A ktualizováno v prosinci 2019
Měření kmitočtového spektra klíčenkou RTL-SDR
Úvod Klíčence SDR-RTL s čipy Realtek RTL2832U a Rafael Micro R820T bylo věnováno v uplynulých letech na Internetu mnoho stránek. Jde spíš o hračku, než seriózní měřicí přístroj. Klíčenka se vyznačuje mnoha negativními vlastnostmi: - Spotřeba téměř 200 mA u čipu R820T a přes 300 mA u čipu RTL2832U způsobuje značné ohřívání klíčenky. - Maximální vzorkovací rychlost 3.2 MS/s je teoretická hodnota, při které již může docházet ke ztrátě vzorků, realita je někde na 2.4 MS/s. - Stabilita oscilátoru. Pokud bychom měli jakýkoliv důvod se zabývat úpravami klíčenky, potom doporučuji přečíst výborný blog OK3ZB: https://blog.brichacek.net/uprava-sdr-prijimace-s-rtl2832u-a-r820t/ Jedinou výhodou je cena klíčenky. Pro první seznání a pokusy jsem pořídil dvě levné, v ceně něco přes 100,- Kč a jednu lepší. Ta byla v hliníkové krabičce, měla vyřešen příjem na pásmech pod 30 MHz a stabilní oscilátor. Instalace SW Nejjednodušší instalaci použitelného SW jsem provedl na Linux Mint a použil jsem GQRX 2.9 Instalce balíčku není v ničem záludná a RTL SDR rádio bylo možné vyzkoušet s kratičkou prutovou anténu s magnetickou základnou (dal jsem na radiátor topení). Spektrum příjmu FM stanic vypadalo takto: |
Při prvním seznámení jsem si vytáhnul všechny prvky na obrazovku notebooku a spektrum s vodopádem jsem nechal na vedlejším monitoru (obrázek nahoře): |
Na programu jsem si vyzkoušel všechny ovládací prvky pro FFT analýzu, zobrazení spektrálního analyzátoru a vodopádu (waterfall), řízení vstupního LNB, nastavení vlastností přijímače a nastavení audiozisku. Již při prvním ošahání bylo jasné, že vstup přijímače se snadno přebudí, že přijímač není příliš citlivý, že pozadí hluků je tam, kde je (díky osmibitovému vzorkování). Vyzkoušel jsem rovněž instalaci pod Windows 7. Už však tento operační systém nepoužívám. Pouze si pamatuji, že jsem musel nainstalovat ovladače Zadig. Pod Windows 10 jsem již instalaci nikdy nezkoušel a ani zkoušet nebudu, protože existuje celá řada lepšího HW, s vyšším frekvenčním rozsahem a hlavně s vyšším dynamickým rozsahem (to je dané např. 14 bitovým převodníkem). Dva příklady měření Klíčenku (nebo krabičku s čipem Realtek RTL2832U) k měření spektra nepoužívám. Přesto z nostalgických důvodů uvedu dva příklady, kde jsem se snažil zobrazit spektra oscilátorů s přímou kmitočtovou syntézou (DDS). První DDS byla nastavena na generování kmitočtu f = 655.965 MHz. Po propojení generátoru do vstupu SDR (přes atenuátor) jsem nejprve zapnul SDR přijímač a nastavil ho na příjem poblíž generovaného kmitočtu: |
Šumové pozadí bylo pod úrovní - 80 dB (téměř -90 dB) a nikde nebyl žádný zobáček z parazitního příjmu nějaké vlastní harmonické. Po připojení generátoru jsem viděl toto spektrum: |
Na prvním obrázku je filtr mimo kmitočet. Na druhém obrázku jsem s filtrem najel přesně na nejsilnější zobáček (peek). Také jsem zapnul zobrazování (označování) peeků. Hluk pozadí vzrostl o více, než 10 dB. Některé peeky jsou již silnější, než -80 dB. Přičemž užitečný signál je na úrovni kolem -23 až -24 dB. Pokud si pohrajeme s ovládacími prvky (řízení zisku LNA, AGC) a s atenuátorem mezi výstupem generátoru a vstupem RX, zjistíme, že použitelný dynamický rozsah pro analýzu spektra je méně než 60 dB. Málo, málo .... |
Druhý generátor DDS jsem nastavil na kmitočet 25.476 MHz. Šlo o jeden z kmitočtů, který má být injektován do LNB bloku (původně pro satelitní příjem) tak, aby synchronizoval fázový závěs LNB místo krystalového oscilátoru. Opět nejdřív spektrum bez generátoru. Pozadí je pod úrovní -80 dB. |
Po zapnutí generátoru DDS jsem mohl pozorovat, jak si spektrum přicestovalo na požadovaný kmitočet (směrem zhora, od vyšších frekvencí). Použil jsem o něco vyšší úroveň, než v předchozím příkladu. Samozřejmě, že o něco víc vyrostlo pozadí. Nikoliv však jen peeky pod -80 dB, ale objevily se zcela zřetelné spektrální intermodulační čáry, které jsou pod úrovní -50 až -60 dB. Dynamický rozsah klíčenky je malý a pro analýzu spektra oscilátorů používaných v radiotechnice se prostě nehodí.
Článek, které jsem napsal o SDR-RTL dříve: http://ok1ufc.nagano.cz/Linux_stranky/RTL_SDR/RTL_SDR.htm
Závěr Standardní klíčenka RTL se na analýzu kmitočtového spektra pro radioamatérské účely nehodí hlavně kvůli mizernému dynamickému rozsahu použitých čipů. Existují však lepší čipy, desky, či přístroje, které nejsou nákladné a mají mnohem lepší parametry. Budu jim věnovat několik článků.
TU 73, Mira, ok1ufc