<div dir="ltr"><div>Hello again Evan,</div><div><br></div><div>First, sorry for the flood of emails. I saw the website of Ghost Talk, sorry we've been on the wrong track here. I've just read the paper and saw the reference to the previous setup requiring a 10 Watt output to excite the device sufficiently. This, as has been explained a number of times above, is of course because the device under test isn't designed to be a receiver in this fashion. Unsurprisingly pacemakers, ECGs, and other medical and consumer devices have some amount of RF rejection built in in general.</div><div><br></div><div>Now that we've caught up and are on the page here's a few more thoughts about increasing your output power. The SBX, at maximum, will output approximately 20 dBm of power. In order to output 10 Watts of power you would have to add 20 dB of gain, as you alluded to in your email. Yes, gain does just add together, within the limits of the amplifier. For instance, the ZX60-V63+ that you linked to maxes out at about +18 dBm, less than the USRP itself! One better sized for the task is the ZHL-20W-13+ which has a 39 dBm minimum output power before it starts compressing the signal significantly. It is a wideband amplifier, 20-1000 MHz, with very high gain, about 50 dB, so more than you "need" to reach 40 dB at 400 MHz from a 20 dB signal. I put it forward only as an example.</div><div><br></div><div>Putting that much power out, especially after you count in the gain from a directional antenna (which will need to be sized appropriately for this much transmit power), does throw you into the realm where having a licence to transmit is needed for most frequencies. If you are unable to find an RF shielded room or box to use then you'll have to look at getting an experimental licence from the FCC or restricting yourself to operating only at frequencies and powers allowed as an unlicensed operator.</div><div><br></div><div>Filtering definitely comes into play as you add amplification. The USRPs, and any radio, is non ideal and will produce undesired frequencies. Especially if you have a wide band amplifier it is best, pretty much necessary, to have filtering between the USRP and amplifier, and preferably a high power capable filter on the output. This helps keep the spurious signals from being transmitted at high power.</div><div><br></div><div><br></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">Sylvain's point about supplying (sending or transmitting being potentially confusing words) the USRP with a higher than necessary sample rate is a good general rule. The Nyquist rule states that you cannot reliably represent a signal with maximum frequency N hertz without at least 2*N samples per second. This (and some trivia about CD formats) is why "standard" audio is 44.1 kHz, just over twice our nominal max hearing of 20 kHz. So if you are sending a 440 Hz signal to the USRP, make sure you're using over 440 * 4 (or more) samples per second. Now that's actually a silly low rate so use something higher like 1 Mega Sample Per Second (MSPS).</span><br></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px"><br></span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">The gain setting on the USRPs is unitless dB. So an output at gain 33 will be twice the power of one at 30. How that maps to dBm is approximate, but at maximum gain it will be right around 20 dBm (100 mW). USRPs are not precisely calibrated as there are a number of very complicated components on board which make output and received power dependent on frequency, gain, and sample rates to name a few parameters. What gain setting you use will not affect the gain of an external amplifier, again unless you hit a limitation of the amp. They will have maximum input ratings and also the amplifier gain won't exceed it's maximum output power. Nothing too surprising there.</span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px"><br></span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">The ARRL Handbook is a good general reference. (Disclaimer, I'm an assistant section manager in the ARRL. Not that that makes any difference to my opinion of the book.) It comes out every year, feel free to get an older copy, these core concepts haven't changed in decades.</span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px"><br></span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">At 100 mW you aren't in danger of doing much to anything, however it is worth noting that many RF devices don't appreciate having even that little of power presented at their inputs. The USRPs for instance are best kept with their inputs below -15 dBm (0.031623 mW!). Many other instruments can tolerate up to 0 dBm (1 mW). Not putting enough attenuation in front of input signals has been the end to too many pieces of wonderful equipment.</span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px"><br></span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">Hopefully this is useful to you. Do let us know how things work as you progress along. I read that you were finding GNU Radio tricky. I recommend asking questions on the GNU Radio mailing list. They're a good resource for answers about all sorts of signal processing and the gottcha's of the software. And of course this list for any USRP or UHD questions you encounter.</span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px"><br></span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">Regards,</span></div><div><span style="font-size:12.8000001907349px">Derek</span></div><div class="gmail_extra"><br><div class="gmail_quote">On Mon, Jul 6, 2015 at 10:31 PM, Marcus Müller <span dir="ltr"><<a href="mailto:usrp-users@lists.ettus.com" target="_blank">usrp-users@lists.ettus.com</a>></span> wrote:<br><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left-width:1px;border-left-color:rgb(204,204,204);border-left-style:solid;padding-left:1ex">
  
    
  
  <div bgcolor="#FFFFFF" text="#000000">
    Hi Evan,<br>
    <br>
    I'm a bit confused over your use of a microphone, though. I'm making
    a sketch, and would ask you to correct me if I got anything wrong:<br>
    <img alt="Drawing of the System" src="cid:part1.02080001.09070203@ettus.com" height="498" width="779"><br>
    <br>
    I'm presuming you're actually tring to use the microphone to emit
    sound, thus making it a speaker?<br>
    <br>
    There's a bit of a problem, here:<br>
    The energy the antenna, even under perfect circumstances, will pick
    up is very little. That's a good thing, in principle -- your antenna
    is not very selective, and if the power coming from your wire would
    be sufficient, all speakers that unconnectedly lie around would
    instantly receive a lot of signals from the spectrum around you. If
    you look at the classical AM radio, you will notice that people (for
    much lower frequencies) used large antennas, which they were able to
    <i>tune</i>, very much like you tune the string of a violin, to emit
    and receive a specific frequency. This made the antenna work good as
    a receiver for a small bandwidth, the channel they wanted to
    receive, and bad for other channels. This way, you could listen to a
    station from Paris in London, even though the BBC of course had an
    overwhelmingly large signal power -- but at a different frequency,
    so by means of frequency selectivity, people were able to pick up
    the "right" channel only.<br>
    <br>
    The fact that your receiver works well if you put the transmitting
    and the receiving antenna very close to each other doesn't rely on
    this principle of reception: Whilst all the radio waves picked up by
    your wire are still very weak electrical signals in the wire, if you
    put both antennas sufficiently close to each other, they form a
    capacitor. Capacitors are very good conductors at high frequencies,
    so almost all energy produced by the SBX transmitter amplifier (it
    already has one; these 100mW don't come from nowhere :) !) is
    directly fed into microphone-used-as-a-speaker. That's not really
    radio -- almost all audio amplifier you typically see have
    capacitors between the actual amplifiers output and the speaker
    connectors (mainly to protect speaker and amplifier). <br>
    <br>
    What then happens is that a small amount of the energy passed
    through the speaker to ground actually moves the coils in your
    microphone (or the crystal, if you're using a piezo mic/speaker),
    because these mechanical things have high mass and thus large inert
    mass and low-pass character. In principle, if your microphone was a
    theoretically perfect thing, you would hear nothing -- for example,
    let's assume your radio wave has a frequency of 500 MHz, and you
    want to hear a 500 Hz tone -- in the time the membrane should have
    made a full oscillation, one million oscillations of the electric
    current induced in the antenna would have happened. If you take an
    average about whole oscillations, it's zero, no matter what you do.
    What you need to do is actually build what we call an envelope
    detector:<br>
    <br>
    <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Amplitude_modulation_detection.png#/media/File:Amplitude_modulation_detection.png" target="_blank"><img alt="Envelope detector" src="cid:part2.03040201.03030505@ettus.com" border="0" height="480" width="485"></a><br>
    As you can see in C, the audio signal is the envelope of your RF
    signal.<br>
    <br>
    So to make the best of your experiment, we have to do three things:<br>
    <br>
    a) we need to build something that selects a specific bandwidth
    equal to the bandwidth of your audio signal, so that you don't
    receive a mixture of all the signals that your antenna picks up, and<br>
    b) we need an envelope detector that "removes" the radio frequency
    from your signal, and<br>
    c) build an amplifier, so that the small electrical signal from the
    antenna can actually move the membrane.<br>
    <br>
    Point c) is the only point where you could "cheat" with more output
    power (I really don't recommend doing that; legal, health and
    neighborhood issues would be the consequence); in fact, some early
    radios with small earphones could do completely without an
    amplifier, but since this is 2015 and not 1905, the amplifier is
    actually the easiest to get part.<br>
    <br>
    a) is called a filter. You can build a filter by tuning your antenna
    (which really doesn't make much sense, since you're not doing the
    low frequencies usually associated with AM), or by actually using a
    normal antenna like yours and having a filter further down the
    signal processing chain; either directly after the antenna, or after
    a only slightly filtering radio frequency amplifier has already
    increased the voltage of the signal. Easy filters can be built by
    using an inductance/capacitor circuit (google "LC resonant
    circuit"), but it's a bit hard to make the antenna work well
    directly with these; but basically: if you play around long enough,
    you'll build a filter that works. You're lucky, because you can just
    build a filter, and then use the USRP to transmit at a lot of
    different frequencies, until you hit a frequency that your filter
    lets through well. If you then adjust the parameters of your
    components, you can tune your filter to the desired frequency.
    That's a variable filter, and these are painful to get very exact.
    Still, it's what is used in very simple radios.<br>
    <br>
    Modern Radios often use a different approach: They do what is called
    "mixing". That's basically taking the Radio signals (all radio
    signals picked up by the antenna) and moving the whole spectrum down
    (and up, but that component can be eliminated easily) by an
    adjustable frequency, so that fixed filters can select a channel.<br>
    <br>
    b) Hit Wikipedia about "Crystal radio". The trick here is that you
    simply need a rectifier to make the average-zero signal an
    average-varying one -- a simple diode (given it's fast and sensitive
    enough) will do.<br>
    <br>
    c) now that's just a normal amplifier. Use something with a high
    input impedance -- a microphone preamplifier might do well, or a
    guitar amp or so.<br>
    <br>
    All in all, building a crystal radio is a fun project -- but the
    signal theory behind and the physical basics of why the individual
    components (electromagnet waves, antennas, filters, mixers,
    detectors, semiconductors like diodes, amplifiers ...) work are
    something that electrical engineers study for years, literally. I've
    only selected a very small subset of the physical and engineering
    problems that you might meet.<br>
    <br>
    Don't let yourself be discouraged by initial hardships -- Marcus
    Leech has already pointed you to the ARRL handbook, I think.
    Although I'm in Europe, I also happen to have one of these -- they
    really introduce what we learned "the hard way" at university [1]
    much more from a radio "technicians" point of view: What does make
    the radio work? How can I built a simple one myself?<br>
    <br>
    Best regards,<br>
    Marcus<br>
    <br>
    [1] (e.g. from linear algebra and differential equations->linear
    electrical networks->field physics->wave physics->wave
    propagation->antenna theory and from
    stochastics&integrals->integral transforms->signal
    theory-> communication theory->receiver mechanics in a 5 years
    degree) <br><div><div>
    <div>On 07/06/2015 09:32 PM, Evan Chavis via
      USRP-users wrote:<br>
    </div>
    </div></div><blockquote type="cite"><div><div>
      <div dir="ltr">Hello USRP users,
        <div><br>
        </div>
        <div>I've been working with a USRP1 to transmit an amplitude
          modulated signal to a very basic improvised receiver,
          basically just a wire of length corresponding to the frequency
          I'm transmitting at attached to a microphone such that the
          microphone is picking up the signals on the wire as it would
          audible noises.  I'm using an SBX daughterboard (which can
          produce 100 mW) and a log periodic antenna (with 5-6 dbi
          gain).  I can get a decent transmission at a range of up to
          about 25 cm, although it is best at a distance of just a few
          cm.  I've got the gain set with GnuRadio as high as possible
          without causing distortion, and I'm looking to improve the
          range of possible transmission.</div>
        <div><br>
        </div>
        <div>My questions are, what do I need to consider when looking
          for an amplifier to use with a USRP, are there any special
          problems a beginner would be likely to miss when trying to use
          those 2 things together?  Also, if an amplifier's gain is
          listed at 20 dB, would that be 20 dB on top of the 31.5 the
          daughterboard is capable of outputting, or would the amplifier
          be useless in that it is capable of providing less power than
          the daughterboard itself?  And third, how is a device such as
          this one: <a href="http://www.minicircuits.com/pdfs/ZX60-V63+.pdf" target="_blank">http://www.minicircuits.com/pdfs/ZX60-V63+.pdf</a>
          powered?  The data-sheet gives the numbers 5 V and 69 mA but I
          don't see an obvious way to power it aside from just soldering
          wires onto the marked bumps that say +5 and ground, is that
          the actual intended way to do it?</div>
        <div><br>
        </div>
        <div>Many thanks for any input and have a great day</div>
      </div>
      <br>
      <fieldset></fieldset>
      <br>
      </div></div><span><pre>_______________________________________________
USRP-users mailing list
<a href="mailto:USRP-users@lists.ettus.com" target="_blank">USRP-users@lists.ettus.com</a>
<a href="http://lists.ettus.com/mailman/listinfo/usrp-users_lists.ettus.com" target="_blank">http://lists.ettus.com/mailman/listinfo/usrp-users_lists.ettus.com</a>
</pre>
    </span></blockquote>
    <br>
  </div>

<br>_______________________________________________<br>
USRP-users mailing list<br>
<a href="mailto:USRP-users@lists.ettus.com" target="_blank">USRP-users@lists.ettus.com</a><br>
<a href="http://lists.ettus.com/mailman/listinfo/usrp-users_lists.ettus.com" rel="noreferrer" target="_blank">http://lists.ettus.com/mailman/listinfo/usrp-users_lists.ettus.com</a><br>
<br></blockquote></div><br></div></div>