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Aufgespürt - 2,45-GHz-Fetektor DET 245 (Detektiv für Funk-Kamerasysteme und WLAN-Sender)

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Aus ELVjournal 01/2008     2 Kommentare
Aufgespürt - 2,45-GHz-Fetektor DET 245 (Detektiv für Funk-Kamerasysteme und WLAN-Sender)
Bausatzinformationen
ungefähr Bauzeit(Std.)Verwendung von SMD-Bauteilen.
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Inhalt des Fachbeitrags

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Technische Daten

Spannungsversorgung9-V-Blockbatterie 6LR61
Frequenz2,45 GHz
Stromaufnahme60 mA
Freifeldreichweitebis 5 m

Funk-Kamerasysteme, WLAN-Netze, Bluetooth-Geräte, A/V-Sender u. a. arbeiten auf unterschiedlichen Frequenzen und mit unterschiedlichen Modulationsverfahren im lizenzfreien ISM-2400-Frequenzband. Der 2,45-GHz-Detektor ist ein mobiles Hand-Gerät zum Detektieren solcher Sender und ihres Standortes.

Finden und orten

Das 2,4-GHz-Band umfasst den Frequenzbereich von 2,400 bis 2,4835 GHz, es ist von der ITU als sogenanntes ISM-Band für die lizenzfreie Nutzung durch Short Range Devices (SRD, Funksender geringer Leistung) freigegeben. Der Name ISM (Industrial Scientific and Medical) sagt es: dieses Frequenzband kann durch ganz unterschiedliche Anwendungen belegt werden. Die Lizenzfreiheit der hier betriebenen Funkgeräte besagt zwar, dass jeder, ohne eine Funklizenz zu beantragen, mit diesen Geräten arbeiten kann, allerdings ist die technische Konzeption der Sende- und Empfangsgeräte einigen Konventionen unterworfen. So dürfen je nach Geräteart bestimmte HF-Leistungen nicht überschritten werden, andere Systeme wie WLAN oder Bluetooth unterliegen besonderen Normungen, um die Zusammenarbeit von Geräten unterschiedlicher Hersteller zu gewährleisten und die Nutzung des zugewiesenen Frequenzbereiches effektiv zu gestalten.
Leider hat die allgemein freigegebene Nutzung solcher Bänder vor allem einen Haken – die Anzahl der Kanäle ist naturgemäß begrenzt und so sind gegenseitige Störungen, wenn vielleicht auch nur kurzzeitig, weil einige Systeme mit Frequenzhopping arbeiten, trotz nominell geringer Reichweiten vorprogrammiert. Ein A/V-Sendesystem ist also kaum ununterbrochen störungsfrei zu betreiben, wenn man im Empfangsbereich des A/V-Empfängers ein Bluetooth-Handy betreibt oder gar ein WLAN im gleichen Haus nutzt. Und die geringe Leistung sowie die hohe Frequenz haben auch dazu geführt, dass die Sende- und Empfangstechnik immer kompakter wird.
Bild 1: 2,4-GHz-Sendesysteme sind extrem kompakt realisierbar und somit auch gut unauffällig zu installieren. Links ein komplettes Mini-Kamera-Sendersystem, rechts ein Mini-WLAN-Sender, in der Mitte ein Bluetooth-Stick, der sogar noch einen Speicherkartenleser enthält. Besonders Geräten wie letzterem Bluetooth-Stick sieht man seine Hauptfunktion zunächst nicht an.
Bild 1: 2,4-GHz-Sendesysteme sind extrem kompakt realisierbar und somit auch gut unauffällig zu installieren. Links ein komplettes Mini-Kamera-Sendersystem, rechts ein Mini-WLAN-Sender, in der Mitte ein Bluetooth-Stick, der sogar noch einen Speicherkartenleser enthält. Besonders Geräten wie letzterem Bluetooth-Stick sieht man seine Hauptfunktion zunächst nicht an.
Abbildung 1 zeigt drei Beispiele dafür. Die Kompaktheit führt allerdings auch zu negativen Erscheinungen – kleine Spionage-Funk-Kameras mit integriertem Sender sind heute nahezu überall völlig unauffällig unterzubringen. Geringe Stromaufnahmen ermöglichen sogar lang andauernden Batteriebetrieb. Betreibt man solche Systeme ohne Kenntnis des Beobachteten, so ist das schon einmal strafbar. Dazu kommt, dass im Falle der A/V-Systeme jeder, der einen A/V-Empfänger besitzt, mithören und mitsehen kann. Wie unangenehm so etwas werden kann, ist immer wieder einmal in TV-Magazinsendungen zu sehen, wenn sich TV-Teams aufmachen, heimlich installierte Sender in Läden, Sonnenstudios oder Hotelzimmern zu orten und Beobachtete wie Beobachter damit zu konfrontieren. Die kleinen, tragbaren Empfänger sind zwar gut zur allgemeinen Ortung von A/V-Systemen geeignet, können den direkten Senderstandort allerdings nicht punktgenau anpeilen.
Dies und die angestrebte universelle Einsetzbarkeit für alle ISM-Dienste bedingen ein Messgerät, mit dem der Sender möglichst punktgenau geortet werden kann. Das muss nicht extrem empfindlich in Bezug auf Empfangsreichweite sein, aber über eine möglichst hohe Richtwirkung verfügen, um tatsächlich punktgenau einen Sender finden zu können und nicht etwa einen anderen im Nachbarhaus damit anzupeilen. Die Anwendung eines solchen Gerätes kann vielfältig sein – es kann zur Störungssuche genauso eingesetzt werden wie zum Optimieren und Abstimmen verschiedener 2,45-GHz-Systeme, aber auch zur o. a. Suche nach versteckten Sendern. Es ist auch sehr nützlich für das Aufspüren verbotenerweise eingesetzter WLAN- und Bluetooth-Geräte in Betrieben, denn deren Einsatz ist im Allgemeinen streng reglementiert, um die Daten- und Kommunikationssicherheit in einer Firma zu gewährleisten. Ein unerlaubter, offener WLAN-Port kann fatale Folgen für die Datensicherheit haben! Unser hier vorgestellter 2,45-GHz-Detektor kann genau diese Aufgaben erfüllen. Er verfügt über eine sehr wirksame Richtantenne, die Feldstärkeanzeige erfolgt sowohl optisch als auch akustisch. Durch die extrem einfache Bedienung ist die Nutzung des Gerätes für jedermann möglich.

Funktion

Um die exakte Position einer Signalquelle mit dem 2,45-GHz- Detektor aufzuspüren, ist eine Antenne mit einem gutem Vor- Rück-Verhältnis und hoher Richtwirkung erforderlich. Aus diesen Gründen kommt hier eine Patch-Antenne zum Einsatz. Eine solche Patch-Antenne ist sehr einfach aufzubauen und kostengünstig zu produzieren. Sie besteht lediglich aus einer doppelseitigen Platine.
Abbildung 2 zeigt die verwendete Patch-Antenne des 2,45-GHz-Detektors mit einem beispielhaften Richtdiagramm.
Bild 2: Patch-Antenne mit beispielhaftem Richtdiagramm
Bild 2: Patch-Antenne mit beispielhaftem Richtdiagramm
Bild 3: Blockschaltbild des 2,45-GHz-Detektors
Bild 3: Blockschaltbild des 2,45-GHz-Detektors
Abbildung 3 zeigt das Blockschaltbild des 2,45-GHz-Detektors. Das Empfangssignal gelangt über die Patch-Antenne zum Front-End-Filter. Das Filter dient zur Selektion des Frequenzbandes ISM 2400. Anschließend gelangt das gefilterte Eingangssignal zum HF-Detektor. Er wandelt das Eingangssignal in eine Gleichspannung um. Diese gelangt dann zum Mikrocontroller, der eine Analog-Digital-Wandlung mit anschließender Auswertung des Daten-Signals vornimmt. Der Mikrocontroller steuert den LED-Bargraph, bestehend aus den 9 Leuchtdioden, entsprechend der Signalstärke des Empfangssignals an. Zusätzlich wird ein Signalgeber mit dem Mikrocontroller angesteuert, der ebenfalls je nach Empfangssignal- Stärke unterschiedliche Töne erzeugt. Somit gibt es eine optische und akustische Anzeige, ob und wie stark ein Signal empfangen wird. Je höher der empfangene Signalpegel, desto mehr Leuchtdioden werden vom Mikrocontroller angesteuert und umso höher ist der hörbare Ton des Signalgebers. Die Batteriespannung des Gerätes wird mit einem Spannungsregler stabilisiert, um eine konstante Funktion über den gesamten nutzbaren Batteriespannungsbereich zu gewährleisten.

Schaltungsbeschreibung

Die Schaltung (Abbildung 4) wird mit einer 9-V-Blockbatterie BAT 1 betrieben.
Bild 4: Schaltbild des 2,45-GHz-Detektors
Bild 4: Schaltbild des 2,45-GHz-Detektors
Der Spannungsregler IC 3 stabilisiert die Batteriespannung auf 3 V. Die Kondensatoren C 11 bis C 14 dienen zur Unterdrückung der Schwingneigung des Spannungsreglers. Mit dem On-Taster TA 1 wird das Gerät eingeschaltet. Das bedeutet, dass das Gerät nur so lange in Betrieb ist, wie der Taster gedrückt und gehalten wird. Die Diode D 11 dient als Verpolungsschutz und der Widerstand R 14 als Sicherungselement. Die Leuchtdiode D 12 dient in Verbindung mit dem Vorwiderstand R 15 als Betriebsanzeige. Fast die gesamte Schaltung wird mit der stabilisierten Betriebsspannung von 3 V versorgt. Ausgenommen ist der Signalgeber PZ 1. Er wird direkt mit der 9-V-Batteriespannung versorgt, um eine maximale Lautstärke zu erreichen. Das Eingangssignal gelangt über die Patch-Antenne zum Bandpassfilter BPF 1. Das Filter hat eine 3-dB-Bandbreite von 100 MHz und selektiert somit das gesamte Frequenz- Band von 2400 MHz bis 2484 MHz (ISM 2400).
Nach der Filterung wird das Signal dem HF-Detektor IC 2 zugeführt. Er wandelt das HF-Signal in eine Gleichspannung um. Dabei ist die Höhe der Gleichspannung abhängig vom Leistungspegel des HF-Signals. Die Induktivitäten L 1, L 2 und die Kondensatoren C1, C 2 dienen zur Anpassung der Antenne und des HF-Detektors IC 2 an das Bandpassfilter BPF 1. Da die Patch-Antenne für eine Eingangsimpedanz von 50 Ω ausgelegt ist und das Bandpassfilter BPF 1 ebenfalls eine Ein- und Ausgangsimpedanz von 50 Ω hat, konnte auf eine Anpassung an dieser Stelle verzichtet werden. Das bedeutet, die Kondensatoren C 1 und C 2 sind nicht bestückt und die Induktivitäten L 1 und L 2 werden durch 0-Ω-Widerstände ersetzt. Der Widerstand R 1 ist das einzige Anpass-Element und verbessert die Rückflussdämpfung des HF-Detektors um ca. 10 dB. Die Kondensatoren C 4 und C 5 dienen zum Abblocken der Betriebsspannung des HF-Detektors IC 2.
Der 8-Bit-Mikrocontroller IC 1 von Atmel übernimmt die Auswertung des Ausgangssignals VOUT des HF-Detektors IC 2. Er wandelt mit Hilfe seines internen 10-Bit-Analog-Digital- Wandlers ADC2 die analoge Gleichspannung in ein digitales Datenwort. Nach der Auswertung des Datenwortes werden dann die entsprechenden Leuchtdioden D 1 bis D 9 über die Ports PC 4 und PD 0 bis PD 7 angesteuert. Die Widerstände R 2 bis R 10 dienen zur Strombegrenzung der Leuchtdioden. Zusätzlich wird mit dem Port PB 1 über den Transistor T 1 der Signalgeber PZ 1 angesteuert. Der Transistor dient dabei in Verbindung mit dem Widerstand R 12 als Treiber für den Signalgeber PZ 1. Je nach Stärke des Eingangssignals wird eine Frequenz zwischen 40 Hz und 500 Hz erzeugt. Der Widerstand R 11 sorgt für einen definierten Reset des Mikrocontrollers IC 1 beim Zuschalten der Betriebsspannung. Um eine optimale Performance des 2,45-GHz-Detektors zu erreichen, ist eine Einstellung der Empfindlichkeits-Schwelle erforderlich. Diese wird bei der ersten Inbetriebnahme mit dem Taster TA 2 durchgeführt (siehe Bedienung/Abgleich).

Nachbau

Alle SMD-Bauteile sind bereits bei der Auslieferung des Bausatzes bestückt. Es müssen lediglich die bedrahteten Bauteile eingelötet werden. Dazu zählen drei Kondensatoren, Elkos, ein Taster, der Signalgeber, 10 Leuchtdioden, ein Lötnagel und ein Batterieclip. Außerdem sind die Basisplatine und die Patch-Antenne miteinander zu verlöten. Alle Bauteile bis auf den Signalgeber und der Lötnagel sind von der Platinenoberseite der Basisplatine zu bestücken und anschließend von der Unterseite zu verlöten. Bei den Elkos ist die Polung zu beachten.
Bild 6: Basisplatine mit Batterieclip-Anschlüssen
Bild 6: Basisplatine mit Batterieclip-Anschlüssen
Bild 5: Seitenansicht der Basisplatine des 2,45-GHz-Detektors
Bild 5: Seitenansicht der Basisplatine des 2,45-GHz-Detektors
Die Bestückung der Leuchtdioden erfolgt in einem Abstand von 13 mm zur Platinenoberseite, siehe Abbildung 5. Die Leitungen des Batterieclips sind zunächst von der Unterseite der Basisplatine durch die Bohrung für die Zugentlastung zu führen und dann von der Unterseite zu verlöten, siehe Abbildung 6.
Bevor nun die komplett bestückte Basisplatine mit der Patch- Antenne verlötet werden kann, muss der Lötnagel präpariert werden. Dazu ist der Lötnagel von der Rückseite in die dafür vorgesehene Bohrung der Patch-Antenne zu stecken und so zu kürzen, dass er nicht mehr aus der Platine herausragt. Dann kann der Lötnagel mit der Patch-Antenne verlötet werden. Anschließend ist die Patch-Antenne auf die Basisplatine zu schieben, so dass die beiden Platinen senkrecht zueinander stehen, und zu verlöten. Zum Schluss muss der Lötnagel mit wenig Lötzinn auf die Leiterbahn der Basisplatine gelötet werden. Dabei ist zu beachten, dass der Lötnagel flach auf der Leiterbahn aufliegt. Jetzt sind alle Lötarbeiten abgeschlossen. Als Nächstes ist der mitgelieferte Aufkleber direkt über das Patch der Antenne zu kleben.
Bild 7: Patch-Antenne
Bild 7: Patch-Antenne
Die Position ist in Abbildung 7 gestrichelt angedeutet. Dies ist aufgrund der notwendigen ESDFestigkeit (electostatic discharge) erforderlich. Nun wird mit dem mitgelieferten doppelseitigen Klebeband die Frontplatte in der Gehäuseoberschale befestigt. Dazu ist das Klebeband so zu positionieren, dass es keine Bohrungen überdeckt.
Bild 8: Gehäuseoberschale des 2,45-GHz-Detektors
Bild 8: Gehäuseoberschale des 2,45-GHz-Detektors
Dies ist in Abbildung 8 schraffiert dargestellt. Daran anschließend ist die fertige Platinenkombination mit den dazugehörigen Schrauben in der Gehäuseoberschale zu befestigen. Danach wird die Gehäuseunterschale mit der Gehäuseoberschale verschraubt. Anschließend erfolgt noch das Einkleben zweier Schaumstoffklebeteile in das Batteriefach und in den Batteriefachdeckel, um ein Verrutschen der Batterie zu verhindern. Zum Schluss ist eine 9-V-Batterie an den Batterieclip anzuschließen, der Batteriefachdeckel einzusetzen und zu verschrauben.
Bild 9: Das fertig aufgebaute Gerät
Bild 9: Das fertig aufgebaute Gerät
Bild 9 zeigt das fertig aufgebaute Gerät.

Bedienung/Abgleich

Vor der Inbetriebnahme ist eine Einstellung der Empfindlichkeitsschwelle vorzunehmen, um eine hohe Empfindlichkeit und somit eine optimale Reichweite zum Aufspüren von ISM-Geräten zu erreichen. Dies ist erforderlich, um z. B. in Räumen mit einer hohen Deckenhöhe eine erfolgreiche Suche durchzuführen. Sollte diese Einstellung nicht vorgenommen werden, ist automatisch eine mittlere Empfindlichkeitsschwelle voreingestellt.

Die Einstellung ist wie folgt durchzuführen:

• Mit einem dünnen Gegenstand, z. B. einer Büroklammer, den Taster TA 2 durch die dafür vorgesehene Bohrung in der Frontplatte gedrückt halten.

• Taster „On“ betätigen und ebenfalls gedrückt halten. Jetzt wird automatisch ein Leuchtdioden-Test durchgeführt, d. h., alle Leuchtdioden werden in Form eines Lauflichtes von unten nach oben hin angesteuert. Zusätzlich ertönt ein Ton vom Signalgeber. Anschließend beginnt der Einstellvorgang für die Empfindlichkeitsschwelle des Gerätes. Dazu werden die Leuchtdioden im Halbsekundentakt angesteuert. Das bedeutet, je mehr LEDs leuchten, desto empfindlicher ist der 2,45-GHz-Detektor. Die Bestätigung der gewünschten Empfindlichkeit erfolgt durch das Loslassen des Tasters TA 2. Ein Signalton bestätigt das Abspeichern der gewünschten Schwelle. Zusätzlich wird die eingestellte Empfindlichkeitsschwelle mit der entsprechenden Leuchtdiode signalisiert. Dies wird ebenfalls bei jeder Inbetriebnahme angezeigt.

• Taster „On“ loslassen

Nach dem Abgleich kann der 2,45-GHz-Detektor zum Einsatz kommen, um z. B. die besprochenen Funk-Kamerasysteme und bedingt auch WLAN-Router aufzuspüren. Dazu ist, wie bei der Einstellung der Empfindlichkeitsschwelle, der Taster „On“ zu drücken und festzuhalten. Sobald man den Taster loslässt, schaltet sich das Gerät wieder aus. 9 rote Leuchtdioden zeigen im Betrieb die mit der Patch-Antenne empfangene relative Signalstärke an. Je mehr Leuchtdioden leuchten, desto stärker ist das empfangene Signal. Um die Anzeige besser beurteilen zu können, ist es erfor derlich, sich mit dem Gerät sehr langsam zu bewegen. Sich dabei einmal um die eigene Achse zu drehen ist sehr hilfreich, um die Richtung eindeutig zu bestimmen. Eine akus tische Anzeige unterstützt zusätzlich das Suchen der Geräte. Das bei geringer Feldstärke hörbare „Knattern“ verändert sich mit stärker werdender Signalstärke in einen Ton mit steigender Frequenz. Das unterstützt die visuelle Suche nach dem georteten Gerät.

Ansicht der fertig bestückten Platine des DET 245 mit zugehörigem Bestückungsplan, links von der Bestückungsseite, rechts von der Lötseite
Ansicht der fertig bestückten Platine des DET 245 mit zugehörigem Bestückungsplan, links von der Bestückungsseite, rechts von der Lötseite

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Kommentare:

05.04.2013 schrieb Gerald Grummt:
„Sehr geehrte Damen und Herren, gern würde ich diesen Bausatz bestellen (2,45-GHz-Fetektor DET 245) und aufbauen, leider finde ich aber keine Artikelnummer dazu. Gibt es einen Grund, warum der BS nicht mehr bestellbar ist ? Vielleicht ist auch ein Nachfolger-Projekt geplant ? Ich habe eine weitere Anfrage zum Thema Radar-Sensoren. Derzeit wird in der Politik gerade über eine Freigabe von Radarwarnern diskutiert. Sollte hier tatsächlich eine Freigabe erteilt werden, würde ich mich ebenfalls sehr über einen Bausatz zu diesem Thema freuen. Mit freundlichen Gruessen, Gerald Grummt”
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16.04.2013 schrieb Michael Sandhorst (Technik):
„Hallo Gerald Grummt, im Produktlebeneszyklus müssen unsere Produktmanager an einem gewissen Punkt entscheiden, ob wir das Sortiment aus vielerlei Gründen (z.B. Nachfrage, limitierte Lagerkapazität) ändern oder nicht. In diesem Fall haben die Verantwortlichen eine Auslistung entschieden. Derzeit können wir Ihnen aus unserem aktuellen Liefersortiment auch keinen Nachfolger mit gleichen Produkteigenschaften anbieten. Wir bedauern Ihnen keine andere Mitteilung machen zu können. Mit freundlichen Grüßen Michael Sandhorst (Technik) ”
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