Что слышно в радиоэфире? Принимаем и декодируем наиболее интересные сигналы. Часть 2, УКВ

Что слышно в радиоэфире? Принимаем и декодируем наиболее интересные сигналы. Часть 2, УКВ

В первой части были описаны некоторые сигналы, которые можно принять на длинных и коротких волнах. Не менее интересным является диапазон УКВ, на котором тоже можно найти кое-что интересное.

Как и в первой части, будут рассмотрены те сигналы, которые можно самостоятельно декодировать с помощью компьютера. Кому интересно, как это работает, продолжение под катом.

В первой части мы использовали голландский онлайн приемник для приема длинных и коротких волн. К сожалению, на УКВ аналогичных сервисов нет — диапазон частот слишком велик. Поэтому желающим повторить описанные ниже эксперименты придется обзавестись собственным приемником, из самых дешевых можно отметить RTL SDR V3, который можно приобрести за 30$. Такой приемник покрывает диапазон до 1.7ГГц, все нижеописанные сигналы приняты именно на него.

Итак, приступим. Как и в первой части, сигналы будем рассматривать по возрастанию частоты.

Простые ЧМ и АМ приемники для радиостанций

Рассмотрены схемы простых радиоприемников для использования в составе приемо-передающих радиостанций в диапазонах КВ и УКВ.

Радиоприемники, как известно, рассчитаны на работу в разных частотных диапазонах: ДВ, СВ, КВ, УКВ. По способу модуляции радиоприемники делятся на АМ- и ЧМ-радиоприемники.

FM-радио

Само FM-радио вряд ли кого-то удивит, нас же в нем будет интересовать RDS. Наличие RDS (Radio Data System) обеспечивает передачу цифровых данных “внутри” FM-сигнала. Спектр сигнала FM-станции после демодуляции выглядит так:

На частоте 19КГц расположен пилот-тон, а на его утроенной частоте 57КГц передается сигнал RDS. На осциллограмме, если вывести оба сигнала вместе, это выглядит примерно так:

image

C помощью фазовой модуляции здесь закодирован низкочастотный сигнал с частотой 1187.5Гц (кстати, частота 1187.5Гц тоже выбрана не случайно — это частота 19КГц пилот-тона, деленная на 16). Далее, после побитового декодирования, расшифровываются пакеты данных, типов которых довольно много — помимо текста, могут передаваться например, альтернативные частоты вещания радиостанции, и при въезде в другую область приемник может автоматически настроиться на новую частоту.

Принять RDS-данные местных станций можно с помощью программы RDS Spy. Ее можно подключить через HDSDR, если выбрать модуляцию FM, ширину сигнала 120КГц и битрейт 192КГц, как показано на рисунке.

Затем достаточно перенаправить сигнал с помощью Virtual Audio Cable с HDSDR на RDS Spy (в настройках VAC тоже нужно указать битрейт 192КГц). Если все было сделано правильно, мы увидим всю информацию о RDS, гораздо больше, чем покажет обычный бытовой радиоприемник:

Кроме FM, кстати можно декодировать и DAB+, про это была отдельная статья. В России он пока не работает, но в других странах может быть актуально.

Простой УКВ тюнер на KXA058

На рисунке 1 представлена схема УКВ-тюнера, обеспечивающего радиоприем станций в диапазоне 67-108 МГц. Необходимо напомнить, что УКВ-тюнер – это радиоприемник-приставка. Данное устройствопредназначено для эксплуатации в составе комплекса радиоустройств: многодиапазонного радиоприемника, радиостанции и т.д.

Рабочий диапазон данного УКВ-тюнера разбит на два участка – отечественный и западный диапазоны. Переход с одного диапазона на другой осуществляется соответствующим переключателем диапазонов. Настройка на частоты радиостанций в данной конструкции – плавная.

Настройка осуществляется с помощью переменного резистора. Заменой данного резистора настройки соответствующим переключателем и необходимым числом подстроечных резисторов плавную настройку можно заменить на дискретную в пределах набора выбранных фиксированных станций (частот).

В качестве антенны для УКВ-тюнера можно использовать либо телескопическую антенну, либо ку сок толстого медного провода диаметром 1,5-2,5 мм и длиной 1 м. Возможно использование выносной ан-генны, например, телескопической.

На транзисторе Т1 выполнен усилитель высокой частоты (УВЧ), на гранзисторе Т2 – фильтр и согласующий каскад для подключения усилителя низкой частоты (УНЧ).

Схема УКВ-тюнера, обеспечивающего радиоприем в диапазоне 67-108 МГц

Рис.1. Схема УКВ-тюнера, обеспечивающего радиоприем в диапазоне 67-108 МГц.

Чувствительность данного УКВ-тюнера составляет приблизительно К) мкВ, выходное напряжение низкой частоты с выхода этого устройства – 0,2 В.

  • R1=51к, R2=470, R3=100, R4=47-75, R5=10-47, R6=27к, R7=10к, R8=30-100к, R9=1.5к;
  • С1=10н, С2=15н, С3=10н, С4=220н, С5=47н, С6=510н, С7=0,1, С8=47мкФ х 16В, С9=47мкФ х 16В;
  • Т1 – КТ368, КТ3102, КТ315 или любой другой ВЧ-транзистор, Т2 -КТ3102, КТ315;
  • D1 – КВ102, КВ117; D2 – КТ522;
  • катушки L1, L2 – бескаркасные, внутренний диаметр – 0,4, диаметр провода – 0,8. L1 – 3 витка, L2 – 7 витков; переключатель диапазонов -П2К.

Правильно собранный из исправных элементов УКВ-тюнер практически в настройке не нуждается. При необходимости более точная настройка на границы диапазона достигается изменением параметров катушек индуктивностей, например, их растягиванием и сжатием.

Авиадиапазон

Так исторически сложилось, что в авиации используется амплитудная модуляция (АМ) и частотный диапазон 118-137МГц. Переговоры пилотов и диспетчеров никак не зашифрованы, и принять их может любой желающий. Лет 20 назад для этого “перетягивали” обычные дешевые китайские радиоприемники — достаточно было раздвинуть катушки гетеродина, и диапазон смещался, если повезет то в сторону более высоких частот. Интересующиеся “цифровой археологией” могут почитать обсуждение на форуме radioscanner за 2004 год. Позже китайские производители пошли навстречу пользователям, и просто добавили диапазон Air в приемники (в комментариях к первой части рекомендовали Tecsun PL-660 или PL-680). Но разумеется, использование более специализированных устройств (например, приемников AOR, Icom) более предпочтительно — они имеют шумодав (звук выключается когда нет сигнала и нет постоянного шипения) и более высокую скорость перебора частот.

Каждый крупный аэропорт использует довольно много частот, вот для примера, частоты аэропорта Пулково, взятые с сайта radioscanner:

Кстати, послушать трансляции переговоров из разных российских городов (Москва, С-Пб, Челябинск и некоторые другие) можно онлайн на http://live.radioscanner.net.

Для нас в авиадиапазоне интересен цифровой протокол ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System). Его сигналы передаются на частотах 131.525 и 131.725МГц (европейский стандарт, частоты разных регионов могут отличаться). Это цифровые посылки с битрейтом 2400 или 1200bps, с помощью такой системы пилоты могут обмениваться сообщениями с диспетчером. Для декодирования в MultiPSK нужно настроиться на сигнал в режиме АМ (нужен SDR-приемник, т.к. ширина полосы сигнала более 5КГц) и перенаправить звук с помощью Virtual Audio Card.

Результат показан на скриншоте.

Формат сигналов ACARS является довольно простым, и его можно посмотреть в программе SA Free. Для этого достаточно открыть фрагмент записи, и мы увидим что в “внутри” АМ записи на самом деле содержится частотная модуляция.

Далее, применив к записи частотный детектор, мы легко получаем битовый поток. В реале, вряд ли придется это делать, т.к. готовые программы для декодирования ACARS давно написаны.

Метеоспутники NOAA

Послушав переговоры авиаторов, можно забраться еще выше — в космос. В котором для нас интересны метеоспутники NOAA 15, NOAA 18 и NOAA 19, передающие изображения поверхности Земли на частотах 137.620, 137.9125 и 137.100МГц. Декодировать сигнал можно с помощью программы WXtoImg.

Принимаемая картинка может выглядеть примерно так (фото с сайта radioscanner):

К сожалению (законы физики не обманешь, да и Земля-таки круглая хотя не все в это верят), принять сигнал спутника можно только тогда, когда он пролетает над нами, и не всегда эти пролеты имеют удобное время и угол над горизонтом. Раньше чтобы узнать дату и время ближайшего полета требовалось ставить программу Orbitron (программа-долгожитель, существующая аж с 2001 года), сейчас это проще сделать онлайн по ссылкам https://www.n2yo.com/passes/?s=25338, https://www.n2yo.com/passes/?s=28654 и https://www.n2yo.com/passes/?s=33591 соответственно.

Сигнал спутников довольно-таки громкий, и слышен практически на любую антенну и на любой приемник. Но чтобы принять картинку в хорошем качестве, все же желательна специальная антенна и хороший обзор горизонта. Желающие могут посмотреть англоязычный туториал в youtube или почитать подробное описание. Лично у меня так и не хватило терпения довести дело до конца, но другим возможно, повезет больше.

Схема КВ-радиоприемника на 27 МГц с усилителем ВЧ

На рисунке 3 представлен пример схемы АМ-радиоприемника на 27 МГц с УВЧ на 1 транзисторе. Транзистор УВЧ включен по схеме с общей базой (ОБ). Чувствительность данного АМ-приемника может достигать 5 мкВ.

Добавление в схему УВЧ позволяет не только увеличить чувствительность приемника: но и решить проблему собственного излучения приемника через антенну.

Схема AM-радиоприемника (сверхрегенератор) на 27 МГц с УВЧ

Рис.3. Схема AM-радиоприемника (сверхрегенератор) на 27 МГц с УВЧ (ОБ); б-УНЧ на ИС К174УН4А, в – УНЧ на ОУ К548УН1А.

Для данной схемы также как и для предыдущей схемы можно использовать два варианта УНЧ: б – УНЧ на ИС К174УН4А, в – УНЧ на ОУ К548УН1А, функционально сходные элементы на схемах (б и в) имеют одинаковую нумерацию.

Элементы для рисунка 3:

  • R1=15к, R2=10к, R3=1.5к, R4=3.9к, R5=10к, R6=100,
  • R7=180 (для схемы б – R7=1к-10к), R8=10,
  • R9=100к-200к, R10=100к, R11=560, R12=100к, R13=51-100;
  • С1=47, С2=10, С3=0.022, С4=0.02, С5=0.22, С6=1.0мкФ-20мкФ,
  • С7=10мкФ х 15В, С8=10н-68н, С9=10н-68н, С10=10-50мкФ х 15В,
  • С11=200-1000мкФ х 15В, С12=50-200мкФ х 15В, С13=200мкФ х 15В,
  • С14=0.1, С15=50-100, С16=3.6н-5.6н, С17=10н-33н;
  • Т1 – ГТ311 или аналогичные, могут быть использованы кремниевые транзисторы, например, КТ368 или КТ3102;
  • Т2 – КТ368, КТ3102 или аналогичные.
  • L1 – диаметр 7 мм, 8 витков провода ПЭВ 0.5, подстроечник – ферритовый,
  • L2 – ВЧ-дроссель 20 мкГн, например, Д0.1, можно – на резисторе 100к, 200 витков ПЭВ 0.1.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д., оксидные – К53-14, К53-29, К50-6; резисторы – МЛТ 0.125 или 0.25.

Настройка выполняется аналогично настройке схемы на рис.2.

Пейджинговые сообщения FLEX/POCSAG

Работает ли еще пейджинговая связь для корпоративных клиентов в России, мне неизвестно, в Европе же она вполне функционирует, ею пользуются пожарные, полиция и разные службы.

Принять сигналы FLEX и POCSAG можно с помощью HDSDR и Virtual Audio Cable, для декодирования используется программа PDW. Написана она была аж в 2004 году, и интерфейс имеет соответствующий, но как ни странно, до сих пор вполне работает.

Также существует декодер multimon-ng, работающий под Linux, его исходники доступны на github. Про протокол передачи POCSAG также была отдельная статья, желающие могут ознакомиться с ней более подробно.

Брелки/беспроводные выключатели

Еще выше по частоте, на 433МГц, находится целое множество различных устройств — беспроводные выключатели и розетки, дверные звонки, датчики давления шин автомобилей и пр.

image

Это зачастую дешевые китайские девайсы с простейшей модуляцией. Там нет никакого шифрования, и используется простой бинарный код (OOK — on-off keying). Декодированию таких сигналов было рассмотрено в отдельной статье. Мы же можем воспользоваться готовым декодером rtl_433, скачать который можно отсюда.

Запустив программу, можно увидеть различные устройства, и (при наличии рядом автостоянки) узнать например давление в шинах соседского автомобиля. Практического смысла в этом немного, но с чисто математической точки зрения, вполне интересно — протоколы этих сигналов просты для декодирования.

Да кстати, покупающим такие беспроводные выключатели следует иметь в виду, что они никак не защищены, и теоретически ваш хакер-сосед при наличии HackRF или аналогичного устройства может злостно выключить вам свет в туалете в самый неподходящий момент или сделать что-то аналогичное. Лично я не заморачиваюсь, но если вопрос безопасности актуален, можно использовать более серьезные и дорогие устройства с полноценными ключами и аутентификацией (Z-Wave, Philips Hue и пр).

АМ приемник на микросхеме К174ХА10

Как уже отмечалось АМ-радиоприемники, сконструированные на основе схем сверхрегенераторов, – просты и надежны, обладают высокой чувствительностью. Это делает их привлекательными. Однако повышенный уровень шумов, особенно при настройке между станциями (при отсутствии сигнала – несущей частоты), невысокая избирательность и собственное излучение снижают общее впечатление о достоинствах этого типа устройств и их преимуществах над супергетеродинных приемниках.

Схема AM-радиоприемника на ИС К174ХА10

Рис.6. Схема AM-радиоприемника на ИС К174ХА10.

Кроме этого используя современные элементы, например, специализированные ИС удается создавать достаточно малогабаритные и супергетеродинные радиоприемники.

На рисунке 6 представлен вариант схемы АМ-приемника на 27 МГц, созданного на базе специализированной микросхемы К174ХА10. Селективность (избирательность) обеспечивается используемым в составе приемника пьезокерамическим фильтром.

На входе данного устройства использован однотранзисторный УВЧ (по схеме с ОЭ), следующий каскад – совмещенный гетеродин-смеситель, далее – фильтр на 465 кГц и объединенные в одной ИС остальные элементы приемника: усилитель ПЧ, детектор и УНЧ. В качестве антенны этого радиоприемника можно использовать телескопическую антенну или толстый медный провод.

  • Чувствительность приемника – лучше 3 мкВ при соотношении сиг-нал/шум 15 дб.
  • Селективность зависит от типа фильтра – лучше 25 дб.
  • Мощность УНЧ – 100 мВт.

Элементы для рисунка 6:

  • R1=100-150к: R2=510-560, R3=150-200, R4=6.8к, R5=3.3к, R6=1 к,
  • R7=300-360, R8=10к, R9=15к, R10=4.7к, R11=15к,
  • С1=50-100, С2=0.1, СЗ=50-100, С4=0.1, С5=4.3н-6.8н, С6=50-200мкФ,
  • С7=0.1, С8=0.1, С9=47мкФ, С10=47мкФ, С11=0.1, С12=0.1, С13=100-500мкФ, С14=4.7н;
  • L1 – дроссель, например, Д0.1 100 мкН.
  • Т1, Т2 -КТ3102;
  • А1 – К174ХА10.

Настройка приемника производится так: коллекторные токи Т1 (1-1.5мА) и Т2 (2мА) устанавливаются резисторами R1 и R4, R10 подбирают по минимуму искажений звукового сигнала.

Чувствительность приведенных схем ЧМ- и АМ-радиоприемников может быть повышена применением более сложных схем УВЧ, обеспечивающих больший коэффициент усиления.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е – Электроника и шпионские страсти-3.

Заключение

Как можно видеть, даже с приемником за 30$ можно найти в эфире много чего интересного. Уверен, перечислено здесь далеко не все, и что-то я наверно пропустил или не знаю. Желающие могут попробовать самостоятельно — это хороший способ разобраться с принципом работы той или иной системы получше.

Любительскую радиосвязь я не рассматривал, хотя на УКВ она тоже есть, но статья все же про связь служебную.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий