Test RTL-SDR(RTL2832U)

Постановка задачи

Вокруг простых и недорогих USB SDR приемников ходит немало мнений. Часто противоположных. От:"Ерунда, ничего не слышно", до "Прекрасный широкополосный приемник". Понятно, что чтением отзывов (написанных юзерами с неизвестной квалификацией) разобраться трудно.

Но зачем читать отзывы, если производители, указывают технические параметры? Вон, для одного из наиболее популярных RTL-SDR(RTL2832U) сколько параметров приводят.

Беда в том, что в параметрах, приводимых производителем, отсутствуют важнейшие характеристики приема: чувствительность, динамический диапазон, сведения о пораженных точках (частоты, уровни, количество).

Поэтому решил измерить RTL-SDR(RTL2832U) именно как приемник.

Setup измерений

Для работы с RTL-SDR RTL2832U использовалась программа SDR Concole (это, впрочем, непринципиально, можно использовать любой совместимый софт).

Установки SDR Console дефолтные, на частотах ниже 28,8 MHz включался режим прямой оцифровки, установки такие:

В качестве источника сигнала от 1,8 MHz до 146 MHz использовался SARK-110 в режиме генератора с внешним аттенюатором 60 dB (3 SMA аттенюатора по 20 dB). На 430 MHz отдельный лабораторный генератор с тем же 60 dB аттенюатором.

Измерял только то, что интересовали меня: параметры приема в любительские диапазонах.

Измерение избирательности и динамического диапазона

Динамический диапазон мал. Для всех диапазонов ~50 dB. Что совершенно неудивительно, т.к. используется восьмиразрядный ATD (АЦП). Один разряд это рост в два раза, т.е. на 6 dB, значит 8 разрядов дают 8 х 6 = 48 dB.

Это значит, что максимальная помеха в полосе оцифровки не имеет права быть больше чем на 40 dB выше принимаемого сигнала (не на 48 вB, а на 40 dB т.к. надо оставить хотя бы разряд ... полтора на обработку принимаемого сигнала).

Полоса оцифровки довольно велика. ATD (АЦП) работает на тактовой частоте 28,8 MHz, следовательно, может оцифровывать половину этой частоты, т.е. 0 ... 14,4 MHz. Но т.к. никакими селективными цепями вход ATD не обременен, то с той же эффективностью он цифрует и верхнюю зону Найквиста (назовите ее зеркальным каналом, если хотите) 14,4 ... 28,8 МГц. Итого, полоса оцифровки составляет 28,8 MHz. И во всей этой полосе ни одна помеха не имеет права быть выше, чем +40 dB (т.е. в 100 раз по амплитуде) над принимаемым сигналом. Иными словами: ни один полезный сигнал не может быть нормально принят, если он более чем на 40 dB меньше самой мощной помехи, пришедшей на вход ATD (АЦП).

Если наш полезный сигнал довольно силен, то система АРУ по входу соответственно загрубляет чувствительность и приемник может переносить бо́льшие помехи. Но если наш полезный сигнал минимален, то прибавлять 40 dB надо к полной чувствительности приемника. А она на VHF может достигать сотых долей микровольта (см. следующий раздел), следовательно помеха больше нескольких микровольт в полосе +14,4 MHz будет мешать, блокируя прием.

Итак, реальная избирательность и динамический диапазон RTL-SDR RTL2832U составляют 40 dB. Это совсем мало.

Измерение чувствительности и пораженных точек

Для всех нижеприведенных измерений справедливо следующее:

  1. Ширина полосы (установка Bandwidth в программе) по USB 2,6 MHz.
  2. Mode USB с полосой 2,8 kHz.
  3. Полезный сигнал выделен на скриншотах вертикальной зеленой зоной. Т. к. использованный генератор имеет довольно грубый шаг регулировки амплитуды 10 dB, то полезный сигнал на скриншотах может быть выше чувствительности.
  4. Горизонтальный красный маркер установлен на уровне собственного шума.
  5. Горизонтальный синий маркер на 10 dB выше красного,т.е. показывает уровень чувствительности по SNR = 10 dB
  6. Расположение по частоте и уровни пораженных точек зависят от установки Bandwidth в программе (т.е. полосы, передаваемых по USB в компьютер цифровых потоков). Это совсем неудивительно, т.к. при изменении полосы меняется скорость потока и, соответственно его спектр. А именно спектр этого потока и является основным источником помех.

 

Диапазон 1,8 MHz

На скриншоте исследуется полоса 1,88 MHz + 100 kHz. На входе приемника сигнал 0,5 uV.

Что видим?

  1. Очень высокую чувствительность: наш сигнал 0,5 uV ~ на 5 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Т.е. реальная чувствительность в этом диапазоне ~0,3 uV. Значит помехи выше 30 uV будут приводить к блокированию приемника. Т.к. в режиме прямой оцифровки не работает регулировка усиления по ВЧ, то со сколь-нибудь заметной антенной потребуется аттенюатор на входе приемника.
  2. Отображаемые уровни не соответствуют реальным. 0,5 uV это -113 dBm, а на экране -122 dBm. Это следствие того, что на низких частотах слишком малы разделительные емкости приемника, исходно рассчитанного только на VHF.
  3. В полосе есть две пораженные точки, ~ на 10 dB выше чувствительности.

 

Диапазон 3,6 MHz

На скриншоте исследуется полоса 3,65 MHz + 200 kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV.

Что видим?

  1. Очень высокую чувствительность: наш сигнал 0,15 uV почти соответсвует чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Значит помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника. Т.к. в режиме прямой оцифровки не работает регулировка усиления по ВЧ, то со сколь-нибудь заметной антенной потребуется аттенюатор на входе.
  2. Отображаемые уровни почти соответствуют реальным. 0,15 uV это -123 dBm, а на экране -125 dBm.
  3. В полосе есть только одна пораженная точки, ~ на уровне чувствительности.

 

Диапазон 7 MHz

На скриншоте исследуется полоса 7,1 MHz + 150 kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV.

Что видим?

  1. Очень высокую чувствительность: наш сигнал 0,15 uV больше на 3 ... 4 dB чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Значит, реальная чувствительность этом диапазоне 0,1 uV, а помехи выше 10 uV будут приводить к блокированию приемника.
  2. Отображаемые уровни соответствуют реальным. 0,15 uV это -123 dBm, и на экране -123 dBm.
  3. В полосе есть только одна пораженная точки, ~ на уровне чувствительности.

 

Диапазон 10,1 MHz

На скриншоте исследуется полоса 10,125 MHz + 50kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV.

Что видим?

  1. Очень высокую чувствительность: наш сигнал 0,15 uV равен чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Значит, помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника. Т.к. в режиме прямой оцифровки не работает регулировка усиления по ВЧ, то сколь-нибудь заметной антенной желателен аттенюатор на входе.
  2. Отображаемые уровни близки к реальным. 0,15 uV это -123 dBm, а на экране -127 dBm.
  3. В полосе есть только одна пораженная точки, ~ на уровне чувствительности.

 

Диапазон 14 MHz

На скриншоте исследуется полоса 14,2 MHz + 150 kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV.

Картина аналогична диапазону 30 m

  1. Очень высокая чувствительность: наш сигнал 0,15 uV равен чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Значит, помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника.
  2. Отображаемые уровни близки к реальным. 0,15 uV это -123 dBm, а на экране -125 dBm.
  3. В полосе есть только одна пораженная точка, ~ на несколько dB выше чувствительности.

 

Диапазон 18 MHz

На скриншоте исследуется полоса 18,1 MHz + 100 kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV. Мы работаем на верхней зоне Найквиста (зеркальном канале 14,4 ... 28,8 МГц) ATD.

Картина аналогична предыдущему диапазону 20 m

  1. Очень высокая чувствительность: наш сигнал несколько выше 0,15 uV чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника.
  2. Отображаемые уровни близки к реальным. 0,15 uV это -123 dBm, а на экране -121,5 dBm.
  3. В полосе нет пораженных точек.

 

Диапазон 21 MHz

На скриншоте исследуется полоса 21,2 MHz + 250 kHz. На входе приемника сигнал 0,5 uV. Мы работаем на верхней зоне Найквиста (зеркальном канале 14,4 ... 28,8 МГц) ATD.

Картина стала ухудшаться:

  1. Чувствительность: наш сигнал 0,5 uV на 8 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии). Те чувствительность 0,15 uV. Помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника.
  2. Появилась ошибка отображения уровня: 0,5 uV это –113dBm, а на экране -118 dBm.
  3. В полосе много пораженных точек: 9 на уровне чуть ниже чувствительности и три выше.

 

Диапазон 24,9 MHz

На скриншоте исследуется полоса 24,5 MHz + 1 MHz. На входе приемника сигнал 1,5 uV. Мы работаем на верхней зоне Найквиста (зеркальном канале 14,4 ... 28,8 МГц) ATD.

Картина стала еще хуже:

  1. Формально чувствительность не изменилась: наш сигнал 1,5 uV на 19 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е чувствительность осталась около 0,15 uV (помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Ошибка отображения уровня: 1,5 uV это –103dBm, а на экране -109 dBm.
  3. В полосе любительского диапазона всего три пораженных точки выше чувствительности. Но, выше они намного, децибел на 10. И любительский диапазон узкий, всего 100 кГц. А если мы расширим полосу обзора (как на скриншот),то увидим целый лес пораженных точек выше чувствительности.

 

Диапазон 28,5 MHz

На скриншоте исследуется полоса 28,5 MHz + 1 MHz. На входе приемника сигнал 1,5 uV. Мы работаем на верхней зоне Найквиста (зеркальном канале) ATD.

Тут все плохо:

  1. Формально чувствительность не изменилась: наш сигнал 1,5 uV на 23 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е. чувствительность осталась около 0,15 uV (помехи выше 15 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Ошибка отображения уровня почти нет 1,5 uV это –103dBm, а на экране -102 dBm.
  3. Но пораженных точек очень много. Фактически трудно найти частоту не занятую пораженной точкой. И уровень их очень велик на 6 ... 20 dB выше чувствительности. Причина в том, что хотя мы принимаем зеркальный канал ATD, но помехи идут и по основному каналу (селективных цепей на входе ведь нет). А зеркальный канал 28,5 MHz соответствует основному каналу 28,8 - 28,5 = 0,3 МГц. Т.е. 300 кГц. А вокруг этой частоты в компьютере и около него все загрязнено помехами от импульсных блоков питания.

 

Диапазон 29 MHz

На скриншоте исследуется полоса 29 MHz + 1 MHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV. На этом диапазоне (и всех последующих более высокочастотных) RTL-SDR работает так, как ему положено: с предварительным LNA (УВЧ) с регулируемым системой AGC (APУ) усилением и преобразованием частоты вниз радиочастотным смесителем. Проще говоря, отключается режим прямой оцифровки и вступает в работу радиочастотная микросхема R820T2. Хотя по паспорту ее нижняя частота 40 MHz, но в реальности она работает и ниже по частоте: до 28 MHz точно, а если повезет с экземпляром, то и до 24 MHz).

  1. Наш тестовый сигнал 0,15 uV на 6 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е. чувствительность получилась около 0,08 uV (помехи выше 8 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Отображение уровня здесь и далее (на следующих, более высокочастотных диапазонах) оценивать бессмысленно из-за работы системы AGC (APУ) радиотракта R820T2.
  3. Пораженная точка только одна. и она объяснима: 28,8 МГц – это частота дискретизации ATD и на ней работает мощный внутренний генератор опорной частоты.

 

Диапазон 50 MHz

На скриншоте исследуется полоса 50,2 MHz + 135 kHz. На входе приемника сигнал 0,15 uV.

  1. Наш тестовый сигнал 0,15 uV на 4 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е. чувствительность получилась около 0,1 uV (помехи выше 10 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Пораженная точка неожиданно много. 11 штук. И это в узкой полосе 270 кГц. Причина этого мне непонятна. Возможно дело в помехе по питанию от компьютера.

 

Диапазон 145 MHz

На скриншоте исследуется полоса 145 MHz + 1 MHz. На входе приемника сигнал 0,05 uV.

  1. Наш тестовый сигнал 0,05 uV на 3 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е. чувствительность получилась около 0,035 uV (помехи выше 3,5 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Пораженная точек выше чувствительности нет. Есть две пораженные точки на 2 ... 4 dB ниже чувствительности. И это в широкой полосе 2 MHz.

 

Диапазон 435 MHz

На скриншоте исследуется полоса 435,5 MHz + 1MHz (спутниковый диапазон). На входе приемника сигнал 0,05 uV.

  1. Наш тестовый сигнал 0,05 uV на 3 dB выше чувствительности по SNR = 10 (синей линии), т.е. чувствительность получилась около 0,035 uV (помехи выше 3,5 uV будут приводить к блокированию приемника).
  2. Пораженная точек выше уровня шумов в полосе 2 MHz вообще нет.

Выводы и рекомендации

Без дополнительных фильтров приемник RTL-SDR хотя и очень чувствительный, но, скажем мягко, плохонький. Избирательность и динамический диапазон чуть выше 40 dB. Любой сигнал (даже отстоящий на несколько MHz от принимаемого) на антенном входе больше нескольких десятков (а то и единиц - от диапазона зависит) uV приведет либо к блокированию (при прямой оцифровке, ниже 28,8 MHz) приема, либо к срабатыванию системы AGC(АРУ) и подавлению сигналов которые меньше помехи более, чем на 40 dB.

Поэтому без дополнительной фильтрации входа RTL-SDR может быть использован только:

  1. для приема мощных сигналов: от самых больших и до средних (не более, чем на 40 dB меньше максимального на входе). Например, самоконтроль сигнала своего передатчика (полезное дело) и прием мощных вещательных станций.

  2. В случае отсутствия сильных помех на антенном входе. Например, постоянный мониторинг появления прохождения на молчащих УКВ диапазонах (когда важен не прием какого-то определенного сигнала, а сам факт появления хоть каких-то сигналов на пустом до того диапазоне).

    Или для приема сигналов со спутников на 436 и 146 MHz (там динамический диапазон сигналов по определению меньше 40 dB – передатчик спутника больше не позволит), т.к. полный дуплекс при работе через на спутник очень желателен, а обычная CW\SSB аппаратура на 145 и 436 MHz стоит неадекватно дорого (даже б\у). А тут, добавив LNA (УВЧ) на антенне (для компенсации потерь в кабеле, который из-за этого может быть относительно тонким и дешевым) к RTL-SDR, за очень небольшие деньги можно получить отдельный полноценный канал приема со спутника. Кстати говоря, RTL-SDR RTL2832U имеет возможность подать на антенный вход постоянное напряжение для питания LNA по кабелю снижения (команда Bias T on на панели инструментов SDR Console).

  3. В качестве тракта промежуточной частоты. Например, для приема сигналов в полосе 10,489 - 10,490 GHz со спутника QO-100 с помощью обычной телевизионной спутниковой головки. Эта головка с помощью внутреннего гетеродина 9,75 GHz преобразует входной СВЧ сигнал со спутника в выходные частоты 739 ... 740 MHz, которые успешно принимаются RTL-SDR (в SDR Concole включить режим стабилизации частоты по сигналу маяка спутника, т.к. гетеродин TV головки недостаточно стабилен для SSB и CW).

 

Если же надо что-то большее, то пассивные диапазонные фильтры по входу необходимы.

На УКВ такая связка (в качестве простейшего фильтра подойдет узкополосная антенна, например, такая) может использоваться как обзорный приемник. Если что-то вынуждает вас использовать RTL-SDR как КВ приемник (т.е.ниже 28,8 MHz), то кроме полосовых фильтров по входу необходим регулируемый аттенюатор (АРУ при прямой оцифровке не работает). В таком варианте RTL-SDR может пригодится, например, для первого (очень эскизного, на DX особо не рассчитывайте) знакомства с любительскими диапазонами.

 

Вывод: RTL-SDR штука интересная и в ряде случаев полезная. Своих 25$ она стоит. Но реальное применение в любительской практике, IMHO, ограничено вариантами, приведенными выше.

11.09.2020

На главную - Main page