Banc d'essai : premières expériences avec HackRF One
- par Burkhard Kainka
- Temps de lecture : 10 min
Lorsque j'ai tenu pour la première fois le HackRF One dans ma main, je n'en savais pratiquement rien, si ce n'est qu'il s'agit d'un récepteur et d'un émetteur SDR jusqu'à 6 GHz et qu'il est possible de le programmer. J'avais déjà travaillé avec la SDR, la radio définie par logiciel, mais seulement dans la gamme des ondes courtes jusqu'à 30 MHz. C'était une bonne occasion de l'essayer.
Lorsque j'ai tenu pour la première fois le HackRF One dans ma main, je n'en savais presque rien, si ce n'est qu'il s'agit d'un récepteur et d'un émetteur SDR jusqu'à 6 GHz et qu'il est possible de le programmer. J'avais déjà travaillé avec la SDR, la radio définie par logiciel, mais seulement dans la gamme des ondes courtes jusqu'à 30 MHz.
Réception avec SDR Sharp
Mon logiciel principal pour le Elektor SDR-Shield était SDR Sharp (alias SDR#), et ce programme supporte également HackRF One. Il suffit donc de le connecter à l'aide d'un câble USB et c'est parti.J'ai pu démarrer le SDR, mais il n'arrêtait pas de planter. Il m'est apparu clairement qu'une grande quantité de données devait être transférée par le câble USB. J'ai donc soupçonné ce dernier. Un autre câble n'a pas donné de meilleurs résultats. J'ai alors remarqué qu'un câble relativement court était inclus dans le kit. Avec celui-ci, tout fonctionnait bien. Ce n'est que plus tard que j'ai trouvé la documentation corroborante. Elle indique clairement qu'il faut utiliser un câble blindé de haute qualité. Cela confirme une vieille règle : lire d'abord, allumer ensuite !
Réception FM avec HackRF One
Lorsqu'elle est lancée, la SDR Sharp entre immédiatement dans la bande FM et règle le mode de fonctionnement sur la FM à large bande. Avec une antenne courte, on devrait s'en sortir, mais le résultat est faible. Faibles niveaux de signal, fortes distorsions. Je faisais quelque chose de mal. C'est alors que j'ai trouvé sur Internet une vidéo montrant quelqu'un qui avait plus de succès. L'astuce consistait à augmenter le gain. Il existe une fenêtre appelée HackRF Controller pour cela. Encore une fois, il m'a fallu un certain temps pour comprendre que cette fenêtre se trouve dans SDR Sharp et que vous pouvez la lancer à l'aide de l'icône d'engrenage.
Donc, après avoir augmenté le gain, tout fonctionnait beaucoup mieux. La réception FM est claire comme de l'eau de roche, même avec une antenne courte.
Vous pouvez modifier la fréquence d'échantillonnage entre 8 MBPS et 20 MBPS. Si vous la réglez sur 20 MHz, vous obtenez un spectre large de 20 MHz, ce qui peut parfois être un avantage. J'utilise généralement 10 MHz, car il est alors plus facile de s'accorder exactement sur une station.
Interférences
J'ai également pu entendre clairement les communications en bande aérienne en AM. En général, il s'agit de messages courts, la plupart du temps cette bande est silencieuse. Néanmoins, j'ai vu de nombreux signaux. La plupart d'entre eux, à intervalles réguliers, sont des interférences provenant du câble USB. À 120 MHz, j'ai trouvé une porteuse puissante, même sans antenne. Il doit s'agir d'une harmonique de l'un des nombreux signaux de l'oscillateur interne.Parfois, on peut même y trouver des stations FM diffusées, ce qui est très étrange. Mais, j'ai découvert qu'il s'agissait en fait de signaux alias du récepteur. Avec une fréquence d'échantillonnage de 10 MHz, il me suffit de descendre de 10 MHz pour retrouver l'original. Un coup d'œil au schéma fonctionnel montre comment cela peut se produire.
L'intérieur du HackRF One
Le cœur du dispositif est un mélangeur IQ d'émission/réception MAX2837 pour la bande de 2,4 GHz, suivi d'un convertisseur AD/DA rapide avec un taux d'échantillonnage allant jusqu'à 20 MHz. Le convertisseur AD a besoin du filtre passe-bas du MAX2837 pour éviter les signaux alias. Mais un tel filtre passe-bas n'est pas infiniment raide, et les signaux au bord peuvent passer à travers.
Entre l'antenne et le mélangeur IQ se trouve un autre mélangeur, qui permet d'atteindre les basses fréquences à partir de 0 Hz ou la gamme supérieure, jusqu'à environ 6 GHz. En outre, il existe de nombreux commutateurs et filtres, ainsi que des amplificateurs commutables.
Scanner autour
La bande des 2 m était relativement calme, mais sur 70 cm, j'ai pu voir de nombreux signaux numériques. Je n'avais jamais pu observer les fréquences encore plus élevées. Quels sont ces signaux puissants et à très large bande sur 2680 MHz ? Google dit LTE, c'est logique. Sur ces fréquences très élevées, HackRF One est très heureux. Mais ce que j'aime encore plus, ce sont les ondes courtes.
Réception des ondes courtes
Vous pouvez trouver différents chiffres pour la limite inférieure de fréquence de l'appareil. Certains disent que c'est 1 MHz, d'autres 10 MHz, mais en fait, il devrait fonctionner à partir de presque 0 Hz. Si vous réglez le récepteur sur 5 MHz avec une fréquence d'échantillonnage de 10 MHz, vous pouvez voir le problème. Vers zéro, le bruit devient de plus en plus fort, même sans antenne, tout comme vers 10 MHz. Ce phénomène est typique de la plupart des SDR, et le HackRF One fonctionne encore très bien dans ce cas. À 7 MHz, il y a un minimum de bruit, ce qui permet d'utiliser la bande des 40 mètres.
Lorsque l'on connecte une longue antenne ondes courtes, on peut s'attendre à ce que le récepteur soit surchargé par des stations de radiodiffusion puissantes. Il est donc logique d'utiliser un présélecteur. J'ai utilisé la même bobine que celle du présélecteur Elektor DRM, mais avec un condensateur variable de 500 pF. Le câble d'antenne a été connecté à une petite bobine de couplage. La plage de réglage s'étend d'environ 3 MHz à 25 MHz. Le récepteur fonctionne très bien avec ma longue antenne et donne de bons résultats sur les différentes bandes, en fonction de l'heure de la journée.
Les signaux FT8 peuvent être utilisés sur de grandes distances à des niveaux de puissance faibles. Une puissance de 10 W permet de traverser l'Atlantique jusqu'aux États-Unis, ce qui est possible grâce aux petites largeurs de bande. En revanche, d'énormes quantités de données à très haute fréquence ne peuvent être transmises que sur de très courtes distances.
Transmettre avec HackRF One
Avec HackRF One, vous pouvez non seulement recevoir, mais aussi envoyer. La façon la plus simple de procéder est de recevoir quelque chose et de l'enregistrer dans un fichier. Ensuite, vous envoyez l'enregistrement sur la même fréquence ou sur une fréquence différente. Cela peut être fait très confortablement sous Linux. Dans la console, vous appelez hackrf_transfer avec les paramètres appropriés.
Une petite expérience que tout le monde peut facilement répéter utilise la gamme de fréquences FM. La fréquence a été fixée à 88,0 MHz, la largeur de bande de la bande de base à 1,75 MHz et le taux d'échantillonnage à 10 MHz. Cela couvre une bande de 2 x 1,75 MHz, c'est-à-dire de 86,25 MHz à 89,75 MHz. Tout ce qui est reçu ici est enregistré dans le fichier fm.wav. Il ne s'agit toutefois pas d'un fichier WAV normal, mais du signal IQ échantillonné à 10 MHz. Il contient tout ce qui s'est passé dans la bande, donc peut-être plusieurs stations FM, du bruit et d'éventuels signaux d'interférence.
Le gain interne a été réglé en deux étapes dans le récepteur, le RX-LNA à +32 dB et l'amplificateur de bande de base à 28 dB.
hackrf_transfer -r fm.wav -f 880000 -l 32 -g 28 -b 1750000 -s 10000000
Un total de 30 secondes a été enregistré, de sorte que le fichier contenait environ 600 MB. Ce fichier a ensuite été diffusé, mais sur une fréquence légèrement différente, de sorte que l'on puisse l'écouter avec une simple radio FM. Je savais que l'enregistrement contenait une station sur 88,8 MHz. Donc, si je remonte tout de 1 MHz, la station doit être entendue sur 89,8 MHz.
Pour ce faire, j'ai spécifié le paramètre -t pour l'émission et la fréquence centrale de 89 MHz. De plus, il faut régler le gain de l'émetteur à l'aide du paramètre -x. J'ai choisi +30 dB. De cette manière, la portée est limitée à environ 2 m et reste donc légale, ce qui évite les problèmes avec les voisins et les autorités.
hackrf_transfer -t fm.wav -f 890000 -x 30 -b 1750000 -s 10000000
Je pouvais maintenant recevoir les 30 secondes de signaux enregistrés sur la nouvelle fréquence de 89,8 MHz. La qualité était très bonne, le son était indiscernable de l'original. À la recherche d'autres signaux, je n'ai pu que constater que dans la plage vide, en dehors du bruit, un faible bourdonnement pouvait être entendu.
Émetteur SSB
Le projet dont je rêve pour le HackRF One est un émetteur SSB dans la gamme des ondes courtes ou VHF. En cherchant un logiciel approprié, je suis tombé sur SDRangel. Gratuit, c’est un récepteur et un émetteur pour toutes sortes de modes de fonctionnement. Il existe de nombreux plugins pour les différentes plates-formes matérielles et des récepteurs et émetteurs pour de nombreux modes de fonctionnement, y compris un modulateur SSB.
Première tentative
Pour ma première tentative, j'ai utilisé un récepteur radio amateur autonome, encore assez analogique, dans la bande des 15 m. Ici, la bande latérale supérieure (USB) est utilisée pour la réception des signaux. Sans le modulateur SSB, la largeur de bande désirée et le microphone doivent être configurés. La fréquence d'émission est réglée dans le module HackRF One. En outre, vous pouvez sélectionner le gain VGA. 22 dB est suffisant si vous tenez le câble d'antenne du récepteur près de l'émetteur. La puissance de sortie maximale peut être réglée à 47 dB. On obtient alors environ 1 V à 50 Ω, soit 20 mW. Il ne manque plus qu'un amplificateur RF linéaire pour obtenir un émetteur d'ondes courtes complet.
Morse
Mais le modulateur SSB peut faire plus, comme envoyer des signaux Morse. Il est possible de transmettre une porteuse continue, des séquences de points ou de tirets et même du texte. En outre, le clavier du PC peut être utilisé comme touche Morse et le haut-parleur peut être activé. Le traitement des signaux présente toutefois un temps de latence d'environ une seconde. Si un télégraphiste entend son propre signal avec un tel retard, il sera certainement désorienté. Mais il existe aussi des solutions à ce problème. On peut, par exemple, générer une porteuse continue et commuter le signal avec la clé Morse, comme on le faisait autrefois.