Записки программиста

Хотелось бы продолжить серию постов на тему «что прикольного можно сделать с RTL-SDR». Поскольку в последний раз речь зашла об одном из протоколов любительского радио в лице APRS, давайте разовьем эту тему и научимся принимать CW (то есть, морзянку), SSB (общение голосом) и RTTY (текстовые чаты по радио). Заодно будет дан ответ на вопрос, будоражущий умы миллионов. А именно — живо ли любительское радио?

Примечание: Если вы пропустили вводную статью по Software Defined Radio, вот она: Начало работы с LimeSDR, Gqrx и GNU Radio.

Есть несколько факторов, осложняющих прием любительского радио. Для начала, требуется относительно открытое пространство. Если вы живете в городе, на первом этаже и в окружении многоэтажек, принять что-либо будет проблематично. Лучше выехать на природу. Однако если вы живете, скажем, на пятом этаже (чем выше, тем лучше) и окна выходят на относительно открытую местность, все можно провернуть и дома. Последний пример как раз описывает мою ситуацию. Наконец, если вы живете за городом, где много открытого пространства и нет высоких зданий, у вас вряд ли возникнут сложности.

Вторая проблема заключается в антеннах. Коротковолновики используют диапазоны 160 метров (частота 1.8-2 МГц, технически является СВ-диапазоном, а не КВ), 80 метров (3.5-3.8 МГц), 40 метров (7.0-7.2 МГц), 30 метров (10.1-10.15 МГц), 20 метров (14.0-14.35 МГц), 17 метров (18.068-18.168 МГц), 15 метров (21.0-21.45 МГц), 12 метров (24.89-24.99 МГц) и 10 метров (28.0-29.7 МГц). В частности, довольно популярны диапазоны 40 и 20 метров, поэтому далее мы сосредоточимся на них. Если вы хотите послушать 40 метров на обычный диполь, вам понадобится 20 метров провода. Натянуть такой диполь не проблема, если вы живете за городом, но для городской квартиры это явно не вариант. Как же быть?

Самый простой вариант — это тупо спустить в окно или с балкона кусок провода, длиной около 1/4 длины волны. Я лично вполне успешно принимал 20 и 40 метров на кусок многожильного провода 16 AWG. Но вам я бы не рекомендовал этот способ, потому что (1) на самом деле, это довольно фиговая антенна, (2) способ не универсальный, и предполагает, что вы живете на не первых этажах городской многоэтажки, (3) есть риск побить окна и балконное остекление соседям.

Более удачное решение заключается в использовании магнитной рамочной антенны (magnetic loop antenna), про которую я узнал, благодаря этому обсуждению на форуме radioscanner.ru:

Длина кабеля L выбирается равной 0.1 длины волны, благодаря чему антенна получается очень компактной. Что не менее важно, в отличие от каких-нибудь укороченных штыревых антенн (OPEK HVT-400B и подобных ей), данной антенне вообще не нужны противовесы и земля. Антенну можно просто повесить на окно, и она будет превосходно работать.

Изготовленная мной антенна на 20 метров выглядит следующим образом:

Я использовал двухметровый коаксиальный кабель RG58 с BNC-коннекторами. С одного конца были удалены коннектор и экран. К жиле был припаян небольшой кусок одножильного медного провода. Это провод был плотно намотан на экран кабеля со второго конца (припаяться к нему будет крайне непросто). Один сантиметр жилы остался висеть в воздухе, согласно схеме. Каркас был сделан при помощи листового пластика и суперклея. Это не самый жесткий каркас, но со своей задачей он справляется. Кабель был примотан к каркасу при помощи изоленты. Суммарно изготовление антенны заняло не более часа.

Дополнение: Данная антенна является только приемной. Бывают и передающие магнитные рамочные антенны, но их конструкция сложнее. Пример изготовления передающей антенны описан в статьях Магнитная рамочная антенна на диапазоны 20/30/40 метров и Магнитная рамочная антенна на пять КВ-диапазонов.

Итак, мы разобрались с антенной. Но вдумчивые читатели наверняка обратили внимание на то, что не всякий SDR способен работать с частотой 14 МГц. RTL-SDR может работать только с частотами от 24 МГц, LimeSDR Mini — от 30 МГц, USRP B200 — от 70 МГц. На помощь приходит устройство под названием апконвертер (upconverter).

Популярным и недорогим апконверетром является NooElec Ham It Up:

Если на пальцах, то данный апконвертер берет все частоты и сдвигает их на 125 МГц выше. Например, интересующие нас сигналы с частотой 14 МГц переносятся на 139 МГц, которые без труда увидит любой SDR. Цена NooElec Ham It Up составляет 40$, и еще в 16$ обойдется готовый алюминиевый корпус.

Апконвертер не требуется, если вы используете RTL-SDR v3. В данной версии есть режим direct sampling, позволяющий принимать сигналы от 0.5 до 28.8 МГц. Однако direct sampling работает не так хорошо, как вариант с апконвертером. Дело в том, что данный режим подвержен алиасингу. Впрочем, это может быть и не особо критично. Далее я буду использовать апконвертер, поскольку этот способ универсальнее и дает лучшие результаты. Если вы решите использовать direct sampling, то шаги будут те же, только в Gqrx понадобится указать нулевой LNB LO, а также device string равный rtl=0,direct_samp=2 (иногда последнюю цифру нужно заменить на 3).

Fun fact! Несмотря на то, что LimeSDR (который не Mini) умеет работать с частотами от 100 кГц, мне не удалось воспроизвести с его помощью шаги, описанные в этой статье. UPD: Причины объяснены в заметке Самодельный апконвертер на 40 МГц.

Итак, мной были использованы следующие настройки Gqrx:

А вот так выглядит принятый сигнал SSB:

Здесь мы видим, как IV3UTV передает из Италии, с расстояния около 2000 км от меня. Не менее качественный сигнал приходил в 40-метровом диапазоне от S51CK из Словении, преодолев 1900 км. Характерно, что окно, на котором висит антенна, выходит на восток, а Италия со Словенией находятся в противоположной стороне, на юго-западе. Тогда как антенна может принимать сигнал? На StackExchange подсказывают, что этот эффект объясняется способностью коротких волн огибать объекты, имеющие размер порядка длины волны. То есть, такие, как здания.

Чтобы услышать голос оператора, убедитесь, что вы используете режим USB (upper sideband). Если вы решите послушать 40 метров, примите во внимание, что в этом диапазоне принято использовать LSB (lower sideband). Общее правило запомнить не сложно — ниже 10 МГц используется LSB, а выше — USB. Есть несколько версий, почему так было сделано. Об этом можно прочитать здесь и далее по ссылкам.

Морзянка (CW) обычно передается в начале диапазона, то есть, для 20 метров — где-то в районе 14.0-14.07 МГц:

Азбуку Морзе отчетливо слышно при использовании режимов USB и LSB, но в Gqrx также предусмотрены и специальные режимы, CW-L и CW-U. Если вы не знаете азбуку Морзе, то декодировать ее (и кодировать тоже!) под Linux поможет программа Fldigi. Пример ее использования прекрасно продемонстрирован в видео Decoding signals from your SDR using Fldigi and Pulse Audio за авторством Kevin Loughin, KB9RLW. Кстати, Fldigi умеет работать не только с CW, но также и с RTTY, PSK31 и другими цифровыми видами связи.

Пример сигнала RTTY:

Как видите, сигнал очень сильный. Это Виктор Кособоков, R3BB передает на расстоянии всего лишь десятка километров от меня. Послушать RTTY и посмотреть пример его декодирования при помощи Fldigi можно в видео Fldigi Tutorial: How to decode amateur radio RTTY signals. На том же канале есть замечательное видео про PSK31.

Заметьте, что распространение радиоволн на КВ зависит от времени года, текущего времени суток, солнечной активности в этом году, и других факторов. В 40-метровом диапазоне вы практически всегда что-нибудь да услышите. Однако зимой, в годы низкой солнечной активности, как сейчас, 20-метровый диапазон открыт только днем. Поэтому, если вы попытаетесь воспроизвести описанные шаги вечером, у вас ничего не выйдет. Также не следует ожидать большой активности в эфере по будням в рабочие часы. Пик активности приходится на выходные и праздники. Если вы не уверены, есть ли сейчас активность в том или ином диапазоне, можно воспользоваться одним из публично доступных приемников на сайте websdr.org.

Итак, вернемся к вопросу, заданному в начале статьи. Живо ли любительское радио? Еще как живо! Я бы даже сказал, что народ в эфире трепится не замолкая. И это я еще использовал самодельную никак не настроенную антенну, расположенную внутри городской квартиры. Должен сказать, что теперь я серьезно подумываю о получении лицензии и покупке трансивера.

Дополнение: Еще вас могут заинтересовать посты Принимаем изображения от метеоспутников с RTL-SDR, Проходим квест на получение позывного и регистрацию РЭС, а также Выходим на Си-Би c трансивером Midland M-Zero Plus.

Метки: SDR, Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.