Поскольку Outernet сейчас проводит распродажу и продаёт свой moRFeus всего за 99 долларов США (с подробностями в следующем посте — либо просто используйте код купона “rtlsdrblog” на оформлении заказа — действует до субботы 9 мая 2018 года), мы решили показать интересное применение moRFeus в сочетании с RTL-SDR.
moRFeus от Outernet — это генератор сигналов и частотный микшер, который может управляться либо встроенным LCD-дисплеем, либо программным обеспечением на ПК под Windows или Linux. Он может генерировать чистый сигнал с низким фазовым шумом на диапазоне от 85 до 5400 МГц. Так как им можно управлять через компьютер, возможно использовать moRFeus как трековый генератор для характеристики фильтров и измерения SWR антенны. Трековый генератор — это просто генератор сигнала, который можно установить на той же частоте, на которой настроен измерительный приёмник.
В прошлом мы размещали руководство по использованию широкополосного шумового источника для измерения фильтров и VSWR антенны. Однако, если доступно, трековый генератор обычно предпочтительнее шумового источника. Широкополосный шумовой источник выдает высокий уровень мощности на всех частотах, поэтому может легко перегрузить RTL-SDR, что приводит к снижению динамического диапазона и точности измерений. Это особенно верно при измерении полосовых заглушек, так как они пропускают все частоты, за исключением небольшой блокирующей полосы. Поскольку через донгл проходит слишком много шума, динамический диапазон уменьшается.
Данное руководство показывает, как использовать moRFeus в качестве трекового генератора вместе с RTL-SDR для проведения RF-измерений. Это можно назвать скалярным сетевым анализатором. Настройка использует GQRX и Python-скрипт, но в будущем возможно, что кто-то разработает автономное приложение.
Необходимое оборудование
- Направленный ответвитель, например minicircuits ZFDC-20-5, или аналогичный.
- moRFeus или другой управляемый компьютером широкополосный сигнальный генератор.
- RTL-SDR
- Около ~
Так как выход moRFeus довольно мощный, необходим аттенюатор, чтобы поддерживать уровни сигнала на достаточном для предотвращения перегрузки RTL-SDR уровне.
Самый дешевый RF-мост, который мы нашли, доступен на eBay примерно за 7 долларов. С RF-мостом вам также понадобится нагрузка на 50 Ом, чтобы подключить к порту “REF”. Направленные ответвители, однако, работают более точно, а бывшие в употреблении изделия minicircuits часто можно найти на eBay. TV \’tap\’ стоимостью 2 доллара тоже является направленным ответвителем и может работать, хотя мы его не тестировали.
Настройка программного обеспечения
В этом руководстве мы используем метод, впервые описанный “LamaBleu” в его сообщении на форумах Outernet. Метод использует Linux и предполагает считывание уровней мощности с RTL-SDR с помощью GQRX и возможностей удаленного Telnet-соединения. Команда telnet “F freq” может использоваться для изменения частоты в GQRX, а команда “l” — для считывания текущего уровня мощности в dbFS.
Для управления moRFeus мы используем официальный инструмент Outernet “morfeus_tool”, который является инструментом на основе командной строки.
Базовый Python-скрипт был написан для одновременного задания частоты в moRFeus и GQRX. После 500 мс времени стабилизации уровень мощности измеряется и записывается в CSV-файл, после чего скрипт переходит к следующей частоте. Итерации выполняются с шагом 1 МГц.
Если у вас есть moRFeus и вы хотите попробовать этот проект, скопируйте и вставьте скрипт из pastebin и назовите файл morfeus_scalar.py. Поместите файл morfeus_scalar.py и инструмент morfeus_tool_linux_x32 в домашнюю папку.
Чтобы запустить программное обеспечение:
- Откройте GQRX и подключите донгл и необходимые RF-компоненты для теста (показано ниже).
- Установите усиление RTL-SDR на ноль или достаточно низко, чтобы сигнал не перегружал устройство (уровни сигнала moRFeus довольно высокие).
- В графическом интерфейсе GQRX убедитесь, что кнопка “Remote control via TCP” нажата. (Выглядит как два монитора).
- Измените Python-скрипт и выберите диапазон частот, который вы хотите просканировать, задав значения переменных FREQ_MIN и FREQ_MAX.
- В терминале запустите “sudo python morfeus_scalar.py”.
- По завершении скрипта у вас будет файл “out.txt” — CSV-файл частот и уровней сигнала.
Характеристика фильтров
Чтобы охарактеризовать фильтр (определить отклик фильтра), просто подключите систему следующим образом:
- Сначала подключите только moRFeus, аттенюатор и RTL-SDR вместе.
- В GQRX увеличьте усиление до нескольких дБ до того, как RTL-SDR перегрузится и начнёт показывать изображения сигнала. Это максимизирует доступный динамический диапазон.
- Выполните начальное калибровочное сканирование morfeus_scalar.py. Сохраните результаты в out.txt в таблицу.
- Подключите фильтр в RF-цепь, затем выполните второе сканирование morfeus_scalar.py. Сохраните результаты в другой столбец в таблице.
- Вычтите результаты калибровочного скана из результатов после фильтрации. Постройте график полученных значений с помощью программного обеспечения для работы с таблицами. Это покажет отклик фильтра.
Скачать пример таблицы (.xls) (.ods)
Измерение VSWR антенн
VSWR — это измерение, которое можно выполнить на антеннах, чтобы определить, насколько хорошо согласована антенна с (обычно) 50 Ом. Чем ниже значение VSWR, тем лучше; оптимальным является VSWR, равный единице. Чтобы измерить VSWR, подключите систему, как на следующем фото:
- Сначала выполните сканирование с отсоединённой антенной и запишите результаты out.txt в таблицу.
- После завершения первого сканирования повторите сканирование с подключенной антенной и сохраните результаты out.txt в таблицу.
- Вычтите уровни мощности без антенны из уровней мощности с антенной, чтобы определить потери возврата.
- Используйте приведённую ниже формулу SWR для расчета коэффициента стоячей волны (SWR).
Скачать пример таблицы (.xls) (.ods)
Результаты и точность измерений
Здесь мы сравниваем результаты, полученные коммерческим VNA (miniVNA Tiny), системой измерения на основе шумового источника RTL-SDR и системой, использующей moRFeus в качестве трекового генератора.
BCFM Bandstop
При измерении фильтра типа Bandstop, например нашего фильтра BCFM Bandstop от RTL-SDR Blog, шумовой источник действительно сложно получить точный результат, поскольку большая часть шума в спектре проходит через донгл, перегружая его. Можно получить лишь приблизительную форму фильтра.
Трековый генератор moRFeus может определить затухание вплоть до максимального динамического диапазона RTL-SDR, около 50 дБ. VNA даёт истинное затухание, которое превышает 60 дБ.
1090 MHz Band Pass Filter
Здесь измеряем фильтр ADS-B FlightAware на 1090 МГц. Шумовой источник не может полностью использовать весь динамический диапазон донгла, но он лучше, чем с фильтром Bandstop. Также наблюдается странный глюк в диапазоне около 300–400 МГц, который, по-видимому, связан с перегрузкой донгла.
Снова moRFeus как трековый генератор близок к результату, но не достигает того же уровня затухания в 60 дБ+, которое обеспечивает этот фильтр.
Antenna VSWR
Здесь измеряли VSWR диполя с элементами по 30 см. Теоретически резонансная точка должна быть около 238 МГц.
Оба метода довольно точно показывают резонанс антенны и очень близки к измерениям VNA. Однако метод moRFeus как трековый генератор, похоже, ближе к результатам VNA. Метод с шумовым источником имеет некоторые проблемы с точностью при больших значениях VSWR, поскольку возврат потерь ближе к нулю, требуя большей точности измерений.
Одна вещь, которую стоит учесть: сканирование диапазона 85 – 1500 МГц с moRFeus и временем стабилизации 500 мс занимает около 15 минут. Ускорение сканирования приводит к бессвязным результатам, поскольку измерение не может достаточно быстро стабилизироваться. Стандартное сканирование rtl_power с полосой 2 МГц и шумовым источником занимает примерно 30 секунд, а коммерческий VNA выполняется за 10 секунд.
Скачать пример таблицы (.xls) (.ods)
Заключение
Мы показали, что moRFeus может быть использован как недорогой трековый генератор вместе с RTL-SDR для характеристики фильтров и для измерения VSWR антенн. По сравнению с методом использования шумового источника, использование moRFeus в качестве трекового генератора даёт более точные результаты, близкие к результатам коммерческого VNA.
Источник:
