RigExpert Fobos SDR to szerokopasmowy odbiornik zdefiniowany programowo, którego koncepcja różni się od zwykłych uniwersalnych odbiorników SDR poprzez połączenie dwóch architektur odbiorczych. Dla częstotliwości od około 100 kHz do 25 MHz używa dwóch koherentnych wejść z bezpośrednim próbkowaniem, podczas gdy główna ścieżka odbiorcza obejmuje pasma VHF, UHF i mikrofalowe do 6 GHz, wykorzystując podwójną konwersję superheterodynową. Maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 50 MS/s przy 14-bitovom ADC a zariadenie prenáša IQ dáta cez USB 3.0.
Fobos nie jest tylko odbiornikiem przeznaczonym do monitorowania jednego wąskiego kanału. Jego sprzęt został zaprojektowany w celu zapewnienia ciągłego strumienia zdigitalizowanych danych do komputera, który wykonuje DSP, demodulację, rejestrację i inne przetwarzanie. Taka koncepcja jest szczególnie interesująca dla krótkofalowca, który chce pracować z wieloma środowiskami programowymi, szerokim zakresem danych IQ lub eksperymentować z własnym przetwarzaniem sygnału.
W artykule przeczytasz
Zakres częstotliwości i dwie różne ścieżki odbiorcze
Całkowite pokrycie Fobos SDR podawane jest w zakresie od 100 kHz do 6 GHz. Dokumentacja techniczna jednak dokładniej rozróżnia poszczególne wejścia. Dwa pomocnicze wejścia HF1 i HF2 przeznaczone są do bezpośredniego próbkowania w zakresie od około 100 kHz do 25 MHz. Główne wejście RF przeznaczone jest dla częstotliwości od 50 MHz do 6 GHz, przy czym dokumentacja podaje pokrycie od 25 do 6025 MHz. Te dane należy zatem odczytywać jako właściwości poszczególnych torów odbiorczych, a nie jako jeden jednorodny odbiornik o identycznej architekturze w całym zakresie.
Na HF stosuje się bezpośrednie próbkowanie. Sygnał nie jest więc konwertowany przed ADC klasycznym konwerterem częstotliwości. Zaletą tej architektury jest brak lokalnego oscylatora i miksera w torze sygnałowym przed konwersją A/D. Przeciwnie, użytkownik musi zwracać uwagę na sygnały poza wymaganym pasmem Nyquista oraz odpowiednie filtrowanie wejścia. Przy pełnej częstotliwości próbkowania 50 MHz pierwsza strefa Nyquista sięga do 25 MHz.
Dwa koherentne wejścia HF.
Dvojica vstupov HF1 a HF2 patrí medzi technicky najzaujímavejšie vlastnosti Fobos SDR. To nie tylko dwa niezależne złącza. Producent określa je jako kanały spójne z bezpośrednim próbkowaniem, dzięki czemu można je stosować w aplikacjach, w których istotna jest wzajemna zależność fazowa sygnałów. RigExpert wymienia zastosowanie diversity odbioru, korelacji i określania kierunku na podstawie różnicy faz.
V praxi to otvára przestrzeń na przykład dla eksperymentów z dwoma antenami.. AB9IL uvádza možnosti diversity príjmu pri obmedzení fadingu, určovaní smeru, vytváraní riadeného nulového bodu proti rušeniu alebo výberu lepšieho signálu podľa SNR. Jednak takie zastosowania nie są sprawą samego odbiornika. Wymagają odpowiednich anten, filtrów, przedwzmacniaczy i przede wszystkim oprogramowania zdolnego do pracy z kanałami spójnymi.
VHF i UHF: podwójna droga superheterodynowa.
Na częstotliwościach powyżej HF Fobos SDR wykorzystuje główną ścieżkę odbiorczą RF z podwójną konwersją częstotliwości. Karta katalogowa podaje podwójny heterodyn, przystawny selektor i filtry pośredniej częstotliwości. Ta koncepcja różni się od bezpośredniego próbkowania stosowanego w HF i uwzględnia znacznie wyższe częstotliwości wejściowe aż do obszaru mikrofalowego.
Dla krótkofalowców szczególnie ważny jest zakres od 50 MHz wzwyż. Fobos można więc zaklasyfikować do systemu odbiorczego dla pasm 6 m, 2 m, 70 cm i innych pasm VHF/UHF, a także dla wyższych częstotliwości mikrofalowych. AB9IL w swoim teście opisuje dobre możliwości odbioru sygnałów VHF, UHF i mikrofalowych przy użyciu odpowiedniej anteny, niskoszumowego przedwzmacniacza i wystarczająco wydajnego komputera.
14-bitowy ADC i do 50 MHz danych IQ
Fobos SDR wykorzystuje 14-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy i umożliwia próbkowanie w zakresie od 8 do 50 MHz zgodnie z dokumentacją techniczną. Producent w maksymalnej konfiguracji podaje 50 MS/s strumień IQ, a przy bezpośrednim próbkowaniu dwie równoczesne ścieżki 25 MS/s. Ważne jest, że urządzenie jest zaprojektowane do ciągłego strumienia danych bez przerywania bloków danych.
14-bitowa rozdzielczość zapewnia znacznie więcej poziomów digitalizacji niż proste 8-bitowe odbiorniki SDR. AB9IL przy analizie części HF podaje możliwość dynamiki wynoszącej około 84 dB w idealnym przypadku i jednocześnie zwraca uwagę, że wyższa rozdzielczość oznacza większe wymagania dotyczące transferu danych i wydajności komputera gospodarza. W pełnej konfiguracji próbkowania 50 MHz USB 3.0 jest zatem praktycznie niezbędnym elementem systemu.
Zakres dynamiczny, selektywność i poziom wejściowy
Producent podaje blokującą dynamikę 86 dB dla HF i 82 dB dla VHF/UHF. Kombinowana selektywność jest określona wartością –110 dBm, a programowe tłumienie obrazu IQ osiąga 52 dB. Maksymalny poziom wejściowy RF wynosi +10 dBm. Te liczby należy postrzegać jako parametry konkretnej architektury odbiorczej, a nie jako uniwersalną wartość czułości lub dynamiki dla każdej konfiguracji.
Przy rzeczywistym użyciu cała droga RF jest istotna. AB9IL szczególnie zwraca uwagę na możliwość przeciążenia ADC silnymi lokalnymi nadajnikami w przypadku HF. Zewnętrzny LNA może poprawić wykorzystanie odbiornika przy słabych sygnałach, ale zbyt duże wzmocnienie może mieć odwrotny skutek. W przypadku silnych nadajników AM lub krótkofalowych może być potrzebny tłumik, filtr pasmowy lub węższy selektor wstępny.
Bezpośrednie próbkowanie HF i problem aliasingu
Bezpośrednie próbkowanie ma jeden zasadniczy warunek: do ADC nie mogą trafić silne sygnały, które należą do pasma Nyquista poza wymaganym zakresem. Przy 50 MS/s pierwsza strefa Nyquista wynosi do 25 MHz. Przy obniżeniu częstotliwości próbkowania ta granica jest dalej obniżana. AB9IL zaleca zatem odpowiedni filtr dolnoprzepustowy, szczególnie przy użyciu niższych częstotliwości próbkowania.
To jest ważna praktyczna cecha dla konstruktora systemu odbiorczego. Fobos SDR nie powinien być automatycznie rozumiany jako urządzenie, do którego można podłączyć dowolną szerokopasmową antenę bez dalszego rozważania o środowisku RF. Zewnętrzne filtry mogą być bardzo przydatne w przypadku silnego lokalnego QRM. W przypadku odbioru diversity należy również poświęcić taką samą uwagę obu gałęziom antenowym.
Ciągły przepływ danych i rejestracja widma
Jedną z głównych cech Fobos SDR jest ciągły przepływ danych IQ. Producent podaje to jako podstawę do rejestracji sygnału i analizy widma w czasie rzeczywistym. Urządzenie zatem przekazuje zdigitalizowane dane do komputera, który zapewnia dalsze przetwarzanie. Dla eksperymentów krótkofalarskich oznacza to możliwość pracy z całym uchwyconym widmem zamiast jednego zdemodulowanego kanału.
Taka koncepcja jest interesująca na przykład przy analizie pasma contestowego, obserwacji krótkoterminowych sygnałów, odbiorze satelitowym lub przy opracowywaniu własnych algorytmów DSP. Należy jednak pamiętać, że Fobos nie ma wbudowanego FPGA przeznaczonego do pełnego przetwarzania DSP. Bardziej skomplikowana filtracja, demodulacja i dekodowanie odbywają się w komputerze gospodarza.
Skanowanie pasma do 14 GHz/s
W grudniu 2024 roku RigExpert rozszerzył Fobos SDR o szybki tryb skanowania widma. Oprogramowanie układowe i API umożliwiają szybkie dostrojenie do określonej częstotliwości lub do listy do 256 częstotliwości z rozdzielczością 1 Hz. Przy sekwencyjnym skanowaniu producent podaje prędkość do 14 GHz/s i rozdzielczość do 0,6 kHz. Jest to specjalna funkcja, która rozszerza Fobos poza klasyczny odbiornik SDR.
Dla praktyki krótkofalarskiej taki tryb może być interesujący przy szybkim wyszukiwaniu aktywności w szerokim zakresie częstotliwości. Ma to również znaczenie dla własnego rozwoju oprogramowania, ponieważ RigExpert zapewnia API, oprogramowanie układowe, przykłady i dokumentację potrzebną do wykorzystania trybu skanowania.
USB 3.0, zasilanie i wykonanie mechaniczne
Komunikáciu, napájanie aj prenos IQ dát zabezpečuje USB 3.0 Type-B. Datasheet uvádza zasilanie 3,8 do 5,5 V i pobór 450 mA w stanie bezczynności, 670 mA w trybie bezpośredniego próbkowania i 850 mA przy pełnej pracy. Samostatný zasilacz ani chłodzenie według dokumentacji nie jest wymagane. Płytka ma sześć warstw z kontrolowaną impedancją, a część RF jest ekranowana przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.
Wymiary płytki to 110 × 60 mm, wymiary zewnętrzne urządzenia to 130 × 60 × 16 mm, a waga wynosi 143 g. Dostępne są trzy złącza RF SMA: główne wejście RF i dwa wejścia HF. W skład wyposażenia złączy wchodzi również wejście i wyjście zegara odniesienia.
Referencja 10 MHz i synchronizacja
Fobos SDR ma wewnętrzny oscylator referencyjny i obsługuje zewnętrzny sygnał referencyjny 10 MHz. Zewnętrzne wejście zegarowe ma wysoką impedancję, a wyjście dostarcza sygnał 10 MHz o impedancji 5 Ω i poziomie 3,0 Vpp. Taka konfiguracja pozwala synchronizować Fobos z innymi odbiornikami SDR lub urządzeniami pomiarowymi.
Dokładna referencja jest szczególnie interesująca w pomiarach koherentnych i w słabych trybach cyfrowych. Karta katalogowa podaje stabilność częstotliwości ±0,5 ppm. AB9IL zwraca uwagę, że w wymagających aplikacjach zewnętrzna referencja GNSS może być korzystna, szczególnie w trybach takich jak WSPR, FT4 lub FT8.
Oprogramowanie i otwarty interfejs
Fobos SDR nie jest związany z jedną aplikacją. RigExpert zapewnia natywną obsługę dla μSDR i SDR++, oraz wtyczki dla SDR# HDSDR przez ExtIO, SoapySDR i źródło dla GNU Radio. W 2026 roku dodano również natywną obsługę w SDRangel, a Fobos jest wspierany przez wtyczkę w SatDump.
Dla technicznego eksperymentatora istotna jest również dostępność API dla Windows i Linux oraz przykładowego kodu źródłowego. Karta katalogowa podaje przykłady konfiguracji i strojenia, pozyskiwania danych IQ, strumieniowania TCP i rejestracji. Fobos można więc wykorzystać nie tylko jako gotowy odbiornik, ale także jako sprzętową podstawę własnej aplikacji.
Fobos SDR w praktyce krótkofalarskiej
W stacji krótkofalarskiej Fobos ma sens tam, gdzie istotne jest szerokie pokrycie częstotliwości, dane IQ i możliwość eksperymentowania z łańcuchem odbiorczym. Na VHF UHF może służyć jako szerokopasmowy odbiornik do monitorowania aktywności, satelitów lub telemetrii. Na HF oferuje dwa koherentne wejścia, które można wykorzystać w odbiorze diversity, korelacji lub określaniu kierunku. Przy słabych sygnałach należy jednak odpowiednio zaprojektować antenę, filtry, LNA i referencję czasową.
Dla zawodników interesujący może być zwłaszcza szeroki zasięg IQ i możliwość nagrywania całych sekcji widma do późniejszej analizy. Dla konstruktora ważna jest otwartość API i możliwość podłączenia własnego oprogramowania. Fobos należy jednak rozumieć jako odbiornik zależny od komputera gospodarza. Jego wysoka przepustowość danych i brak wbudowanego FPGA przenoszą znaczną część przetwarzania na PC.
Dla kogo Fobos SDR ma sens
Fobos SDR jest interesujący zwłaszcza dla krótkofalowca, który nie chce pozostać przy klasycznym interfejsie SDR z jednym kanałem odbiorczym. Kombinacja 14-bitowego ADC, 50 MHz danych IQ, dwóch koherentnych wejść HF, głównej ścieżki odbiorczej VHF/UHF/mikrofalowej, zewnętrznych zegarów 10 MHz i otwartego interfejsu oprogramowania tworzy platformę odpowiednią do eksperymentowania.
Przy projektowaniu stacji należy jednak uwzględnić drugą stronę tej koncepcji: przy pełnym przepływie danych Fobos potrzebuje USB 3.0 i wystarczająco wydajnego komputera, przy HF może być potrzebne zewnętrzne filtrowanie, a przy słabych sygnałach odpowiednio dobrany LNA. Możliwość wyboru tych elementów w zależności od konkretnej aplikacji jest istotną częścią koncepcji Fobos SDR.
Technicznie Fobos SDR jest więc bardziej elementem budowlanym systemu odbiorczego niż klasycznym samodzielnym odbiornikiem. Dla użytkownika, który chce tylko dostroić stację i słuchać, jego koncepcja może być niepotrzebnie skomplikowana. Dla krótkofalowca zajmującego się DX, VHF, satelitami, trybami cyfrowymi, pomiarami, programowaniem SDR lub własnymi eksperymentami RF, oferuje jednak kombinację interfejsów sprzętowych i dostępu do danych, która pozwala zbudować system odbiorczy zgodnie z konkretnym zadaniem.