Review van de eerste ervaringen met HackRF One

    • door Burkhard Kainka
    • 9 min lezen

    Toen ik de HackRF One voor het eerst in mijn hand hield, wist ik er bijna niets van, behalve dat het een SDR ontvanger en zender is tot 6 GHz en dat je hem kunt programmeren. Ik had al met SDR gewerkt, maar alleen in het kortegolfgebied tot 30 MHz. Dit was een goede gelegenheid om het eens te proberen.

    Toen ik de HackRF One voor het eerst in mijn hand hield, wist ik er bijna niets van, behalve dat het een SDR ontvanger en zender is tot 6 GHz en dat je hem kunt programmeren. Ik had al met SDR gewerkt, maar alleen in het kortegolfgebied tot 30 MHz.

    Ontvangst met SDR Sharp

    Mijn belangrijkste software voor de Elektor SDR-Shield was SDR Sharp (ook wel SDR# genoemd), en dit programma ondersteunt ook HackRF One. Dus, aansluiten met een USB-kabel en aan de slag.

    Ik kon de SDR starten, maar hij bleef crashen. Het was me duidelijk dat er een enorme hoeveelheid gegevens over de USB-kabel moet worden overgedragen. Daarom verdacht ik de kabel. Een andere kabel werkte niet beter. Toen zag ik dat er een relatief korte kabel in de kit zat. Met deze kabel werkte alles prima. Pas later vond ik de bevestigende documentatie. Daarin staat duidelijk dat een hoogwaardige, afgeschermde kabel moet worden gebruikt. Dit bevestigt een oude regel: Eerst lezen en dan inschakelen!
     
    FM broadcast reception
    Figuur 1: Ontvangst van FM-uitzendingen.

    FM ontvangst met de HackRF One

    Bij het opstarten gaat SDR Sharp direct naar de FM-band en stelt de bedrijfsmodus in op breedband-FM. Met een korte antenne zou het moeten werken, maar het resultaat was zwak. Kleine signaalniveaus, grote vervormingen. Ik deed hier iets verkeerd. Toen vond ik op internet een video van iemand die meer succes had. De truc was om de versterking hoger te zetten. Hiervoor bestaat een menu dat HackRF Controller heet. Nogmaals, het kostte me enige tijd om uit te vinden waar je dit kan vinden in SDR Sharp en dat je het kunt starten met het settings (tandwiel) pictogram.

     
    HackRFcontroller
    Figuur 2: Het controller-menu

    Dus na het verhogen van de versterking liep alles aanzienlijk beter. Kristalheldere FM-ontvangst, zelfs met een korte antenne.

    Je kunt de sample rate veranderen tussen 8 MBPS en 20 MBPS. Als je hem instelt op 20 MHz, krijg je een 20 MHz breed spectrum, wat soms een voordeel kan zijn. Maar ik gebruik meestal 10 MHz, omdat het dan gemakkelijker is om precies op één zender af te stemmen.
     
    Airband radio in AM.
    Figuur 3: Luchtvaartradio in AM.

    Interferentie

    Ik kon ook duidelijk luchtvaartcommunicatie in AM horen. Doorgaans zijn dit korte berichten en meestal is deze band stil. Toch zag ik veel signalen. De meeste daarvan, met regelmatige tussenpozen, zijn storingen van de USB-kabel. Op 120 MHz vond ik een sterke draaggolf, zelfs zonder antenne. Dit moet een harmonische zijn van een van de vele interne oscillatorsignalen.

    Soms kun je hier zelfs FM omroepstations vinden, heel vreemd. Maar ik ontdekte dat het in feite alias-signalen van de ontvanger zijn. Met een bemonsteringsfrequentie van 10 MHz hoef ik maar 10 MHz lager te gaan om het origineel te vinden. Een blik op het blokschema laat zien hoe dit kan gebeuren.
     
    HackRF One block diagram
    Figuur 4: Het binnenwerk van HackRF One.

    Het binnenwerk van HackRF One.

    Het hart van het apparaat is een MAX2837 zend/ontvang IQ mixer voor de 2,4 GHz band, gevolgd door een snelle AD/DA converter met een sampling rate tot 20 MHz. De AD converter heeft het laagdoorlaatfilter in de MAX2837 nodig tegen alias-signalen. Maar zo'n laagdoorlaatfilter is niet oneindig steil, en signalen aan de grens kunnen erdoor komen.

    Tussen de antenne en de IQ mixer zit nog een mixer, waarmee je naar lagere frequenties van 0 Hz of naar het hogere bereik, tot ongeveer 6 GHz kunt komen. Verder zijn er veel schakelaars en filters en schakelbare versterkers.

    Rondscannen

    De 2 m band was relatief rustig, maar op 70 cm kon ik talloze digitale signalen zien. Op de nog hogere frequenties had ik nog nooit kunnen rondkijken. Wat zijn die sterke en zeer breedbandige signalen op 2680 MHz? Google zegt LTE, dat is logisch. Op deze zeer hoge frequenties werkt HackRF One best goed. Maar wat ik nog leuker vind is de kortegolf.

    Kortegolf ontvangst

    Je kunt verschillende waarden vinden voor de onderste frequentiegrens van het apparaat. Sommigen zeggen dat het 1 MHz is, anderen zeggen 10 MHz, maar eigenlijk zou het moeten werken vanaf bijna 0 Hz. Als je de ontvanger instelt op 5 MHz met een sample rate van 10 MHz, zie je het probleem. Richting nul wordt de ruis steeds sterker, zelfs zonder antenne, net als richting 10 MHz. Dit is typisch voor de meeste SDR's, en de HackRF One werkt hier nog vrij goed. Bij 7 MHz is er een ruisminimum, zodat je de 40 m band kunt gebruiken.
     
    Internal noise at low frequencies.
    Figuur 5: Interne ruis bij lage frequenties.

    Als je een lange kortegolfantenne aansluit, kun je verwachten dat de ontvanger overstuurd wordt door sterke zenders. Daarom is een voorselector zinvol. Ik gebruikte dezelfde spoel als in de Elektor DRM voorselector, maar met een variabele condensator van 500 pF . De antennekabel werd aangesloten op een kleine koppelspoel. Het afstembereik loopt van ongeveer 3 MHz tot 25 MHz. De ontvanger werkt heel goed met mijn lange antenne en laat goede resultaten zien op de verschillende banden, afhankelijk van het tijdstip.
     
    Preselector for HackRF One
    Figuur 6: De voorselector.

     

     

    Amateur radio in the 20 m band.

    Figuur 7: Amateurradio op de 20 m-band.

    FT8 signalen kunnen worden gebruikt over grote afstanden bij een laag vermogen. Met 10 W kun je de Atlantische Oceaan oversteken naar de VS, wat mogelijk is dankzij de kleine bandbreedtes. Aan de andere kant kunnen enorme hoeveelheden gegevens bij zeer hoge frequenties alleen over vrij korte afstanden worden verzonden.
     
    FT8 signals in the 10 m band.
    Figuur 8: FT8 signalen op de 10 m band.

    Zenden met HackRF One

    Met HackRF One kun je niet alleen ontvangen, maar ook zenden. De eenvoudigste manier is om iets te ontvangen en dat op te nemen in een bestand. Vervolgens stuur je de opname op dezelfde of een andere frequentie. Dit kan heel gemakkelijk onder Linux. In de console roep je hackrf_transfer aan met de juiste parameters.
     
    hackrf transfer in the console
    Figuur 9: hackrf_transfer in de console.

    Een klein experiment dat iedereen gemakkelijk kan herhalen maakt gebruik van het FM frequentiebereik. De frequentie werd hier ingesteld op 88,0 MHz, de basisbandbreedte op 1,75 MHz en de sampling rate op 10 MHz. Dit bestrijkt een band van 2 x 1,75 MHz, dus van 86,25 MHz tot 89,75 MHz. Alles wat hier wordt ontvangen wordt opgenomen in het bestand fm.wav. Dit is echter geen normaal WAV bestand, maar het IQ signaal bemonsterd op 10 MHz. Het bevat alles wat er in de band is gebeurd, dus misschien verschillende FM stations, ruis en mogelijke stoorsignalen.

    De interne versterking werd in twee stappen in de ontvanger ingesteld, de RX-LNA op +32 dB en de basisbandversterker op 28 dB.
     
    hackrf_transfer -r fm.wav -f 880000 -l 32 -g 28 -b 1750000 -s 10000000

    In totaal werd 30 seconden opgenomen, zodat het bestand ongeveer 600 MB bevatte. Dit bestand werd vervolgens uitgezonden, maar op een iets andere frequentie, zodat men het met een eenvoudige FM-radio kon beluisteren. Ik wist dat de opname een zender op 88,8 MHz bevatte. Dus, als ik alles 1 MHz opschuif, moet het station te horen zijn op 89,8 MHz.

    Daartoe heb ik de -t parameter voor zenden en de middenfrequentie van 89 MHz opgegeven. Verder moet de versterking voor de zender worden ingesteld met de -x parameter. Ik koos voor +30 dB. Op deze manier was het bereik beperkt tot ca. 2 m en dus nog steeds legaal, zodat problemen met buren en autoriteiten werden vermeden.
     
    hackrf_transfer -t fm.wav -f 890000 -x 30 -b 1750000 -s 10000000


    Ik kon nu de 30 seconden opgenomen signalen ontvangen op de nieuwe frequentie van 89,8 MHz. De kwaliteit was zeer goed, het geluid was niet te onderscheiden van het origineel. Op zoek naar andere signalen kon ik alleen opmerken dat in het lege bereik, naast de ruis, een laag gezoem te horen was.

    SSB zender

    Mijn droomproject voor de HackRF One is een SSB-zender in het kortegolf- of VHF-bereik. Bij het zoeken naar geschikte software kwam ik SDRangel tegen. Deze gratis software is een ontvanger en zender voor allerlei gebruiksstanden. Er zijn talloze plugins voor de verschillende hardwareplatforms en ontvangers en zenders voor tal van gebruiksstanden, waaronder een SSB-modulator.

    Een eerste poging

    Voor de eerste poging gebruikte ik een zelfstandige, nog vrij analoge amateur radio-ontvanger in de 15 m band. Hier wordt de bovenste zijband (USB) gebruikt. In de SSB-modulator moeten de gewenste bandbreedte en de microfoon worden ingesteld. De zendfrequentie wordt ingesteld in de HackRF One module. Daarnaast kun je de VGA versterking kiezen. 22 dB is voldoende als je de antennekabel van de ontvanger dicht bij de zender houdt. Het maximale uitgangsvermogen kun je instellen op 47 dB. Dan krijg je ongeveer 1 V bij 50 Ω, dus 20 mW. Het enige wat hier ontbreekt voor een complete kortegolfzender is een lineaire RF-versterker.
     
    SSB transmitter with USB on 21,200 kHz.
    Figuur 10: SSB-zender met USB op 21.200 kHz.

    Morse

    Maar de SSB-modulator kan meer, zoals het zenden van morse-signalen. Het is mogelijk om een continue draaggolf, punt- of streepreeksen en zelfs tekst uit te zenden. Bovendien kan het toetsenbord van de PC gebruikt worden als morse-toets, en kun je de luidspreker aanzetten. Er is echter een vertraging van ongeveer een seconde bij het verwerken van de signalen. Als een telegrafist zijn eigen signaal met zo'n vertraging hoort, raakt hij zeker in de war. Maar ook daar zijn oplossingen voor. Men kan bijvoorbeeld een continue draaggolf genereren en het signaal schakelen met de morse-toets, zoals dat vroeger gebeurde.

     
    Output of a CQ call in CW.
    Figuur 11: Uitvoer van een CQ-oproep in CW.


    Vertaling: Hans Adams

    Tags


    Login

    Wachtwoord vergeten?

    Heb je nog geen account?
    Maak gratis een account aan en geniet van vele voordelen.