Что делать с sdr приемником. Широкополосный RTL-SDR приёмник. Слушаем радиолюбительские переговоры на компьютере и на телефоне. Параметры подключения к SDR

Технология SDR в общих чертах

Введение

Развитие технологий происходит всё время, и с каждым годом компьютер всё больше и больше входит в наш обиход. Применение компьютера в радиолюбительской практике на протяжении последних 15 лет ограничивалось ведением аппаратного журнала, управлением трансивера по RIG-интерфейсу да обработкой сигнала в цифровых видах связи. Со стремительным увеличением вычислительных мощностей и миниатюризацией интегральных схем, стало возможно встраивать микрокомпьютеры, в классические трансивера. Сначала обрабатывали детектированный НЧ сигнал, потом стали оцифровывать сигнал уже на низкой ПЧ – 12..48кГц, и уже программно кодировать \ декодировать любые виды модуляции. На этом до недавнего времени и остановилось развитие всех трансиверов. Где то начало 2000-х годов. За последние 10 лет основные киты трансиверостроения, дальше этой планки не прыгнули. Осталась всё та же технология основной фильтрации и обработки сигнала на промежуточной частоте. Весь упор делается на расширении сервиса управления и отображения. Красивые цветные экраны и множество кнопочек, заменяющие ручки, современная элементная база… Вроде бы всё это круто! Но принципы обработки сигнала остались всё те же, что и 80 лет назад, когда появилась сама идея принципа обработки сигнала на промежуточной частоте. Остались всё те же проблемы с побочными каналами приёма, нелинейность множества каскадов обработки сигнала, проблемы качественной фильтрации и задачи правильного баланса усиления по каскадам и связанными с этим шумами. На протяжении десятилетий разные фирмы стараются решить эти задачи теми или иными способами наращивая сложность и стоимость этой чудо-коробочки, что стоит у каждого радиолюбителя на столе.

Новое веяние

И вот, в где то в 2004…2006 году, на рынке появилась фирма Flex-radio, которая подошла к вопросу конструирования с новой… хотя, с какой новой? Со старой, давно забытой стороны. Flex-ы применили принцип прямого преобразования сигналов. В этом принципе, спектр сигнал с радио частоты переносится сразу в низкочастотную область спектра и тут же обрабатывается. В нашей стране, этот принцип в начале 80-х годов применил и начал широкопопуляризировать ВладимирТимофеевич Поляков,RA3AAE. С его простых схем, многие юные начинающие радиолюбители начинали свой путь в радио, в том числе и Я. Но тогда этот принцип не получил широкого распространения. Связано это было с тем, что требовалось мотать множество катушек и точно настраивать каскады фильтрации, что бы получить высокие характеристики трансивера. Было много и других технологически сложных моментов.
С широким распространением компьютера, стало возможным оцифровать нужную полосу спектра и уже в программе фильтровать и обрабатывать сигналы, что избавило от необходимости мотать множество катушек. Основной особенностью принципа прямого преобразования, является наличие 2-х каналов обработки сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90 градусов. Т.н. метод квадратурной обработки сигналов. Получается, технология прямого преобразования подразумевает 2 приёмника прямого преобразования в одном корпусе – они и составляют основу всего метода. Flex Radio же, пошел дальше. В одной программе они реализовали не только обработку сигналов, но и управление трансивером. Технологически, это позволило избавиться от множества каскадов классического трансивера, и свести к минимуму количество узлов обработки сигнала. В железе остались всего несколько узлов. Синтезатор частоты, управляемый от компьютера, смеситель приёма и передачи, малошумящий широкополосный УНЧ, узлы коммутации приёма\передачи и ещё усилитель передатчика. Так появился на свет первый трансивер FlexSDR-1000.
SDR (SoftwareDefineRadio) – программно определяемое радио, буквально. Всё хорошо! Непревзойденно качественный звук, высокие динамические характеристики трансивера далеко отбросили назад классику.Но были и трудности. Те, кто начинал освоение технологии SDR 5-7 лет назад, помнят, сколько стоило сил подобрать нужную звуковую карту для компьютера, настроить программное обеспечение. Звуковая карта Delta-44 стала легендой!
И сегодня, если раньше в качестве оцифровки сигнала мы были ограничены качеством звуковой карты, то теперь этой проблемы не существует. За последние 5 лет произошел очередной прорыв в области миниатюризации и интеграции микросхем, стало возможным вынести весь низкочастотный тракт обратно в корпус трансивера. Фирма Flex radio, применила самые передовые и лучшие микросхемы АЦП. Встроив их в трансивер, Flex-ы избавили нас от необходимости искать «правильную» звуковую карту и освободили стол от множества проводов. Теперь стало возможным управлять трансивером по одному FireWare - кабелю. Так появились на рынке флагманский трансивер Flex SDR-5000 и его младший аналог – Flex SDR-3000. Выбор в качестве управляющего, столь экзотического интерфейса - IEEE-1394a (FireWare),был вызван необходимостью пропустить по одному шнуру максимально широкий цифровой поток, который позволяет обработать применяемые АЦП и ЦАП. Flex SDR-5000 и Flex SDR-3000 на сегодня являются передовыми трансиверами по качеству обработки сигнала, оцифровываемой полосе сигнала и имеют максимально возможные динамические характеристики. Один недостаток у них – трансиверы получились дюже дорогие. Тогда фирма Flex-radio решила выпустить бюджетный вариант трансивера Flex-1500. Он появился совсем недавно – в 2010 году. Его параметры немного поскромнее, чем старшие аналоги. Но скромность касается только ширины полосы обработки сигнала и применяемым интерфейсом. Теперь это USB 2.0! Ну и мощность трансивера сделали поменьше. Получился очень удобный QRP-аппарат. С моей точки зрения – самый оптимальный!

Понимаем… сравниваем.

Рассматривая характеристики классических настольных аппаратов, обычно уделяют внимание следующим характеристикам: динамика – способность принимать сигнал на данной частоте, когда рядом в стороне на другой частоте включается другая мощная станция; избирательность по соседнему каналу – параметр характеризующий, способность приёмника выделить нужный сигнал на данной частоте в заданной полосе; чувствительность – способность принимать слабые сигнал. Это основные характеристики которые могут интересовать среднестатистического радиолюбителя. Обычные люди мало знакомы с кучей определений и величиной циферок – это уже удел профессионалов, потому все остальные характеристики я опущу, а обсуждаемые постараюсь описать в понятной форме.

Сидит, скажем, радиолюбитель Вася…. Нет, не Вася, пускай это будет Петя. Сидит, скажем, радиолюбитель Петя вечером после работы дома и общается на 80-ке с Васей. Обсуждают они конструкцию новой антенны «Базука» или «мурыжат» какой-нибудь несчастный диполь или треугольник. (Ну много есть начинающих в эфире …) И тут включается где-нибудь рядышком по частоте Витя, сосед Пети. Он включился, допустим, в стороне на килогерц так 50. У Пети хороший новый трансивер, и нет еще усилителя. Но вот беда – Петя живёт в соседнем доме от Виктора. У Пети недорогой, бюджетный трансивер с достаточно скромными параметрами. И вот, в моменты, когда Витя будет давать общий вызов, Петя будет переставать принимать Васю. Почертыхавшись минут пять-десять, Петя вынужден попрощаться с Васей, выключит трансивер и пойдет пить чай или общаться с женою о ценах на картошку, в мыслях проклиная Витю, свой трансивер и еще кого-нибудь за компанию.

Достаточно известная история, правда? Так вот, параметр, который показывает, насколько у Пети притухнет стрелка, когда включится Виктор – и есть динамический диапазон приёмника. Этот параметр зависит в комплексе от того, как спроектирован трансивер, какие у него узлы по качеству и как они сбалансированы по характеристикам.
Если сравнивать цифры – то для обывателя, наверное, ближе будет сказать так. Вот когда Витя включается на один трансивер – то Петя не чувствует его присутствия на диапазоне. А как только Витя включит свой Аком-1000 – то Пете можно снова идти пить чай. Это значит трансивер у Пети хороший. И да же если бы у Виктора стоял не Аком, а какой-нибудь самодельный усилитель, типа на 4х ГУ-50 или на паре ГУ-29, и Петя продолжал бы слышать Васю и пускай с несколько притухшим уровнем, то можно сказать, что у Пети трансивер очень хорош по динамике!

Рассматривая трансивер Flex SDR по параметру динамика, могу сказать, что я уверенно принимаю всех корреспондентов при том, что вокруг меня в радиусе 1 км проживает около 8 активных радиолюбителей с мощностями от 100 до 500Вт, и находиться около 3-х баз такси на 27МГц, с такими же мощностями. Это соответствует динамике цифрой примерно 90дБ. Для сравнения, имея такой известный трансивер как Kenwood TS-870s, я все же пары людей имел дискомфорт, когда они включались с усилителями. На Flex SDR, я вижу их включения на экране, но это никак не мешает мне слышать своего корреспондента.
Если рассматривать схемотехнику, то в СДР динамика зависит, прежде всего, от аналого-цифрового преобразователя. Общая динамика аппарата, легко высчитывается из разрядности АЦП. Для 16-битной АЦП – это 96 дБ. Реально около 90 дБ. Для 24-битного АЦП – 144 дБ, реально – 130-136 дБ. От смесителя СДР – эта цифра практически не зависит, т.к. он выполнен на практически «идеальных» аналоговых пере множителях, выполненном на основе цифровой микросхемы. Динамика «цифрового» смесителя, переваливает за цифру 150 дБ и прежде чем смеситель выйдет из линейного режима – перегрузятся все другие каскады.

Избирательность – так же один из важных параметров, который мы воспринимаем непосредственно своими ушами.
Допустим Петя всё же разжился хорошим трансивером среднего класса, Виктор больше его не донимает, да и Аком свой он продал почему то. Теперь Петя может спокойно по вечерам тарахтеть с Васей об антенне «Базука», всячески расхваливая её, и хвастаясь как его трансивер волшебным образом, стал меньше шуметь и теперь Петя может принимать горячо любимых «нулевиков», правда они его до сих пор не могут услышать. И всё же временами Пети приходится понервничать, т.к. Константин, живущий в соседнем районе, временами пристраивается всего в паре килогерц и начинает «цикулять» дальних. Нет отстроиться подальше и «алёкать», да ведь не прогонишь этого… Приходится Пете на трансивере вертеть ручки DSP фильтров, изощряться всячески, да бы этот любитель DX-ов не мешал вести беседы с Васей на около-научные темы и в итоге – покидать тепло-насиженную частоту.

В трансивере с классической схемотехникой супергетеродинного типа, избирательность определяется качеством Фильтра Основной Селекции (ФОС). И даже в самом современном, полу цифровом трансивере типа ICOM серии Pro, 7хххили Yaesu FT-ХХХХ не поможет никакая цифровая обработка сигнала, если мощная помеха пролезет в полосу ФОС. Зачастую это одна из самых дорогих опций для трансивера. И для того что бы трансивер на столе начал достойно звучать – нужно прилично разориться на несколько качественных фильтров. В СДР-трансивере Flex-1500 и старших моделях SDR-3000 и SDR-5000 все эти недостатки отсутствуют изначально! Программно можно настроить фильтр ЛЮБОЙ полосы! Можно настроить не только полосу, но и характеристики скатов фильтра. И даже такие можно сконфигурировать фильтры, – которые в железе реализовать в принципе нельзя. Т.е. как таковое понятие ФОС в СДР уже теряется. В СДР фильтруется сигнал сразу, практически из эфира и с очень высокими характеристиками. Всё это позволяет очень эффективно отстраиваться от мешающих соседей, т.н. «свистулек» - тональных помех. Применяя современные сложнейшие математические алгоритмы DSP, стало возможно очищать от шума исходные принимаемые сигналы. И если вдруг кто то пристроиться буквально в 2х килогерцах рядом и начнет разговор, то он уже не будет так мешать как раньше. В старом трансивере единственным выходом из такой ситуации было отстроиться в сторону или качнуть свой сигнал до такой степени, что бы выгнать всех в полосе 5-7кГц по сторонам. В СДР-трансивере теперь можно просто подвинуть скат фильтра на 500-700Гц и надоедливого соседа больше не слышно. Мы его видим на экране, но нам он уже не мешает общаться.

Чувствительность – способность приемника различать самые слабые сигналы принимаемые антенной. Этот параметр определяется собственными шумами приёмника. В классическом трансивере, это опять же комплексная характеристика, зависящая от правильности проектирования. Кроме того, на чувствительность завязана, получается, еще и динамика и избирательность.

Наконец Петя разжился вертикальной антенной GAP-titan и теперь связи с «нулевыми районами» у него выходят чуть ли не каждый день. Мало того, Петруха теперь может докричаться не только до «нулевиков», но и до самих Штатов. Европу он более-менее обрабатывает понемногу. Они тут относительно рядом все. Всего то каких-нибудь 2000-4000 км. Да и валят с такой силой сигналов, что и коллегу с ближнего региона запросто перебивают. Но вот незадача теперь, по вечерам трепаться с Васей стало не интересно. Более стали захватывать душу вечерние, ночные и утренние прохождения. Петя сидит в эфире каждый вечер и ночь, пытаясь выловить острова тихого океана, Австралию… Однажды на уровне шумов Петя услышал острова Полинезии, а однажды едва различимые сигналы с тихого океана. Эххх… думал Петя, жить бы где-нибудь в деревне… Чувствительности трансивера хватает услышать всех, но вот помехи. Чтобы их так! Или антенну направленную поставить на крышу. Тогда любой бы DXбыл в кармане.

В супергетеродинном трансивере чувствительность определяется сбалансированным усилением по всем трактам, начиная от антенного входа и заканчивая УНЧ. В СДР-приёмнике такого жесткого подхода к балансу усиления нет. Смеситель, благодаря тому, что используется двойная балансная схема, вносит минимум потерь. Так же благодаря тому, что в качестве элементов смесителя используются аналоговые высокоскоростные ключи – такой смеситель практически не шумит. Всё усиление происходит на низкой частоте и обеспечивается новейшими специализированными сверх малошумящими широкополосными микросхемами. Для того что бы сохранить высоким параметр динамики АЦП, усиление МШУ УНЧ выбрано минимальным и фактически оно компенсирует потери в смесителе и входных цепях. После АЦП цифровой поток отправляется в программу, где и осуществляется основное усиление и обработка сигнала уже программным методом.

На ВЧ-диапазонах начиная от 10МГц и выше, есть смысл реализовать дополнительное усиление, т.е. обеспечить повышенную чувствительность. Благодаря относительно малому уровню атмосферных помех, меньшей плотности сигналов и меньшему их уровню на частотах выше 10МГц можно увеличивать чувствительность трансивера предусилителями не боясь перегрузить каскады усиления и ФОС. В известных трансиверах ICOM, 756 серии Pro Х, предварительных усилителей ставят даже по 2 штуки. В трансиверах Flex SDR, стоит один высоко динамичный предварительный усилитель с нормированным усилением 20дБ. Дополнительное усиление осуществляется регулировкой МШУ по НЧ. Даже без предусилителя чувствительность трансиверов Flex SDR, составляет -116дБм – это соответствует 0.35мкВ. С включенным предусилителем в среднем положении чувствительность улучшается до значения -127дБм или 0.099мкВ, с максимальным усилением чувствительность составляет уже -139дБм или 0.025мкВ и ограничена уже шумами самого предусилителя. Если сравнивать по чувствительности классический трансивер с SDR трансивером, то тут SDR выигрывает сразу не только по чувствительности, но и по такому параметру как «ШУМНОСТЬ». Этот параметр совсем не очевиден на первый взгляд и не фигурирует ни в одном рейтинге. Но, зачастую он является самым главным из субъективных оценок качества работы трансивера. В случае если человек достаточно долгое время проводит в эфире, да ещё и в наушниках – то фактор шумности становится просто одним из главных. Это разница проявляется, когда снимаешь наушники и голова «гудит» от шума или снимаешь наушники «полностью отдохнувшим от мирских забот». Согласитесь – цель нашего хобби – это отвлечься от мира и отдохнуть душою! В параметре «шумность» SDR-трансивер оставил далеко позади классику, включая навороченные ICOM IC-7x00 и Yaesu FT-X000. Как пример, сейчас, когда я пишу эту статью, у меня на столе одновременно стоит включенный Yaesu FT-897D и Flex-1500. Я их по очереди слушаю и замечаю, что Yaesu FT-897D имеет характерный шум даже в отсутствии сигнала (это не шумы QRN\QRM) и я от него не могу ни чем избавиться. Это так спроектирован трансивер. Переключая звук на Flex-1500,я могу так настроить звук, что даже в условиях сильных индустриальных помех (а они у меня до 9+20дБ доходят) я могу вытянуть слабый сигнал буквально над уровнем шума, очистить его, и комфортно прослушать. Т.е. качественно повышаем параметр сигнал\шум. Ни один обычный трансивер так не умеет!

Тут я могу ещё привести пример моего старшего товарища, Николая Николаевича, R7CC (Ex. RZ6BA), Коля - любитель вылавливать DX-станции. Долгое время он пользовался одними из лучших классических трансиверов: Kenwood TS-870s и Kenwood TS-950dsp. Когда Коля приобрел на пробу SDR-трансивер, он не стал продавать сразу Кенвуда. Почти год он в разных условиях, при разных прохождениях и антеннах придирчиво сравнивал их и СДР. И через год он продал с радостью всё лишнее железо в лице 2-х больших тяжелых коробок фирмы Кенвуд.

Что бы был понятен порядок шумных цифр, приведу примеры.
Уровень шума в деревне вдали от города на 14МГц – 0.01…0.1мкВ
Шум в пригороде мегаполиса на 14МГц – 0.1…3мкВ
Шум в городе варьируется в очень широких пределах – от 10 мкВ до 1 мВ и сильно зависит от плотности населения, наличия проводного интернета, компьютерных сетей, а так же положения звёзд в каждой конкретной квартире.
Что бы стало еще понятнее – можно представить, что:
Когда вы слышите какие-нибудь острова на грани чувствительности – это антенна ловит сигналы уровнем 0.5-5 мкВ (1…3 балла S-метра);
«Нулевики» из-за Урала идут с уровнями 10-50 мкВ (5...9 баллов S-метра);
Соседний регион 500-1500 км – 50-500 мкВ (9…9+40дБ баллов);
Сосед по району – 1-100 мВ (стрелка S-метра полностью ложится вправо);
Контестовая позиция неподалёку или сосед-радиолюбитель в вашем же доме – запросто могут навести до нескольких вольт на вашу антенну.
В последнем варианте уже не спасёт ни аттенюатор, ни сверх дорогой трансивер, а вот бутылочка горячего с огурчиком в пятницу вечером или после соревнований легко поможет сгладить испорченные выходные и\или наладить крепкую дружбу до конца жизни.

Исходя из вышенаписанного видно, что СДР-трансивер реально превосходит обычную классику по качеству приёма. Взяв Flex SDR-1500 с собою с ноутбуком на дачу или в поле, мы обеспечиваем себе более комфортный приём, нежели тот же Yaesu FT-817. Flex SDR-1500 мал, лёгок, и экономичен. Не шибко дорогой вариант – Flex SDR-3000 вполне подойдет среднему радиолюбителя без «закидонов». И DX-а отловить, и комфортно за круглым столом в выходные посидеть и автоматический тюнер есть. Ну а если вы любитель соревнований, то тут уже есть смысл разориться на Flex SDR-5000. Тут и 2 приёмника, причём, не такие убогие как в Yaesu FT-x000, а полностью идентичные и конфигурируемые на разные антенные входы, и высококлассные УКВ и ДЦВ режимы. Тут уже вообще ни один трансивер не идёт в сравнение!!! Аналогов просто не существует!

Как говориться «В бочке мёда…», соблюдаем гармонию.

В предыдущей главе я постарался доступным языком описать главные характеристики трансиверовFlexSDRи сравнить его с качеством работы классических трансиверов.
Для сравнения чувствительности в чистых цифрах откроем последнюю таблицу характеристик известных трансиверов опубликованную в американском журнале для радиолюбителей QST. Взято :

Чувствительность и динамический диапазон по блокированию...

Вопросы, касающиеся динамического диапазона по блокированию, предлагаю вниманию выборку из обзора параметров современных DSP трансиверов. (По материалам измерений лаборатории ARRL при журнале QST.) Условия измерений: УВЧ трансивера выключен, установлен и включен CW фильтр 500 Hz (опция или DSP), Р азнос полезного и мешающего сигналов - 20 kH

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!

Простой SDR приемник от UA3ELR

Это приемник-приставка SDR к компьютеру. В зависимости от примененного кварца приемник принмает сигналы на любой частоте, ограниченой верхней рабочей частотой смесителя. Частота приема расчитывается так: fкварца/4. Это центральная частота приема +- 96(48)кгц в зависимости от применяемой карты компьютера. Для более широкого диапазона приема потребуется несколько сменных кварца, или применить синтезатор (можно высоко-стабильный ГПД).

Схема не претендует на оригинальность, главное отличие - применение К157УЛ1А, специально предназначенную для УВ магнитофонов, преимущество ее в широкой доступности и малых шумах - что проверенно на практике.
У меня, со встроееной звуковой картой Realtek, и с этим приемником чувствительность, огр. шумами, получилась 0,5 мкВ,-
- по сравнению с 1 мкВ в схемах на микросхеме NE5532.
(измерения на частоте 7мГц и в смесителе на К561КП1 вместо 74НС4052
вместо 74АС74N можно поставить К555ТМ2 и другие - К1533,531 и наконец К155ТМ2,
вместо 74НС4052 за не имением, хуже будет работать обычная К561КП1 - проверенно до... 14 мГц,-
- проблема в ней, что из за задержек возникает разбаланс в каналах IQ по фазе но программа это все автоматом правит.

А1 заменима на К157УЛ1Б, но у неё в 2 раза больше уровень шума, во столько же раз и ухудшится чувствительность приёмника - зарубежных аналогов у этой микросхемы нет. 78L05 можно заменить на 7805 или КРЕН5А.

Дроссель любой 50 - 150 мкГн.
Резисторами R* устанавливается +2,5 Вольта на стоках транзисторов КП303 (при неподключенном кварце).

Это способ намотки ШПТ

Два варианта печатных плат.Платы не проверены, так что перед изготовлением проверяем правильность разводки. Платы разведены со стороны дорожек, при печати для ЛУТ - ЗЕРКАЛИТЬ.

Вернусь к вопросу о входной части приёмника.
Вместо отдельных фильтров на каждый участок КВ диапазона можно использовать и простое перестраеваемое селективное устройство с тремя катушками перекрывающее весь КВ диапазон, например как это сделано в КВ приёмнике KARLSON - http://cqham.ru/trx85_09.htm

Настройка:
включить 80 метровый диапазон приёма и подать испытательный сигнал с частотой середины этого диапазона.
Вращая ручку конденсатора найти уровень максимального приёма сигнала. На шкале настойки входного селектора сделать отметку в виде зоны приёма частот этого диапазона.
При необходимости, подстройкой сердечника контурной диапазонной катушки, зону резонанса можно сместить в удобное место для считывания со шкалы;
оставшиеся участки диапазонов 40м, 20м, 15м, 10м отмечаются на шкале с корректировкой сердечниками соответствующих катушек.
Очень удобно иметь на шкале три полосы полуокружности с зонами подстройки: на первой ближе к оси конденсатора риски 80 и 40 метров, на второй (средней) риски диапазонов 20 и 15 метров, а на третьей, с бОльшим радиусом, зону частот настройки селектора в 10-метровом диапазоне.

Если необходим приём только в одном диапазоне 40/80м катушки L1 , L2 и переключатель из схемы можно исключить.
Данное простое устройство селекции (поскольку оно перекрывает весь КВ диапазон) можно использовать и с любыми другими простыми КВ приёмниками.

Статья создана по материалам форума:http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=68616 Желающим повторить конструкцию настоятельно рекомендуется посетить форум.

Простой SDR приемник "Simple SDR"

Владимир Неретин UA3ELR

Приемник чрезвычайно прост, формирует квадратурные НЧ сигналы, и позволяет осуществить SDR прием с помощью вашего компьютера в любом желаемом диапазоне. Он содержит два смесителя на встречно-параллельных диодах, кварцевый гетеродин и двухканальный УНЧ на микросхеме. Будет очень хорошо, если применить малошумящую МС К157УЛ1А, диоды могут быть любые высокочастотные: КД 514... 512... 503... 521... 522... 510 (даны в порядке ухудшения параметров) и им подобные, чем качественнее диоды, тем выше чувствительность.

Транзистор гетеродина – любой полевой ВЧ, подойдут КП302...

303... 307 и им подобные из

импортных. Начальный ток

стока должен быть в пределах

5…10 мА (в даташитах

обозначается как Ic нач).

Размер печатной платы 30 х 33

мм. Для монтажа применены SMD элементы. Подстроечным резистором регулируется баланс каналов по амплитуде, подстроечным конденсатором по фазе, эти элементы и резистор 1k входят в ВЧ фазовращатель. Ёмкость подстроечного конденсатора зависит от частоты, его реактивное сопротивление Хс на частоте генератора должно быть около 1 кОм. Ёмкость

19конденсатора можно вычислить, зная Хс и F, или по номограммам, тем более что высокая точность не нужна – подстраивать собранную схему все равно придется. Кварц должен быть на частоту в два раза ниже принимаемой. При желании в этой

схеме генератора кварц легко возбудить и на третьей гармонике, т.е. частота кварца может быть в 6 раз ниже частоты приёма.

Чувствительность приёмника с К157УЛ1А получилась весьма высокой даже без

УВЧ – 0,5...0,7 мкВ при соотношении сигнал/шум 10 дБ на частоте 36 мГц (этот

приёмник изготавливался для работы вместе с тюнером KS-H-148).

О настройке SDR приёмников, подобных "Simple SDR"

рассчитанный на полосу принимаемых частот приёмника.

Итак... подключаем приёмник к линейному входу компьютера, запускаем скачанную и установленную программу Spectra Vue и нажимаем в ней кнопку "Фаза" (Phase), на вход приёмника подаём ВЧ сигнал...

На экране в программе видим эллипс. Регулировкой подстроечного конденсатора и резистора добиваемся правильной окружности, чем она правильней, тем точней фазовый сдвиг. При идеальной окружности сдвиг равен точно 90 градусам. У меня настроилось так, как показано на скриншоте. Для написания этой статьи я не очень старался с регулировкой, но всё же посмотрим, что у нас получилось. Выходим из Spectra Vue, запускаем какую-нибудь из SDR программ, например M0KGK, и в режиме calibration смотрим нашу ошибку сдвига фаз – получилось примерно от 0,3 до 0,8 градуса относительно 90 (в идеале должно быть 0), что очень неплохо, учитывая то, что я делал всё на скорую руку. Не стоит обращать внимание на большой пик в центре на панораме, это из-за плохой звуковой карты, просто под рукой не было другой. Смотрим на панораму, что у нас получилось... от сигнала с уровнем +50 дБ (относительно уровня шума приёмника) зеркального канала не видно, он ниже уровня шумов, это означает подавление зеркального канала более 50 дБ.

Запустим другую программу – Expert SDR, опять видим, что без всякой коррекции в программе, от сигнала с уровнем +50 Дб зеркального канала нет.

Как видим ничего сложного в настройке SDR приёмников подобных "Simple SDR" нет. В этом примере настройки использовался приёмник "Simple SDR" с МС К157УЛ1А, с центральной частотой приёма 36 мГц и чувствительностью 0,6 мкВ при С/Ш 10 дБ, звуковая карта встроенная Realtek. Добавлю, что для приёмника нужно использовать хорошее стабилизированное питание с минимальными пульсациями, желательно в пределах от 8 до 15 Вольт. Настройку приемника надо производить с подключенным входным фильтром (преселектором), лучше будет, если поставить истоковый повторитель на входе приёмника, для согласования с входными фильтрами любого типа. Более подробная информация дана на сайте автора http://relax-sdr.3dn.ru/

Как известно в SDR технике, для правильной работы приёмников/передатчиков т.е. для обеспечения нужного фазового сдвига 90 градусов требуется частота гетеродина равной - принимаемая частота умноженная на 4,

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

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.