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SDRLab H4M（HackRF PortaPack）— 完整指南

一句話總結：H4M 是現行世代的 HackRF One PortaPack——一個 3.2 吋觸控螢幕外殼，把 1 MHz–6 GHz 的 SDR 收發器變成獨立的手持無線電實驗室，靠電池運作、不需要電腦。Mayhem 韌體把它變成音訊接收器、頻譜分析儀、訊號錄音機與更多工具。

適用裝置：SDRLab H4M（HackRF One 相容射頻主機板與 PortaPack H4M 面板組合）。
適用對象：大專院校理工科研究生、實驗室專案研究人員（初次接觸軟體定義無線電 SDR）。
參考韌體：PortaPack-Mayhem v2.4.0 官方發行版（硬體目標 hackrf）。
手冊版本：03 ｜ 更新日期：2026-10-03 ｜ 發佈平台：doc.yupitek.com（繁體中文正式版）

型號區隔重要提醒

SDRLab H4M 與 H4M Pro 在射頻架構、主機板修訂、電源管理（內建鋰聚合物軟包 vs 18650 電池）及時鐘電路上均有顯著不同。請勿交叉套用 H4M Pro 的專屬韌體（firmware_hpro.bin）、SD 資源包或刷寫指令，以免造成裝置故障。本手冊只適用 H4M；如果你的裝置是 H4M Pro，請閱讀 H4M Pro 手冊。

目錄​

00 先讀我：安全 5 原則與學習路線圖​

軟體定義無線電（SDR, Software-Defined Radio）是極為強大的研究與教學工具。在開始任何操作之前，請全體讀者務必恪守以下 5 項核心原則：

射頻安全防護關卡

開始之前，請記住安全 5 原則
  1. 先練習「純接收」：本手冊前半部只專注於訊號的接收、頻譜觀察與資料解調，不涉及任何發射操作。
  2. 發射（TX）與重放（Replay）必須取得實驗室書面授權：嚴禁以天線進行空中輻射發射練習。所有發射實驗必須在完全受控的有線同軸鏈路中進行，並經指導教授或實驗室管理者書面審核。
  3. 天線只用於接收：裝上天線時，切勿啟動任何發射或重放功能。
  4. Bias-Tee 與 RF Amp 預設保持 OFF：初學接收與一般實驗不需要開啟同軸供電（Bias-Tee）或內部射頻前置放大器（RF Amp），避免燒毀輸入端。
  5. 有疑問立即停機諮詢：所在地法規（如台灣 NCC《電信管理法》）及學校實驗室規範具有最高法律效力；遇到異常發熱、訊號過載或不明操作時，請立即斷電並向指導教授或實驗室管理者請益。

核心限制與法律規範​

  1. 接收邊界：接收並解調合法公開的廣播訊號（如商用 FM 廣播）屬於合法學習範疇。然而，未經授權攔截、記錄、公開或解密非公開通訊（如警消、軍用、航空、他人私人通訊）受刑法及電信法規嚴格規範與處罰。
  2. 發射許可：業餘無線電頻段發射需要執照與合規電台；ISM 頻段亦有嚴格的功率與場強限制。有線實驗即使不產生空中輻射，亦必須遵守設備電氣安全界限。Great Scott Gadgets（GSG）公開文件將 HackRF One 的最大接收輸入標示為 −5 dBm；這是應避免接近的損壞界限，不是正常工作目標。H4M 是相容衍生硬體，實際額定請以供應商資料確認；規格不明時，請停止操作並詢問指導教授或實驗室管理者。

學習路線圖​

核心物理量快速導讀：dB 與 dBm​

在射頻領域中，我們會頻繁遇到 dB 與 dBm：

  • dB（分貝，Decibel）：代表兩個功率的相對比值，計算公式為 dB = 10 * log10(P1 / P2)。
    • +3 dB 代表功率增為 2 倍；-3 dB 代表功率減半。
    • +10 dB 代表功率為 10 倍；+30 dB 代表功率為 1,000 倍。
    • 衰減器標示 30 dB，表示通過的訊號功率會被衰減為原來的 $1/1000$。
  • dBm（毫瓦分貝）：代表相對於 1 mW（毫瓦） 的絕對功率值，計算公式為 P(dBm) = 10 * log10(P(mW) / 1 mW)。
    • 0 dBm = 1 mW。
    • +10 dBm = 10 mW；+20 dBm = 100 mW。
    • -5 dBm ≈ 0.316 mW（GSG 文件中 HackRF One 的最大接收輸入界限；H4M 以供應商資料為準）。
  • 運算規則：發射功率（dBm）減去衰減量與線損（dB）等於接收端輸入功率（dBm）：

P_RX = P_TX - 衰減量 - 線損


---

## 01 15 分鐘快速上手（第一次成功：收聽 FM 廣播）

![15 分鐘快速上手流程](/img/sdrlab/h4m/h4m-00-1.png)


本節旨在讓你在 15 分鐘內體驗到軟體定義無線電的魅力，建立信心後再深入各項原理。

| 步驟 | 核心動作 | 預期成果 |
|:---:|---|---|
| **Step 1** | 將你的接收天線鎖到 `ANT` 端子（盒內是否附天線依訂單而定，見第 02 章） | 天線固定良好，手指轉緊即可 |
| **Step 2** | 確認 microSD 卡已插入機身卡槽（若尚未準備可先跳過，仍可開機測試） | 卡片卡扣就位 |
| **Step 3** | 將 `POWER` 開關撥至 ON（位置以機身絲印為準） | 螢幕亮起，顯示 Mayhem 主選單 |
| **Step 4** | 透過旋鈕與方向鍵進入 **Receive** → **Audio** | 進入音訊接收介面 |
| **Step 5** | 將 `mode` 切換為 **WFM**，輸入你所在地電台的 FM 頻率（查詢方式見附錄 A），慢慢調大 `volume` | 揚聲器傳出清晰廣播聲，畫面上出現顯著訊號峰 |

### 快速上手操作步驟

```text
主選單 (Main Menu)
  └─ Receive
       └─ Audio
            ├─ mode: WFM
            ├─ frequency: 你所在地電台的頻率（請見附錄 A）
            ├─ Amp: OFF
            ├─ gain: 先保持低檔位，聽不到再逐步調高
            └─ volume: 依聽感調整
  1. 接妥天線：將天線接頭對準機身 ANT SMA 母頭，順時針用手指旋緊。若使用伸縮天線，可拉長到約 75 cm（約為 100 MHz 的 1/4 波長）。
  2. 開機進入介面：撥動電源開關開機。在主畫面中，按方向鍵選擇 Receive，按中央確認鍵進入；接著選 Audio 並按中央鍵確認。
  3. 設定調變模式：使用方向鍵將游標移至 mode 欄位，轉動旋鈕切換為 WFM（寬頻調頻廣播）。
  4. 設定頻率：移至 frequency 欄位，輸入你所在地電台的頻率。請先到該電台的官方網站查詢；每個地區的頻率不同，不要直接抄別人的數字。
  5. 安全調整音量：確認畫面上的 Amp 保持為 OFF。慢慢旋轉調整 volume，即刻可聽見熟悉的電台廣播聲音！
  6. 安全退出：按實體 Back 鍵（或選取畫面上的返回項目）退出至主選單。

恭喜！你已經成功完成了第一次 SDR 射頻接收！接下來請跟隨手冊完整建立系統環境。

02 認識 H4M 硬體與控制介面​

SDR 訊號鏈運作原理

概念：H4M 如何運作​

HackRF 將頻譜數位化；PortaPack 提供人機介面；Mayhem 韌體提供應用程式。不需要電腦——H4M 就是完整的實驗室。

盒內配件清點​

項目典型內容說明
PortaPack H4M擴充外殼，含 3.2 吋霧面觸控螢幕、旋轉滾輪、喇叭、麥克風包含上層壓克力保護板與控制總成
HackRF One（或 R10C）H4M 所安裝的 SDR 主機板1 MHz – 6 GHz 半雙工收發核心
天線組寬頻伸縮天線（40–6000 MHz）+ 頻段專用天線依採購組合提供不同增益天線
傳輸纜線USB-C 資料傳輸線、SMA 公對公連接線支援數據傳輸與有線回放測試
額外配件（依套件而定）20 dB 功率放大器、可充鋰電池、專用便攜盒實驗室進階選配

規格一覽​

HackRF One（無線電核心）​

項目規格
頻率範圍1 MHz – 6 GHz
操作模式半雙工收發器（Half-Duplex Transceiver）
取樣率2 – 20 Msps（正交 Quadrature）
解析度8 位元 I / 8 位元 Q
傳輸介面高速 USB（H4M 套件採用 USB-C）
天線連接埠SMA 母座，50 Ω
天線埠直流供電軟體控制 Bias-Tee，最大 50 mA @ 3.0–3.3 V（預設保持 OFF）
最大 RX 輸入-5 dBm（超過將造成射頻前端永久損壞！）
最大 TX 輸出+10 dBm（10 mW）；典型值 0 至 +5 dBm
時脈同步CLK IN / CLK OUT（支援高精度 TCXO 同步）

PortaPack H4M（外殼與人機介面）​

項目規格
顯示器3.2 吋 240×320 霧面 LCD 觸控螢幕
控制元件方向鍵、360° 旋轉滾輪（平面設計）、選擇按鈕、實體電源開關
音訊系統內建喇叭、內建麥克風（撥動開關）、3.5 mm 耳機／麥克風複合插孔
儲存介面microSD 卡槽（FAT32 格式，應用程式、日誌與錄音必備）
電池模組2500 mAh 可充電鋰聚合物電池，含獨立管理 IC 與電量監控
充電接口USB-C，附真正的實體開／關撥動開關
擴充介面GPIO 端口（支援 I2C 通訊），供外接 GPS 接收器等模組
外殼材質黑色塗鴉透明壓克力注塑保護殼

H4M 相較於舊款 H2 的主要改進​

  • USB-C 取代 Micro-USB：供電更穩固，相容現代充電線。
  • 實體電源開關：具備真正的 ON/OFF 切換開關，徹底杜絕待機漏電。
  • 內建音訊總成：內建揚聲器與麥克風並具備自動偵測切換。
  • I2C 擴充 GPIO：可外接硬體 GPS 模組。
  • 平坦化外觀設計：更加輕薄便攜。

兩層架構解析​

H4M 兩層模組化架構

SDRLab H4M 採用模組化疊層架構：

  1. 底層：射頻主機板（HackRF One 相容核心）：
    • 負責射頻調諧、混頻、I/Q 取樣與數位訊號轉換。
    • 射頻範圍標稱為 1 MHz – 6 GHz（各頻段靈敏度依濾波與天線而異）。
    • 核心收發晶片為半雙工架構（同時間只能接收或發射）。
  2. 頂層：PortaPack H4M 面板：
    • 搭載微控制器、觸控彩屏、導航控制輪、按鍵、揚聲器、microSD 卡槽與內建鋰電池。
    • 運行開源 Mayhem 韌體，使 H4M 成為無需外接電腦即可獨立運作的掌上型頻譜與無線電終端。

盒內配件清點​

請依你的訂單與出貨清單逐項清點。下列是常見項目，不一定每份訂單都有，不要因為商品照片有就認為是標準配件：

  • SDRLab H4M 主機
  • USB 資料連接線（接頭型式依批次而定）
  • 接收天線（SMA 公頭；是否隨附依訂單而定）
  • 其他選購天線（例如特定頻段的膠棒天線）

如果有缺件、外觀損傷或連接埠變形，請先拍照留存，再聯絡供應商。Yupitek 不附 microSD 卡，也不預載資源，請自備（見第 03 章）。

實體接口與端子定義​

接口辨識準則

接線時請一律以機身金屬殼或外殼絲印文字為準，切勿單憑手冊或網路照片的方向猜測！

絲印名稱物理介面核心用途初學階段連接建議
ANTSMA 母頭（外螺內孔）射頻輸入／輸出端子可以連接（僅限純接收天線）
CLK INSMA 母頭外部參考時鐘輸入（規格請查原廠資料）先不要連接（規格未確認前保持空置）
CLK OUTSMA 母頭參考時鐘輸出（規格請查原廠資料）先不要連接（規格未確認前保持空置）
POWER撥動開關電源總開關（ON / OFF）依操作需求開啟或關閉
USB 埠Type-C 端子充電與電腦通訊（HackRF 模式）依用途連接可信電腦或電源；若機身有多個 USB 埠，以絲印標示的用途為準，不要同時接兩個
microSDTF 彈壓式卡槽儲存韌體擴充應用（APPS）、設定與錄音關機狀態下插拔專用記憶卡
GPIO排針端子外部除錯與硬體擴充介面（接腳定義請以原廠資料為準）嚴禁連接（保持懸空，防止短路）

控制元件統一命名與操作指引​

為確保操作步驟清晰無誤，本手冊全文統一使用以下控制元件名稱：

控制元件名稱對應硬體核心操作功能
旋鈕（Dial）可旋轉之滾輪／編碼器改變當前選取欄位的數值（如調整頻率數字、音量大小、增益等級）
方向鍵（D-pad）上下左右導航鍵或方向搖桿在螢幕各欄位與功能表之間移動選取游標（焦點）
中央確認鍵（Select）旋鈕中心按下或中央實體鍵確認選取、進入子選單或觸發動作
返回鍵（Back）機身上標示 Back 的實體按鍵，或畫面上的返回項目退出當前 App、返回上一層選單
觸控螢幕（Touchscreen）觸控面板輕觸直接選取目標（若觸控沒有反應，請改用旋鈕與方向鍵，並避免大力按壓螢幕）

接收天線安裝指南​

接收天線類型與頻段選擇

  1. 檢查接口形式：H4M 機身的 ANT 接頭為標準 SMA 母頭（外螺紋，中心為金屬插孔）。隨附天線接頭應為標準 SMA 公頭（內螺紋，中心有金屬針）。請目視確認中心針筆直無偏折。
  2. 安裝動作：將天線垂直對準 ANT 端子，輕推就位後，用手指旋轉外金屬螺套直到鎖緊。
  3. 安全警語：切勿使用板手或鉗子暴力鎖死，也不要在天線未固定時旋轉整台主機，以免造成 SMA 端子內部排針扭斷或焊點破裂。

03 採購與必備器材清單​

1. 純接收自備清單（每位讀者必備）​

開始前準備清單

  • microSD 卡：建議容量 16 GB 至 32 GB

microSD 選購重點與相容性

記憶卡等級與掉樣本風險比較：

  • 規格：建議 16 GB 至 32 GB，Class 10 / A1 等級，向可靠通路購買真品。這些標章只是入門的保守選擇，不保證高取樣率錄製時完全不丟樣。
  • 原因：大容量卡預設常為 exFAT，不代表舊版韌體一定能讀；容量越大也越容易買到擴容偽卡。
  • 購買後請保留發票與卡片型號，格式化前先測試完整容量與可寫性（測試可能清除全部資料，請使用可信來源的測試軟體，並確認選對磁碟）。
  • microSD 讀卡機：
    • 用於將 Mayhem SD 資源包解壓縮寫入記憶卡根目錄。
  • 可信電腦與作業系統：
    • Windows 10/11、macOS (Intel/Apple Silicon) 或 Linux (Ubuntu/Debian)。
  • 被動接收天線：
    • 隨附伸縮天線（適合 70 MHz – 1 GHz）或特定頻段膠棒天線（如 433 MHz / 915 MHz）。

2. 實驗室有線安全套件清單（進行第 10 章實驗時由實驗室統一提供）​

接收組與有線實驗組配件清單

有線實驗防護原則

進行任何射頻發射（TX）或重放（Replay）實驗時，嚴禁將兩台 SDR 的 ANT 端口以同軸線直接互連！若無足夠衰減，發射功率將直接燒毀接收端低雜訊放大器（LNA）。

  • 50 Ω 射頻同軸電纜：優質雙層遮蔽 RG-316 或 RG-142，SMA 公對公接頭。
  • 固定射頻衰減器組（Attenuators）：
    • 阻抗：50 Ω。
    • 耐受功率與衰減量：必須依第 10.3 節的功率預算計算後選用，首級衰減器要能承受發射端的最大功率。
    • 附錄 B 的規格只是常見配置舉例，不能直接當作安全依據；30 dB 也不是通用的安全值。
  • 隔直器（DC Block）：
    • 串聯於射頻鏈路中，物理阻絕任何直流偏置電壓，保護敏感前端晶片。
  • 50 Ω 射頻假負載（Dummy Load）：
    • 用於終端阻抗匹配吸收功率，非直接保護接收端。
  • 第二台獨立接收量測設備：
    • 頻譜分析儀、功率計，或另一台受完整衰減保護的 SDRLab H4M / HackRF One。

3. 官方軟體與資源下載管道​

韌體版本與 SD 資源包匹配原則

請務必從官方開源儲存庫下載，切勿使用來路不明的網盤或二次打包映像檔：

  • Mayhem 官方發行頁：GitHub portapack-mayhem Releases
  • 本手冊使用的範例版本：Mayhem v2.4.0（出廠版本不一定相同，請先在 About 頁確認你的版本；若是舊 nightly 或與 v2.4.0 不同，先向供應商確認升級路徑，不要直接覆蓋）
    • SD 資源包：COPY_TO_SDCARD_hackrf_mayhem_v2.4.0.zip（若記憶卡空間有限可選 ...-no-world-map.zip）
    • 韌體包（只在已決定更新韌體時才下載）：FIRMWARE_mayhem_v2.4.0.zip。壓縮檔內含多個硬體目標，H4M 使用 firmware_hackrf.bin，不要使用 firmware_hpro.bin

下載檔案 SHA-256 檢查碼計算指南​

下載完成後，請在終端機中計算雜湊值，並與官方發行頁（GitHub Releases）上的 SHA-256 比對，確保檔案完整、來源正確。如果還不熟悉終端機，請先看第 08 章的「第一次使用終端機」：

  • Windows（PowerShell 或 CMD）： 
    certutil -hashfile COPY_TO_SDCARD_hackrf_mayhem_v2.4.0.zip SHA256
  • macOS（Terminal）： 
    shasum -a 256 COPY_TO_SDCARD_hackrf_mayhem_v2.4.0.zip
  • Linux（Bash）： 
    sha256sum COPY_TO_SDCARD_hackrf_mayhem_v2.4.0.zip

04 開箱、充電與第一次開機​

4.1 充電安全與電源管理​

鋰電池充電驗證與狀態燈號流程

H4M 使用內建鋰聚合物軟包電池，不是可以自行更換的 18650 電池。請不要開啟機身，也不要自行更換電池。

  1. 使用規定的電源：請使用符合供應商規定的 USB 電源與可傳輸電力的線材；不要使用來源不明的充電器。
  2. 確認充電埠：若機身有多個 USB 埠，先確認哪一個是充電用途，不要同時接上用途不明的兩個埠。
  3. 開機後查看電池狀態：在主畫面或選單中查看電池圖示或 Battery 狀態。
    • charging：表示正在充電。
    • holding：表示目前沒有在充電。可能的原因包括電池已充飽，或電源、線材、埠的狀態不符。不要直接判定電池故障。
  4. H4M 與 H4M Pro 的充電行為不同：不要套用 H4M Pro 的規則。如果你看到的狀態與預期不符，請停止並向供應商確認你的批次行為。
  5. 異常處置：若充電過程中發現機身異常發熱、外殼鼓脹、漏液或有異味，請立即拔除 USB 線，不要再充電，也不要拆開電池，並通知實驗室管理者。

4.2 首次開機自檢（Self-Check）​

  1. 環境準備：將 H4M 放置於絕緣、穩固的工作桌面上。
  2. 開機動作：將機身 POWER 開關推向 ON 位置。
  3. 開機畫面查驗：
    • 螢幕亮起並載入 Mayhem 啟動畫面。
    • 主畫面上方會顯示時間、microSD 卡狀態圖示、電池電壓與狀態。
    • 主畫面中央為功能選單（例如 Receive、Transmit、Capture、Replay 等，實際項目依版本而異）。
  4. 檢查韌體版本字串：

先確認實機版本

  • 在主畫面或 Settings 中找到 About（版本資訊）。不同版本的位置可能略有不同。
  • 記錄畫面上的完整版本字串（例如 Mayhem v2.4.0，或帶有日期與提交碼的字串），並拍照留存。
  • 這個版本字串決定你在第 05 章該下載哪一組資源包。
  1. 關機動作：操作完畢後，建議先透過返回鍵退回主選單，再將 POWER 開關推向 OFF。

4.3 電池容量設定（選用）​

只有在你能從電池標籤或供應商文件確認這一批的實際容量時，才需要這一步。

  1. 進入 Settings → Battery（若有 Capacity 欄位）。
  2. 先記下原本的數值，再輸入實際的 mAh，儲存並重新確認。
  3. 如果你的版本沒有這個欄位，可以略過。

容量設定只影響剩餘電量的估算，不會增加電池的實際容量。

05 準備 microSD 卡與部署資源包​

microSD 卡 FAT32 格式化流程

microSD 卡是 H4M 運行外部 App（如 Audio 接收、Capture 錄音、頻譜分析）的必要儲存媒介。若未插卡或檔案結構不正確，主選單的許多圖示將顯示為灰色無法點擊，或出現 ExtAppErr 錯誤。

5.1 各作業系統格式化 FAT32 指南​

請務必將 microSD 卡格式化為 FAT32 檔案系統（Master Boot Record 分割區表）：

點擊展開：Windows 格式化步驟
  1. 將卡插入讀卡機並連接電腦。
  2. 開啟「檔案總管」，在該磁碟機代號上按滑鼠右鍵，點選「格式化」。
  3. 檔案系統選擇 FAT32，配置單元大小選擇「預設配置大小」。
  4. 勾選「快速格式化」，點擊「開始」。 (若卡片大於 32 GB 且系統選單沒有 FAT32，請先查閱 Mayhem 官方格式化說明，再使用可信來源的工具。)
點擊展開：macOS 格式化步驟
  1. 開啟「磁碟工具程式（Disk Utility）」。
  2. 於左側選取外接記憶卡裝置，點擊上方「清除（Erase）」。
  3. 名稱輸入 H4M，格式選擇 MS-DOS (FAT)，架構選擇 主開機紀錄 (MBR)。
  4. 點擊「清除」完成格式化。 (或在 Terminal 執行：diskutil eraseDisk FAT32 H4M MBRFormat /dev/diskN，請確認 diskN 編號)。
點擊展開：Linux 格式化步驟
先確認磁碟代號

格式化會清除整張卡的資料。請用容量與裝置名雙重確認是 microSD 卡，選錯會清除其他磁碟。

  1. 透過 lsblk 確認記憶卡分割區代號（例如 /dev/sdb1）。
  2. 確認無誤後執行指令： 
    sudo mkfs.vfat -F 32 /dev/sdb1

5.2 解壓縮與目錄結構確認​

  1. 下載 COPY_TO_SDCARD_hackrf_mayhem_v2.4.0.zip。
  2. 解壓縮 ZIP 檔案，將壓縮檔內的所有資料夾與檔案直接複製到記憶卡的最頂層（根目錄）。
  3. 檢查記憶卡根目錄，確保結構如下，千萬不要包覆一層包含 ZIP 檔名的多餘母資料夾：
microSD 卡根目錄 (/)
├── APPS/             <-- 外部擴充程式 (.ppd 應用，若遺失主選單會反灰)
├── SETTINGS/         <-- 系統偏好設定儲存目錄
├── FREQMAN/          <-- 頻率管理器清單檔案目錄 (.TXT)
├── CAPTURES/         <-- 射頻錄音與 IQ 資料記錄目錄 (.C16 / .TXT)
└── LOOKINGGLASS/     <-- 寬頻掃描預設頻段目錄

實際資料夾依資源包版本而異，以你下載的資源包內容為準。更新時不要把舊的 APPS 整個覆蓋新資源包；電腦與 H4M 也不要同時寫入同一張卡。

  1. 安全退出並插卡：
    • 在電腦作業系統中執行「安全移除硬體 / 推出磁碟」。
    • 務必在 H4M 完全關機狀態下，將金屬接點朝向正確方向（依機身插槽圖示），輕推插入卡槽直到聽到清脆卡扣聲。
    • 開機後，如果螢幕上方出現記憶卡圖示，且主選單圖示正常顯示，通常表示資源包已部署成功。最後仍要以第 06 章的實際接收來確認。

06 第一次接收：公開 FM 廣播（詳細教學）​

目標：透過 H4M 接收並解調所在地公開商用寬頻 FM 廣播電台。
預估耗時：約 10 分鐘
所需器材：已就緒的 H4M、伸縮天線（已接於 ANT）、耳機（可選）。

操作步驟（一步一動）​

  1. 進入音訊接收模組：
    • 開機進入主選單，使用方向鍵移至 Receive，按中央確認鍵進入。
    • 移至 Audio，按中央確認鍵進入音訊接收畫面。
  2. 選擇解調模式（Mode）：
    • 將游標移至 mode 欄位。
    • 轉動旋鈕切換至 WFM（Wideband FM，寬頻調頻）。
    • (說明：一般 FM 音樂電台使用 WFM；NFM 為對講機使用的窄頻調頻，在此會嚴重失真)。
  3. 輸入中心頻率（Frequency）：
    • 將游標移至 frequency 欄位。
    • 按下中央確認鍵選取特定位數，轉動旋鈕輸入你所在地的電台頻率（格式例如 100.700 MHz，這只是格式範例，不是通用頻率，請參照附錄 A 查詢）。
  4. 確認高頻放大器關閉（Amp OFF）：
    • 目視確認畫面上的 Amp 顯示為 OFF。
  5. 初始化增益（Gain）：
    • 將接收增益（LNA / VGA）先調至較低的數值，聽不到或訊號太弱時再逐步調高，每次只調一項。
  6. 調大音量（Volume）：
    • 移至 volume 欄位，順時針旋轉旋鈕慢慢調大，直到揚聲器傳出聲音。
  7. 微調靜噪門檻（Squelch）：
    • 若無聲音，確認 squelch 數值是否過高；嘗試將 squelch 調至最低（0 或 OFF），使背景白雜訊出現，確認喇叭運作正常。
  8. 微調天線與頻率：
    • 適度微調天線長度與擺放角度，觀察螢幕上頻譜峰值變高、雜音消失、人聲與音樂清晰。
  9. 正常退出：
    • 收聽完成後，按下實體 Back 鍵安全退出至選單。
你應該看到與聽到的結果

螢幕正中央會出現一個顯著且穩定的訊號峰，瀑布圖有明顯亮帶持續下移，耳機或揚聲器傳出清晰的廣播內容。

故障排除與中斷條件​

  • 有訊號峰但只有沙沙雜音：檢查 mode 是否設為 WFM；若設為 NFM 則無法正確解調立體聲廣播。
  • 完全無聲音且無訊號峰：檢查天線是否確實鎖在 ANT 端子、頻率數值是否輸入錯誤（注意 MHz 與 kHz 單位）。
  • ⛔ 請立刻停止：若機器突然急劇發熱、螢幕異常反覆重啟，請立即關閉電源開關。

07 看懂頻譜、瀑布圖、增益控制與掃描​

7.1 頻譜圖（Spectrum）與瀑布圖（Waterfall）原理​

頻譜圖與瀑布圖時頻原理

進入頻譜或音訊頁面時，畫面通常分為上下兩半部：

+-------------------------------------------------------+
|  頻譜圖 (Spectrum)                                    |
|         ^ 幅度 (Amplitude / dBFS)                     |
|         |           /\ (強訊號峰)                     |
|         |          /  \                               |
|         |  /\_    /    \    _/\ (噪底 Noise Floor)    |
|         +---\----/------\--/--------------------> 頻率|
+-------------------------------------------------------+
|  瀑布圖 (Waterfall)                                   |
|  時間 (t) 向下滾動                                    |
|  t0  [      ..  ======  ..    ] (顏色深淺代表相對強度)|
|  t1  [      ..  ======  ..    ]                       |
|  t2  [      ..  ======  ..    ]                       |
+-------------------------------------------------------+
  • 上半部：頻譜圖（橫軸頻率，縱軸訊號強度）：即時呈現當前通過接收機濾波器的所有頻率分量強度。
  • 下半部：瀑布圖（橫軸頻率，垂直方向為時間軸）：新資料從最上方加入並向下滾動。顏色的亮暗代表訊號強弱（例如藍色代表弱雜訊，黃紅白色代表強發射訊號），非常適合用來捕捉間歇性發射或突發封包。

7.2 增益控制鏈（Gain Staging）與過載排查​

HackRF 射頻與中頻增益鏈

SDRLab H4M 具備多級增益放大。以下數值是 HackRF One 的標稱規格，實際可調範圍與步進以你的畫面顯示為準：

  1. RF Amp（射頻前置放大器）：提供約 14 dB 的固定高頻增益。初學階段強烈建議一律 OFF。當天線接收到強訊號時，開啟 Amp 會瞬間導致接收機混頻晶片飽和。
  2. LNA Gain（低雜訊放大器增益）：可調範圍 0 – 40 dB（步進約 8 dB）。主要用來提高前端微弱訊號的訊噪比（SNR）。
  3. VGA Gain（基頻可變增益放大器）：可調範圍 0 – 62 dB（步進約 2 dB）。放大降頻後的類比基頻訊號，供 ADC 取樣。

訊號狀態判定與調整指引​

弱訊號、正常波形與 ADC 過載比對

螢幕觀察現象潛在成因分析正確處置步驟
訊號峰明顯，噪底平坦低沉增益設定適當，天線匹配良好維持當前參數，進行穩定觀測。
整個頻譜噪底全部上浮，冒出無數假峰（Spurs）前端過載（Overload / Saturation）立刻降低 LNA 與 VGA 增益，確保 Amp 為 OFF。
頻譜平坦，看不到目標訊號峰頻率偏離、天線長度不配或訊號過弱重新確認目標頻率，適當拉長天線，以 +8 dB 小步調升 LNA。
有顯著峰值，但解調聲音破碎失真訊號過強導致基頻截波，或解調頻寬設太窄調降 VGA 增益 6~10 dB，檢查解調頻寬設定。

7.3 頻率掃描工具：Recon 與 Scanner​

  1. Recon（範圍頻段偵察）：
    • 適用情境：搜尋某個頻率區間（例如 $144.000 MHz ~ 146.000 MHz$ 業餘段）內有哪些使用中的頻道。
    • 核心參數（欄位名稱依版本而異）：
      • 範圍的下限與上限：搜尋的起始與終止頻率。
      • 步進（Step）：步進間隔（例如語音頻道設為 $12.5 kHz$ 或 25 kHz）。
      • 靜噪（Squelch）：靜噪門檻，當訊號強度超越門檻時才會停止並播放該頻道。
  2. Scanner（指定頻率清單巡查）：
    • 適用情境：讀取 microSD 卡內的自訂頻率庫進行輪流巡更監聽。
    • 頻率檔案路徑：放在記憶卡 FREQMAN/ 目錄下之 .TXT 檔。

最小自訂 FREQMAN 頻率清單範例​

若欲建立自己的頻率監聽庫，建議先複製 FREQMAN/ 裡資源包內附的既有檔案，照它的格式修改。以下是格式示意，檔名與數值都請換成你所在地合法可接收的頻率：

f=<頻率，單位 Hz>,d=<名稱>,m=WFM
f=<頻率，單位 Hz>,d=<名稱>,m=NFM
  • 每行以逗號分隔：f= 代表頻率（以 Hz 為單位）、d= 代表名稱標籤、m= 代表預設解調模式。支援的欄位依版本而異，請以內附檔案為準。
  • 先測試一個已知的電台頻率，確認清單可用，再逐步擴充。

08 連接電腦操作（SDR 外接模式）​

當你需要更強大的運算能力、錄製高頻寬訊號，或搭配 GNU Radio 進行演算法開發時，可以將 H4M 連接電腦，切換至 HackRF 模式。

四種運作模式解析​

H4M 系統四大運作模式切換路徑

模式名稱主機角色螢幕狀態適用場景
Standalone Mayhem掌上獨立運作顯示 Mayhem 彩色選單與 App現場移動監測、快速檢視、隨身收聽
HackRF USB Peripheral電腦的外接 SDR 射頻介面卡面板停止 App 運作，轉由電腦控制搭配 SDR++、GQRX、GNU Radio 開發
DFU Recovery晶片底層引導救援螢幕可能全暗；不能只憑螢幕或燈號判斷韌體損毀修復（見第 11 章，限管理者）
SD over USB讀卡機模式（若你的版本支援）依版本而異免拆卡透過 USB 存取 microSD 檔案

進入 HackRF 模式步驟​

  1. 退出 H4M 當前正在運行的所有 App，回到主選單。
  2. 在選單中找到並點擊 HackRF（部分版本顯示為 HackRF Mode）。
  3. 使用優質 USB 數據線將 H4M 的 Type-C 埠連接至電腦。

各作業系統安裝與驅動驗證​

點擊展開：Windows
  1. 下載並安裝開源 SDR 環境 radioconda，或依 GSG 官方安裝文件安裝 HackRF 工具。
  2. 將 H4M 連接至電腦並進入 HackRF 模式。
  3. 開啟「裝置管理員」，應可看到與 HackRF 相關的裝置（名稱依機型與驅動而異）。
  4. 開啟命令提示字元（CMD），輸入： 
    hackrf_info
  5. 如果裝置沒有被辨識，請先確認 USB 線可傳輸資料，以及 H4M 已進入 HackRF 模式。不要對 DFU 或序列埠（serial）介面強裝驅動；DFU、serial 與射頻（radio）介面的驅動各不相同，不能互相替換。必要時再依官方文件使用 Zadig，並確認你選到的是 HackRF 的射頻介面。
點擊展開：macOS
  1. 開啟 Terminal，透過 Homebrew 安裝： 
    brew install hackrf
  2. 將 H4M 連接電腦並切入 HackRF 模式，於 Terminal 執行： 
    system_profiler SPUSBDataType | grep -A 5 -i "HackRF"
    hackrf_info
點擊展開：Linux（Ubuntu／Debian）
  1. 開啟終端機，安裝官方套件： 
    sudo apt update
    sudo apt install hackrf
  2. 執行檢測： 
    hackrf_info
  3. 如果出現 Permission denied，表示一般使用者沒有存取 USB 裝置的權限。請確認套件已安裝 udev 規則，重新載入規則並重新插拔裝置，必要時重新登入： 
    sudo udevadm control --reload-rules && sudo udevadm trigger

第一次使用終端機​

  • Windows：按 Win 鍵，輸入 cmd，開啟「命令提示字元」。
  • macOS：按 Command + 空白鍵，輸入 Terminal，按 Enter。
  • Linux：按 Ctrl + Alt + T，或從應用程式選單開啟「終端機」。
  • 貼上指令後按 Enter 執行。指令中的檔名、磁碟代號請換成你自己的。

hackrf_info 輸出範例​

連接成功時，命令列會回傳類似以下的資訊。這只是格式範例，序號與版本會因機器而異，請以你的實際輸出為準：

Found HackRF
Index: 0
Serial number: 0000000000000000xxxxxxxxxxxxxxxx
Board ID Number: 2 (HackRF One)
Firmware Version: 2024.02.1 (API:1.07)
Part ID Number: 0xa000cb3c 0x00594f54

若輸出 No HackRF boards found，請重新檢查 USB 線是否具備資料傳輸功能（非純充電線），並確認裝置已確實進入 HackRF 模式。若工具版本過舊或板型顯示不明，請先依官方文件更新工具，不要急著刷寫韌體。

電腦端接收軟體實作（以開源 SDR++ 為例）​

  1. 下載與安裝：前往 SDR++ 官方網站 下載對應作業系統版本。
  2. 來源選取（Source）：在 Source 下拉選單中選取 HackRF，點擊 Refresh 後按下 Play 啟動串流。（SDR++ 只是範例，GQRX、SDR# 等相容軟體也可使用。）
  3. 電台收聽：
    • 於頻率欄位輸入與第 06 章相同的 FM 廣播頻率。
    • Radio 解調面板中切換至 WFM。
    • 調整電腦喇叭音量，即可在電腦端享受超高解析度瀑布圖與純淨的廣播音訊。

09 【選修】進階接收：APRS、POCSAG 與 BLE 觀察​

在深入通訊協定分析時，SDR 可以作為優秀的基頻封包觀察器。

協定觀察之隱私與授權界限

本節僅限用於接收公開廣播資訊（如 APRS 氣象封包）或實驗室自有發射裝置的封包除錯。嚴禁針對私人傳呼（POCSAG）或他人藍牙裝置進行惡意攔截或隱私資訊蒐集。

1. APRS 業餘無線電封包接收​

  • 協定說明：APRS（Automatic Packet Reporting System）廣泛應用於業餘無線電，以 AFSK 1200 bps 調變傳送電台位置、氣象與遙測數據。
  • 操作流程：
    1. 於主選單進入 Receive → APRS。
    2. 設定當地業餘無線電 APRS 頻率（例如台灣常見為 144.640 MHz，美國為 144.390 MHz；實際頻率請以當地主管機關與業餘無線電社團的最新公告為準）。
    3. 當周遭有業餘電台發射時，螢幕將解析出發射台呼號（Callsign）、經緯度座標與即時訊息文字。

2. POCSAG 實驗尋呼訊號觀察​

  • 協定說明：POCSAG 是傳統尋呼機（Pager）採用的 FSK 協定。
  • 操作限制：僅限使用實驗室自備之低功率尋呼機測試訊號源進行驗證。
  • 操作流程：進入 Receive → POCSAG，設定測試頻率與鮑率（如 512 / 1200 bps），比對自行發送的無敏感內容測試字串。

3. BLE 廣播封包觀察​

  • 協定說明：BLE（Bluetooth Low Energy）在 2.4 GHz 頻段的三個主要廣播頻道（37、38、39 頻道，分別對應 2402、2426、2480 MHz）發送 Advertisement 封包。
  • 操作流程：進入 Receive → BLE RX，可觀察周遭自有 iBeacon 或物聯網感測器發射之 MAC 位址與廣播數據強度。

10 【實驗室授權】有線 Capture、單次 Replay 與 TX 實驗​

合法實驗邊界與空中輻射禁令

絕對安全禁令：本章所有實驗必須符合以下前提
  1. 書面審核：必須取得指導教授或實驗室管理者簽核之實驗計畫書（載明頻率、功率預算、時長與目的）。
  2. 全封閉有線鏈路：嚴禁連接天線！必須使用 50 Ω 遮蔽同軸電纜、串聯足額固定衰減器與隔直器（DC Block）。
  3. 單次發射原則：Loop 循環發射必須目視確認為 OFF。發射時間以秒為單位，完成後立即停機。
  4. 雙機角色分立：半雙工裝置不能見證自己的發射。觀察發射必須使用第二台獨立且具備衰減保護的接收機。

10.1 IQ 訊號本質、複數取樣率與 C16 格式規格​

正交 I/Q 取樣原理與星座概念

SDR 錄製的並非音訊檔，而是直接記錄高頻降頻後的同相（I, In-phase）與正交（Q, Quadrature）基頻向量樣本：

  • C16 檔案格式：

    • 樣本容器結構：以 16-bit 帶符號整數（Signed 16-bit Little-Endian, int16_t）交錯儲存：[I0, Q0, I1, Q1, I2, Q2, ...]。
    • 每個複數樣本佔用大小：2 bytes (I) + 2 bytes (Q) = 4 bytes。 C16 原始數據與 TXT 詮釋資料成對結構

  • 伴隨中繼資料（Metadata TXT）：

    • 每個 .C16 檔案在錄製時會自動生成同名的 .TXT 檔（例如 capture_01.C16 伴隨 capture_01.TXT），記錄中心頻率與精確取樣率。

取樣率與資料儲存速率對照表​

每秒資料量 (Bytes/s) = 取樣率 (Samples/s) * 4 Bytes
取樣率（Sample Rate）觀測頻寬上限每秒資料寫入量5 秒錄製資料量記憶卡負載評估
250 kHz~200 kHz1,000,000 Bytes (~1 MB/s)5,000,000 Bytes (~5 MB)🟢 極低，任何合格卡均可
500 kHz~400 kHz2,000,000 Bytes (~2 MB/s)10,000,000 Bytes (~10 MB)🟢 推薦入門實驗取樣率
1.0 MHz~800 kHz4,000,000 Bytes (~4 MB/s)20,000,000 Bytes (~20 MB)🟡 需確保 microSD 為 A1 級
2.0 MHz~1.6 MHz8,000,000 Bytes (~8 MB/s)40,000,000 Bytes (~40 MB)🟠 寫入延遲高時可能丟樣

(提醒：硬體規格宣稱的 20 Msps 是電腦端 USB 傳輸的數值，不要直接套用到 microSD 卡錄製，否則可能嚴重丟樣。表中的觀測頻寬只是約略值，實際可用頻寬依濾波與設定而異。)

10.2 研究生專用：Python C16 IQ 檔案讀取與分析腳本​

完成 Capture 錄製後，你可以將檔案取出並在電腦中透過 Python 進行 FFT 訊號分析：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def read_c16_iq(filename, num_samples=100000):
    """讀取 Mayhem C16 格式複數 IQ 樣本"""
    # 讀取交錯之 int16 陣列
    raw_data = np.fromfile(filename, dtype=np.int16, count=num_samples * 2)
    # 將 I 與 Q 重新組合為複數陣列：I 為實部，Q 為虛部
    i_samples = raw_data[0::2].astype(np.float32)
    q_samples = raw_data[1::2].astype(np.float32)
    complex_iq = i_samples + 1j * q_samples
    return complex_iq

# 範例執行
if __name__ == "__main__":
    c16_file = "CAPTURES/test_signal.C16"
    sample_rate = 500e3  # 500 kHz
    iq = read_c16_iq(c16_file, num_samples=50000)
    
    # 繪製前 500 點時域 I/Q 波形
    plt.figure(figsize=(10, 4))
    plt.plot(np.real(iq[:500]), label="I (In-phase)", color="blue")
    plt.plot(np.imag(iq[:500]), label="Q (Quadrature)", color="orange")
    plt.title("Mayhem C16 IQ Time-Domain Waveform")
    plt.xlabel("Sample Index")
    plt.ylabel("Sample Amplitude")
    plt.legend()
    plt.grid(True)
    plt.show()

10.3 射頻功率預算與衰減鏈計算​

四種硬體保護手段

在發射端（TX）與接收端（RX）連接前，必須進行嚴謹的鏈路功率計算：

P_RX,worst = P_TX,max - A_min - L_min
  • P_TX,max：發射端之最大可能輸出功率（單位：dBm）。
  • A_min：衰減器之最小標稱衰減量（單位：dB）。
  • L_min：同軸電纜與接頭之最小線損（保守估算可設為 0 dB 或 1 dB）。
  • P_RX,allowed：接收端設備允許之最大輸入功率。GSG 文件對 HackRF One 的標示為 −5 dBm，這是損壞界限；H4M 是相容衍生硬體，請以供應商資料確認額定。
  • M：預留之安全餘量（Safety Margin，必須 ≥ 10 dB）。

算例示範（示意算例，數字依實測器材為準）​

[發射端 H4M TX] ---> [30 dB 衰減器] ---> [20 dB 衰減器] ---> [DC Block] ---> [接收端 H4M RX]
  P_TX = +10 dBm        (耐受 5W)          (耐受 2W)       (隔離直流)      P_RX_allowed = -5 dBm（教學示意）
  • 假設已知發射端在特定頻段之最大輸出 P_TX,max = +10 dBm（約 10 mW）。
  • 鏈路串聯兩顆衰減器：30 dB + 20 dB = 50 dB 總衰減（A_min = 50 dB）。
  • 保守估算線損 L_min = 0 dB。
  • 計算接收端最壞情況輸入功率：

P_RX,worst = +10 dBm - 50 dB - 0 dB = -40 dBm

- 計算安全餘量：
  ```text
M = P_RX,allowed - P_RX,worst = -5 dBm - (-40 dBm) = 35 dB
  • 結論（僅限本算例）：安全餘量高達 35 dB（遠大於 10 dB 要求）。算例中的 −5 dBm、+10 dBm 與衰減量都只是教學示意，實驗時請改填你確認過的額定與實際器材數值，並取得書面核准後才能通電。

10.4 有線 Capture 錄製操作流程​

實驗室授權有線 Capture 流程

  1. 接線檢查：訊號源保持關閉，將訊號源透過衰減鏈連接至 H4M ANT 端子，串入 DC Block。
  2. 進入 Capture：進入主選單 Capture。
  3. 設定取樣率與頻率：
    • 頻率設定為實驗核准頻率。
    • Sample Rate 設定為 500 kHz。
    • 確認格式為 C16。
  4. 確認剩餘空間與 Amp：確認 microSD 卡空間充裕，Amp 保持 OFF。
  5. 開始錄製：按下螢幕上的 Record 鈕，秒數開始累加。
  6. 提供測試訊號：開啟受測訊號源，發射 3~5 秒之已知測試封包。
  7. 停止錄製：關閉訊號源，並立即按下 H4M 的 Stop 按鈕。
  8. 檢查完整性：查看螢幕上的 Dropped / Loss 數值。必須為 0；若有丟樣則該檔案不可用於後續重放。

10.5 嚴格單次 Replay 重放操作流程​

單次 Replay 安全審核關卡

  1. 角色確認：H4M-A 作為發射端，H4M-B（或頻譜儀）作為接收端。兩機均關機，完成 50 dB 衰減保護鏈連接。
  2. 進入 Replay：開機後進入 Replay 應用。
  3. 選取檔案：從列表選取剛剛錄製的單一 .C16 檔案。
  4. ⚠️ 關鍵安全檢查：Loop 必須確認為 OFF：
    • 目視確認螢幕上的 Loop 開關為 OFF。
    • (說明：若 Loop 為 ON，發射將無限循環持續，造成射頻過熱與干擾風險！)
  5. 增益設定：確認 Amp 為 OFF，TX Gain 設定在指導教授核准之低檔位。
  6. 接收端就緒：接收端開啟頻譜分析儀或 Audio 接收 App，準備捕捉訊號。
  7. 單次發射：按一下 Play。觀察進度條跑完 1 次後立即自動停止發射。
  8. 停機復原：按下實體返回鍵退出 Replay，關閉主機電源，拆卸同軸電纜並妥善歸還實驗器材。

異常發射緊急終止機制

11 【進階】韌體更新與 DFU 救援指南​

Mayhem 韌體分支與發行版本

維運建議

若機器目前運作正常，且能正常接收廣播，請勿隨意更新韌體！ 遇到問題時，請先檢查 microSD 卡（品質、格式、根目錄與版本是否相配），不要先跳到刷寫韌體。

本章屬於進階維運內容，請在指導教授、實驗室管理者或助教的協助下操作。

11.1 使用內建 Flash Utility 更新韌體​

三種韌體更新管道選擇決策

若官方發布了重大的穩定性修補程式，且當前韌體支援本機更新： 0. 更新前先備份你的 SETTINGS、頻率清單與錄製檔，並確認電源穩定。

  1. 從官方 Releases 下載對應版本之 .ppfw.tar 封裝檔（硬體目標必須為 hackrf，例如 OCI_hackrf_mayhem_v2.4.0.ppfw.tar）。
  2. 將該檔案複製至 microSD 卡根目錄。
  3. 將卡插回 H4M，開機進入主選單 Utilities → Flash Utility。
  4. 於選單中選取該 .ppfw.tar 檔案，先核對畫面上顯示的硬體目標是 hackrf，再依照畫面提示按下確認開始刷寫。如果找不到檔案或系統判定不相容，請停止，改用其他已確認適用的方式。
  5. 刷寫過程中切勿觸碰電源開關或拔除記憶卡。更新完成後主機會自動重新啟動。重新開機後，請核對版本、APPS 與 FM 接收是否正常。

11.2 WebUSB 瀏覽器一鍵更新（hackrf.app）​

在支援 WebUSB 的 Chromium 核心瀏覽器（如 Chrome、Edge、Brave）中：

  1. 將 H4M 連接電腦，進入 HackRF 模式。
  2. 開啟官方網頁工具：https://hackrf.app。
  3. 點擊 Connect Device，於彈出視窗中選取你的裝置並授權連線。先確認頁面顯示的是正確的裝置。
  4. 進入 Manage Firmware，核對硬體目標（target）與版本。如果無法確認 H4M 的 target，請停止，不要按下更新確認。
  5. 網站不一定會替換記憶卡上的全部資源，因此仍須完成第 05 章。

11.3 DFU 模式底層修復（黑屏救磚）​

若因中途斷電導致開機黑屏、螢幕無反應：

  1. DFU 按鍵組合：
    • 在 H4M 面板或側邊找到 DFU 按鍵與 RESET 按鍵。
    • 同時按住 DFU 與 RESET 鍵。
    • 先放開 RESET，再放開 DFU。
  2. 電腦識別確認：
    • 連接電腦後，在 Linux 執行 lsusb，或在 Windows 裝置管理員中查看，應出現 DFU 模式的裝置（常見為 NXP／LPC43xx 相關名稱）。不能只看螢幕或燈號，是否成功進入 DFU 必須以電腦的實際辨識結果為準。
  3. 執行官方恢復工具：
    • 於官方韌體解壓縮目錄下，執行命令列刷寫腳本：
    • Windows：先解壓縮完整韌體 ZIP，執行 mayhem_flasher.bat，依提示選取對應 HackRF／PortaPack 的 device 與 Flash Mayhem，並確認畫面顯示的是 firmware_hackrf.bin。DFU then Mayhem 是救援用，不是一般更新；Restore stock firmware 會讓 PortaPack 功能無法繼續使用，請不要選。
    • Linux / macOS：先用 hackrf_info 確認工具版本與板型，核對 firmware_hackrf.bin 的來源與雜湊值，再由有經驗的人員依官方文件使用 hackrf_spiflash -w firmware_hackrf.bin。若工具版本、硬體目標或供電條件不明，請停在只讀辨識階段，不要刷寫。
  4. 失敗時：保存完整記錄檔與版本資訊，不要連續嘗試來源不明的檔案，並聯絡供應商。

12 排錯與常見問題（FAQ）​

故障排除決策矩陣​

系統故障排查決策樹

遇到症狀第一步：你可以先自己檢查第二步：深入排查處置什麼時候找指導教授／助教
完全無法開機1. 檢查 POWER 開關是否確實推到底。
2. 連接標準 5V USB 充電線，觀察有無充電反應。		充電一段時間後再次嘗試開機。若仍無反應，檢視機身有無異常熱度。電池異常膨脹、發燙，或長時間充電依然無任何燈號反應。
開機後功能圖示全部反灰，或點擊出現 ExtAppErr1. 確認 microSD 卡是否確實推入到底卡扣鎖定。
2. 關機拔卡，透過電腦讀卡機檢查卡片內容。		檢查 APPS 資料夾是否直接位於記憶卡根目錄，避免雙層目錄嵌套。重新解壓縮官方資源包。重新更換多張已格式化 FAT32 記憶卡後依然提示無法讀卡。
收音機聽不到任何廣播聲音1. 檢查天線是否鎖緊於 ANT（非 CLK 埠）。
2. 確認 mode 設為 WFM。
3. 調大音量，將 squelch 降為 0。		查看頻譜上有無凸起的訊號峰。若有峰無聲，調降 VGA 增益，避免前端飽和。嘗試多個合法廣播頻率與不同天線，頻譜依然呈現完全水平死線。
瀑布圖整片通紅，全螢幕佈滿假峰1. 目視檢查 Amp 是否為 OFF。
2. 將 LNA Gain 與 VGA Gain 調至最低檔位。		逐步調升增益，直到訊號峰浮現且噪底保持深藍色。位於強大發射站旁導致接收機嚴重混疊，需申請外接帶通濾波器。
Capture 錄製時 Dropped / Loss 頻繁增加1. 檢查取樣率是否設得過高（降低至 500 kHz 或 250 kHz 測試）。
2. 檢查記憶卡剩餘容量是否已滿。		備份記憶卡檔案後，重新進行 FAT32 完整格式化，排除檔案系統碎片化。使用已驗證之高速 A1 記憶卡且在低速率下依然持續丟樣。
電腦 hackrf_info 找不到裝置1. 確認 H4M 螢幕已退出 App 並點進 HackRF 模式。
2. 更換確認具備數據傳輸功能的 USB 傳輸線。		Windows 下查看裝置管理員是否出現 HackRF 相關裝置（不要對 DFU 或 serial 介面強裝驅動）；Linux 下確認已安裝 udev 規則並重新插拔。電腦各連接埠均完全無法列舉任何 USB 裝置。

常見問答集（FAQ）​

Q1：為什麼我的 H4M 沒辦法同時發射又同時接收訊號？

半雙工（Half-Duplex）收發機制解析

A：HackRF 核心架構為半雙工（Half-Duplex）設計，內部僅有一套射頻收發通道在天線開關間切換。因此在物理上同一時間只能處於接收態或發射態。要驗證發射訊號，必須使用第二台獨立設備接收。

Q2：螢幕上的訊號峰越高，代表實際發射功率越強嗎？
A：不一定。未經實驗室標準訊號產生器校準的 SDR 頻譜，其垂直刻度僅代表 ADC 的數位相對強度（dBFS），而非絕對功率值（dBm）。此外，天線阻抗匹配與不同頻段的電路增益平坦度均會影響視覺峰值。

Q3：錄下來的 .C16 檔案可以直接用電腦音樂播放器聽嗎？
A：不能。.C16 儲存的是射頻複數基頻向量（I 與 Q 取樣點），而非解調後的聲學類比波形。必須透過 Mayhem 的 Replay 播放，或在電腦中以 Python、GNU Radio 執行相應的數學解調運算後才能轉為聲音。

13 核心術語對照與概念速查​

三語專業術語對照表​

繁體中文（台灣標準）簡體中文English核心概念說明
軟體定義無線電软件定义无线电Software-Defined Radio (SDR)原本由固定硬體電路執行的濾波、混頻與解調工作，改由軟體演算法處理。
取樣率采样率Sample Rate類比數位轉換器（ADC）每秒鐘對射頻訊號進行取樣的樣本次數。
丟樣丢样Dropped Samples / Loss因記憶卡寫入延遲或系統匯流排負載過大，導致取樣點於記錄中斷裂遺失。
同相／正交同相／正交In-phase / Quadrature (I/Q)以垂直正交的兩個分量表示複數基頻訊號的振幅與相位資訊。
寬頻調頻宽带调频Wideband FM (WFM)商用廣播使用的高音質大頻寬調頻調變方式（頻寬約 150~200 kHz）。
窄頻調頻窄带调频Narrowband FM (NFM)傳統無線對講機使用的小頻寬通訊調變方式（頻寬約 10~25 kHz）。
靜噪静噪Squelch設定訊號門檻，當空間雜訊低於門檻時自動將音訊切斷靜音。
步進步进Frequency Step調整頻率時每一次跳動的最小間隔單位（如 1 kHz, 12.5 kHz）。
半雙工半双工Half-Duplex單一裝置同時間內只能單向接收或發射，無法同時雙向通訊。
同軸供電同轴供电Bias-Tee透過高頻射頻同軸線纜同時饋送直流電源給天線端的主動低雜訊放大器。
隔直器隔直器DC Block串聯於射頻接頭間，利用電容物理特性阻絕直流電流，僅允許高頻交流訊號通過。
固定衰減器固定衰减器Attenuator精密耗散射頻功率的被動電阻網路，用以保護後端接收前端不致過載損毀。
假負載假负载Dummy Load吸收全部發射功率並轉為熱能的 50 歐姆端接負載，避免射頻能量空載反射。
瀑布圖瀑布图Waterfall將頻譜強度以時間序列連續向下滾動展現的時間-頻率能量圖。
解調解调Demodulation從接收到的高頻調變載波中還原出原始基頻訊號（聲音或數位封包）。
更新韌體刷写固件Firmware Flash將底層微控制器作業系統程式碼燒錄寫入晶片之非揮發性快閃記憶體中。
救援模式恢复模式DFU (Device Firmware Upgrade)晶片硬體唯讀記憶體中固化的極限通訊模式，供死機時恢復底層程式碼。

14 學習驗收與實驗記錄表​

學習自我驗收自檢問題​

實驗操作完成前自我檢查核對

在申請進入實驗室有線發射（第 10 章）之前，研究生應能夠向指導教授清楚說明以下觀念：

  1. microSD 卡上的 APPS 與主機板刷寫韌體有何本質區別？
    (提示：韌體是驅動晶片的核心作業系統；APPS 是存放於記憶卡上動態載入的應用擴充模組)。
  2. 為什麼 HackRF 的 ADC 是 8-bit，但錄製出來的樣本檔卻稱為 C16？
    (提示：8-bit ADC 數位化後，Mayhem 為了相容標準處理管道，以帶符號 16-bit 容器封裝 I 與 Q 樣本)。
  3. 進行有線 Replay 前，為什麼必須在視覺上反覆確認 Loop 為 OFF？
    (提示：避免未受控的無線電封包無限循環發射，造成設備過熱損壞與非預期射頻干擾)。
  4. 為什麼 30 dB 衰減器不能當作所有發射的通用保險？
    (提示：安全與否取決於發射端最大功率是否超過衰減器耗散上限，以及衰減後是否低於接收端經確認的輸入上限)。
  5. 為什麼不能要求單台 H4M 見證自己在發射時的波形？
    (提示：射頻主機板為半雙工硬體架構，發射時接收通道關閉)。

標準實驗記錄表模板​

本表格供讀者每次進行射頻量測與授權實驗時影印或轉為 Markdown 填寫存檔：

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SDRLab H4M 射頻實驗安全稽核與操作記錄表
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【實驗基本資訊】
實驗日期：____年__月__日    實驗地點：__________________ 實驗室
操作人員：________________  指導教授／核准負責人：________________
裝置序號：________________  韌體版本（Firmware Tag）：____________
microSD 規格：____ GB (FAT32)    SHA-256 驗證：[ ] 通過 / [ ] 未核對

【射頻操作參數】
實驗目標頻率（Center Frequency）：_____________ MHz
預計取樣頻寬（Sample Rate）：________ kHz (C16)
調變模式（Mode）：[ ] WFM  [ ] NFM  [ ] RAW/IQ  [ ] 其他:______
硬體設定狀態：Bias-Tee: [X] OFF    RF Amp: [X] OFF    LNA: ___ dB    VGA: ___ dB

【有線鏈路安全預算（發射/重放實驗必填）】
發射端最大可能功率 (P_TX,max)：________ dBm
預計串聯衰減器量 (A_min)：      ________ dB (衰減器型號/耐瓦數: _________)
預計同軸電纜線損 (L_min)：      ________ dB
最壞接收端輸入 (P_RX,worst = P_TX - A - L)：________ dBm
接收端輸入上限 P_RX,allowed（依據：________）：______ dBm
安全條件比對：P_RX,worst ≤ P_RX,allowed - M？ [ ] 符合 (餘量 Margin: _____ dB)
隔直器（DC Block）已串接：[ ] 是，已確認
發射循環開關（Loop）：    [X] 目視確認已關閉 (OFF)

【觀測與驗證成果】
錄製檔名：________________.C16 (伴隨 .TXT 中繼檔：[ ] 有)
檔案大小：________________ Bytes (換算時長：約 _____ 秒)
丟樣狀態（Loss/Dropped）：[ ] 0 (零丟樣) / [ ] 有丟樣 (數值: _____)
獨立觀測端（儀器或 RX-B）記錄現象：
________________________________________________________________________________
操作異常紀錄與中斷處置：
________________________________________________________________________________
指導教授／實驗室管理者簽核：____________________  日期：____年__月__日
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附錄 A：接收頻段與電台查詢指引​

全球無線電頻段配置與電台查詢概覽

頻率與法規因地區而異

下表是一般性的頻率範圍，各國與地區的可用性、功率與執照規定不同。ISM 欄的頻段不代表在你所在地一定可免執照使用，請以所在地主管機關（台灣為 NCC）的最新公告為準。

業務類別常用頻率區間調變與特性查詢方式與法令依據
商業調頻廣播（FM）$88.0 MHz ~ 108.0 MHz$WFM（寬頻立體聲調頻，頻道間隔 100/200 kHz）查詢當地廣播電台官方網站公告，或參閱主管機關頻率指配表。
業餘無線電（VHF）$144.0 MHz ~ 146.0 MHz$NFM / AFSK（對講語音、APRS 封包 144.640 MHz）中華民國業餘無線電促進會（CTARL）頻道表。
業餘無線電（UHF）$430.0 MHz ~ 432.0 MHz$NFM / 數位語音遵守業餘人員等級與電台操作執照規範。
ISM 免執照低功率頻段$433.05 ~ 434.79 MHz$
920 ~ 928 MHz
$2400 ~ 2483.5 MHz$		FSK, LoRa, BLE, Wi-Fi 等微功率遙測僅限合法低功率物聯網設備接收觀察；嚴禁外加天線進行未授權發射。
航空通訊（AM 語音）$118.0 MHz ~ 136.975 MHz$AM（調幅航空語音）絕對禁止任何發射；純接收亦受電信法規嚴格通訊保密規範約束。

附錄 B：完整硬體配件規格與採購建議​

以下是常見配置舉例

衰減器的衰減量與耐受功率，必須依第 10.3 節與附錄 C 的功率預算計算後選用，不能直接套用下列數字。

  1. 射頻連接線材（Coaxial Cables）：
    • 建議選擇 RG-316/U 鐵氟龍高溫雙層遮蔽同軸線，或 RG-142 高隔離同軸線，長度建議 50 cm 至 100 cm。
    • 接頭兩端必須為標準 SMA 公頭（內螺紋帶針），阻抗嚴格要求為 50 Ω。
  2. 固定射頻衰減器（Fixed Attenuators）：
    • 推薦配置：20 dB (2W) 兩顆、30 dB (5W) 一顆。
    • 頻寬要求：DC 至 3 GHz 或 DC 至 6 GHz。
    • 材質：全黃銅鍍金或不鏽鋼外殼，散熱片構造。
  3. 隔直器（DC Block）：
    • 內隔直（Inner DC Block）：工作頻率 10 MHz ~ 6 GHz，耐壓 ≥ 50 V。
  4. 50 Ω 射頻負載（Termination Load）：
    • SMA 公頭標準假負載，耐受功率 1 W ~ 2 W，VSWR ≤ 1.15。

附錄 C：射頻功率預算與衰減鏈計算工作表​

在進行進階實驗時，請套用此試算表完成計算：

[步驟 1] 確認發射端可能出現之最大功率：
         P_TX,max = ______ dBm

[步驟 2] 計算有線保護鏈路之最小衰減值：
         第 1 級衰減器 A1 = ______ dB (額定耐溫與功率: ___ W)
         第 2 級衰減器 A2 = ______ dB (額定耐溫與功率: ___ W)
         同軸電纜與接頭線損 L = ______ dB
         總衰減量 A_total = A1 + A2 + L = ______ dB

[步驟 3] 計算接收前端最壞情況之輸入功率：
         P_RX,worst = P_TX,max - A_total = ______ dBm

[步驟 4] 驗證硬體安全保護餘量（Margin）：
         P_RX,allowed（依原廠資料確認；GSG 對 HackRF One 的標示為 -5 dBm，H4M 請以供應商資料為準）= ______ dBm
         Margin M = P_RX,allowed - P_RX,worst = (______) - (______) = ______ dB
         審核結果：Margin 是否 ≥ 10 dB？ [ ] 是 (核准操作) / [ ] 否 (增加衰減器)

附錄 D：官方資源與延伸閱讀清單​