La clé SDR DVB-T +FM +DAB sous la loupe.
L’autre jours, lors d’ une session au radio-club F6KMF, j’ ai acheté une clé SDR du type bien connu que le club met à disposition des adhérents qui suivent l’ initiation au SDR ( voir l’ article sur le site du CRAC ici :
Du coup, je vais en profiter pour faire un petit article sur cette clé sdr et essayer d’ expliquer un peu ce qui se cache sous ces noms barbares de RTL2832, R820T, E4000, etc…
La bête :
Livré avec un truc qui doit servir d’ antenne, connectique MCX ( beurk! ), et une télécommande infrarouge.
La première chose que j’ ai faite en rentrant, c’ est de prendre un canif et d’ ouvrir la petite boite en plastique bleu
Le connecteur MCX à été enlevé, ainsi que le tsop ( télécommande IR- ça peut resservir ! )
on voit le tuner r820 t2 à coté de l’ emplacement du MCX, à gauche le rtl 2832, à côté une eeprom, et, en brillant le quartz 28.8 MHz qui fournit la base de temps pour le tuner et le rtl2832.
Un schéma en deux parties :https://userdisk.webry.biglobe.ne.jp/019/963/01/N000/000/000/140317075718660037225_R820T_20140619183917.PNG
https://userdisk.webry.biglobe.ne.jp/019/963/01/N000/000/000/140317102568976083225_RtL2832U.PNG
Question performances, que peut on espèrer d’ un tel gadget ?
On a donc un tuner capable de recevoir de 24 à 1760 MHz, sans trou grâce au r820t ( le tuner E 4000 a un trou vers 1100 MHz, mais reçoit jusqu’à 2100 MHz environ).
Le r820T /T2 sort un fréquence intermédiaire entre 3.5 et 4.5 MHz environ, qui est mixée par le rtl2832 avec le signal de référence synthétisé à partir du signal d’ horloge 28.8 MHz .Le produit du mélange produit un signal complexe qui est échantillonné par l’ ADC du rtl2832 qui fournit à son tour un signal complexe en direction de l’ ordinateur via le port USB
An noter que le tuner E4000 est différent car il produit un signal » zéro IF » au rtl2832. C’ est notamment la raison pour laquelle les sdr à base de E4000 produisent une composante continue plus importante que le r820t, cette composante étant visible sur le » waterfall » de votre logiciel sdr favori sous forme d’ un pic au milieu de la bande passante, qui ne bouge pas en fonction de la fréquence du VFO. Une correction peut se faire par software pour atténuer ce pic, la procédure varie suivant le logiciel, mais en gros, on ajuste la phase et l’ amplitude de signaux complexe I et Q jusqu’ à trouver un minimum, qui correspond au bruit 1/f de l ‘ électronique.
Une autre limitation fondamentale de ce genre de récepteur sdr bon marché : le convertisseur ADC.
L’ ADC du 2832 produit des samples de 8 bits seulement.
Si on calcule la dynamique d’ un signal échantillonné à 8 bits selon la formule
DR=20 log10((2^N−1)LSB/LSB)≈6.02×N (dB)
on trouve environ 48 dB.
Ce qui est bien peu !
Les conséquences :
Principalement l’ intolérance aux signaux forts, dans la bande ou hors bande passante.
Cela se caractérise essentiellement par des phénomènes de repliement de spectre ( aliasing). Concrètement, ça se traduit par des « signaux fantômes » qu’on voit sur la chute d’ eau du sdr, mais qui n’ existent pas, car il sont produits par la saturation du convertisseur analogique /numérique.
En plus de ces signaux indésirables, on remarquera également une remontée du plancher de bruit autour du signal saturant, en plus de pics de part et d’ autre du signal fort.
Une solution existe pour compenser ces problème, comme expliqué sur cette page très intéressante, mais en anglais
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-the-dynamic-range-specification-of-an-ADC/
Figure 4:
Chacun des signaux complexes en sortie du mixer est filtré passe bas puis passé dans un ampli a gain variable ( VGA) avant d’ entrer dans l’ ADC .
La dynamique du VGA s’ ajoute ainsi à la dynamique du convertisseur, et permet de voir un signal très faible OU un signal très fort, mais pas les deux l’ un à côté de l’ autre.
On ne peut pas tout avoir.
Mais, bon, pour 20 balles, on est pas volés, car ce petit « gadget » permet déjà bien des expérimentations pour peu qu on connaisse ses limites.
Des expérimentations, avec cette petite clé, me direz vous ?
Par exemple un tuto pour l’ utilisation des GPIO du 2832 accessible depuis cette page :
https://www.rtl-sdr.com/using-the-gpio-ports-on-the-rtl2832u-chip/
Pour commander une commutation d’ antennes extérieures, des préamplis, atténuateurs, que sais je ?
Ca nécessite quand même pas mal de connaissance en programmation, informatique et des talents d’ horloger pour les soudure sur les pattes d’ un qfn à 48 pattes.
A noter que pour l’ instant le datasheet du rtl2832U est sous le coup d’ une clause de non-divulgation, et donc, les infos sur les pinouts et le fonctionnement de la puce ne sont pas publics. On trouve des infos de ci de là ( cahin, caha, pour les amateurs d’ opérettes vieillottes ) . Cette page, par exemple, en anglais :
http://superkuh.com/rtlsdr.html
On y parle d’ échantillonnage direct en HF, d’ astuces pour diminuer le bruit et les parasites, et de plein d’ autres détails intéressants.
Au niveau des modifs possibles :
D’ abord changer le connecteur MCX par une SMA à souder sur pcb
On soude deux pinoches en diagonale à plat sur le pcb, les deux autres pinoches peuvent être coupées pour tenir dans la boite d’ origine , ou on peut s’ en servir pour souder une petite plaque de feuillard de cuivre pour faire un semblant de blindage. Il faudra dans ce cas trouver une place pour percer un petit trou dans le plan de masse du pcb du coté du régulateur par exemple et si possible un troisième point, et y souder un petit picot fait d’ une queue de composant pour faire des points de fixation et de mise à la masse du feuillard.Ne surtout pas essayer d’ enfermer hermétiquement le tout car ça chauffe pas mal et on risquerait de soumettre les composants à une température trop élevée et réduire considérablement l’ espérance de vie de la clé.
Et voilà la clé refermée, ça tient tout juste avec le » blindage » supplémentaire. J’ai à peine élargi au cutter autour de la SMA, un coup de lime ronde pour finir, et ça se clipse !
Je ne suis pas sûr que le blindage ait un grand effet, apparemment, ça ne nuit pas ( c’est possible : si on augmente la surface conductrice, on risque de ramener un peu plus de bruit ambient rayonné, comme c’ est le cas ici, à proximité immédiate d’ un PC,).
Une bonne solution : mettre la clé au bout d’ un prolongateur USB mâle/femelle, court (50 cm, juste pour s’ écarter du champ électrique produit par le PC), et de bonne qualité.
On notera que l’ impédance caractéristique de l’ entrée est de 75 Ohms, on aura donc une légère désadaptation si on connecte une ligne 50 Ohms classique, mais l’ influence sur le fonctionnement , spécialement pour de la réception, est négligeable.
Une comparaison pifométrique m’ a permis de constater que le facteur de bruit de la clé présentée semble moins bon que celui de la clé Nooelec que j’ ai depuis un moment.
Cependant, je ne m’ avancerais pas à donner des chiffres précis, même si je pense que la différence est sans doute de plusieurs dB, et je conclurai en me répétant : pour le prix, on n’ est pas volé !
SAns compter qu’ il est possible de mettre en série un préampli à faible bruit, du commerce ou fait maison. En commercial, il y a de bons modèles sur les sites habituels, avec des gains dans les 20 dB, mais large bande, donc prompt à prendre les signaux forts et saturer le tuner du SDR. L’ idéal est d’ être sélectif, en ajoutant un filtre( surtout pour la FM) ou en construisant un préampli sélectif ( le top, mais il en faut 1 par bande) selon les méthodes décrites sur le net.
Un bon lien plein de schémas de préamplis » de course »:https://www.qsl.net/yu1aw/LNA/bfp196peng.htm
pour ceux qui sont allergique aux fumées d’ étain :https://www.banggood.com/0_1-2000MHz-RF-Wideband-Amplifier-Gain-30dB-Low-noise-Amplifier-LNA-Board-Module-p-1119994.html?cur_warehouse=CN
Voilà, c’ est mon premier article sur ce site, soyez indulgents, je n’ ai pas encore bien pris l’ éditeur en main, je ferai mieux la prochaine fois.
J’ espère avoir pu vous apporter des infos intéressantes.
N’ hésitez pas à faire un commentaire, une remarque, ou à donner une info supplémentaires!
Merci de votre visite et de votre attention.
bien cordialement,
Antoine, de F8EBL .
Merci pour cette intéressante publication.