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Un ESP32-S3 peut servir de point de départ à des expériences SDR autour de 2,4 GHz. Au-delà de la réception : amplification, antennes directives, SSTV, images dans le waterfall et balises, avec les adaptations et mesures nécessaires.

Un autre usage du circuit radio de l’ESP32-S3

Un microcontrôleur Wi-Fi peut-il devenir une petite radio logicielle ? Le dépôt esp32-sdr-trx de Jochen Hammes explore cette possibilité sur ESP32-S3. Il s’appuie sur les travaux du projet eSpDR de h0m3us3r, qui a étudié un chemin interne non documenté donnant accès aux échantillons I/Q du circuit radio. Ces deux composantes représentent le signal sous une forme exploitable par des traitements numériques.

L’intérêt est pédagogique : observer comment un matériel courant peut servir à expérimenter la réception et certaines modulations. Le code du projet est proposé sous licence 0BSD. Cette présentation repose sur la documentation consultée le 7 octobre 2026, à une version précise du dépôt.

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Réception : autour de 2,4 GHz, avec une fenêtre étroite

La documentation annonce une plage de réglage en réception d’environ 1,84 à 2,79 GHz. Cela ne signifie pas que la carte présente des performances uniformes sur toute cette étendue : son antenne et son adaptation RF sont prévues pour le Wi-Fi à 2,4 GHz. La sensibilité diminue lorsqu’on s’éloigne de cette zone, et des limitations de syntonisation sont documentées.

Les modes proposés transmettent 250 ou 333 milliers d’échantillons I/Q par seconde, pour une largeur réellement exploitable d’environ 200 ou 266 kHz. Augmenter le débit affiché dans le logiciel de réception par interpolation n’élargit pas la portion de spectre capturée. Il faut donc choisir un signal suffisamment étroit : ce montage ne permet pas d’observer intégralement un canal Wi-Fi de 20 MHz.

L’auteur signale aussi des raies parasites proches de 2 400 et 2 440 MHz. Une trace dans la cascade peut ainsi venir du montage lui-même. Pour apprendre à lire un spectre, cette distinction entre signal reçu, bruit et artefact est aussi utile que le simple fait de recevoir.

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Ce que le traitement numérique fait dans la carte

Le chemin étudié fournit initialement des données à 16 millions d’échantillons par seconde. Envoyer tout ce flux au PC dépasserait les capacités de la liaison utilisée. Le micrologiciel réduit donc le débit dans l’ESP32-S3, avec une chaîne de décimation et de filtrage répartie sur les deux cœurs.

Le filtrage avant réduction est essentiel : conserver simplement un échantillon sur plusieurs ferait se replier des composantes du spectre dans la bande observée. Le projet emploie notamment des étages CIC et FIR pour rendre cette réduction exploitable. Le flux final contient des composantes I/Q sur 8 bits.

Cette architecture illustre un arbitrage concret : une fenêtre de réception limitée, mais un traitement embarqué qui rend l’expérience possible sans ajouter de FPGA. Elle donne une bonne base pour comprendre pourquoi débit numérique, débit USB et largeur de bande radio doivent être considérés ensemble.

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Matériel et logiciel : commencer par la réception

La configuration testée par l’auteur est une carte de développement ESP32-S3-WROOM-1 dotée de deux ports USB-C, reliée à un ordinateur sous Linux. L’un des ports passe par un pont USB-UART ; l’autre donne accès à l’USB natif. Deux câbles capables de transporter des données sont nécessaires dans cette configuration.

Le guide d’installation prévoit un environnement Python récent, à partir de Python 3.10. Des paquets publiés évitent de reconstruire systématiquement tout le micrologiciel. Les règles Linux indiquées dans le guide servent notamment à éviter que ModemManager ne perturbe la communication. Windows et macOS sont indiqués comme non testés : une carte vendue simplement comme « ESP32 » ne suffit pas non plus à garantir la compatibilité.

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Afficher les signaux dans SDR++

La commande de réception espdr-rx charge par défaut le micrologiciel en mémoire vive et ouvre une interface rtl_tcp locale sur le port 1234. SDR++ peut utiliser sa source RTL-TCP pour se connecter à cette interface. Le nom du protocole décrit ici la liaison avec le logiciel ; il ne transforme pas la carte en récepteur RTL-SDR multibande.

Pour une première expérience, l’objectif raisonnable consiste à vérifier la connexion, observer le bruit de fond puis identifier un signal connu dans la fenêtre disponible. Il est préférable de rester avec le chargement en mémoire vive prévu par défaut : l’option de programmation de la mémoire flash peut remplacer le programme déjà présent sur la carte.

Conserver les paramètres et comparer plusieurs observations aide à distinguer une limitation de la chaîne RF d’un problème logiciel. Les indications de niveau ne doivent pas être prises pour des mesures de puissance étalonnées.

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Émission : FM, BLU et RTTY, avec un micrologiciel distinct

Le projet comprend aussi un chemin d’émission expérimental. L’outil espdr-tx expose la FM étroite, la bande latérale unique supérieure ou inférieure et le RTTY. Il accepte notamment des fichiers audio, une entrée audio ou du texte selon le mode. La plage de réglage proposée par cet outil va de 2 320 à 2 450 MHz ; elle décrit une capacité technique, pas une autorisation d’émettre sur toute cette plage.

La FM utilise par défaut une excursion de ±2,5 kHz. Pour le RTTY, les valeurs par défaut sont un décalage de 170 Hz et une vitesse de 45,45 bauds. La réception et l’émission emploient des micrologiciels distincts : le montage ne reçoit pas simultanément pendant qu’il émet.

La puissance annoncée dans le guide reste de l’ordre de quelques microwatts, avec une forte incertitude. Les harmoniques et les émissions parasites n’y sont pas caractérisées. Un amplificateur ne peut donc pas être ajouté en présumant que le signal obtenu sera propre. Avant tout essai rayonné, il faut vérifier le cadre applicable, la fréquence, le mode et les caractéristiques du signal.

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La stabilité en fréquence reste une limite importante

À 2,4 GHz, une erreur de quartz de 10 ppm représente environ 24 kHz. Un écart faible à l’échelle du microcontrôleur devient donc significatif pour une modulation étroite. Le guide prévoit une correction statique en ppm, à déterminer à partir d’une référence connue.

La température ajoute une dérive au cours du fonctionnement. Le projet propose une compensation fondée sur un modèle propre à la carte. En mode automatique, ce modèle doit être disponible pour que la correction soit utilisée ; il ne faut pas supposer que les paramètres établis sur un exemplaire conviennent à tous les autres.

Pour une expérimentation reproductible, noter la température, laisser le montage se stabiliser et contrôler sa fréquence avec un équipement de référence sont des étapes pertinentes. Cela permet de juger le résultat sur des observations, au-delà de l’apparition d’une voix dans un récepteur.

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Et le LoRa ?

Une branche de recherche explore également la génération de signaux LoRa dans la bande des 13 cm. Ces travaux sont distincts des modes exposés par l’outil d’émission courant et leur validation reste limitée dans la documentation consultée. Ils ne constituent pas une solution LoRaWAN à 868 MHz, ni un remplacement prêt à l’emploi d’un nœud Meshtastic ou MeshCore.

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Ampli et antennes directionnelles : construire une vraie chaîne RF

Pour dépasser la démonstration sur une carte seule, on peut envisager une sortie RF accessible en 50 ohms, un étage pilote, un amplificateur de puissance adapté à la fréquence, un filtre de sortie et une antenne externe. C’est une architecture proposée, pas un montage validé par le dépôt. La carte testée utilise une antenne intégrée : un accès RF externe et son adaptation doivent être confirmés sur le modèle choisi.

Le gain nécessaire peut être important. À titre d’exemple, une source mesurée à 10 µW délivre −20 dBm ; atteindre 100 mW, soit +20 dBm, demande 40 dB de gain net. Ces valeurs servent uniquement à dimensionner un scénario : la puissance réelle de chaque carte, les pertes et la propreté du spectre restent à mesurer. Un module Wi-Fi annoncé « 2,4 GHz » n’est pas automatiquement adapté à 2 308 ou 2 320 MHz, ni à une modulation BLU.

En émission, la linéarité et le recul par rapport à la saturation sont déterminants, surtout en BLU et pour les images dans le spectre. Le filtre doit atténuer les produits hors bande ; il ne supprime pas une distorsion déjà présente dans la bande utile. En réception, le « préampli devant » est un LNA : placé près de l’antenne, il peut limiter l’impact du câble et du bruit des étages suivants, mais un gain excessif peut saturer le récepteur. Le placement du filtre, avant ou après le LNA, dépend du compromis entre protection contre les signaux forts et sensibilité.

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Une liaison entre deux points avec panneaux ou paraboles

Un premier usage avancé serait une liaison expérimentale entre deux stations fixes en vue directe, avec des antennes panneaux, hélices ou paraboles adaptées à la fréquence. L’antenne directionnelle concentre l’énergie vers l’autre station et apporte du gain en réception. Ce gain se paie par un pointage plus précis ; les pertes des câbles et l’accord des polarisations comptent aussi.

Un calcul illustratif permet de fixer les ordres de grandeur. À 2,32 GHz et 100 km, l’atténuation en espace libre est proche de 139,8 dB. Avec 100 mW émis, une antenne d’émission idéale de 0 dBi et une antenne de réception de 24 dBi, le niveau théorique reçu est d’environ −95,8 dBm, avant les pertes et les évanouissements. Ce n’est pas une promesse de portée : il faut encore connaître le seuil de décodage, la géométrie et la marge de liaison.

Une petite station de radio-club pourrait ainsi comparer les antennes et les filtres, ou tester une transmission d’image entre deux sites. Une fréquence et une puissance adaptées au cadre local doivent être retenues avant les essais rayonnés.

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Quelles antennes choisir chez RF-Market ?

Pour débuter avec une antenne directive, le panneau Wi-Fi bibande 8 dBi proposé par RF-Market offre un faisceau annoncé de 90° à l’horizontale et 40° à la verticale. Sa fiche indique une plage de 2,4 à 2,5 GHz et un connecteur N femelle. Ce format constitue une piste pour les premiers essais au sol, avec un pointage moins exigeant qu’une antenne à faisceau étroit.

Pour une liaison fixe plus directive, le panneau 2,4 GHz 16 dBi de la boutique annonce une couverture de 2,4 à 2,5 GHz, une impédance de 50 ohms et un connecteur N femelle. Les ouvertures indiquées sont de 28° à l’horizontale et 23° à la verticale. Sa fixation sur mât convient à une station au sol ; sa polarisation peut être verticale ou horizontale.

La parabole grillagée 2,4 GHz 24 dBi disponible au catalogue RF-Market constitue une autre piste pour une station fixe ou un suivi au sol doté d’un pointage adapté. La fiche annonce un connecteur N et une polarisation horizontale ou verticale. Son gain supérieur implique un alignement plus précis. La mention de puissance admissible de l’antenne n’indique pas la puissance que peut fournir l’ESP32-S3.

Ces modèles sont proposés pour des expériences autour de 2,4 GHz avec une sortie RF externe adaptée et des raccordements vérifiés. Les panneaux documentés à partir de 2,4 GHz ne sont pas qualifiés par leur fiche pour 2 308 ou 2 320 MHz : à ces fréquences, il faut une antenne spécifiée pour la bande ou des mesures d’adaptation et de rayonnement. Pour une nacelle de ballon, les antennes directives citées ici visent la station au sol. Vérifier la disponibilité sur les fiches avant de prévoir le montage.

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Envoyer une photographie en SSTV

La piste la plus directe pour les images consiste à produire un fichier audio SSTV avec pySSTV, puis à l’utiliser comme entrée du mode FM du projet. pySSTV propose notamment le mode Robot36. La chaîne envisagée est : photographie, conversion en audio, modulation FM, réception FM puis décodage SSTV. C’est une hypothèse d’intégration à tester ; aucune transmission SSTV complète avec cet ESP32-S3 n’est démontrée ici.

Le test initial devrait utiliser une mire stockée sur le PC, sans caméra ni ballon. Il faut vérifier le niveau audio, la réponse fréquentielle et les traitements de préaccentuation ou de gain pour conserver les tonalités. On mesurera ensuite la qualité des images et le taux de réussite selon le niveau reçu.

Après cette validation, une caméra et un petit ordinateur compagnon pourraient prendre des photos, les redimensionner et préparer l’audio. Le logiciel actuel fonctionne avec un hôte connecté en USB : une charge utile autonome demanderait soit ce compagnon, soit un portage de l’encodage et du contrôle dans le micrologiciel. Une carte ESP32-CAM classique n’est donc pas un remplacement immédiat de la carte ESP32-S3 documentée.

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Ballon stratosphérique : l’image expérimentale et le suivi séparé

Une application ambitieuse serait une charge utile de ballon amateur envoyant périodiquement une photo en SSTV. La station au sol utiliserait une antenne directionnelle suivie en azimut et en élévation ; à bord, une couverture plus large serait préférable à un faisceau étroit, car la nacelle tourne. La polarisation, le Doppler, le froid, la dérive du quartz et l’autonomie deviennent des contraintes centrales.

Je proposerais de conserver une liaison de suivi indépendante pour la position et l’état de la charge utile. Project Horus fournit un exemple existant de chaîne de télémétrie pour ballons, mais son modem ne se branche pas automatiquement sur les modes actuels d’esp32-sdr-trx. La liaison image à 2,3 GHz serait d’abord une expérience complémentaire, après essais au sol et vérification des règles radio et aéronautiques du vol.

Pour une mission privilégiant la récupération des images malgré des pertes de liaison, SSDV mérite également l’étude. Le projet de fsphil transforme des JPEG en paquets, et Pi In The Sky l’intègre dans un système pour ballons. Cela offre une référence concrète pour concevoir une charge utile. SSDV est un format de transport d’images, pas un modem : son utilisation avec l’ESP32-S3 exigerait un transport de données et une intégration supplémentaires ; la commande RTTY de texte seule ne suffit pas.

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Dessiner un indicatif ou une image dans la cascade SDR

Une autre forme d’image apparaît directement dans le waterfall, sans décodeur SSTV. PhantomGram transforme les lignes d’une image en un ensemble de tonalités audio, dont l’amplitude représente la luminosité. Envoyé en BLU, cet audio produit un motif que le spectrogramme du récepteur peut afficher. Le projet polygon/spectrum_painter réalise un principe comparable en générant des flux I/Q.

Pour esp32-sdr-trx, la voie audio avec le mode BLU paraît la plus accessible : commencer par un indicatif ou une mire très simple, dans quelques kilohertz de bande audio, puis ajuster la durée des lignes et les paramètres FFT de l’affichage. L’import direct du flux I/Q de spectrum_painter n’est pas une fonction de l’outil actuel.

Cette proposition reste à valider sur le matériel. Un dessin exige plusieurs tonalités simultanées ; leurs crêtes mettent à l’épreuve la chaîne de modulation et l’amplificateur. Une bande audio raisonnable et un niveau sans écrêtage sont donc plus utiles qu’une grande image. Cet usage convient à une démonstration de club ou à une signature visuelle ponctuelle, plutôt qu’à l’envoi efficace de photographies.

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Une balise économique : et la fréquence de 2 308 MHz ?

Une balise pourrait envoyer périodiquement l’indicatif, le locator et une température en RTTY, avec des séquences de mesure. Ce serait un projet de développement : ordonnanceur, surveillance de l’alimentation, reprise après panne et gestion thermique. Le coût de la carte est faible, mais le budget complet doit inclure l’hôte éventuel, la chaîne RF, le filtrage, l’antenne et les moyens de mesure. Aucun prix global fiable ne peut être annoncé à ce stade.

À 2 308 MHz, un obstacle est immédiat : la commande d’émission documentée accepte seulement 2 320 à 2 450 MHz. La plage du récepteur ne prouve pas que l’émetteur peut fonctionner correctement à 2 308 MHz. Il faudrait étudier puis qualifier un micrologiciel adapté ou une conversion de fréquence externe, y compris la puissance, la stabilité et les produits parasites.

Le plan IARU Région 1 consulté mentionne 2 308–2 310 MHz comme segment alternatif de bande étroite en Suisse (HB), et prévoit un segment de balises à 2 320,800–2 321,000 MHz. Ces recommandations ne constituent pas une autorisation nationale. Pour une installation en France, le choix de fréquence doit être confronté aux règles applicables et à la coordination des balises ; 2 308 MHz ne doit pas être présenté comme une fréquence universelle de balise.

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D’autres expériences à construire progressivement

Une station de comparaison d’antennes serait une première réalisation utile : source stable à faible puissance, géométrie répétable, réception enregistrée et alternance des antennes. Elle permettrait de comparer des configurations sans présenter le niveau affiché par l’ESP32 comme une mesure absolue étalonnée.

Un réseau de récepteurs pourrait aussi enregistrer une balise coordonnée pour observer les variations de propagation et l’effet de la météo ou du pointage. Chaque station conserverait la fréquence, la température, les réglages et la durée d’observation, afin de rendre les comparaisons interprétables.

Enfin, un atelier pédagogique pourrait proposer trois niveaux : réception et identification des artefacts ; SSTV entre deux stations ; puis indicatif dans le waterfall en BLU. L’ordre recommandé est de valider le décodage sans ampli, de qualifier ensuite une chaîne RF externe, puis d’envisager l’autonomie et le ballon. Les usages décrits dans ces sections sont des pistes d’expérimentation, pas des performances établies de ce projet.

Notre regard : un projet pour apprendre et mesurer

Pour un passionné de SDR, l’intérêt de ce dépôt tient à la chaîne complète qu’il rend visible : acquisition I/Q, filtrage, transport des données, affichage et expérimentation de modulations. On peut y étudier des choix d’architecture sur un matériel accessible, en acceptant une bande utile réduite et une RF à caractériser.

Le meilleur point de départ est la réception, avec une carte correspondant à la configuration documentée. L’émission vient ensuite, dans un cadre maîtrisé et avec des moyens de mesure adaptés. En France, les conditions d’exercice du service amateur et les règles d’utilisation des fréquences doivent être vérifiées auprès des sources officielles de l’ANFR. L’accès à une commande logicielle ne dispense pas de ces vérifications.

Ce projet mérite donc l’attention des expérimentateurs qui souhaitent comprendre le fonctionnement d’une radio logicielle et contribuer par des mesures documentées. Un futur essai RF-Market pourrait comparer plusieurs cartes, vérifier la stabilité et observer le spectre d’émission ; ces mesures restent à réaliser.

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