Categoria: SDR projects

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I punti salienti di questa versione sono:

• Radio AM, FM e SSB con misuratore di deviazione e ampiezza di modulazione per FM ed AM.
  • Misura deviazione FM
  • Misura modulazione AM
• Importanti miglioramenti e aggiunte di nuove funzionalità per la parte di Noise/Gain Analyzer
  • Modalità adattiva
  • Compensazione armoniche
  • Utilizzo del TX SDR come Noise Source!
  • Caratterizzazione di un TX SDR come Noise Source
  • Salvataggio dati di calibrazione
  • Misuratore di ENR
  • Varie
• Average/Time e Cumulative Folding
  • Average/Time Folding
  • Cumulative Folding
• Miglioramenti e aggiunte
  • Profili di configurazione
  • Filtro Smoothing in secondi per dB
  • Bias DC su connettore RX
  • Generatore, pulsante TX On
  • Menu pop-up per controllo XO Correction
  • Multithread Max instant bandwidth

Radio

Le condizioni preliminari per l’utilizzo della Radio sono:

• In Settings, scheda Extra, se non già attiva, abilitare la voce Multithreading
• Se si usa il dispositivo Pluto, abilitare anche la voce Kernel buffers in Settings, scheda Device Options
• I filtri LO F ed EF presenti nella scheda SA Filters/trace types devono essere spenti
• Lo Span deve essere inferiore o uguale al massimo bandwidth istantaneo del dispositivo. Per esempio, con Pluto lo Span deve essere al massimo di 2 MHz (4 MSPS)
• Il resolution bandwidth, nella voce del FFT size, deve rientrare in un range adatto per il dispositivo SDR utilizzato. All’accensione della Radio, Satsagen pone l’FFT size, se troppo basso, a 4K come base di partenza adatta per la maggior parte dei dispositivi.

Se una o più delle suddette condizioni non sono soddisfatte, la Radio può rimanere in standby o funzionare con una riproduzione all’ascolto non soddisfacente.

Declino ogni responsabilità per eventuali danni all’udito derivanti da un utilizzo improprio delle funzioni audio di Satsagen, soprattutto con l’ausilio di cuffie.

Prima di accendere la radio, selezionando uno dei modi di demodulazione previsti, posizionare sempre i controlli AF Gain e Volume ad un livello il più basso possibile, per poi alzarli gradualmente fino ad ottenere un’ampiezza di riproduzione desiderata.

Bump, scariche ed altri fastidiosi suoni possono essere riprodotti, nonostante abbia previsto un fading automatico in alcune occasioni, come per esempio quando si passa da una demodulazione ad un’altra. Questi forti e pericolosi suoni sono riprodotti soprattutto utilizzando delle demodulazioni dipendenti dall’ampiezza del segnale in ingresso, che non è prevedibile, quali l’AM ed SSB.

Per accendere la Radio:

• Avviare lo Spectrum Analyzer alla frequenza centrale desiderata e RX Gain sufficiente
• Attivare la scheda Radio e scegliere la demodulazione desiderata dalla lista Mode:

Una volta scelto il tipo di demodulazione, la Radio si avvia riproducendo sull’audio predefinito del PC.

Un cursore di sintonia, largo quanto l’IF BW selezionato, viene visualizzato nel display. Per spostare la sintonia è sufficiente effettuare un click sul display alla posizione della frequenza desiderata oppure agendo sulla manopolina di sintonia posta accanto alla lista dei modi di demodulazione. Se la stazione che si desidera ascoltare è al di fuori dello span visualizzato, occorre necessariamente agire sulla frequenza centrale dello spectrum analyzer mediante i consueti controlli, compresi quelli offerti dal gesture su display touch screen.

Effettuando un doppio click sul cursore di sintonia si ottiene un ingrandimento che permette un più agevole centramento in frequenza del segnale che si desidera demodulare. Un successivo doppio click nell’area di sintonia riporta il fattore di zoom ai valori precedenti.

Il cursore di sintonia è in sostanza un marcatore visibile nella Edit SA markers table come CalcMode DEMOD. Quando la radio è attiva, l’utilizzo degli altri marcatori non è consentito, mentre è possibile utilizzare i cursori per eventuali misurazioni.

Per spegnere la Radio, scegliere dalla lista Mode la voce No demod.

Le demodulazioni previste sono:

• AM. L’IF bandwidth parte di default da 12 kHz e può essere regolato nel range da 2 a 250 kHz. L’ AF Gain può raggiungere i 45 dB. La sintonia può essere controllata a step di 100 Hz.
• N-FM. L’IF bandwidth parte di default da 12 kHz e può essere regolato nel range da 2 a 16 kHz. L’ AF Gain può essere impostato al massimo a 30 dB. La demodulazione narrow FM utilizza un filtro passa banda audio da 200 Hz a 4200 Hz e un filtro di de-enfasi da 530 uS. E’ possibile l’utilizzo dello squelch. La sintonia può essere controllata a step di 100 Hz.
• FM. L’IF bandwidth parte di default da 150 kHz e può essere regolato nel range da 2 a 250 kHz. L’ AF Gain può essere impostato al massimo a 30 dB. Questa demodulazione non utilizza nessun filtro se non l’AF Filter impostato dall’utente. E’ possibile l’utilizzo dello squelch. La sintonia può essere controllata a step di circa 1 kHz.
• FM 50uS DE e FM 75uS DE. L’IF bandwidth parte di default da 150 kHz e può essere regolato nel range da 2 a 250 kHz. L’ AF Gain può essere impostato al massimo a 30 dB. Queste demodulazioni sono in FM mono, il 19 kHz presente nelle emittenti stereo viene soppresso in parte dal filtro di de-enfasi e dalla impostazione del AF Filter. Il filtro di de-enfasi è rispettivamente di 50 uS e 75 uS. E’ possibile l’utilizzo dello squelch. La sintonia può essere controllata a step di circa 1 kHz.
• LSB e USB. L’IF bandwidth parte di default da 2.8 kHz e può essere regolato nel range da 2 a 8 kHz. L’ AF Gain può raggiungere i 45 dB. La sintonia può essere controllata a step di 1 Hz, con la granularità prevista dal dispositivo SDR in uso.

La radio non è compatibile con le seguenti funzionalità di Satsagen: Full Band, Zero Span, NF/G Analyzer e i filtri LO F ed EF. Se si tenta l’utilizzo contemporaneo di una delle suddette funzionalità con la Radio, quest’ultima verrà posta in standby o le funzionalità non si attiveranno.

Misuratore di deviazione e ampiezza di modulazione

E’ possibile effettuare misure di deviazione FM e modulazione AM con l’ausilio della Radio.

Misura deviazione FM

• Accendere la Radio su uno dei modi di demodulazione FM
• La portante da misurare dovrebbe preferibilmente essere modulata con 1 kHz circa ed avere una potenza sufficiente. Indicativamente, utilizzando un ADALM-PLUTO, occorre una portante di almeno -80 dBm. Con una impostazione di 40 dB di RX Gain, la tolleranza della misura è intorno al 5%.
• Impostare un IF BW adatto con la misurazione di deviazione da effettuare
• Centrare il più possibile la portante o la sintonia sulla portante
• Attivare la voce Radio Modulation Metering dal menu View
• La terza riga di testo del cursore di sintonia visualizzerà in tempo reale le misurazioni di deviazione e deviazione negativa/positiva dalla frequenza centrale del canale sintonizzato, in kHz per wide FM ed in Hz per narrow FM:

Per migliorare la precisione della misura, effettuare la calibrazione:

• Accendere la Radio su uno dei modi di demodulazione FM
• Sintonizzare la portante, in questo caso deve essere non modulata, CW
• Dal menu Run, voce FM modulation metering calibration scegliere Run Calibration
• Dopo circa un secondo, se la calibrazione è avvenuta correttamente, dovrebbero essere visualizzati valori misurati intorno allo zero.
• Proseguire con la misura modulando ora la portante con circa un kHz

Misura modulazione AM

• Accendere la Radio su demodulazione AM
• La portante da misurare dovrebbe preferibilmente essere modulata con 1 kHz circa
• Attivare la voce Radio Modulation Metering dal menu View
• La terza riga di testo del cursore di sintonia visualizzerà in tempo reale la misurazione di ampiezza in percentuale di modulazione :

Anche nel caso dell’AM è possibile effettuare una calibrazione a priori per migliorare la precisione della misura di modulazione:

• Accendere la Radio su uno dei modi di demodulazione AM
• Sintonizzare sulla frequenza desiderata senza la portante presente, in modo che Satsagen acquisisca solo il livello del noise floor
• Dal menu Run, voce AM modulation metering calibration selezionare Run Calibration
• Dopo circa un secondo, se la calibrazione è avvenuta correttamente, dovrebbero essere visualizzati valori oscillanti inferiori a 99%.
• Proseguire con la misura attivando la portante modulata in AM a circa un kHz

Noise/Gain Analyzer

La funzionalità di Noise/Gain Analyzer è stata potenziata, soprattutto al fine di migliorarne la precisione delle misure e ridurre le attività ripetitive di calibrazione.

Modalità adattiva

In Settings, scheda Computations, si abilita la nuova modalità adattiva mediante la voce Adaptive on three gain settings:

La modalità adattiva, in fase di misura, imposta il guadagno di ricezione più idoneo per le caratteristiche del dispositivo in prova, evitando in questo modo letture falsate in seguito ad overload degli stadi di ingresso e ADC del dispositivo SDR utilizzato.

Una volta configurata la modalità adattiva si può procedere con la calibrazione e la misura con la stessa procedura di sempre, in sostanza sarà solo il tempo occorrente alla calibrazione a cambiare, ma vediamo nel dettaglio cosa il programma effettua in questa nuova modalità:

La fase di calibrazione richiede più tempo per completarsi rispetto alla modalità classica non adattiva, in quanto il programma deve analizzare su diversi livelli di Gain il comportamento del sistema noise source e ricevitore SDR per poi utilizzare queste informazioni in fase di misura.

La calibrazione in modalità adattiva si compone delle seguenti macro fasi:

• Determina il range di RX Gain fruibile facendo partire l’acquisizione con il massimo RX Gain disponibile e riducendolo progressivamente fino a trovarne il livello minimo dove le variazioni ON/OFF del noise source possono essere ancora utilizzabili.
• Divide in tre livelli di gain il suddetto range
• Effettua tre calibrazioni mediante i tre livelli di gain individuati
• Calcola il guadagno massimo misurabile dei dispositivi in prova e mappa le tre calibrazioni su tre range del guadagno dei DUT

In fase di misura, il programma determina quale dei tre livelli di RX Gain e annessa calibrazione utilizzare in base al guadagno approssimativo del dispositivo in prova.

Se in fase di calibrazione, il programma determina che non ci siano le condizioni per creare tre range di RX Gain, perché lo scostamento tra massimo gain ed il minimo fruibile è troppo piccolo, allora la modalità adattiva è automaticamente disabilitata e il sistema procede nel modo classico.

Compensazione armoniche

Alcuni dispositivi SDR, quali per esempio il Pluto, possono introdurre un errore di lettura in fase di calibrazione dovuto al comportamento armonico enfatizzato dei mixer in ricezione e per il fatto che non è presente un filtro preselettore in ingresso. Queste condizioni fanno sì che il livello di noise della testina sorgente non sia solo ricevuto alla frequenza fondamentale di misura ma anche alle frequenze armoniche, in modo più marcato alla terza e quinta armonica. Tale errore si riflette sui risultati delle misure, soprattutto in una sottostima del Gain del dispositivo in prova, in modo particolare questo avviene misurando DUT a banda stretta.

Da questa versione, Satsagen prevede l’applicazione di una compensazione che riduce notevolmente l’errore sia sul Gain che sul Noise figure misurato. Per attivare tale meccanismo di compensazione è sufficiente compilare il campo Bandwidth del marcatore utilizzato per le misure con il valore approssimativo del bandwidth del dispositivo in prova:

La compensazione verrà calcolata dal programma in base alle caratteristiche del SDR utilizzato e da come si comporta alle frequenze armoniche abbinate alle informazioni ENR della tabella del Noise Source utilizzato.

La compensazione verrà applicata solo durante la visualizzazione finale della misura del dispositivo, quindi quando quest’ultimo verrà collegato al sistema, per cui non sarà visualizzato al termine della calibrazione dove i display di Gain e Noise Figure oscillerannno sempre intorno allo zero.

Se si vuole conoscere il livello di compensazione già in fase di calibrazione, attivare la voce Show the mixer’s harmonic compensation at the calibration level dal menu Computations->NF/G Analyzer->Session settings.

Utilizzo del TX SDR come Noise Source!

Ho pensato che poteva essere interessante, in via sperimentale, utilizzare la parte TX del SDR come Noise Source!

Satsagen era già dotato nella parte del generatore di una modulazione NPR che consente la misurazione della intermodulazione di canali adiacenti. In sostanza è un generatore di noise pseudo-casuale comprensivo di tre filtri notch. Ora la parte di NF/G Analyzer può essere configurata per utilizzare tale generatore come Noise Source per le misure di Noise Figure e Gain.

Va detto che tale possibilità produce risultati attendibili di Noise Figure solo se il sistema verrà caratterizzato mediante strumentazione professionale e calibrata, al fine di crearne una tabella personalizzata ENR da inserire nel programma. Inoltre, rispetto ad una testina Noise Source, l’utilizzo di un dispositivo SDR come sorgente di rumore ha i seguenti svantaggi:

• Una volta caratterizzato l’SDR con attenuatore installato mediante strumentazione calibrata, il dispositivo deve essere dedicato solo per le misure NF/G; per esempio, anche solo l’operazione di svitare l’attenuatore per poi rimetterlo può invalidare la caratterizzazione appena effettuata.
• L’instabilità in frequenza e potenza di un SDR rispetto alle variazioni termiche è superiore a quella di una testina tradizionale e potrebbe introdurre errori di misura di Noise Figure inaccettabili.
• Il range di frequenza utilizzabile è normalmente inferiore rispetto ad una tradizionale testina Noise Source. Ad esempio con un Pluto si può generare noise da circa 70 MHz a 6 GHz.
• Non per ultimo, un SDR come sorgente di rumore può essere utilizzato solo da Satsagen, mentre una tradizionale testina può essere utilizzata con la maggior parte dei sistemi di misura hardware e con Satsagen.

Per le suddette ragioni, l’utilizzo di una testina Noise Source è sempre la scelta migliore. Poiché l’acquisto di una testina branded sta diventando con il tempo sempre più un’operazione onerosa, varrebbe la pena tentarne l’autocostruzione o scegliere prodotti emergenti come quelli proposti dal collega radioamatore Mauro IZ1OTT che offre un portfolio di componenti RF microonde dall’ottimo rapporto qualità/prezzo. Informazioni a riguardo si possono trovare sul sito di Mauro: https://www.mauroottaviani.com.

Abilitare il TX SDR come noise source è semplice. In Settings, tab Ext In/Out scegliere la voce Generator as a Noise Source dalla lista Noise source power interface, quindi nella tab Computations, inserire il nome del file contenente la tabella di caratterizzazione ENR del TX SDR. Le istruzioni come caratterizzare un SDR come Noise Source le illustro nel successivo capitolo. A scopo puramente indicativo, ho inserito nel setup di Satsagen, alcuni esempi di tabelle ENR dei dispositivi SDR, si trovano in Documenti\satsagen\settings\ENRTables. I nomi dei file di esempio sono composti in questo modo: un prefisso ENR seguito dal nome del dispositivo SDR e opzionale la frequenza di campionamento usata nella caratterizzazione. Il nome del file termina sempre con un suffisso indicante il valore dell’attenuatore TX utilizzato. Per esempio, il nome della tabella per l’ADALM-PLUTO a 8 MSPS con un attenuatore da 20 dB è: ENRADALMPLUTO8MSPS-20. Se la frequenza di campionamento non è specificata nel nome, la tabella è adatta nella condizione peggiore di utilizzo del TX SDR come Noise Source, dove il dispositivo viene utilizzato contemporaneamente anche come RX e la banda base è condivisa, per cui la frequenza di campionamento è fissata dalla parte di ricezione e può non essere l’ottimale, come nel caso di ADALM-PLUTO a 8 MSPS.

I dispositivi SDR contemplati da Satsagen come Noise Source sono:

• ADALM-PLUTO e annessi con attenuatore su connettore TX da 20 dB
• USRP con attenuatore TX da 30 dB
• AntSDR E200 con attenuatore TX da 30 dB
• HackRF One con attenuatore TX da 50 dB

Caratterizzazione di un TX SDR come Noise Source

Per la caratterizzazione ENR di un dispositivo è necessario uno strumento di misura ENR affidabile e calibrato.

Di seguito la procedura per caratterizzare un ADALM-PLUTO come Noise Source:

Il setup deve coincidere con quello finale di misura, quindi per esempio se si utilizzerà il NF/G Analyzer con un singolo dispositivo ADALM-PLUTO con i ruoli sia di ricevitore che di Noise Source (la condizione peggiore in termini di affidabilità nelle misure), il setup di caratterizzazione sarà un singolo ADALM-PLUTO con un attenuatore sul connettore TX di -20 dB. Mentre se si ha la possibilità di utilizzare due ADALM-PLUTO, uno dedicato alla ricezione e un altro come Noise Source, allora il setup di caratterizzazione dovrà essere composto da due ADALM-PLUTO con il dispositivo dedicato a Noise Source corredato di un attenuatore da -20 dB sul connettore TX.

• Collegare il TX (chiaramente l’uscita dell’attenuatore) allo strumento di misura ENR
• In Settings, tab Ext In/Out scegliere la voce Generator as a Noise Source dalla lista Noise source power interface
• Creare tanti marcatori di tipo CalcMode NF/G con span 400000 alle frequenze che si desidera caratterizzare in ordine crescente. Per esempio 71000000, 100000000, 144000000, 432000000 e così via di seguito.

• Selezionare il primo marcatore con la frequenza più bassa
• Avviare il NF/G Analyzer facendo un click sul pulsante ON nella tab NF/G Analyzer
• Configurare lo strumento di misura ENR con un bandwidth corrispondente alla metà del valore visualizzato nella casella Sampling kHz del generatore di Satsagen
• Fare un click sul piccolo pulsante TX On del generatore e annotare la frequenza e il valore ENR letto sullo strumento di misura
• Selezionare il successivo marcatore e fare di nuovo click sul pulsante TX On e annotare frequenza e valore ENR visualizzati dallo strumento di misura. Ripetere questo passo per tutti i marcatori creati.
• Aprire in Settings, tab Computations, il tool di scrittura dei file ENR tramite il pulsante ENR INI Edit Tool e copiare frequenze ed ENR annotate nella tabella. Quindi salvare tramite il pulsante Export su un file ENRADALMPLUTO-20.ini

Salvataggio dati di calibrazione

Il sistema di NF/G Analyzer da questa versione salverà automaticamente i dati di calibrazione. I dati salvati possono essere riutilizzati per effettuare nuove misure risparmiando il tempo occorrente per la calibrazione. Per esempio è da ora possibile effettuare una calibrazione e misura di un DUT, chiudere l’applicazione, riaprirla ed effettuare la misura su un nuovo DUT con le stesse caratteristiche di frequenza e bandwidth, saltando la fase di calibrazione. E’ possibile altresì calibrare il sistema su più frequenze e bandwidth e successivamente effettuare la misura su più DUT, senza dover ricalibrare il sistema ogni volta.

Usufruire di questa nuova funzionalità è molto semplice. Se sono presenti dei dati di calibrazione in memoria, utilizzabili per le caratteristiche del marcatore attualmente selezionato, allora un piccolo LED posto accanto al pulsante di calibrazione si colorerà di giallo:

A questo punto, si può decidere se utilizzare i dati in memoria o effettuare un nuovo ciclo di calibrazione e misura. Per utilizzare i dati di calibrazione in memoria ed avviare immediatamente la misura del DUT, fare click sul pulsante SYS CAL tenendo premuto contemporaneamente il tasto CTRL della tastiera. Il pulsante SYS CAL si colorerà immediatamente di verde ad indicare il recupero corretto dei dati di calibrazione e l’avvio della fase di misura. Invece, per ignorare la presenza di dati di calibrazione salvati ed effettuare un nuovo ciclo di calibrazione, sovrascrivendo così sui dati in memoria, allora è sufficiente fare click sul pulsante SYS CAL come di consueto.

Per far sì che il sistema proponga come riutilizzabili dei dati di calibrazione, alcuni parametri di configurazione della nuova misura devono essere identici a quelli salvati, tra cui i principali sono:

• Stessa tipologia di misura: Manuale, Auto o Auto Adaptive
• Stessa Frequenza
• Stessa Frequenza IF se specificata
• Stesso Bandwidth (Span)

Se uno o più dei suddetti parametri principali non coincide, allora il piccolo LED dedicato a segnalare la presenza di dati di calibrazione riutilizzabili, rimarra spento.

Per visualizzare la lista dei dati di calibrazione presenti in memoria, selezionare la voce List the saved calibration data to the trace log dal menu Computation->NF/G Analyzer->Calibration data:

Nel caso siano presenti dei dati di calibrazione riutilizzabili che rispecchiano i suddetti principali parametri, ma uno o più parametri secondari che potrebbero pregiudicare la bontà delle misure differiscono, allora il piccolo LED si colorerà di rosso ed è possibile utilizzare le informazioni visualizzate nel ballon tip per risalire ai parametri non corrispondenti:

In questo esempio, il parametro di configurazione attuale non corrispondente con quello salvato è il #24. Per risalire ad una descrizione del parametro partendo da questo numero, scegliere la voce Dump the selected calibration data to the trace log dal menu Computation->NF/G Analyzer->Calibration data:

Nell’esempio, il parametro che differisce è relativo alla temperatura dell’ambiente di lavoro che risulta essere di 296 Kelvins nei dati salvati mentre ad esempio è stata modificata dall’utente in configurazione a 290 Kelvins.

Misuratore di ENR

Il NF/G Analyzer di Satsagen può essere utilizzato per misurare l’ENR di una sorgente di rumore. Va premesso che per effettuare tale misura occorre una testina Noise Source perfettamente caratterizzata da usarsi come campione. Inoltre, questo misuratore non può sostituire una strumentazione professionale e calibrata in quanto gli errori introdotti dal sistema SDR possono accumularsi e portare a risultati non soddisfacenti. A tale proposito, si consiglia per queste misure l’utilizzo di un SDR che non abbia i mixer con comportamento armonico enfatizzato, come per esempio un RTL-SDR, con il quale è possibile misurare ENR con buoni risultati fino a circa 1,4 GHz.

• Configurare il sistema come se si dovessero effettuare tradizionali misure di Noise Figure e Gain. Eventualmente visionare questo post dove illustro le basi per l’utilizzo del NF/G Analyzer.
• Disattivare la voce Adaptive on three gain settings da Settings, tab Computations, in quanto tale modalità non è compatibile con la misura ENR
• Attivare la voce ENR measurement dal menu Computation->NF/G Analyzer->Modes
• Creare tanti marcatori di tipo CalcMode NF/G con span 400000 alle frequenze che si desidera caratterizzare in ordine crescente. Per esempio 71000000, 100000000, 144000000, 432000000 e così via di seguito.
• Collegare la testina Noise Source campione
• Selezionare il primo marcatore creato
• Avviare il NF/G Analyzer facendo un click sul pulsante ON nella tab NF/G Analyzer
• Fare click su SYS CAL e attendere il termine dell’acquisizione quando il pulsante diverrà di colore verde
• Selezionare il prossimo marcatore ed effettuare nuovamente la procedura cliccando su SYS CAL, proseguendo poi per tutti i marcatori restanti, in questo modo il sistema memorizzerà i dati ENR della testina campione
• Collegare la testina Noise Source da caratterizzare
• Selezionare il primo marcatore
• Tenendo premuto il tasto CTRL fare click sul pulsante SYS CAL
• Annotare la lettura ENR:

• Selezionare il successivo marcatore e tenendo premuto il tasto CTRL fare click su SYS CAL. Proseguire quindi con i restanti marcatori.

Varie, nuovi parametri di configurazione

In Settings, tab Computations, si possono specificare questi nuovi parametri al fine di perfezionare la precisione delle misure del NF/G Analyzer:

NS ON/OFF è un tempo di ritardo che il sistema introduce di seguito all’accensione o spegnimento della testina Noise Source prima di proseguire nella lettura. Può essere specificato in millisecondi o in drop samples, fare un click sul titolo dell’unità di misura per passare da una all’altra.

Ambient temperature può essere specificato in gradi Celsius o Kelvins

I campi Loss 1 e Loss 2 permettono rispettivamente di specificare la perdita di inserimento di cavi o connettori utilizzati per collegare verso l’ingresso e l’uscita dei DUT, i quali non sono contemplati dalla calibrazione.

Average/Time e Cumulative Folding

Average/Time e Cumulative sono metodi di folding che permettono di discriminare in modo netto i segnali dal rumore di fondo, soprattutto usati in ambito della radioastronomia.

Average/Time Folding

E’ un filtro che si seleziona tra i disponibili presenti nella lista VFilter Type con la voce Folding:

Questo filtro è funzionante solo con il Multithreading attivo e con valori di Span inferiori o uguali al massimo bandwidth istantaneo del dispositivo, quindi per esempio nel caso di un RTL-SDR equivale a 1 MHz o per un ADALM-PLUTO rev B corrisponde a 30 MHz. Se una o più delle suddette condizioni non è soddisfatta, allora il filtro si disattiverà e la scritta VFilter Type lampeggierà in colore rosso.

Descrizione del funzionamento: I dati visualizzati sullo spettro sono processati in prima battuta da un filtro average classico che ne effettua una media su un numero di passaggi che l’utente può specificare da 1 (disabilitato) a 30 mediante la manopola VF F AVG. Nel suddetto esempio, il filtro average è configurato per 17 cicli. Successivamente i dati sono inseriti in un registro a scorrimento composto da un numero di blocchi che l’utente può specificare con la stessa manopola posizionata su VF F Blocks:

Nell’esempio, il registro a scorrimento del filtro è costituito da 2362 blocchi.

I dati vengono quindi processati dal registro a scorrimento e visualizzati. Nell’esempio, in uscita dal registro a scorrimento avremo la media degli ultimi 2362 blocchi in un periodo di tempo (Folding Period) determinato dalla dimensione del pre-filtro average e dal numero di blocchi del registro, il quale periodo è stimato in tempo reale e visualizzato in secondi accanto alla manopola, 32 secondi nel nostro esempio.

Poiché il consumo di memoria di questo filtro può raggiungere valori elevati per via della quantità dei dati presenti nel registro a scorrimento che corrisponde ai dati dello spettro nella risoluzione determinata dal FFT size moltiplicata per il numero dei blocchi costituenti il registro, il sistema ne limita la dimensione a circa 1 GB di RAM massimi.

Cumulative Folding

Il Cumulative Folding è implementato in Satsagen partendo dai dati grezzi processati dal FFT in un flusso a se stante, quindi indipendente dai filtri VFilter e da quanto verrà poi visualizzato sul display principale dello spettro. Difatti, i risultati del Cumulative Folding sono visualizzati in una finestra indipendente in un display dedicato, dove l’ampiezza è espressa in mW.

Il Cumulative Folding si avvia con la voce SA cumulative folding dal menu Run.

In sostanza, il Cumulative Folding ripiega su se stesso lo spettro effettuandone una mera somma algebrica, in modo ripetitivo fino a quando l’utente non lo ferma tramite la stessa voce del menu Run->SA cumulative folding o all’occorrenza di uno dei seguenti eventi:

• Chiusura completa del programma Satsagen
• Modifica della frequenza centrale, dello span o del resolution bandwidth dello spectrum analyzer di Satsagen

Mentre l’azione di spegnimento e riaccensione dello spectrum analyzer implica solo una interruzione momentanea del Cumulative Folding.

Il tempo di esposizione accumulato dal Folding viene visualizzato in secondi nel titolo del display della finestra dedicata.

Lo stesso titolo visualizza il nome del file di appoggio dove il programma salva i risultati automaticamente ogni circa 10 secondi.

I file sono salvati nella cartella documenti\satsagen\export e possono essere aperti anche off-line per essere visionati tramite il menu File con la voce Load Cumulative Folding Data. Da questa visualizzazione è possibile anche esportare i dati in formato CSV tramite il menu File e la voce Save as CSV.

Se si fa ripartire da zero innavertitamente il Cumulative Folding, è possibile comunque ripristinare l’acquisizione con i dati accumulati e salvati mediante la seguente procedura:

• Far partire una nuova acquisizione
• Dal menu File scegliere Load cumulative folding data e aprire il file della registrazione interrotta dalla directory documenti\satsagen\export
• Dal menu File della stessa finestra di caricamento scegliere la voce Merge e confermare la volontà di effettuare il merge dei dati del file appena caricato sulla sessione di acquisizione in corso

Miglioramenti e aggiunte

Profili di configurazione

Da queste versione, oltre all’icona shortcut principale, il setup crea ulteriori tre shortcut al programma Satsagen con tre profili di configurazione distinti: SATSAGEN Config #1, #2 e #3.

Le tre configurazioni aggiuntive sono assolutamente separate, è possibile in questo modo avviare in totale quattro istanze di Satsagen (non necessariamente in modo contemporaneo) con quattro distinte configurazioni, da eventualmente dedicare per l’utilizzo del NF/G Analyzer, o del VNA, o al power meter e così via, senza dover necessariamente modificare la configurazione per adattarla ai dispositivi e alle funzionalità che servono di volta in volta.

Filtro Smoothing in secondi per dB

E’ stato aggiunto un filtro di tipo Smoothing selezionabile dalla lista VFilter Type come Smooth S/dB.

Nel filtro Smoothing tradizionale, la visualizzazione dei segnali ricevuti è “levigata” aggiungendo ad ogni passaggio una frazione di dBm impostata dall’utente, fino al raggiungimento della potenza reale.

In questo filtro, la visualizzazione nella potenza piena dei segnali si raggiunge in termini di secondi per dB impostabili dall’utente, da un minimo di 0.01 secondi per dB ad un massimo di 600 secondi per dB.

Immaginando la presenza di un segnale CW a -90 dBm, un noise floor a circa -100 dBm e un’impostazione di Smooth S/dB a 1 secondo/dB, il suddetto segnale verrà visualizzato con una crescita progressiva fino alla potenza di -90 dBm in circa 10 secondi.

In questo modo è possibile discriminare i segnali che hanno una continuità definita nel tempo.

Bias DC su connettore RX

Alcuni dispositivi SDR (quali l’RTL-SDR, AirSpy, HackRF ed altri) possono fornire una tensione DC sul connettore RX utile per eventualmente alimentare amplificatori esterni di antenna.

Di default, questa opzione, se presente nel dispositivo, è disabilitata.

Da questa versione di Satsagen, è possibile manualmente attivare il Bias DC agendo sul menu Settings->Device session settings alla voce Enable DC Bias Antenna.

Se il dispositivo di ricezione non prevede la suddetta opzione, la voce di menu sarà disabilitata.

Poiché la tensione DC fornita dal SDR può danneggiare eventuali dispositivi sensibili quali attenuatori o altri SDR direttamente collegati che hanno un accoppiamento in corrente continua, l’abilitazione avrà una validità solo all’interno della sessione di collegamento al dispositivo, per cui al riavvio del programma, o ad un ciclo di Power Off/On, il DC Bias verrà disabilitato e dovrà essere all’occorrenza acceso manualmente di nuovo tramite la suddetta voce di menu.

Un’ulteriore sicurezza è data dal messaggio di conferma per l’abilitazione del DC bias che verrà visualizzato in seguito alla scelta della voce Enable DC Bias Antenna:

Generatore, pulsante TX On

Nel pannello del Generatore, ho aggiunto un pulsante TX On utilizzabile per spegnere o accendere l’output TX.

Rispetto al pulsante che avvia il Generatore, il TX On ha una risposta immediata perché agisce direttamente sugli stadi di output, mentre il pulsante di avvio Generatore determina e prepara la configurazione del dispositivo SDR in base alle impostazioni dell’utente e poi avvia lo stream in output, per cui, per esempio, la creazione in memoria di uno stream di modulazione a 10 Hz può richiedere un tempo attesa che può anche superare un secondo, in base alle caratteristiche del PC in uso.

Menu pop-up per controllo XO Correction

Se Satsagen viene configurato nella modalità dual-devices, dove un dispositivo ha un ruolo esclusivo di RX e l’altro di TX, è possibile abilitare la voce Discipline XO nei Device Options del riquadro TX device. La suddetta funzione è già presente da tempo nella storia delle versioni di Satsagen ed è un meccanismo che automaticamente regola la correzione sul clock di riferimento del dispositivo TX in modo da mantenerlo costantemente allineato alla frequenza del RX durante le scansioni di Spectrum Analyzer con tracking.

Poiché ho riscontrato che può essere poco pratico all’occorrenza abilitare o disabilitare tale funzionalità di disciplina XO passando da Settings e di conseguenza bloccando la scansione in corso, ho aggiunto un menu contestuale che permette tale manovra (ed anche altro) durante le scansioni facendo semplicemente un click destro nell’area di stato del pannello Spectrum Analyzer con tracking e scegliendo l’azione desiderata:

Multithread Max instant bandwidth

Con il multithreading abilitato, Satsagen esegue una serie di processi dedicati che si occupano di acquisire in tempo reale dal dispositivo SDR il flusso di dati (stream).

Questo avviene solo se lo Span impostato dall’utente rientra nel massimo bandwidth istantaneo del dispositivo SDR.

Se il sistema PC/USB o Ethernet/SDR non è sufficientemente veloce, avvengono degli overflow che sono conteggiati e visualizzati sotto il display dello spettro con la voce OF.

In situazioni limite, dove la frequenza degli overflow è alta, con determinati dispositivi SDR possono avvenire dei blocchi o i thread che si occupano dell’acquisizione possono chiudersi in modo inaspettato fermando la visualizzazione dello spettro.

Per evitare i suddetti blocchi e chiusure inaspettate, è possibile impostare in configurazione il massimo instant bandwidth oltre il quale Satsagen spegne l’acquisizione in tempo reale commutando in una modalità più lenta, ma che non produce più blocchi e chiusure inaspettate.

Per impostare tale soglia andare in Settings alla scheda Extra:

La voce Max instant bandwidth è di default impostata sulla massima velocità del dispositivo (Device MAX); è possibile quindi posizionarla da un minimo di 5 MSPS fino ad un massimo di 56 MSPS. Il valore corretto deve essere trovato effettuando dei test, per esempio partendo dal valore più basso e innalzandolo fino a quando il sistema “regge” senza provocare blocchi o chiusure inaspettate.

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I punti salienti di questa versione sono:

• Marker monitor
• Un nuovo Waterfall integrato o su finestra indipendente
• Auto esportazione dei dati dello spectrum analyzer
• Possibilità di salvare/caricare i dati di calibrazione dello SNA o VNA da menu
• Ripristino delle dimensioni e posizione della finestre al riavvio
• Gesture su finestra dello scope per spostare frequenza centrale, span e zoom con mouse o su schermo touch
• Monitoraggio delle risorse per ridurre blocchi o rallentamenti dell’applicazione
• Ed alcune altre aggiunte, miglioramenti e fix

Marker monitor

Abilitando la funzione marker monitor, verrà generato un tono udibile dall’audio del PC con frequenza e intensità dipendenti dai valori del marcatore attualmente selezionato in SATSAGEN. Questa funzione può essere utile per tarare in ampiezza/frequenza segnali o sorgenti senza dover necessariamente osservare lo schermo del PC. Tale funzione si abilita cliccando sul pulsante ON dal pannello MKR Monitor presente nella finestra principale di SATSAGEN ed è operativa sia in modalità Spectrum Analyzer che in SNA o in VNA. Inoltre è possibile utilizzare Marker monitor anche con un Log detector collegato, in questo caso non occorre creare un marcatore di riferimento, in quanto il monitor funzionerà in base alla lettura immediata del detector.

Con le manopole Min e Max si definisce il range di ampiezza di intervento. Nell’esempio sopra, il range va da -80 dBm a 0 dBm.

Con il Type selezionato su Magnitude si otterrà un tono udibile che varierà da 100Hz a 10kHz su scala lineare nel range -80 dBm a 0 dBm.

Per esempio, se il marcatore selezionato indicherà un segnale di -40 dBm verrà generato un tono di circa 5 kHz. Anche il volume del tono audio “seguirà” in percentuale l’ampiezza del segnale indicato dal marcatore. Per cui nell’esempio sopra, il volume del tono a 5 kHz sarà a metà del volume generale impostato tramite la manopola Volume.

Se non si desidera che il volume segua l’ampiezza del marcatore, attivando il pulsante Steady si otterrà un volume flat, ma sempre regolabile nel valore massimo tramite la manopola Volume.

Il pulsante Reverse inverte la scala del tono, per esempio se attivato, si otterrà un tono a 10 kHz con il marcatore a -80 dBm e di 100 Hz con il marcatore a 0 dBm.

I type Frequency e Frequency to/from center configurano il monitor per produrre un tono legato alla frequenza individuata dal marcatore piuttosto che all’ampiezza. Il campo Bandwidth del marcatore selezionato determina il range di frequenza di competenza dei suddetti due type. Questi due type sono ammessi solo nella modalità Spectrum Analyzer, se selezionati mentre si opera in SNA o VNA, verrà ignorata l’impostazione e usato il type Magnitude di default. Di seguito un esempio dell’utilizzo dei type Frequency con lo Spectrum Analyzer:

Creare un nuovo marcatore dalla finestra Edit SA markers table:

Compilare per esempio il campo ReqFrequency con 145000000 e Bandwidth con 100000.

Avviando lo spectrum analyzer, il marcatore appena creato verrà posizionato sul segnale con maggiore intensità ricevuto nel range 144,950 MHz e 145,050 MHz. Il campo LockFrequency verrà automaticamente aggiornato dal programma con la frequenza del segnale con maggiore intensità individuato nel nel range di frequenze definito dal campo Bandwidth.

Con il marker monitor attivato di type Frequency, verrà generato un tono udibile di 100 Hz se il segnale rilevato dal suddetto marcatore si trova a 144,950 MHz e un tono di 10 kHz se il segnale rilevato è a 145,050.

Con il marker monitor attivato di type Frequency to/from center, verrà generato un tono a 100 Hz se il segnale rilevato si trova esattamente alla frequenza richiesta del marcatore, nell’esempio 145 MHz, mentre verranno generati toni a 10 kHz se il segnale si trova a 144,950 MHz o a 145,050 MHz.

La funzione Reverse inverte la scala del tono in entrambi i suddetti type.

Waterfall

Il nuovo Waterfall in questa versione, prevede una risoluzione fissa configurabile in Settings->Appearance, rispetto ad una risoluzione dinamica del precedente Waterfall. Ciò comporta che l’eventuale ridimensionamento della finestra non provoca il reset del Waterfall con la conseguente perdita delle informazioni registrate fino a quel momento.

Inoltre da questa versione è possibile attivare il Waterfall su una finestra indipendente, piuttosto di averlo integrato nella finestra principale dell’applicazione.

Nel pannello di controllo del nuovo Waterfall integrato, vi sono i nuovi controlli Stand-alone, Max PeakH e Res Adapt:

Stand-Alone attiva il Waterfall su finestra indipendente.

La funzione Max PeakH consente che i dati acquisiti tra un UpdateTime e l’altro non vadano persi. Per esempio, se UpdateTime è impostato a 500ms e Max PeakH è spento, ogni mezzo secondo verrà aggiunta una riga nel Waterfall con lo spettro dell’istante, mentre con Max PeakH acceso ogni riga sarà il max hold degli ultimi 500ms. Facendo click sulla scritta Max PeakH è possibile selezionare un processo Average di aggiornamento piuttosto che un max hold.

La funzione Res Adapt, normalmente accesa, adatta la risoluzione dei dati alla dimensione in pixel della finestra Waterfall, in modo che eventuali segnali presenti più “stretti” della risoluzione video siano comunque visualizzati. Se si utilizza la funzione di zoom, la funzione Res Adapt andrebbe spenta al fine di usufruire del massimo dettaglio disponibile.

Le funzioni appena viste sono presenti anche sul pannello del Waterfall su finestra indipendente:

Inoltre, su questo pannello sono disponibili i controlli Vertical per orientare il Waterfall in verticale, Levels per la visualizzazione della legenda con i colori assegnati per ogni ampiezza del segnale, Time Axis per visualizzare l’ascissa con le informazioni del tempo, Time Labels per la visualizzazione di etichette di tempo all’interno del Waterfall, Hold per fermare la visualizzazione e infine ZReset per effettuare il reset dello zoom ai valori iniziali.

Auto esportazione dati di spettro

Da questa versione è possibile impostare l’esportazione automatica dei dati di spettro in formato testo comma delimited. In Settings->Logs/Export sono presenti i diversi settaggi per questa funzionalità:

Innanzitutto per abilitare l’esportazione automatica occorre definire un percorso di destinazione dei file di testo che SATSAGEN andrà a creare. Specificare nella casella Destination path il percorso desiderato e in Min disk free space la percentuale minima di disco libero presente nell’unità del percorso specificato, sotto la quale SATSAGEN interromperà la scrittura per evitare fenomeni di disk full.

Una volta definito il percorso di destinazione e la soglia di disco libero, l’abilitazione si concretizza con la scelta del metodo con il quale l’innesco dell’esportazione automatica dovrà avvenire.

Abilitando la casella Timer, l’esportazione avverrà ad ogni intervallo in secondi specificato nella casella accanto.

Selezionando MKR monitor max level l’innesco della esportazione avverrà quando un segnale monitorato dalla funzione MKR monitor (vista precedentemente nel paragrafo Marker monitor) raggiungerà il livello definito dalla manopola Max del pannello MKR monitor.

Se selezionata la casella Triggers, l’esportazione avverrà in conseguenza dell’attivazione di uno dei trigger predisposti nel pannello SA Triggers.

Entrambi i suddetti metodi MKR monitor max level e Triggers sono condizionati da un intervallo minimo di riattivazione definito nella casella Min interval, entro il quale eventuali inneschi saranno ignorati.

I suddetti metodi non sono esclusivi, quindi è ammessa qualsiasi combinazione di configurazione dei Timer, triggers e MKR monitor max level.

Infine se attivati i controlli Spectrum screenshot e Waterfall screenshot, ad ogni esportazione automatica che si attiverà verranno effettuati anche i relativi screenshot impostati.

Dati di calibrazione

Da questa versione è presente una funzione che permette il salvataggio e il caricamento da file dei dati di calibrazione dello SNA.

A questa funzione si accede mediante le voci di menu sotto File->Calibration data:

Nel caso si stia utilizzando il VNA, le suddetti voci funzioneranno al pari dei pulsanti Load e Save presenti nell’apposito pannello VNA Calibration.

Ripristino dimensione e posizione finestre

Abilitando la funzione Restore saved window size and positions da Settings->Appearance, le dimensioni e posizione della finestra principale, del waterfall integrato e su finestra indipendente, verranno salvate in chiusura applicazione e riapplicate al riavvio della medesima.

Anche gli stati di massimizzazione o riduzione ad icona della finestra principale saranno salvati e ripristinati al riavvio dell’applicazione.

Gesture

Attivando il controllo Gesture enabled da Settings->Appearance, si rendono disponibili le seguenti gesture all’interno della finestra di scope dello spectrum analyzer, a patto che il cursore del mouse sia all’interno dello scope dello spectrum analyzer, ma lontano dai bordi e da eventuali cursori presenti:

• Frequenza centrale. Tenendo premuto il tasto sinistro del mouse e muovendosi orizzontalmente, la frequenza centrale varierà con gli step definiti. Si immagini la visualizzazione dello spettro come su un foglio di carta, lo spostamento verso sinistra aumenterà la frequenza centrale e uno spostamento verso destra la diminuirà.
• Span. Tenendo premuto il pulsante destro (o il pulsante centrale del mouse) e muovendosi orizzontamente, lo span aumenterà in direzione di sinistra e diminuirà spostandosi verso destra.
• Zoom. Tenendo premuto uno qualsiasi dei pulsanti del mouse e contemporaneamente tenendo premuto il tasto Ctrl, il movimento del mouse verticale e orizzontale effettuerà rispettivamente lo zoom verticale e orizzontale dello spettro visualizzato. Su schermi touch, verrà gestito lo zoom orizzontale mediante la classica gesture a due dita sullo schermo.

Se abilitato Gesture reversed da Settings->Appearance, le suddette gesture funzioneranno rovesciate, per esempio la frequenza centrale aumenterà se manteniamo premuto il pulsante sinistro del mouse e lo muoviamo verso destra.

Monitoraggio delle risorse

Da questa versione, è abilitata di default una funzionalità automatica di controllo dei tempi di elaborazione del PC nell’ambito dello spectrum analyzer di SATSAGEN. Questa funzione rileva eventuali superamenti di soglie di timeout preimpostate, in particolare sui tempi di acquisizione e trattamento dei dati dai dispositivi SDR e interviene riducendo progressivamente il carico di lavoro al fine di riportare se possibile le tempistiche sotto le suddette soglie in modo da non inficiare con rallentamenti o blocchi l’operatività sui comandi dell’interfaccia utente. Per esempio tale funzione può intervenire riducendo l’FFT size o spegnendo il Fast cycle quando rileva che tali impostazioni possono portare a rallentamenti o blocchi dell’applicazione. Gli interventi automatici sono segnalati con l’apertura della finestra di tracelog e un messaggio esplicativo dell’intervento.

E’ possibile disattivare, o riattivare la suddetta funzionalità tramite il menu Settings->SA resource monitor.