man lauschen kann, nicht nur von Satelliten. Auch Radiosender kannst Du damit natürlich empfangen - mit der richtigen Software auch DAB+-Radio.
Das Abhören von Funkdiensten von Betrieben, Sicherheits- und Ordnungsdiensten ist nicht erlaubt. Bitte höre nur dort den Funk mit, wo Du ganz sicher bist, dass es legal ist!
Das Mithören von NOAA-Wettersatelliten und Amateurfunkbändern ist jedoch legal und sogar auch erwünscht.
Wettersatelliten senden im Bereich 137-139MHZ.
Die Amateurfunkbänder auch für die ISS und Amateurfunksatelliten sind im Bereich 144-146MHz und 430-440MHz.

Eigentlich werden nur drei Dinge benötigt:

  1. Programme zur Dekodierung (bei Bild- und Datensendungen)

Im Bild rechts:
2m-Antenne mit 2x 53cm-Drähten, Kabeladapter und „RTL-SDR“

Natürlich kannst Du die Antenne verwenden, die beim Empfangsgerät dabei ist. Meistens reicht das auch schon aus. Aber die richtige Antenne für die gewünschte Frequenz ist der beste Verstärker und auch nicht aufwendig selbst zu bauen. Ein Draht ist die einfachste Form einer Antenne, der genau so lang ist wie die halbe Wellenlänge. Daher gibt es hier eine Selbstbau-Anleitung für einen 2m-Halbwellen-Dipol.

Die Wellenlänge ist die Länge, die eine Funkwelle bei der entsprechenden Frequenz (Schwingungen pro Sekunde) hat. Da Funk sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, lässt sich das einfach ausrechnen:
Wellenlänge (m) = Lichtgeschwindigkeit (m/s) / Schwingungen pro Sekunde (s/Hz)
Setzt man nun die Lichtgeschwindigkeit ein und kürzt die Lichtgeschwindigkeit 300.000.000m/s mit 1.000.000Hz, kann man die Formel vereinfachen:
Wellenlänge = 300 / Frequenz in MHz
Mit dieser Formel kannst Du auch Halbwellendipole für UKW/DAB+-Radio und DVB-T2 berechnen und selbst bauen.

NOAA-Satelliten senden ab 137 MHZ, die ISS und Funkamateure bis 146 MHz. Daher wählen wir eine Antenne für ~142 MHz, um alles gut abzudecken. Nach der rechts stehenden Formel beträgt die Wellenlänge 300/142MHz = 2,11m.
Funkamateure sprechen daher bei diesen Frequenzen vereinfacht vom „2m-Band“.

Wenn man eine Antenne für ein Frequenzband bauen will, muss sie jedoch halb so lang wie die Wellenlänge sein.
Hätte die Antenne die gleiche Länge wie die Welle, die man empfangen will, würde das Signal von „Nulldurchgang zu Nulldurchgang“ gemessen werden. Da wir aber ein möglichst starkes Signal empfangen wollen, interessieren uns die Maximal- und Minimalpunkte der Schwingungen, die eine halbe Wellenlänge auseinander liegen.
Unsere Antenne muss also ca. 1,05m lang sein.
Als Antenne benutzt Du am besten einen einfachen Draht (Dicke und Material ist hier egal), den Du einfach auf einer Holzplatte oder einem Kunststoffrohr befestigt. Natürlich kann Du auch eine alte Fahrradspeiche nehmen.

Um die Antenne nun mit einem Empfangsgerät zu verbinden, fehlt noch das Antennenkabel.
Das musst Du in der Mitte dieser Antenne befestigen. Dazu schneidest Du Deinen 1m-langen Draht nochmal einmal in der Mitte durch, so dass Du 2mal je einen 53cm langen Draht hast - also zwei sogenannte „Viertelwellen-Strahler“.

Viertelwellenstrahler findest Du auch an Deinem W-LAN-Router oder auf Deinem Radio.
Diese „halben Halbwellendipole“ sind nur der sichtbare Teil der Geräteantennen. Die andere „unsichtbare“ Hälfte ist das Gehäuse oder die Platinenmasse dieser Geräte. Aber auch in diesen Geräten sind abgewandelte Halbwellendipole aus zwei Viertelwellenstrahler eingebaut.

Deine beiden Viertelwellenstrahler verbindest Du nun ganz einfach mit einem Antennenkabel.
Als Antennenkabel kannst Du hier ganz normales TV-Antennenkabel benutzen und den Stecker für die Antennendose abschneiden (der Stecker mit der Hülse in der Mitte). Da aber der Antennenstecker zu Deinem Empfänger passen muss, solltest Du Dir entsprechende Adapter besorgen (z.B. für einen RTLSDR ein „Adapter MCX-Stecker IEC-Buchse“). Alternativ kannst Du natürlich auch das Antennenkabel von der Antenne verwenden, das dem Empfänger beiliegt, wenn Du diese ohnehin nicht benutzen willst.
Einen Viertelwellenstrahler musst Du mit dem Innenleiter des Kabels verbinden, den Anderen mit dem Außenmantel des Kabels. Ob Du das mit einer Lüsterklemme verbindest, lötest oder nur zusammenzwirbelst, ist nur für die mechanische Haltbarkeit wichtig.
Um die Drähte gestreckt zu halten, der Antenne Stabilität zu geben und diese gut festhalten zu können, kannst Du die Antenne einfach auf einer Holzleiste oder einem Kunststoffrohr befestigen.

Deine 2m-Antenne funktioniert auch gut für andere Frequenzen. Das sind die Frequenzen, die ein ungerades Vielfaches der Grundfrequenz Deiner Antenne haben. Einen Halbwellendipol, den man für 142 MHz gebaut hat, funktioniert also auch für 426 MHz. Das passt zwar nicht ganz genau, aber um auch Satelliten im Bereich 430-440MHz (70cm) zu empfangen, ist das ausreichend.

Die selbstgebaute „2m-Halbwellendipol-Antenne“ ist nun fertig und liefert das beste Signal, wenn Du sie parallel zum Sender hältst.
Probiere am besten aus, ob Du die Antenne besser senkrecht oder waagerecht halten musst. Wichtig ist aber, dass sie nicht wie ein Zeigestock Richtung Sender (Satelliten) gehalten wird.
Den besten Empfang hast Du natürlich unter freiem Himmel, quasi mit Sichtkontakt zum Satelliten (auch wenn man ihn natürlich nicht wirklich sehen kann…). Alternativ funktioniert das natürlich auch unter dem Dach oder hinter einem Fenster, auch wenn das Signal dann natürlich nicht aus allen Richtungen empfangen werden kann oder schwächer ist.

Als Empfänger benötigen wir Geräte, die den Frequenzbereich von 137MHz bis 146 MHz empfangen können, gerne auch den Bereich um 435MHz.
Die Signale der Satelliten, der ISS und Funkamateure sind in der Regel „Frequenzmoduliert“.
Da die Frequenzen außerhalb des Empfangsbereichs eines UKW-Radios liegen, benötigen wir andere Empfänger.

  • Die einfachste Möglichkeit sind sogenannte FM-Scanner. Aber die sind oft teuer und nicht überall zu bekommen. Damit sind aber die Signal schon direkt hörbar. Für Sprechfunk braucht man dann nichts weiter. Bilder und Daten können über eine einfache Audioverbindung zum Rechner mit den richtigen Programmen dekodiert werden.
  • Eine weitere Möglichkeit ist, einen Empfänger im Internet zu benutzen. Auf der Hochschule für Technik gibt es einen Empfänger, der zwar den Bereich für Wettersatelliten nicht abdeckt, aber über den man die ISS und das 2m-Amateurfunkband hören kann: https://websdr.dl0ht.de/2m/
    Da die Antenne dort für direkt über uns fliegende Satelliten nicht so gut geeignet ist und es schöner ist, Signale direkt und ohne Umwege selbst zu empfangen, ist das aber nur in Kompromiss.
  • Günstiger und flexibler ist der Empfang mit dem Computer oder Smartphone und einem geeigneten USB-Gerät, dass die Signale der Antenne aufbereitet. Die Signale werden dann mit einer Software demoduliert und hörbar gemacht.

Das nennt sich „Software Defined Radio“(SDR), weil das Empfangsgerät in Software nachgebildet wird. Der Vorteil ist, dass man ein breites Spektrum sichtbar machen kann und man jede erdenkliche Modulationsart damit empfangen kann - also nicht nur FM-Sender. Zusätzlich kann man ein größeres Spektrum sichtbar machen.
Da diese Möglichkeit sehr flexibel ist und man damit viele Möglichkeit erhält, möchten wir diese hier näher erklären.

Der einfachste und günstigste SDR-Empfänger ist ein „DVB-T-USB-Stick mit RTL2832U“, der sogenannte „RTL-SDR“. Dieser ist für ca. 20€ in verschiedenen Varianten zu bekommen.
Da der „RTLSDR“ allein nicht zum Empfang ausreicht, wird noch weitere Software benötigt: ein RTLSDR-Treiber und die Empfangssoftware.
Für die verschiedenen Plattformen verlinken wir Dir hier ein paar Empfehlungen mit kurzen Anleitungen:

  • Windows:
    "SDR#" von Airspy
    Erste Installation: - ZIP-Archiv entpacken
    - „install-sdr“ im Ordner ausführen
    - danach „zadig“ im Ordner ausführen
    - „Options“→„List all devices“
    - links RTL2832(!)-Treiber auswählen, rechts WinUSB-Treiber auswählen (voreingestellt)
    - „Replace Driver“ anklicken
    - Zadig schließen.
    SDR# muss selbst nicht installiert werden. „SDRSharp“ kann jederzeit direkt ausgeführt werden, sobald der RTLSDR-Treiber einmal installiert ist.
  • Ubuntu/Debian-Linux:
    Der RTLSDR-Treiber und die SDR-Software „gqrx“ sind auf den Paketservern vorhanden.
    Die Installation kann ganz einfach im Terminal gestartet werden mit:
    sudo apt-get install rtl-sdr gqrx-sdr
    „gqrx“ kann danach über das Anwendungsmenü oder im Terminal mit gqrx gestartet werden.

Bei allen Programmen muss bei der Erstausführung ggf. der RTL2832 als Empfangsgerät ausgewählt werden.
Um den Empfang zu starten, muss der „Play >“-Button geklickt werden. Die Frequenz wählt man in der Frequenzanzeige aus, indem man auf der jeweiligen Ziffer oben oder unten klickt.

Je nachdem, was wie gut oder wie weit übertragen werden soll, kann man Audio- oder Dateninformationen unterschiedlich auf die Sendefrequenz „modulieren“.
Die einfachste Form ist die „Amplituden-Modulation“, hat aber eine schlechtere Qualität als die „Frequenzmodulation“.
Radiosender arbeiten mit einer sehr breiten Frequenzmodulation (Wide-FM), um eine besonders hohe Qualität zu erreichen. Wettersatelliten und Funkamateure arbeiten dagegen mit einer schmalen Frequenzmodulation (Narrow-FM), um mit geringerer Sendeleistung große Strecken überbrücken zu können. Die gesendete Modulation muss natürlich im Empfänger passend eingestellt werden.

Zum Testen kannst Du gut einen lokalen Radiosender verwenden, Du musst aber die richtige Modulation auswählen:
Die Modulation von Radiosendern ist „W-FM“. Die Modulation von Wettersatelliten und der ISS ist „NFM“.
Die Frequenzen und Überflugzeiten haben wir Dir auf dieser Seite ganz unten zusammengefasst.
Radio- und Sprechfunksendungen kannst Du nun schon direkt hören. Daten und Bilder werden als Töne kodiert und gesendet. Sie sind also auch schon hörbar, wenn man einen Satelliten empfängt, sie müssen nur noch in Les- oder Sichtbares umgewandelt werden.

Die Dekodierung von Bild- und Datensignalen aus Tönen ist dank Computer und freier Software einfach. Die Dekodierung kann live oder mit aufgenommen Audiodateien erfolgen. Die oben stehenden SDR-Programme haben eine Aufnahmefunktion, alternativ geht aber natürlich auch jeder andere Audiorekorder.

Für die Dekodierung musst Du natürlich den Empfänger am Rechner anschließen (z.B. den FM-Scanner am Soundkarteneingang) oder Deine SDR-Empfängersoftware gestartet haben.
Windows: Um den Ton der Empfängersoftware in die Dekodierungssoftware zu bekommen, musst Du unter Windows noch das "Virtual Audio Cable" installieren. Beim SDR-Programm und den Dekoderprogrammen musst Du dann virtuellen Audio-Geräte als Aus- und Eingang auswählen.
Ubuntu/Debian-Linux: Bei gestarter Dekodersoftware wählst Du unter „Klangeinstellungen“ bei „Eingang“ für das laufende Programm den „Monitor of eingebautes…“ aus.
Alternativ kannst Du auch einfach den Soundkartenausgang mit dem -Eingang verbinden oder die „Luftschnittstelle“ (Laustsprecher→Mikrofon) benutzen. Das funktioniert auch unter Android ausreichend.

Diese Anleitung bezieht sich auf drei Arten der Übertragung:

  • APT - Bildübertragung von Wettersatelliten
    Beim „Automatic Picture Transmission“ werden die gescannten Bildzeilen von NOAA-Wettersatelliten endlos übertragen.
    - Windows, Linux : WXtoIMG - Alternativer Download
    Nach Installation auf „File“→„Update Keplers“ um Überflugdaten zu aktualisieren. Mit „File“→„Satellite Pass List“ werden die nächsten Überflüge angezeigt.

Es gibt einige Computerprogramme und Smartphone-Apps, die Überflüge berechnen und anzeigen - oft auch mit weiteren Informationen zu Frequenzen und Funkaussendungen. Die untenstehenden Satelliten kannst Du Dir in diesen Anwendungen zu Deiner Ansicht hinzufügen und erhälst alle Informationen auf einen Blick.
Windows: Orbitron
Ubuntu/debian-Linux: GPredict (Installation im Terminal mit sudo apt-get install gpredict)
Android und iOS: ISS-Detektor (kann auch Satelliten u.ä.) - alternativ für Android Heavens Above (Google-Play-Store)
Natürlich kannst Du Dir die aktuellen Umlaufbahnen in den Tabellen unten auch anschauen.

Die NOAA-Wettersatelliten umkreisen in 800km Höhe die Erde über die Pole. Für einen Umlauf benötigt ein Wettersatellit ca. 100min. Durch die Drehung der Erde verschiebt sich die Umlaufbahn mit jedem Überflüg um mehrere 1000 Kilometer, so dass es Zeiten gibt, in denen der Satellit mit jedem Umlauf zu hören ist.
Die Internationale Raumstation ISS umkreist die Erde in ca. 400km Höhe in einer Umlaufbahn, die ca. 50° gegenüber des Äquators geneigt ist. Auch hier führt die Drehung der Erde zu einer ständigen Verschiebung der Umlaufbahn, so dass es Phasen geben kann, in denen die ISS tagsüber nur schlecht zu empfangen ist. In vielen Phasen kann man aber oft mehrere Überflüge hintereinander empfangen.

Folgende Satelliten und Stationen lassen sich empfangen:

SatellitFrequenzModulation/CodierungÜberflügeweitere Infos
NOAA-15 137,620 MHz FM/APT Zeiten Umlaufbahn Wettersatellit, zeitweise defekt
NOAA-18 137,9125 MHz FM/APT Zeiten Umlaufbahn Wettersatellit
NOAA-19137,100 MHzFM/APT Zeiten Umlaufbahn Wettersatellit
ISS 145,825 FM/APRS Zeiten Umlaufbahn APRS-Datenpakete über die ISS und andere Satelliten
ISS 145,800 FM/SSTV Zeiten Umlaufbahn Ankündigungen von SSTV-Sendungen
ISS 145,800 FM (Audio) Zeiten Umlaufbahn Rückkanal der Astronauten bei ARISS-Schulfunkkontakten
Sat Freq Mode AOS info

Amateurfunksatelliten haben unterschiedliche Bahnhöhen (typisch 600-800km) und -neigungen.
Auf „Heavens Above“ gibt es die nächsten Überflüge von Amateurfunksatelliten chronologisch sortiert. Mit einem Klick auf einen Satelliten erhälst Du dort neben der Umlaufbahn auch die Downlink-Frequenz (Empfangsfrequenz Deines Empfängers) des Satelliten.
Eine vollständige Übersicht von AFu-Satelliten mit Beschreibungen gibt es vom Funkamateur Mike Rupprecht DK3WN.
Die Downlink-Frequenz ist die Frequenz, auf die der Satellit empfangene Sendungen wieder abstrahlt.
Die Uplink-Frequenz ist dagegen die Frequenz, auf der Funkamateure zum Satelliten senden - entweder als Sprechfunk, APRS-Datenpakete (gleiche Frequenz wie bei der ISS) oder sogar Telegrafie.

Wenn Du vielleicht auch mal Satelliten-Uplink nutzen und auch im Amateurfunk senden möchtest, benötigst Du eine Zulassung zum Amateurfunk.
Vorraussetzung ist eine Prüfung bei der Bundesnetzagentur und ein Wohnort in Deutschland. Es gibt aber sonst keine Einschränkungen wie Beruf oder Alter.
Natürlich musst Du auch das Wissen haben, um die Amateurfunkprüfung zu bestehen. Das kannst Du Dir aber bei den kostenlosen Onlinelektionen im DARC aneigenen. Für Amateurfunk über Satelliten ist die kleinere Klasse E völlig ausreichend. Je nach Vorwissen solltest Du ca. 5 Monate lang 2-3 Stunden in der Woche investieren - aber es lohnt sich :)
Wir helfen Dir auch gerne durch die Lektionen und bereiten Dich auf die Prüfung vor.
Sprech' uns einfach an oder schicke uns eine Mail an funktreff-bremen@lists.darc.de :)