Yaesu FT-450D Modificare RF Tap pentru SDR: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Bună ziua oricui ar putea fi interesat, Cred că ar fi bine să explic mai întâi despre ce este acest instructabil. Există următoarele componente principale implicate în acest proiect după cum urmează:

Yaesu FT-450D este un transceiver modern compact HF / 50MHz capabil să acopere benzile de amatori de 160-6 metri cu o putere de 100W. Prea multe funcții pentru a fi listate, deci doar Google radio dacă doriți să aflați mai multe.

SDRPlay este un superb radio cu bandă largă definită de software care acoperă o gamă de frecvență de la 1KHz la 2GHz și permite vizualizarea spectrului cu o lățime de bandă de până la 10MHz.

SDRPlay:

(Nu am altă legătură cu compania decât să le-am cumpărat produsul excelent)

Ambele echipamente sunt superbe de la sine. Cu toate acestea, scopul acestui instructabil este de a aduce cele două echipamente împreună și de a putea exploata cele mai bune din ambele lumi. Prin aceasta, mă refer la posibilitatea de a utiliza radioul FT-450D așa cum a fost intenționat (ca un transceiver radio cu bandă îngustă), dar în același timp a putea utiliza receptorul SDRPlay pentru a vizualiza canalul de bandă largă.

Acest lucru pune în mod inerent o problemă, deoarece atât FT-450D cât și SDRPlay trebuie să vadă o antenă. O abordare este de a utiliza pur și simplu două antene. O a doua abordare ar putea fi utilizarea unei singure antene, dar împărțirea căii RF și transmiterea / recepția utilizând comutarea în linie. O a treia abordare preferabilă este de a atinge calea de recepție RF din interiorul FT-450D folosind un circuit adecvat de zgomot redus și de a prezenta semnalul atins către SDRPlay. Această din urmă abordare are ca rezultat atât FT-450D, cât și SDRPlay văd în esență aceeași antenă. Circuitul cu zgomot redus este alimentat numai în timp ce recepționează și astfel în timpul transmisiei oferă o izolare substanțială protejând intrarea către receptorul SDRPlay. Circuitul cu zgomot redus are o intrare cu impedanță ridicată, prezentând astfel o sarcină minimă la punctul de atingere din cadrul FT-450D. Acest ultim punct este important deoarece punctele de prindere adecvate din cadrul FT-450D sunt situate de fiecare parte a filtrelor pasive de bandă de 50 ohmi. Orice încărcare sau modificare a impedanței introduse de un circuit suplimentar va schimba funcția de transfer a filtrelor și, de asemenea, va reduce puterea în calea semnalului dorit.

Majoritatea amplificatoarelor disponibile cu raft redus (LNA) disponibile utilizează feedback pentru a genera câștig și au, de asemenea, o impedanță de intrare de 50 ohmi - niciuna dintre aceste caracteristici nu este de dorit.

Un circuit simplu de robinet cu impedanță ridicată a fost proiectat de Dave G4HUP și a fost disponibil pentru cumpărare. Din nefericire, înțeleg că Dave a murit. Am luat o parte din proiectare și, cu modificări, am produs propria mea placă de circuite imprimate, testată și montată pe propriul meu FT-450D. Acest proces este cel care face obiectul acestui instructabil.

Pasul 1: Crearea schemei LNA și a aspectului PCB

Prezentare generală

De-a lungul anilor am generat câteva circuite imprimate (PCB) pentru produse și pentru uz casnic. În primele zile, acest lucru presupunea utilizarea plăcilor placate cu cupru, a transferurilor și a stilourilor speciale pentru a desena designul pe cupru. Placa ar fi apoi gravată în clorură ferică pentru a îndepărta cuprul expus și a lăsa urmele dorite. De asemenea, a fost posibil să cumpărați o placă de cupru sensibilă la lumină și să folosiți o mască pentru a produce o rezistență înainte de gravare. A avea o tablă unică făcută comercial era foarte costisitor și necesitau instrumente care pur și simplu nu erau disponibile pentru hobbiști.

În zilele noastre, instrumentele informatice sunt gratuite și disponibile pe scară largă pentru a proiecta plăci în câteva ore, nu în câteva zile. De asemenea, costurile de fabricație au scăzut, mulți producători ieftini fiind disponibili în China și în alte părți din afara Marii Britanii. Cu toate acestea, acest lucru a spus că realizarea unei singure plăci nu este încă atât de ieftină odată ce ați inclus transportul.

O altă abordare și metoda pe care am folosit-o în acest proiect este de a freza placa folosind o mașină de frezat CNC. Evident, nu ați cumpăra o mașină CNC pentru a face o singură placă, dar am avut deja o mașină care a fost utilizată pentru multe alte proiecte care implică frezarea lemnului, metalului și sticlei.

Frezarea unui PCB folosind o mașină CNC implică utilizarea unui instrument de tăiere foarte fin pentru a freza izolarea în jurul șinelor dorite, dar nu pentru a freza tot cuprul. Această abordare este deosebit de utilă atunci când se construiesc circuite RF, deoarece insulele de cupru rămase sunt de dorit, acționând ca un plan de sol, îmbunătățind stabilitatea și performanța. În acest proiect am folosit o placă dublă, acoperită cu cupru, și am forat prin legarea suprafețelor superioare și inferioare din cupru.

Proiectare PCB folosind EasyEDA

Am încercat diferite pachete de proiectare PCB și mă stabilisem cu adevărat pe un pachet numit DipTrace. Cu toate acestea, este din ce în ce mai popular ca pachetele de design să fie bazate pe web, mai degrabă decât să utilizeze o aplicație autonomă. Nu am mai folosit DipTrace de ceva timp, am fost puțin ruginit, așa că m-am uitat în jur și am găsit un instrument de proiectare web numit EasyEDA. Am găsit acest instrument excelent, foarte intuitiv și simplu de utilizat. Foarte ușor să generați o schemă în câteva minute și apoi să o convertiți într-un PCB, întregul proces a durat mai puțin de o oră, inclusiv câteva modificări și îmbunătățiri. Proiectanții de scule speră în mod evident că veți utiliza facilitățile de fabricație furnizate, dar este încă posibil să exportați un design în format gerber standard industrial pentru a fi utilizat de un lanț ulterior de scule.

Pasul 2: Utilizarea FlatCAM pentru a crea căi de geometrie și instrumente

După ce EasyEDA a fost folosit pentru a crea schema și aspectul PCB-ului, următorul pas este crearea de căi de scule și, în cele din urmă, gcode pentru a controla mașina de frezat CNC. Am încercat diverse piese de software pentru a atinge acest obiectiv și în cele din urmă m-am așezat pe FlatCAM. Acest software este gratuit, stabil și destul de intuitiv de utilizat. Folosind căile de scule FlatCAM pentru placă, tăierea și găurirea pot fi create foarte rapid. Există, de asemenea, un editor de geometrie foarte ușor de utilizat în cazul în care ceva necesită o modificare. În videoclipul care face parte din acest pas, arăt cum este utilizat FlatCAM pentru a importa fișiere gerber și pentru a efectua o editare de bază. Există multe videoclipuri detaliate disponibile care arată cum să utilizați instrumentul cap la cap. Am acoperit doar modificările pe care trebuia să le fac special pentru acest proiect.

Pasul 3: Procesul de frezare - Mașină CNC în acțiune

Bine, deci în ultimii pași s-au realizat următoarele:

- Schema circuitului a fost capturată folosind EasyEDA.

- Din schemă, aspectul PCB a fost creat, de asemenea, utilizând EasyEDA.

- Fișierele Gerber au fost create pentru placă și, de asemenea, sunt găsite fișierele generate.

- FlatCAM a fost folosit pentru a crea / edita geometria căii și a genera gcode pentru placă și decupaj.

- FlatCAM a fost folosit pentru a importa și a scala fișierul drill, rezultând și gcode.

Deci, acum avem trei fișiere gcode pentru placă, decupaj și găurire.

Următoarea etapă este să începeți de fapt să frezați o placă. Placa pe care am folosit-o este o placă îmbrăcată în cupru din fibră de sticlă cu două fețe. Aș fi putut comanda acest lucru on-line, dar de fapt am găsit că Maplin a făcut o foaie destul de mare la un preț bun și am avut-o în mână în decurs de o oră - am vrut doar să mănânc!

Mașina mea de frezat este un Sable 2015 și folosesc software-ul Mach3 pentru a-l controla. Pentru a mori suprafața de scândură, am folosit o freză de 0,5 mm. Pentru tăierea plăcilor și găurilor am folosit o moară de capăt de 1,5 mm. Pentru a mori direct prin tablă, aveți nevoie, evident, de ceva de măcinat sub PCB - patul meu de moară este din aluminiu gros și nu doriți să fiți măcinat în asta! Am găsit pentru PCB cel mai bun material de utilizat sub PCB este foamboard de 5 mm grosime. Puteți ridica acest foamboard foarte ieftin online sau de la magazinele de artizanat. Este ușor de tăiat cu un cuțit de modelat și are o grosime foarte uniformă. Placa îmbrăcată din cupru este montată pe tablă folosind bandă subțire dublă. Placa este montată și pe patul CNC folosind aceeași bandă - nu am avut niciodată o placă liberă sau deplasată în timpul frezării.

Moara de capăt de 0,5 mm este evident destul de fragilă și așa îmi păstrez viteza de avans la 60 mm / min. Folosesc aceeași viteză de avans pentru decupaj pentru a nu scoate sandvișul PCB / foamboard de pe banda de fixare.

Atașat este un videoclip care arată acțiunea procesului de frezare:)

De asemenea, sunt atașate trei imagini cu tablele finale. O imagine arată prima încercare la bord și zone mici de cupru nedorite pot fi văzute cel mai evident între plăcuțele tranzistorului. Cea de-a doua încercare a bordului aceste zone de cupru nedorite au fost eliminate prin adăugarea geometriei în FlatCAM. Cea de-a treia imagine arată placa finală populată cu componente.

După popularea plăcii, a fost dat un spray foarte ușor cu lac pentru a opri pătarea și decolorarea cuprului.

Pasul 4: Răspunsul în frecvență al plăcii finalizate

Placa populată finită a fost caracterizată prin folosirea unui analizor de spectru. Analizorul a fost configurat pentru a muta frecvența de la 10 KHz la 30 MHz și pentru a măsura câștigul. Câștigul a fost măsurat și cu oprirea pentru a simula ce se întâmplă la radio atunci când transmitem și necesită o bună izolare între transmițătorul FT-450D și receptorul SDRPlay.

Nivelul de intrare în LNA a fost de -40dBm

Imaginea 1 - Marker setat la 7,1 MHz, câștigul LNA este de + 2,5 dB

Imaginea 2 - Alimentarea LNA oprită care arată> 34dB de izolare

Imaginea 3 - Reducere frecvență joasă -3dB în jos la 1,6 MHz

În esență, peste benzile de amatori HF, LNA este plat 3MHz - 30MHz (a fost plat până la ~ 500MHz)

Pasul 5: Analiza Yaesu FT-450D pentru o atingere RF adecvată și un punct de alimentare

Înainte ca placa LNA să poată fi montată pe FT-450D, trebuie identificate un punct de alimentare RF adecvat și un punct de alimentare. Acest lucru a fost realizat utilizând manualul de service radio și examinând mai întâi diagrama bloc a receptorului înainte de a rafina alegerea punctului de atingere RF folosind schema.

În primul rând, am vrut ca SDR să vadă antena conectată la FT-450D înainte de orice etapă de conversie IF, astfel încât aceasta a restrâns considerabil investigația. Înainte de primul mixer IF, existau două puncte evidente de atins. Odată ce semnalul Rx intră pe placa RF-IF de pe placa PA, acesta trece prin următoarele etape:

- Protecție la supratensiune de intrare

- Comutabil (releu) 20dB atenuare intrare

- O serie de opt filtre de trecere de bandă comutate care se exclud reciproc

- Preamplificator IPO comutabil (releu)

- Primul mixer IF (primul mixer LO)

Așadar, cele două puncte de interes s-au redus în esență înainte sau după filtrarea trecerii benzii. Am vrut ca SDR să vadă cât mai mult semnal posibil, așa că am decis să opresc chiar înainte de rețeaua de filtre de trecere a benzii. Amintiți-vă că LNA-ul folosit pentru a atinge semnalul are o intrare de impedanță ridicată și astfel efectul asupra căii semnalului radio va fi minim.

Cealaltă zonă care trebuie luată în considerare este în cazul în care placa LNA își va obține puterea. Din fericire, schema FT-450D este destul de clară și bine adnotată și astfel poate fi localizat un punct de alimentare adecvat. Punctul de putere ales îl alimentează pe LNA atunci când primește, dar îl oprește pe LNA în timpul transmisiei. Aceasta izolează intrarea SDR cu> 30dB în timpul transmisiei. Consumul de curent LNA alimentat este de ~ 9mA.

Imaginile atașate arată următoarele:

- Punctul de atingere RF afișat pe diagrama bloc

- Punctul de atingere RF afișat pe schemă

- Punctul de atingere RF afișat pe aspectul plăcii

- Punctul de alimentare LNA afișat pe schemă

- Punctul de alimentare LNA afișat pe aspectul plăcii

Pasul 6: Montarea plăcii LNA pe Yaesu FT-450D

Acum placa LNA a fost fabricată, caracterizată și un punct de atingere adecvat a identificat momentul în care a venit să se potrivească efectiv placa pe FT-450D.

În acest moment, este obișnuit să subliniem că efectuați această modificare pe propriul risc. Nu este complicat, dar există întotdeauna un risc de deteriorare și personal nu aș efectua această modificare pe un radio care era încă în garanție - sunt sigur că garanția va fi anulată după modificare. Mi-am cumpărat mâna a doua FT-450D de pe eBay, deci nu există nicio garanție de care să îmi fac griji în cazul meu.

Dacă decideți să efectuați o astfel de modificare, mergeți cu atenție și metodic - folosiți vechea zicală înțeleaptă care se aplică celor mai delicate situații …… măsurați de două ori și tăiați o dată:)

Am decis să nu forez găuri în carcasa FT-450D, ci să montez SDR-ul pe partea FT-450D și să termin un cablu terminat SMA pentru a înșuruba direct în intrarea antenei SDR. Conductorul de zbor este fixat la punctul de ieșire radio pentru a oferi o ușurare a tensiunii.

Vedeți imaginile atașate….

Pasul 7: SDR în acțiune obținut din RF Tap prin placa LNA

La acest pas, există un scurt videoclip care arată radioul SDR în funcțiune, sursa antenei sale fiind robinetul antenei FT-450D prin placa LNA. Acest test a fost efectuat târziu (ish) noaptea și trupa este puțin moartă, dar răspunsul SDR este așa cum era de așteptat. Când FT-450D transmite intrarea către SDR, este efectiv dezactivat din cauza izolării plăcii LNA atunci când nu este alimentat.

Pasul 8: Concluzie

Mai presus de toate, acest lucru instructiv a fost foarte distractiv și sunt foarte mulțumit de rezultat. Ca toate proiectele bune, există trei obiective principale … să învețe noi abilități, să facă proiectul un succes și să împărtășească cunoștințele cu oricine căruia îi pasă să citească până aici.

În acest moment, mi-am scos capacul către regretatul Dave G4HUP. Dacă nu ar fi fost lucrarea lui Dave, este posibil ca acest proiect să nu se fi materializat. Nu pot revendica designul LNA original ca fiind al meu, ci doar că am luat un design și am încercat să-l realizez în felul meu. Nu pot decât să sper că Dave va aproba ca munca sa să fie dezvoltată și împărtășită cu alții.

În concluzie, proiectul a fost un succes.

Vă rugăm să nu ezitați să răspundeți la orice întrebare și voi face tot posibilul să le răspund.

Toate cele bune, Dave (G7IYK)