Slyšeli jste někdy o obvodu R820T, popř. R820T2 od firmy Rafael Micro? Věřím, že ano, protože to byl právě tento obvod, který započal asi před 10 lety neskutečný boom SDR přijímačů, které byly do té doby doménou pouze profesionální, nebo velmi úzce specializované amatérské komunity, zejména kvůli své vysoké ceně. Byl to právě tento obvod, který stojí za mnoha dnešními přijímači, jako je právě RTL-SDR, ale i za velmi kvalitními SDR Airspy, nebo Afedri SDR, nebo např. Arinst V2D, nepočítaje desítky různých čínských klonů těchto známých SDR. Tento obvod totiž umožnil vývoj a výrobu celkem levných SDR, s výborným poměrem cena/výkon.
Obvod R820T2 je označován jako „High Performance Low Power Advanced Digital TV Silicon Tuner“. Již z názvu vidíme, že původní určení tohoto obvodu bylo jiné, používal se, a dodnes se používá jako tuner v mnoha levných TV přijímačích do USB portu. Teprve později se prosadil jako tuner v SDR přijímačích. Základní parametry obvodu jsou následující:
- Kmitočtový rozsah: 42 – 1000 MHz
- Šumové číslo: 3.5 dB
- Fázový šum: -98 dBc/Hz @ 10 kHz
- Spotřeba: < 178 mA @ 3.3V
Kompletní datasheet k obvodu lze nalézt např. zde. Lze vidět, že oficiálně tuner pracuje pouze v rozsahu 42 – 1000 MHz, což je oblast od 1. do 6. TV pásma, ovšem svoje vlastnosti drží v mnohem širším rozsahu a to 24 – 1700 MHz.
Druhý důležitý obvod je RTL2832U od firmy Realtek. Podle tohoto obvodu dostal název tento SDR jako „RTL-SDR“. Obvod je označen jako „DVB-T COFDM Demodulator + USB 2.0 controller“ a jeho účelem v TV klíčenkách je právě zpracování a demodulace DVB-T signálu z tuneru R820T/T2 a převod dat na sběrnici USB. Součástí obvodu je A/D převodník, který je bohužel pouze 8 bitový, a to je právě důvodem, proč nejsou tyto SDR příliš kvalitní pro vážnější poslech na pásmech. 8 bitů je prostě příliš málo na to, aby měl takový přijímač dostatečný dynamický rozsah pro zpracování jak silných, tak velmi slabých signálů.
V roce 2012 bylo společným úsilím Anttiho Palosaariho, Erica Frye a společnosti Osmocom (zejména Steva Markgrafa) zjištěno, že k surovým I/Q datům čipové sady RTL2832U lze přistupovat přímo, což umožnilo převést televizní tuner DVB-T na širokopásmové softwarově definované rádio prostřednictvím vlastního softwarového ovladače vyvinutého Stevem Markgrafem. Byli to právě tito lidé, co vyvinuli alternativní ovladače a přivedli RTL-SDR k životu. Z původních televizních klíčenek, které šlo přepnout do SDR režimu přes tyto upravené ovladače, se postupně vyvinulo zařízení, které prošlo určitými HW úpravami pro zlepšení stability, bylo umístěno do kovového pouzdra pro lepší odvod tepla, dostalo SMA konektor pro připojení antény (původní klíčenka měla IEC konektor) , BIAS-T obvod pro napájení zesilovače po kabelu a upravené vstupní obvody nebo lepší oscilátor. A vzniklo RTL-SDR jak ho nejčastěji známe, označované jako RTL-SDR v3.
RTL-SDR v3 má rozsah přijímaných kmitočtů 24 – 1766 MHz v základním modu, a 500 kHz- 24 MHz v direct sampling modu. Pro příjem kmitočtů pod 24 MHz se však opravdu nehodí a poskytuje spíše jen orientační přehled na pásmu, bez opravdové možnosti nějakého lepšího poslechu. V pásmu je poměrně dost rušení, zrcadlových kmitočtů a odolnost proti silným signálům je špatná. Částečné vylepšení může přinést zařazení preselektoru, ovšem největší problém, kterým je pouze 8 bitový A/D převodník v rámci obvodu RTL2832U to nevyřeší. Dynamický rozsah přijímače je malý, a při připojení jakékoliv lepší antény se zahltí. Maximální vzorkovací kmitočet A/D převodníku je 3,2 MHz, ale doporučuje se používat spíše 2,4 MHz. Toto pak určuje i maximální zobrazenou šířku pásma. Vstupní impedance je 50 ohmů, spotřeba okolo 300 mA. Citlivost, resp. MDS je dána tunerem R820T2, a činí -140 dBm, což není vůbec špatné, nicméně tato citlivost nikdy nebude plně využita z důvodů popsaných výše.
V roce 2022 vyšel update RTL-SDR klíčenky pod názvem RTL-SDR v4. Rozdíly můžete vidět na obrázcích výše. U nové verze RTL-SDR je jako tuner využit jiný obvod a to R828D. Z tohoto důvodu není kompatibilní s původními ovladači a je třeba použít nové (které ale jsou zpětně kompatibilní s verzí 3). Hlavní změnou je to, že nyní přijímač funguje nativně už od 500 kHz bez využití direct sampling modu. Další vylepšení jsou následující:
- Vylepšené filtrování R828D – V4 využívá tuner R828D, který má tři vstupy. Vstupní signál je rozdělen do 3 pásem – HF, VHF a UHF. To zajišťuje určitou izolaci mezi těmito třemi pásmy, což znamená, že rušení mimo vybrané pásmo od silných vysílacích stanic je menší a tolik nezpůsobí zahlcení přijímače
Další vylepšená filtrace – dále je využit také pin open drain na R828D, který umožnil přidat jednoduché filtry pro běžná rušivá pásma, jako je vysílání AM, vysílání FM a pásma DAB. Ty sice tlumí pouze o několik dB, ale i tak mohou pomoci - Zlepšení fázového šumu u silných signálů – díky vylepšené konstrukci napájecího zdroje byl výrazně snížen fázový šum způsobený šumem napájecího zdroje
- Celá deska plošných spojů je nově navržena – tím se snižuje vlastní šum přijímače a zlepšuje citlivost
Praktický poslech
RTL-SDR v4 je opravdu o něco lepší, než předchozí verze, je znát vliv dodatečného filtrování. Poslech na pásmech do 30 MHz je pak lepší znatelně. Jednak je nižší úroveň vlastního šumu přijímače a jednak je přítomno menší množství rušících kmitočtů. V pásmech VHF / UHF je citlivost přijímače zhruba srovnatelná s přijímačem Airspy R2, ale pouze v případě, že v okolí není žádný silný vysílač, který samozřejmě díky špatnému dynamickému rozsahu přijímače stáhne citlivost dolů a přijímač zahltí. Pak musíme uměle snižovat vlastní zisk přijímače na přijatelnou hodnotu, ale přicházíme o citlivost. Překvapila mě mnohem lepší citlivost v pásmu SATCOM okolo 250 MHz, kde Airspy R2 dává podstatně horší výsledky. V pásmu FM se RTL-SDR beznadějně zahlcuje již při nastavení zisku na polovinu, a počítám, že podobná situace bude na většině míst ČR, protože toto pásmo je hodně obsazené a vždy se najde poblíž nějaký silný vysílač.
RTL-SDR lze brát pouze jako základní přijímač pro ty, kdo se chtějí seznámit s SDR přijímači a nechtějí ihned investovat větší peníze. Klíčenka je opravdu levná, stojí okolo 1200,- Kč a pro základní přehled na pásmu postačuje. Už samotné možnosti SDR jsou někde jinde, než u klasických přijímačů a to samo o sobě může být motivací k nákupu tohoto základního SDR. Je třeba vzít v úvahu i to, že na internetu je k tomuto přijímači neskutečné množství různého SW jak pro Windows, tak i Linux, od široké komunity, která se tomuto přijímači věnuje.