Caratterizzazione di Componenti RF con un Dispositivo RTL-SDR

Abstract : I dispositivi SDR sono realmente un “coltellino svizzero” nel campo della gestione dei segnali RF. In questo post mostriamo la loro applicazione nello studio del comportamento in frequenza di componenti RF.

Introduzione

Con un generatore di rumore ad ampio spettro e con un dispositivo SDR è abbastanza facile predisporre un sistema per la caratterizzazione in frequenza di componenti RF come filtri o amplificatori. Il dispositivo SDR viene in pratica utilizzato come dispositivo di misura della potenza RF, facendo la scansione sulla gamma di frequenza prescelta si ottiena la risposta in frequenza del componente, filtro o amplificatore, in esame. Il software di controllo del ricevitore SDR deve essere in grado di determinare la potenza del segnale: una opzione è il programma rtl_power, a riga di comando. Noi abbiamo utilizzato il programma Win SpectrumSpy, presente nel bundle Airspy. La GUI del programma è mostrata nella immagine di copertina del post. Il programma permette di configurare il range di frequenza in esame ed il livello di amplificazione RF. Il programma è facile e funzionale, manca però della possibilità di salvataggio su file, ad esempio in formato CSV, dei dati mostrati sullo schermo.

Generatore Di Rumore Bianco

L’immagine sotto mostra la nostra sorgente di rumore bianco. La parte principale è un dispostivo alimentato a 12Vdc che si trova facilmente sul mercato online (eBay). Il modello che abbiamo è siglato BG7TBL, non sono disponibili particolari costruttivi, comunque le misure che abbiamo fatto mostrano un andamento praticamente piatto fino alle frequenze (1,7GHz) che riusciamo a misurare con il nostro SRD Airspy. Questa sorgente non è però calibrata, per i nostri scopi è comunque più che sufficiente. All’occorrenza è sempre possibile calibrarla in modo da avere un riferimento assoluto.
Il nostro generatore di rumore comprende anche due attenuatori. Il primo è un attenuatore digitale  alimentato a 5Vdc che permette di configurare il fattore di attenuazione mediante dei dip-switch a passi di 0,5dB, il secondo invece è un attenuatore passivo a rete resistiva che fornisce quattro livelli di attenuazione: 0, 10, 20, 40db.
La presenza degli attenuatori è importante al fine di regolare finemente il livello di uscita del generatore di rumore.

Preamp Filtrato a 145 MHz

Con il nostro generatore di rumore e grazie all’utilizzo del software SpectrumSpy abbiamo analizzato alcuni dei componenti RF che abbiamo utilizzato nei nostri progetti di radioastronomia. Nella immagine e nel diagramma seguenti mostriamo il preamplificatore filtrato a 145MHz che abbiamo utilizzato nella ricezione degli echi radio meteorici.

Filtro SAW Passa Banda a 1420 MHz

L’accoppiata generatore di rumore e dispositivo SDR permette di salire facilmente in frequenza fino ai limiti del dispositivo SDR. Possiamo verificare agevolmente il comportamento in frequenza del filtro passa banda di tipo SAW centrato alla frequenza di 1420 MHz che abbiamo utilizzato nel nostro radio telescopio.

LNA Prefiltrato a 1420 MHz

Come per il filtro SAW anche il preamplificatore a basso rumore che abbiamo utilizzato per la ricezione del segnale a 1420 MHz dell’idrogeno neutro è stato sottoposto alla verifica. La risposta in frequenza mostra un diagramma regolare con un guadagno piatto su tutta la banda passante.

Coaxial Stub

Un filtro elimina-banda economico e molto usato è il cosidetto “coaxial stub”. Si tratta di uno spezzone di cavo coassiale che viene collegato con un connettore a T alla discesa dell’antenna. L’effetto di questa aggiunta è quello di fare da filtro elimina-banda (filtro notch). La lunghezza dello spezzone del cavo si determina calcolando 1/4 della lunghezza d’onda e moltiplicando il risultato per il fattore di velocità del cavo, per un RG58 come il nostro il fattore di velocità vale 0,66. Nell’esempio mostrato sotto lo spezzone di cavo ha lunghezza 0,5m e dovrebbe dare luogo ad un filtro notch a 99 MHz, come si può anche vedere sui diagrammi. Si notino i minimi presenti anche in corrispondenza delle armoniche superiori.

Conclusioni

I dispositivi SDR si sono dimostrati utili anche in una “applicazione da laboratorio” come quella descritta in questo post. La loro versatilità non pone limiti ai loro possibili utilizzi, se non la disponibilità di software adatti alla elaborazione dei dati prodotti da questi dispositivi.

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