Универсальная панорамная SDR-приставка для КВ трансивера. Делаем первые шаги с RTL-SDR Побочные каналы приема sdr приемника

В этой статье я расскажу о том, как на базе отладочной платы DE0-nano сделать достаточно простой КВ SDR приёмник.
Пример принимаемых сигналов:

Про технологию SDR можно почитать . Вкратце - это методика приёма радиосигнала, в которой большой объем обработки информации производится в цифровом виде. Благодаря использованию ПЛИС и высокоскоростного АЦП, можно сделать приёмник, в котором даже перенос частоты «вниз» производится цифровым способом. Такой метод называется DDC (Digital Down Conversion), подробнее про него можно прочитать и . Используя эту методику, можно сильно упростить приёмник, в котором единственной аналоговой частью становится АЦП.

А теперь поподробнее о моем приёмнике.
Его основой является ПЛИС производства компании Altera, установленная на отладочной плате DE0-Nano. Плата относительно дешевая (60$ для студентов), правда, с достаточно дорогой доставкой (50$). Сейчас она становится все более популярной у радиолюбителей, начинающих знакомство с ПЛИС.
Главная задача ПЛИС - «захватить» цифровой сигнал с АЦП, перенести его в область низких частот, отфильтровать и отправить результат на компьютер. Структурная схема приёмника, реализованного мной, имеет такой вид:

Рассмотрим последовательно компоненты, которые проходит радиосигнал и цифровая информация.

Антенна

У радиолюбителей есть поговорка «Хорошая антенна - лучший усилитель». Действительно, от антенны зависит очень многое. Большинство наиболее интересных сигналов на коротких волнах нельзя принять на простую антенну (например, на кусок провода). За городом особых проблем нет - достаточно длинный провод может работать хорошей антенной (на приём). В городе, особенно внутри крупных железобетонных домов все значительно хуже - длинную антенну не растянуть, при этом мешающих шумов очень много (бытовые приборы способны создавать в эфире очень большой уровень шума), так что выбор антенны становится непростым делом.
Для приёма радиосигналов я пользуюсь активной рамочной антенной, конструкция которой описана .
Моя антенна выглядит так:

Фактически антенна представляет собой большой колебательный контур (конденсатор находится внутри коробки на столе). Установлена она на балконе, и достаточно неплохо работает. Основное достоинство рамочной антенны - за счет использования явления резонанса она позволяет подавлять шумы на неиспользуемых частотах, однако есть и недостаток - при переходе с одного диапазона частот на другой антенну нужно перестраивать.

АЦП

Выбор АЦП тоже непрост. АЦП должен обладать большой разрядностью для повышения динамического диапазона, а для DDC приёмника - еще и высоким быстродействием. Обычно в хорошие DDC приёмники ставят АЦП с разрядностью 16-бит и быстродействием >50 MSPS. Однако стоимость таких АЦП больше 50$, и в экспериментальную конструкцию хотелось поставить что-нибудь попроще.
Я выбрал AD9200 - 10-битный 20 MSPS АЦП стоимостью 200 руб. Это очень посредственные характеристики для DDC приёмника, однако, как показала практика, АЦП вполне пригоден для приёма сигналов.
АЦП установлен на отдельной плате, которая вставляется в отладочную:

Снизу плата металлизирована, слой металла соединен с землей АЦП, что тоже защищает от помех.

Схема подключения АЦП

Опыта разводки ВЧ конструкций у меня нет, так что возможно, что схему и разводку можно улучшить.

Так как АЦП оцифровывает только сигналы положительного уровня, а сигнал с антенны биполярный, то сигнал приходится смещать на половину опорного напряжения (для этого служат резисторы R1 и R2). Искусственно созданная постоянная составляющая затем вычитается уже из цифрового сигнала в ПЛИС.

Вся дальнейшая обработка сигнала после АЦП идет в ПЛИС.
Поток данных с АЦП составляет 200 Мбит (10-bit x 20 MSPS). Передать такой поток напрямую в компьютер, а потом его еще и обработать очень сложно, поэтому частоту сигнала нужно специально понизить. При переносе на более низкую частоту возникает явление «зеркального канала», для борьбы с которым используют квадратурное преобразование частоты - сигнал преобразовывают в комплексную форму (происходит разделение на два канала I/Q). Перенос на более низкую частоту производится путем умножения исходного сигнала на сигнал генератора. В используемой ПЛИС достаточно аппаратных умножителей, так что это не представляет проблемы.

NCO

Для того, чтобы переносить входной сигнал на нужную частоту, ее нужно создать. Для этого используется готовый компонент Quartus - NCO (numerically controlled oscillator). На генератор подается тактовая частота, такая же как и у АЦП (20 МГц), на его вход управления подается значение, определяющее частоту, и на его выходе формируется цифровой синусоидальный сигнал нужной частоты, дискретизованный с частотой 20 МГц. NCO способен параллельно формировать и косинусный сигнал, благодаря чему можно формировать квадратурный сигнал.

CIC-фильтр

После смешивания с сигналом генератора с выхода умножителей сигнал выходит уже перенесенный на более низкую частоту, но все еще с высокой частотой дискретизации (20 MSPS). Сигнал требуется децимировать , то есть отбросить часть выборок. Просто так отбросить лишние выборки нельзя, так как это приведет к искажению выходного сигнала. Поэтому сигнал нужно пропустить через специальный фильтр (CIC-фильтр). В данном случае я хотел получить на выходе приёмника частоту дискретизации сигнала 50 кГц. Из этого следует, что частота должна быть понижена в (20e6 / 50e3 = 400) раз. Децимацию придется производить в 2 этапа - сначала в 200, затем в 2 раза.
Первый этап выполняет именно CIC-фильтр. Я использовал 5-каскадный фильтр.
В результате работы CIC-фильтр за счет понижения полосы сигнала разрядность выходного сигнала увеличивается. С своем приёмнике я искусственно ограничил ее 16 битами.
Так как каналов в приёмнике два, то и фильтров потребуется тоже два.
К сожалению, CIC-фильтр имеет довольно крутую АЧХ, стремящуюся к 0 при приближении к выходной частоте дискретизации (100 кГц). Для компенсации ее кривизны служит следующий фильтр.

Компенсационный FIR-фильтр

Этот фильтр нужен для того, чтобы компенсировать спад АЧХ CIC-фильтра и выполнить еще один этап децимации (в два раза). В Altera уже позаботились о методике расчета этого фильтра - при создании CIC-фильтра автоматически формируется программа для Matlab, запустив которую, можно сформировать коэффициенты для компенсационного фильтра.
Вид АЧХ CIC, FIR и получающегося результата (графики строит та же программа для Matlab):

Видно, что на частоте 25 кГц CIC-фильтр ослабит сигнал на 20 Дб, что очень много, однако с использованием FIR-фильтра ослабление всего 10 Дб, а на более низких частотах ослабление практически отсутствует.
На выходе FIR-фильтра с учетом децимации будет частота дискретизации сигнала будет 50 кГц.
Почему нельзя сразу было произвести децимацию сигнала в 400 раз? Это связано с тем, что частота среза FIR-фильтра должна составлять 1/4 от его выходной. В данном случае частота дискретизации на выходе фильтра без децимации, как и на его входе, составляет 100 кГц. В результате этого частота среза будет как раз 25 кГц, что и видно на графиках выше.
Оба фильтра являются готовыми компонентами Quartus.

Передача данных на компьютер

Полученный поток данных ((16+16)bit x 50 KSPS = 1.6 Mbit) нужно передать на компьютер. Данные я решил передавать через Ethernet. На отладочной плате нет такого интерфейса. Наиболее правильно было бы сделать отдельную плату с контроллером PHY, запустить soft-процессор Nios, и передавать данные через них. Однако это значительно усложняет конструкцию. Я пошел более простым путем - Ethernet пакеты можно формировать на самой ПЛИС, таким образом можно передавать данные со скоростью 10 Mbit. В данном случае Ethernet кабель через разделительный трансформатор соединяется с выводами ПЛИС. Проекты с таким принципом работы можно посмотреть и .
В качестве основы я выбрал первый проект, частично его доработав. В изначальном проекте ПЛИС посылает на компьютер с заданным IP и MAC адресом определенный UDP-пакет. После переделки модуль Ethernet передатчика мог передавать 1024 байта, считывая их из RAM. В результате на компьютер в одном пакете отправляются 256 пар 16-битных значений сигнала, взятого с выходов фильтров. Так как данные поступают от АЦП непрерывно, а отправлять их на компьютер нужно пакетами, то пришлось реализовать двойную буферизацию памяти - в то время, пока одна RAM заполняется, данные из другой RAM передаются по Ethernet. После того, как первая RAM заполнится, обе RAM «меняются местами», за что отвечает довольно простой управляющий модуль.
Так как на выходе фильтров данные передаются потоком из пары 16 битных величин, а по Ethernet передаются отдельные байты, то для преобразования потоков в конструкцию введен модуль, который преобразует поток 32 бит 50 KSPS в 8 бит 200 KSPS.

Как оказалось, если передавать поток данных со скоростью 1.6 Mbit, то устройство, к которому подключен приёмник, даже не обнаруживает его (нет линка). Это связано с тем, что пакеты данных при этом передаются с периодом примерно 5 мс, а для того, чтобы сообщить другому сетевому устройству скорость подключения (10 Mbit), нужно каждые 8-24 мс передавать специальный короткий импульс (NLP). Из-за высокой частоты передачи пакетов, модуль Ethernet не успевает передавать эти импульсы, и Autonegotiation не происходит.
Поэтому, для того, чтобы противоположное устройство все же могло определить скорость соединения, достаточно при включении приёмника временно уменьшить частоту передачи пакетов (у меня - в 4 раза), благодаря чему модуль Ethernet успевает передать импульсы NLP.

Приём данных от компьютера

Для того, чтобы управлять приёмником (устанавливать частоту настройки), на него нужно передавать определенную величину, которая будет использоваться для задания частоты NCO.
Для приёма этой величины так же используется компонент с вышеуказанного сайта, модифицированный для приёма данных, и выдачи их в виде 24 битного числа. Так как модули приёмника и передатчика никак не связаны друг с другом, то реализовать ARP нельзя, и фактически это значит, что приёмник не будет иметь IP и MAC адреса. Передать информацию на него можно, если отправить в сеть широковещательный пакет.
Физически, как и в случае с передатчиком, сетевой провод соединяется с отладочной платой через трансформатор. Однако здесь уже нельзя подключаться к произвольным выводам ПЛИС, так как сигнал достаточно мал. Нужно использовать выводы, поддерживающие интерфейс LVDS - он является дифференциальным.

Ресурсы, используемые программой ПЛИС:
- 5006 LE
- 68 9-bit умножителей (64 из них используются в FIR -фильтре).
- 16,826 bit памяти (8 блоков M9K).

Вид проекта проекта в Quartus:

Обработка данных на компьютере

После того, как компьютер принял данные, их нужно обработать. Лучше всего взять готовую программу. Обычно в SDR программах реализовывают нужные цифровые фильтры, алгоритмы, предназначенные для формирования звука и его фильтрацию, БПФ принятого сигнала, построение его спектра и «водопада».
Я использую программы HDSDR и SDRSharp, они обе поддерживают ввод данных при помощи одинаковых библиотек ExtIO (формат программы Winrad). Требования программ к библиотеке хорошо документированы .
Вот есть пример создания такой библиотеки. Я переделал этот пример, добавил в него приём данных из сети, склеивание двух пакетов (программа за раз приминает минимум 512 пар I/Q выборок), отправку их в программу, и передачу широковещательного пакета с вычисленным значением для NCO при смене частоты в программе. До этого мне никогда не приходилось создавать библиотеки, да и в C++ я не силен, так что в библиотека может быть написана совсем не оптимально.
Так как частота дискретизации I/Q сигналов на выходе фильтров приёмника составляет 50 кГц, то в программе при приёме для обзора будет доступна полоса 50 кГЦ. (± 25 кГц от частоты, формируемой NCO).

Собранный приёмник выглядит так:

Резистор соединяет средние точки трансформатора с 3.3 В платы - это улучшает приём и передачу данных по сети.

После того, как приёмник был полностью собран и все программы написаны, оказалось, что чувствительности не хватает. Даже на активную антенну принимались только вещательные радиостанции и сигналы радиолюбителей, работающих на больших мощностях.
Насколько я понимаю, это связано с низкой разрядностью АЦП. Для повышения чувствительности пришлось сделать дополнительный усилитель на транзисторе BF988 (находится внутри маленькой металлической коробочки). Усилитель смог заметно поднять чувствительность приёмника.
Внешний вид всей конструкции:

Блок питания обеспечивает напряжение 12 В для питания усилителя антенны, в металлической круглой коробке находятся несколько диапазонных полосовых фильтров, которые снижают внедиапазонные сигналы, что улучшает прим сигналов. Отмечу, что во многих случаях приём возможен и без ДПФ.

Теперь о том, что же удается принять на КВ. Несмотря на достаточно высокий уровень шумов, удается принять достаточно много сигналов, хорошо принимаются вещательные радиостанции, неплохо принимаются радиолюбители.
Пример приема сигналов в программе HDSDR (приём велся во время CQ WW DX Contest):

Видео приёма:

Удается принять сигналы WSPRnet. WSPRnet - сеть радиолюбительских маяков, которые автоматически обмениваются короткими сообщениями друг с другом. Данные от маяков автоматически публикуются в интернете. В данном случае, установив специальную программу, можно декодировать принятые сигналы и отправлять их в сеть. На сайте есть возможность посмотреть карту, на которой показываются связи между маяками за определенный интервал времени.
Вот что получилось у меня за полдня приема:

Важная особенность WSPR - очень маленькая мощность передатчиков (меньше 5 Вт), узкая полоса передаваемого сигнала, и большая длительность передачи одного сообщения (2 мин). Благодаря цифровой обработке в программе-декодере удается принимать очень слабые сигналы. Мне удавалось принять сигнал маяка мощностью 100 мВт, находящегося на расстоянии ~2000 км.

Радиолюбители, работающие с использованием JT65. JT65 - это один из протоколов цифровой связи между радиолюбителями. Как и в WSPR, в нем используются маленькие мощности и длительные передачи (1 мин). Принимаются сообщения автоматически, так что можно оставить приемник на длительное время, а потом смотреть, кого удалось принять.
Пример приема:

Цифровое радиовещание (DRM). Некоторые вещательные радиостанции передают звук в цифровом виде. Принять такие сигналы непросто в условиях города - не хватает уровня сигнала. Одну станцию принять удалось:

Существует множество других радиосигналов, которые было бы интересно принять. Есть еще погодные факсы, станция точного времени RBU (на чудной частоте 66.6 кГц), и другие.

Программно-зависимые приёмники SDR на самом деле достаточно несложны и малогабаритны. Размером от спичечного коробка до пачки сигарет. Но как говорится, мал золотник, да дорог. При всей своей простоте, с компьютером и соответствующей программой, подобный приёмник превращается в достаточно серьёзное приёмное устройство. Вполне может использоваться как по прямому назначению, так и служить в качестве анализатора спектра. На сегодняшний день наиболее популярны приёмники разработанные YU1LM и различные варианты приёмникаSoftRock 40. Как правило, для упрощения конструкции, в качестве задающего генератора используется кварцевый генератор. С таким расчётом, чтобы центральная частота находилась в середине интересующего участка диапазона. Хотя ничего не мешает использовать и синтезатор частоты.

Рис.1 - Внешний вид простого SDR приемника

Для работы с такими приемниками создано несколько программ (например, Rocky, SDRadio, KGKSDR), которые обеспечивают перестройку по частоте путем изменения низкой промежуточной частоты (т.н. перестраиваемая ПЧ).

Рис.2 - Экранная форма программы для работы с SDR приемником

Блок-схема очень простого аналогового приемника для SDR на диапазон 40 м SoftRock40, который разработалиTony Parks, KB9YIG, и Bill Tracey, KD5TFD, приведена ниже. Он состоит из диапазонного полосового фильтра, квадратурного детектора Tayloe , малошумящего предварительного НЧ усилителя, кварцевого генератора на частоту 28,224 МГц, формирователя прямоугольных импульсов и делителя частоты на D-триггерах. Квадратурный детектор на быстродействующих ключах, предложенный D.Tayloe, N7VE, обладает большой перегрузочной способностью, низкими потерями, а также очень хорошими фильтрующими свойствами, т.к. этот детектор фактически включает в себя фильтр на коммутируемых конденсаторах. Частота кварцевого генератора в 4 раза превышает частоту принимаемого сигнала. С помощью D-триггеров частота кварцевого генератора делится на 4, а сигналы, подаваемые на квадратурный детектор, сдвинуты по фазе на 90о. Используя кварцевый генератор на частоту 28,224 МГц, можно принимать сигналы в диапазоне 40 м, находящиеся как выше, так и ниже частоты 7056 кГц.

Рис.3 - Структурная схема SDR приемника

Если частота дискретизации звуковой карты составляет 48 кГц, то на вход звуковой карты можно подавать сигналы частотой до 24 кГц. Следовательно, с упомянутым приемником перекрывается полоса частот от (7056 – 24) до (7056 + 24) кГц, т.е. 7032 - 7080 кГц. Прием в этой полосе ведется с использованием фазового метода подавления нерабочей полосы. Сигналы I и Q, сдвинутые по фазе на 90о, позволяют программному обеспечению отличать, как следует обрабатывать сигналы боковых полос в зависимости от того, выше или ниже частоты опорного кварцевого генератора (7056 кГц) ведется прием. При переходе частоты через ноль автоматически программно переключается боковая полоса, и, соответственно, получается удвоенная полоса приема. При частоте дискретизации звуковой карты 96 кГц диапазон перестройки SDR-приемника увеличивается до +/- 48 кГц. В зависимости от выбранной частоты дискретизации (48 или 96 кГц) желательно, чтобы частотная характеристика малошумящего предварительного НЧ усилителя имела завал на частотах выше 25 или 50 кГц соответственно. Любые сигналы, частоты которых расположены выше частоты дискретизации, будут интерферировать с полезными сигналами, вызывая появление побочных сигналов в потоке данных. Применив в опорном генераторе синтезатор частоты, формирующий сетку частот через 48 кГц или 96 кГц, на основе программы Rocky и аппаратной части SoftRock40 можно изготовить всеволновый всережимный SDR-приемник. Такой приемник имеет панорамный спектральный дисплей, DSP-фильтры с различной полосой пропускания и коэффициентом прямоугольности вплоть до 1,05 (!), традиционные для современных трансиверов и приемников функции подавления помех и снижения шума, автоматический notch-фильтр и т.д. Как правило, SDR-приемник обеспечивает демодуляцию практически всех распространенных видов излучения - CW, LSB, USB, AM, FM, а с помощью дополнительного программного обеспечения и цифровых видов - как радиолюбительских, так и коммерческих (например, DRM - цифрового радиовещания). Итак, какие же практические преимущества предлагает в настоящее время SDR по сравнению со стандартным радиолюбительским приёмником или трансивером? Первое и основное ключевое преимущество заключается в том, что программная часть SDR позволяет “увидеть” радиосигналы - не только тот, который принимается на определенной частоте, но и сигналы, которые присутствуют в определенном участке любительского диапазона. Это стало возможным благодаря очень высокой чувствительности и разрешающей способности панорамного спектрального дисплея. Steve Ireland, VK6VZ - “фанат” диапазона 160 м - построил SDR приемник на свой любимый диапазон. Тестируя Rocky и SoftRock на слабых телеграфных DX сигналах в диапазоне 160 м, VK6VZ отмечает, что, по сравнению с трансивером Yaesu FT-1000MP, из каждого четвертого сигнала, который он видит на экране компьютера, на слух, при перестройке FT-1000MP по диапазону, можно было заметить только один из них. А вот панорамный спектральный дисплей Rocky позволяет увидеть сигналы всех любительских передатчиков в полосе частот около 48 кГц, и кликом мышки настроиться на прием любого из них. Кстати, имея более 200 подтвержденных стран на диапазоне 160 м, VK6VZ считает, что стран было бы гораздо больше, если бы он в предыдущие годы использовал SDR-приемник. Спектральный дисплей в программе можно растянуть на всю ширину экрана монитора. Располагая самый интересный для радиолюбителя участок спектра перед глазами, можно действительно сказать: “Вижу, что диапазон представляет сегодня”. Кроме того, для работы спектрального дисплея используется полифазное быстрое преобразование Фурье, что позволяет отчетливо различать даже очень слабые сигналы на экране компьютера, которые при стандартном преобразовании просто сливаются. VK6VZ нашел, что слабые CW сигналы (S2 - S3) в диапазоне 160 м отчетливо отображаются даже летом, когда уровень шума на этом диапазоне очень велик. Кроме панорамного спектрального дисплея, который имеет очень высокое разрешение по частоте, в SDR-программах часто встроен дисплей с высоким разрешением по времени (“водопад”). Этот дисплей позволяет видеть даже телеграфные посылки, передаваемые со скоростью до 40 слов в минуту. Кроме того, с помощью “водопада” можно оценить спектральную чистоту принимаемых сигналов, в частности, увидеть выбросы на фронтах телеграфных посылок. Еще одно ключевое преимущество SDR заключается в том, что благодаря компьютерной обработке сигнала, когда селективность обеспечивается цифровыми методами, а не кварцевыми и электромеханическими фильтрами, у оператора появляется возможность непрерывной коррекции требуемой селективности. Например, в программе Rocky простым кликом мышки на “бегунке” управления шириной полосы пропускания фильтра и перетаскиванием бегунка можно плавно изменять ширину полосы пропускания выбранного фильтра (для телеграфного фильтра - от 600 до 20 Гц). Это означает, что можно действительно оптимизировать полосу пропускания для принимаемого сигнала с точки зрения получения наилучшего отношения сигнал/шум. Кроме того, фильтрация и подавление шума в SDR значительно лучше, чем в любом аналоговом трансивере, даже оборудованном дополнительными устройствами DSP. Говоря о SDR, также нельзя не отметить программную реализацию автоматической регулировки усиления, которая, в отличие от классической (аппаратной), обеспечивает оптимальный динамический диапазон выходного сигнала. Кроме того, в SDR автоматическая регулировка усиления имеет не только привычные состояния “быстрая”, “медленная” и “выключена”, но и позволяет регулировать такие параметры как время атаки, задержки включения и восстановления, порога срабатывания и т.д. Как правило, радиолюбители достаточно скептически относятся к S-метрам промышленных трансиверов, не говоря уже о самодельных конструкциях. И это вполне заслуженно, ведь традиционно S-метр зависим от напряжения системы АРУ. Да и калибровка в различных моделях трансиверов оставляет желать лучшего.

Рис.4 - S-meter

В SDR приёмнике, а точнее в программе, измерения никак не связаны с АРУ. Панорама замеряет уровни доDSP фильтра основной селекции, S-метр после. До этой части нет никаких регулируемых каскадов, способных изменить уровни сигналов. Достаточно откалибровать программу одним известным напряжением на антенном входе, например 50 мКв, хотя это значение не принципиально. Математика в дальнейшем безошибочно будет определять уровни сигналов на входе приёмника, начиная от уровня собственных шумов приёмной части, до максимально возможных. Это значит, что и S-метру и панорамному анализатору SDR радио вполне можно доверять не только при работе в эфире, но и использовать как измерительный прибор или анализатор спектра. Один американский радиолюбитель метко высказался по этому поводу, SDR - это измерительный комплекс с возможностями радио. Попробуйте собрать SDR приёмник, думаю он вас не разочарует и будет настоящим помощником в шэке.

Уверен, для многих из вас, как и для меня совсем недавно, происходящее в радиоэфире было настоящей магией. Мы включаем телевизор или радио, поднимаем трубку сотового телефона, определяем свое положение на карте по спутникам GPS или ГЛОНАСС - и все это работает автоматически. Благодаря RTL-SDR у нас появился доступный способ заглянуть внутрь всего этого волшебства.

Как уже говорилось, RTL-SDR - это целое семейство дешевых ТВ-тюнеров, способных выполнять функцию SDR-приемника. У этих игрушек разные названия и бренды, но объединяет их одно - все они построены на чипсете RTL2832. Это микросхема, содержащая два 8-битных АЦП с частотой дискретизации до 3,2 МГц (однако выше 2,8 МГц могут быть потери данных), и интерфейс USB для связи с компьютером. Эта микросхема на входе принимает I- и Q-потоки, которые должны быть получены другой микросхемой.

R820T и E4000 - это две наиболее удобные для SDR микросхемы, реализующие радиочастотную часть SDR: усилитель антенны, перестраиваемый фильтр и квадратурный демодулятор с синтезатором частоты. На рисунке - блок-схема E4000.

Разница между ними следующая: E4000 работает в диапазоне ~52–2200 МГц и имеет немного большую чувствительность на частотах менее 160 МГц. Из-за того что производитель E4000 обанкротился и микросхема снята с производства, остающиеся тюнеры покупать все труднее, и цены на них растут.

R820T работает в диапазоне 24–1766 МГц, однако диапазон перестройки внутренних фильтров сильно затрудняет работу R820T выше 1200 МГц (что делает невозможным, например, прием GPS). На данный момент тюнеры на этой микросхеме легко купить, и стоят они около 10–11 долларов.

Также продаются тюнеры на микросхемах FC0012/FC0013/FC2580 - у них очень серьезные ограничения по частотам работы, и лучше их не покупать. Узнать, на какой микросхеме сделан тюнер, можно в описании товара или спросив у продавца. Если информации по используемым чипам нет - лучше купить в другом месте.

Покупка

В розничных магазинах их не найти, поэтому нам поможет aliexpress.com . Пишем в поиске R820T или E4000, сортируем по количеству заказов, внимательно читаем описание (там должно быть явно написано, что тюнер использует микросхемы RTL2832 + E4000 или RTL2832 + R820T), и можно заказывать. Присылают обычно почтой России, в течение 3–6 недель.

В комплекте с тюнером будет и крошечная антенна - ее, конечно, лучше заменить. Хорошие результаты можно получить, используя обычную комнатную телевизионную антенну МВ-ДМВ «рога». В описании товара также нужно обратить внимание на разъем антенны - и либо искать тюнер с обычным телевизионным разъемом, либо расчехлять паяльник и делать переходник / перепаивать разъем. При пайке очень легко убить устройство статическим электричеством, так что заземляйтесь.

На многих тюнерах рядом с коннектором антенны отсутствуют защитные диоды (в данном случае U7) - их можно либо впаять самому (один к земле, один от земли - я, например, впаял 1N4148), либо оставить как есть, и антенну голыми руками не трогать и всячески беречь от статического электричества.

Софт и API для работы с RTL2832

rtl_sdr

Rtl_sdr – драйвер, обеспечивающий «нецелевое» использование данных с TV-тюнеров на базе rtl2832. В Windows вам придется заменить драйвер тюнера по умолчанию на WinUSB с помощью программы Zadig.

Rtlsdr.dll требуют все SDR-программы, и зачастую эта DLL уже идет в поставке софта, использующего RTL2832.

Rtl_sdr также можно использовать и через консольную утилиту, чтобы протестировать тюнер или слить кусок эфира в файл:

Rtl_sdr -f 1575520000 -g 34 -s 2048000 out.dat

При дальнейшей обработке нужно помнить, что в файле байты I- и Q-потоков идут поочередно.

SDRSharp

Что послушать в радиоэфире?

Радиопереговоры в безлицензионных диапазонах

Гражданские рации, не требующие регистрации в России, работают на частотах 433 и 446 МГц. Впрочем, в Москве русскую речь там услышать сложно. Их сразу и без проблем слышно в SDRSharp, модуляция NFM.

Поскольку каналов много, очень полезен плагин для SDRSharp AutoTuner Plugin - он автоматически включает частоту, на которой ведется передача, и таким образом можно слушать сразу все каналы раций.

Чтобы слушать рации на частоте 27 МГц, нужен тюнер с микросхемой R820T или внешний конвертер в случае E4000 (например, описанный ранее Ham It Up v1.2). Оптимальная антенна для 27 МГц уже требуется более серьезная, длиной ~2,59 или ~1,23 м.

Радиопереговоры полиции

Полиция в Москве и во многих других регионах России перешла на использование цифровых радиостанций, работающих в стандарте APCO-25 (P25). В P25 данные передаются в цифровом виде со сжатием и кодами коррекции ошибок - это позволяет увеличить дальность устойчивой связи и больше каналов впихнуть в ту же полосу радиочастот. Также существует опциональная возможность шифрования переговоров, однако обычная полиция работает без шифрования.

Для приема P25-раций можно использовать декодер DSD . DSD ожидает аудиоданные на входе. Перенаправить аудио с SDRSharp в DSD можно с помощью Virtual Audio Cable. DSD весьма критичен к настройкам SDRSharp - я рекомендую устанавливать AF Gain около 20–40%, возможно отключать галочку Filter Audio. Если все идет по плану - в окне DSD побегут декодированные пакеты, а в наушниках будут слышны переговоры. Эта схема также работает с упомянутым плагином AutoTuner в SDRSharp.

Найти частоты предлагаю читателям самостоятельно, так как эта информация не является открытой.

Радиопереговоры самолетов и диспетчеров

По историческим причинам для радиосвязи в авиации используется амплитудная модуляция. Обычно передачи с самолетов лучше слышно, чем от диспетчеров или погодных информаторов на земле. Диапазон частот - 117–130 МГц.

Прием сигналов с автоматических передатчиков самолетов ADS-B

ADS-B используется для того, чтобы и диспетчер, и пилот видели воздушную обстановку. Каждый самолет регулярно передает параметры полета на частоте 1090 МГц: название рейса, высота, скорость, азимут, текущие координаты (передаются не всегда).

Эти данные можем принять и мы, чтобы лично наблюдать за полетами. Два популярных декодера ADS-B для RTL2832 - ADSB# и RTL1090. Я использовал ADSB#. Перед запуском желательно настроиться на 1090 МГц в SDRSharp, посмотреть, есть ли сигнал и какая ошибка частоты из-за неточности кварцевого генератора. Эту ошибку необходимо скомпенсировать в настройках Front-end’а: Frequency correction (ppm). Нужно помнить, что величина этой ошибки может изменяться вместе с температурой приемника. Найденную коррекцию нужно указать и в окне ADSB### (предварительно закрыв SDRSharp).

Оптимальная антенна-монополь для 1090 МГц получается длиной всего 6,9 см. Так как сигнал очень слабый, тут очень желательно иметь дипольную антенну, установленную вертикально с такой же длиной элементов.

ADSB# декодирует пакеты и ждет подключений по сети от клиента, отображающего воздушную обстановку. В качестве такого клиента мы будет использовать adsbSCOPE .

После запуска adsbSCOPE необходимо открыть пункт меню Other -> Network -> Network setup, нажать внизу на кнопку adsb#, убедиться, что указан адрес сервера 127.0.0.1. Затем на карте необходимо найти твое местоположение и выполнить команду Navigation -> Set Receiver Location. Затем запустить подключение к ADSB#: Other -> Network -> RAW-data client active.

Если все сделано правильно, то в течение нескольких минут ты сможешь увидеть информацию о самолетах (если, конечно, они пролетают рядом с тобой). В моем случае с антенной-монополем можно было принимать сигналы от самолетов на расстоянии примерно 25 км. Результат можно улучшить, взяв более качественную антенну (диполь и сложнее), добавив дополнительный усилитель на входе (желательно на GaAs), используя тюнер на основе R820T (на этой частоте он имеет более высокую чувствительность по сравнению с E4000).

Прием длинно- и коротковолновых аналоговых и цифровых радиостанций

До прихода интернета КВ-радиостанции были одним из способов узнавать новости с другого конца земного шара - короткие волны, отражаясь от ионосферы, могут приниматься далеко за горизонтом. Большое количество КВ-радиостанций существует и поныне, их можно искать в диапазоне ~8–15 МГц. Ночью в Москве мне удавалось услышать радиостанции из Франции, Италии, Германии, Болгарии, Великобритании и Китая.

Дальнейшее развитие - цифровые DRM-радиостанции: на коротких волнах передается сжатый звук с коррекцией ошибок + дополнительная информация. Слушать их можно с помощью декодера . Диапазон частот для поиска - от 0 до 15 МГц. Нужно помнить, что для таких низких частот может понадобиться большая антенна.

Помимо этого, можно услышать передачи радиолюбителей - на частотах 1810–2000 кГц, 3500–3800 кГц, 7000–7200 кГц, 144–146 МГц, 430–440 МГц и других.

Радиостанция «судного дня» - UVB-76

UVB-76 расположена в западной части России, передает на частоте 4,625 МГц с начала 80-х годов и имеет не до конца ясное военное назначение. В эфире время от времени передаются кодовые сообщения голосом. Мне удалось принять ее на RTL2832 с конвертором и 25-метровую антенну, спущенную с балкона.

GPS

Одна из самых необычных возможностей - прием навигационных сигналов со спутников GPS на TV-тюнер. Для этого понадобится активная GPS-антенна (с усилителем). Подключать антенну к тюнеру нужно через конденсатор, а до конденсатора (со стороны активной антенны) - батарейка на 3 В для питания усилителя в антенне.

Далее можно либо обрабатывать слитый дамп эфира matlab-скриптом - это может быть интересно в целях изучения принципов работы GPS, - либо использовать GNSS-SDR , который реализует декодирование сигналов GPS в реальном времени.

Принять аналогичным способом сигнал с ГЛОНАСС-спутников было бы затруднительно - там разные спутники передают на разных частотах, и все частоты в полосу RTL2832 не помещаются.

Другие применения и границы возможного

RTL2832 можно использовать для отладки радиопередатчиков, подслушивания за радионянями и аналоговыми радиотелефонами, для разбора протоколов связи в игрушках на радиоуправлении, радиозвонках, пультов от машин, погодных станций, систем удаленного сбора информации с датчиков, электросчетчиков. С конвертором можно считывать код с простейших 125 кГц RFID меток. Сигналы можно записывать днями, анализировать и затем повторить в эфир на передающем оборудовании. При необходимости тюнер можно подключить к Android-устройству, Raspberry Pi или другому компактному компьютеру для организации автономного сбора данных из радиоэфира.

Можно принимать фотографии с погодных спутников и слушать передачи с МКС - но тут уже потребуются специальные антенны, усилители. Фотографии декодируются программойWXtoImg .

Есть возможность захватывать зашифрованные данные, передаваемые GSM-телефонами (проект airprobe), в случае если в сети отключен frequency-hopping.

Возможности SDR на основе RTL2832 все-таки не безграничны: до Wi-Fi и Bluetooth он не достает по частоте, и, даже если сделать конвертер, из-за того, что полоса захватываемых частот не может быть шире ~2,8 МГц, невозможно будет принимать даже один канал Wi-Fi. Bluetooth 1600 раз в секунду меняет рабочую частоту в диапазоне 2400–2483МГц, и за ним будет не угнаться. По этой же причине невозможен полноценный прием аналогового телевидения (там нужна принимаемая полоса 8 МГц, с 2,8 МГц можно получить только черно-белую картинку без звука). Для таких применений нужны более серьезные SDR-приемники: HackRF, bladeRF, USRP1 и другие.

Тем не менее возможность исследовать как аналоговый, так и цифровой радиоэфир, прикоснуться к спутникам и самолетам теперь есть у каждого!

Как вы знаете, я интересуюсь тематикой раций, и даже иногда делаю обзоры на некоторые свои девайсы.
Вот и сегодня я решил рассказать про довольно интересную штуку. Приёмник сигналов RTL-SDR построенный на базе R820T 8232.
Также расскажу, как настроить этот приёмник для работы на компьютере и на android телефоне\планшете.
Итак, про SDR приёмники уже есть несколько обзоров. Поэтому я не буду подробно рассказывать, что это.
Скажу лишь что можно купить более дешевый вариант приёмника, и доделать его паяльником.
Типа такого:

Можно купить kit-набор. Типа такого:

()
И собрать приёмник, потратив на это несколько вечеров, заодно прокачав скилл паяльщика.
Или же сделать как я: купить уже готовое к приёму всего нужного изделие, которое можно использовать без танцев с бубном. Разница в цене не сильно большая, поэтому я купил готовый приёмник, с дополнительной платой, всеми нужными перемычками в нужных местах, и даже двумя выходами под антенны.
Данный конкретный приемник может принимать сигналы и охватывать все ВЧ любительских диапазонов:
охватывает УКВ и увч 24-1766 МГц
до 3.2 М частота Дискретизации (~ 2.8 МГц стабильный)
приемник режимов, МСЧ, FM, ПРОИЗВОДСТВО USB, LSB и CW
Что это значит? А это значит, что мы можем слушать передачи на следующих диапазонах:
13-15Мгц это дальние вещалки на подобии голоса америки.
15-28МГц можно услышать любительскую радиосвязь.
27.135МГц это канал дальнобойщиков (удобно слушать в дальних поездках).
30-50МГц может находиться скорая помощь.
87.5-108МГц это обычное фм радио.
109-500МГц самое интересное)
108-136МГц это авиадиапазон (тут разговаривают пилоты, не без шуток и приколов)
137-138МГц это диапазон спутников NOAA (погода со спутника в низком разрешении)
144МГц опять же радиолюбители
150МГц это жд диапазон.
433МГц тоже радиолюбители, рации-болтушки, брелки сигналок, шлагбаумов и прочего эфирного мусора
446МГц тоже болтушки
дальше уже зависит от города, кстати, полиция тоже где-то тут) но где- не скажу)
~900МГц сотовая связь.
Еще больше инфы можно почерпнуть на сайте
Теперь непосредственно про приёмник.
Приёмник был заказан на банггуде. (там он был в наличии, на момент покупки. И цена была хорошей.) Заказывал 2 приёмника:

Доставка заняла 30 дней. На почте получил посылку с двумя коробками. Одна коробка с приёмником пока лежит до лучших времен (позже поставлю в машину) а первая используется для тестирования и настройки.
Приёмник приходит в обычной коробке. Которая еще и малость пострадала:

Внутри находятся приёмник, антенна, mini-usb кабель:

Больше по сути ничего и не надо.
Подробности.
Кабель:

Кабель самый обычный mini-usb. Я его кстати даже не стал использовать. Так как у меня есть свой, более длинный и качественный.
Антенна:

Имеет магнитную площадку. Магнит довольно крепкий. Хорошо держится на вертикальных металлических поверхностях.

Сам приёмник:
Ничем не примечательная коробочка.

Имеет размеры 90*50*22мм:

С одной стороны, имеются разъемы для подключения двух антенн:

С другой стороны, разъём mini-usb для подключения к компьютеру и светодиод индикации питания:

Если не знать наверняка, даже и не понять, что это за устройство такое. Тем более что никаких опознавательных надписей на коробке нету. (да и они не нужны )
Пара фоток в интерьере, вместе с рацией wouxun:

В комплекте идёт только 1 антенна, несмотря на наличие двух разъёмов для разных частот.
Для работы на частотах 100khz-30MHz нужно докупать вторую антенну. При условии, что вы хотите чтото слушать в этом диапазоне.
Перед тем как использовать, я решил разобрать приёмник. Причина проста. Внутри что-то как-то странно болталось. (болтанка присутствует на обоих экземплярах приобретенных мной приемников)

Весь процесс разбора состоит из выкручивания 4 винтиков:

Даже на фото видно, что распаяно всё аккуратно. Следов флюса или прочего криминала не видно.
Видно, что это DVB приёмник распаянный на плате. Основные чипы R820T и 8232:

Больше рассказать ничего не могу. Так как не силён в схемотехнике. На фото всё итак видно.
Теперь про то что гремело внутри. Это сама плата. Она немного меньше пазов корпуса и немного короче. Потому и болталась внутри. Я этот вопрос решил просто. Приклеил вспененный 2-сторонний скотч внутри корпуса, и вставил плату на место:

Всё закрутилось плотненько. Люфт и болтание ушли.
Теперь расскажу про настройку и тестирование:
Для работы с приёмником на Windows комплютере, нам нужно использовать программу sdrsharp

Для установки правильных драйверов, нужно запустить программу zadig.exe
Если в сборке с шарпом у вас ее нет,
Запускаем, выбираем options - list all devices
Выбираем пункт Builk-In, Interface (interface 0) и нажимаем кнопку Reinstall Driver:

После этого нужные драйвера будут установлены в системе, и можно запускать программу SDRSharp.
Тут всё просто. В настройках выбираем нужный порт, и нажимаем кнопку старт:

Частоты можно вводить как вручную, так и использовать различные плагины для сканирования.
(работа с программой потянет на отдельную статью, уж очень много в ней возможностей. Поэтому я показываю поверхностно, а заинтересованные могут уже найти в интернете подробности)
Для чего нужен подобный приёмник?
Несмотря на комментарии про всякие злодеяния, и про то что посодють, этот приёмник на самом деле вполне легален. И использовать его можно в легальных целях. Да и к тому же слушать эфир у нас НЕ ЗАПРЕЩАЕТСЯ. А передать что-то в эфир с помощью этого приёмника невозможно. Поэтому с помощью приёмника мы можем послушать радио. Да, обычное радио. Вдруг у вас нет ни одного устройства умеющего принимать сигналы местных радиостанций, а радио послушать ужасть как хочется-приёмник поможет.
Еще с помощью приёмника можно послушать радиолюбителей, вещающих на частотах 15-28МГц
Но нужна более мощная антенна. Та что идёт в комплекте позволит принимать сигнал только находясь недалеко от источника этого самого сигнала.
Еще с помощью приёмника можно проверять рации. Классическая ситуация: принесли старую рацию без дисплея. Рабочую, но неизвестно на какой частоте. Можно данный приёмник использовать для выявления. (конечно есть отдельные приборы для замера частоты и мощности, но если есть приёмник, можно обойтись им)
Ну и, например, поехали мы в дальнюю дорогу. Своим ходом на машине. Почему бы нам не настроить приёмник на частоту дальнобойщиков СВ (27.135 МГц ), чтобы послушать переговоры? Чтобы знать, что творится на дороге? Где засада ГАИ, где аварии, где объезд и т.д.
Кстати именно для прослушивания CВ диапазона не обязательно подключать приёмник к ноутбуку. Можно использовать телефон на android. И не только для этого диапазона.
Я подключил приёмник к своему Xiaomi Mi5 через копеечный OTG-адаптер. Тут настройка еще проще чем на компьютере:
Идём на 4PDA.ru и качаем программу
Вместе с программой качаем Rtl-sdr driver 3.06 и ключ для получения полного функционала. (можно конечно купить ключ на маркете, но я старый пират, которому претит платить за софт )
Устанавливаем на телефон:

Скриншоты с приложения:

Как видим всё прекрасно работает, и также позволяет слушать эфир.

Я проверял этот приёмник с моими рациями Baofeng, Wouxun, WLN. Всё прекрасно ловится.
Также при помощи сканера смог найти несколько частот, на которых шли разговоры. Что подтверждает работоспособность приёмника.
Приёмник у меня в основном для хобби, но есть интерес послушать коротковолновиков из других стран, поэтому сейчас выбираю антенну к этому приёмнику (буду благодарен если в комментариях предложите свои варианты)
Заключение:
Этот приёмник отличный вариант для людей, интересующихся радио. Он позволяет узнать много нового, а также слушать эфир без покупки дорогого оборудования.
Отговаривать или рекомендовать к покупке этот товар я не могу. Слишком специфичный товар. Я лично покупкой прям очень доволен. И это самое главное.
В следующем месяце у меня планируется дальняя поездка на машине, и я ее жду не столько ради цели поездки, сколько ради возможности послушать переговоры и протестировать приёмник в полевых условиях.

Планирую купить +105 Добавить в избранное Обзор понравился +107 +195

Заказал на тест USB стик, на связке чипов RTL2832U + R820T, для использования его в качестве SDR приемника. Поскольку это очень дешевое устройство, и используется не по прямому назначению, имеет ряд недостатков, которые я решил исправить:
_Тюнер R820T не принимает сигнал на частотах ниже 25MHz.
_Стик очень горячий - все тепло отводится через антенное гнездо и USB разьем.
_В схеме питания используются очень маломощные стабилизаторы, которые работают на пределе.

Было принято решение, поместить плату тюнера на материнскую плату которая в свою очередь будет помещена в алюминиевый корпус. К слову сказать, идея не новая и не моя. За основу была взята идея из кит набора (100 kGz - 1.7 GHz), который позволяет исправить почти все вышеописанные недостатки. Я лишь сделал свой вариант с улучшенным питанием и охлаждением. Вынес стабилизаторы питания на материнскую плату, заменив их на более мощные и превратил корпус в радиатор. Тепло с платы тюнера, будет напрямую уходить через термопрокладку.

Плату изготовил при помощи фоторезиста. На фотографии ниже отображены некоторые этапы: Плата после травления в растворе персульфата аммония. Удален фоторезист, и плата обрезана по размеру. Сделаны пропилы под SMA коннекторы и USB кабель. Произведен монтаж элементов.
Розовый прямоугольник - это термопрокладка. Трансформатор приклеен резиновым клеем к кусочку скотча.

Расширение возможности тюнера работать в диапазоне 100kHz -25 MHz, достигается путем прямого подключения к чипу RTL2832U на незадействованный вход Q. Сигнал с антенны поступает на срезающий фильтр 30MHz и далее через трансформатор на вход чипа.

Трансформатор намотал на ферритовом кольце диаметром 4.2 мм проводом 0.1 мм. Кольцо при намотке, держал пинцетом. Чтобы не повредить уже намотанные витки, губки пинцета обмотал одним витком тонкой изоленты. А чтобы постоянно рукой не сжимать пинцет, обкрутил его резинкой для денег. Получились ручные микро тиски. Наматывал сразу тремя проволочками, до полного заполнения сердечника. На этом можно было остановиться, соединив впоследствии начало и конец двух разных проволочек, получилась бы средняя точка, вторичной обмотки. Но, я решил сделать красиво, и избавиться от неиспользуемой в данной схеме средней точки. Продолжил мотать первую проволочку, разматывая при этом вторую. В результате вторая проволочка полностью вышла, а на ее место легла первая, пройдя еще один круг по сердечнику.

Следующим этапом, припаял выводы трансформатора напрямую к чипу. Пайка очень мелкая, две проволочки диаметром 0.1мм припаиваются к пятачкам 0.2Х0.2 мм. Из инструментов, только увеличительное стекло и паяльник с толстым жалом. Первым делом модифицировал паяльник, на жало намотал медную миллиметровую проволоку и кусачками сформировал иглу. Нужна именно форма иглы, косой срез или форма похожая на отвертку не подходит. Далее, пролудил свинцово-содержащим припоем место пайки - разбавил старый припой для снижения температуры плавления. Залудил проволочки, кончики изогнул на 90 градусов на расстоянии примерно 5 мм от края, и при помощи скотча зафиксировал их в вертикальном положении. Торцы проволочек уперлись в плату рядом с пятачками. Теперь капелька свежего флюса, и аккуратными движениями, новоиспеченного жала, по очереди зацентрировал проволочки на расплавленых пятачках. Все! Остается только слегка натянуть проволочку и уложить ее на корпус чипа, и аккуратно смыть флюс спиртом.

На фотографии ниже: Плата тюнера с удаленными разъемами, приемником ИК излучения и стабилизаторами напряжения. Трансформатор. Выводы трансформатора припаяны к чипу.
Фотографировал через увеличительное стекло, поэтому в фокусе только центр кадра.

Последний этап - сборка. Нужно задвинуть в корпус материнскую плату, не сместив термопрокладку, она эластичная и легко деформируется. Для этого я воспользовался очень тонкой пленкой, отрезал полоску немного шире термопрокладки и сложил ее пополам. Серединой полоски, прилепил к термопрокладке. Позиционировать полоску нужно таким образом, чтобы материнская плата задвигалась в корпус, складкой пленки вперед. Теперь остается только задвинуть материнскую плату в корпус, и медленно вытянуть пленку за верхнюю половинку. Готово, можно привинчивать боковые крышки.

Тестируем. Воткнул первый попавшийся кусок провода, примерно полметра длиной, и на частоте 7395kHz поймал слабый сигнал радиостанции, очень было похоже на Немецкий язык. Немного левее одна и справа еще 2 станции. Сигнал очень зашумлен и плавает как на волне, плавно усиливается и затухает. В общем, нужна нормальная антенна. Как потеплеет, полезу на крышу делать нормальную КВ антенну.

Обновление 1

Для корректного подключения, трансформатора к чипу, добавил дополнительные элементы: C11, C12, R1.