Als die BBC das bevorstehende Ende ihrer 198-kHz-Langwellenausstrahlungen ankündigte, drohte Tausenden historischer Röhrenradios das Schicksal stummer Dekorationsstücke. Ohne analoge Rundfunkwellen in der Atmosphäre blieben diese jahrhundertealten Geräte für immer zum Schweigen verdammt. Der Londoner Hardware-Entwickler Gareth Davies wollte sich damit nicht abfinden und baute mit einem kostengünstigen ESP32-S3-Mikrocontroller kurzerhand einen eigenen AM-Minisender.
Vollständige AM-Modulation direkt über einen einzigen GPIO-Pin
Die Hardware-Architektur dieses Senders wurde auf ein Maß reduziert, das physikalischen Gepflogenheiten beinahe zu widersprechen scheint. Ein ESP32-S3 empfängt Webradio-Streams über WLAN und erzeugt den amplitudenmodulierten (AM) 200-kHz-Langwellenträger unmittelbar an einem gewöhnlichen GPIO-Pin.
Es gibt weder einen externen DAC noch diskrete analoge HF-Modulatorschaltungen. Da eine direkte Modulation des Tastverhältnisses kaum Amplitude erzeugt, linearisiert Davies die Pulsweitenmodulation über eine Arkussinus-Tabelle. Auf Softwareebene implementiert die Firmware zudem ein Tiefpassfilter sechster Ordnung, einen fraktionalen Resampler mit Pufferfüllstandsregelung sowie einen Spitzenwertbegrenzer. Dass komplexe analoge Funktechnik vollständig durch Software-Algorithmen ersetzt werden kann, zeigt eindrucksvoll, wie die Rechenleistung moderner Mikrocontroller selbst betagte Analogstandards problemlos absorbieren kann.
Bild: Die minimalistische Senderplatine, bestehend aus einem ESP32-Board und wenigen Verbindungsdrähten. Quelle: Hackaday
Fünf Drahtwindungen als funktionale Antenne
Der Weg des Hochfrequenzsignals ist denkbar einfach: Vom GPIO-Pin führt die Leitung über einen 220-Ohm-Vorwiderstand direkt in die Antenne. Selbst diese Antenne ist kein klassisches Elektronikbauteil.
Im Deckel des 3D-gedruckten Gehäuses befinden sich vier Kunststoffstege. Davies wickelte fünf Windungen Schaltdraht um diese Pfeiler und schloss das andere Ende an Masse an. Dadurch wird die Gehäusestruktur selbst zur Induktionsspule. Die nahtlose Integration der Antenne in den Gehäusedeckel verdeutlicht, wie Maker-Designs die Grenzen zwischen Schaltungsentwurf und Mechanik aufheben und das Gehäusevolumen direkt in die Stückliste (BOM) einkalkulieren.
Bild: Eine um die Stege des 3D-Druckdeckels gewickelte Spule mit fünf Windungen bildet die eigentliche Antenne. Quelle: GarethDaviesLondon (GitHub)
Verzicht auf Ausgangsfilter zugunsten radikaler Einfachheit
Das am GPIO-Pin anliegende 200-kHz-Signal ist im Kern eine Rechteckwelle. Da auf jegliche Ausgangsfilterung verzichtet wurde, strahlt das Signal unvermeidlich ungeradzahlige Oberwellen bei 600 kHz, 1 MHz und darüber im gesamten Mittelwellenband ab. Zudem liegt die Trägerfrequenz von 200 kHz in einem lizenzpflichtigen Langwellenband, für das das Projekt keine Sendegenehmigung besitzt. Allerdings ist die Sendeleistung verschwindend gering: Das Gerät wird direkt neben dem Empfänger platziert und arbeitet über induktive Nahfeldkopplung statt über elektromagnetische Fernfeldabstrahlung. Der Verzicht auf Oberwellenfilter beweist, dass im extremen Nahfeldbereich pragmatischer Spielraum in der Praxis oft mehr zählt als theoretische Normkonformität.
Zwei unabhängige Sendersysteme auf einem einzigen Chip
Nachdem die Grundaufgabe – das Wecken historischer Radios – gelöst war, verfügte der ESP32-S3 immer noch über beträchtliche Leistungsreserven.
Auf der Platine laufen tatsächlich zwei völlig voneinander unabhängige Sendersysteme. Sie teilen sich zwar die WLAN-Verbindung und die Senderliste, können jedoch parallel zwei unterschiedliche Webradiostreams auf zwei getrennten Trägerfrequenzen ausstrahlen. Der Chip hostet zusätzlich einen vollwertigen Webserver, über den Nutzer im Smartphone-Browser nach Sendern suchen sowie Modulationstiefe, Audio-Tiefpass, Verstärkung und automatische Pegelregelung (AGC) konfigurieren können. Eine zweikanalige Sendestation mit Web-Interface und AGC auf einem günstigen IoT-Chip belegt, wie die Open-Source-Hardware-Bewegung eine Technologie, die einst Sendehallen füllte, auf Fingernagelgröße geschrumpft hat.
Die Kombination des ESP32 mit nostalgischer Empfangstechnik zeigt, wie Hardware-Hacker klassischen Geräten im digitalen Zeitalter neues Leben einhauchen. Die historischen Sender mögen verstummt sein, doch im Magnetfeld einer Spule mit fünf Windungen leuchten die Glühfäden hundertjähriger Elektronenröhren wieder in ihrem vertrauten warmen Licht.
Referenzlinks:
- Keep That Old Radio Alive With An ESP32
- ESP32-S3 AM Transmitter (GitHub)
