Yaesu FT-450D RF Tap-ændring til SDR: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej alle der kan være interesserede

Jeg tror, jeg havde bedre først at forklare, hvad dette instruerbare handler om. Der er følgende hovedkomponenter involveret i dette projekt som følger:

Yaesu FT-450D er en moderne kompakt HF/50MHz transceiver, der kan dække 160-6 meter amatørbånd med en effekt på 100W. For mange funktioner til at liste, så bare Google radioen, hvis du vil vide mere.

SDRPlay er en suveræn bredbåndssoftwaredefineret radio, der dækker et frekvensområde på 1KHz til 2GHz og gør det muligt at se spektret med en båndbredde på op til 10MHz.

SDRPlay:

(Jeg har ingen forbindelse til virksomheden andet end at have købt deres fremragende produkt)

Begge disse stykker udstyr er fremragende i sig selv. Men formålet med denne instruktive er at bringe de to stykker udstyr sammen og være i stand til at udnytte det bedste fra begge verdener. Med det mener jeg at kunne bruge FT-450D-radioen, som den var beregnet (som en smalbånds radiotransceiver), men samtidig at kunne bruge SDRPlay-modtageren til at visualisere bredbåndskanalen.

Dette udgør i sagens natur et problem, da både FT-450D og SDRPlay skal se en antenne. En tilgang er simpelthen at bruge to antenner. En anden tilgang kan være at bruge en enkelt antenne, men opdele RF-banen og sende/modtage ved hjælp af in-line-omskiftning. En tredje og foretrukken tilgang er at tappe den modtagne RF-vej inde fra FT-450D ved hjælp af et passende lavt støjkredsløb og præsentere det aflyttede signal til SDRPlay. Denne sidstnævnte fremgangsmåde resulterer i, at både FT-450D og SDRPlay i det væsentlige ser den samme antenne. Lavt støjkredsløb får kun strøm under modtagelse, og det giver derfor under overførsel betydelig isolation, der beskytter input til SDRPlay -modtageren. Lavt støjkredsløbet har en høj impedansindgang, hvilket giver en minimumsbelastning til trykpunktet i FT-450D. Dette sidste punkt er vigtigt, da passende tappunkter i FT-450D er placeret på hver side af passive 50 ohm båndpasfiltre. Enhver indlæsning eller ændring af impedans indført af et ekstra kredsløb vil ændre filternes overførselsfunktion og også reducere effekten i den ønskede signalsti.

De fleste tilgængelige støjfrie forstærkere (LNA) bruger feedback til at generere forstærkning og har også en 50 ohm inputimpedans - ingen af disse funktioner er ønskelige.

Et enkelt hanekredsløb med høj impedans er designet af Dave G4HUP og kunne købes. Meget desværre er det min forståelse, at Dave er død. Jeg har taget en del af designet og med ændringer, produceret mit eget printkort, testet og monteret på min egen FT-450D. Det er denne proces, der danner genstand for denne instruerbare.

Trin 1: Oprettelse af LNA -skematisk og PCB -layout

Oversigt

I årenes løb har jeg genereret et par printkort (PCB) til produkter og til hjemmebrug. I de tidlige dage involverede dette brug af kobberbeklædt bræt, overførsler og specielle penne til at trække designet på kobberet. Pladen ville derefter blive ætset i ferriklorid for at fjerne udsat kobber og forlade de ønskede spor. Det var også muligt at købe lysfølsomt kobberbeklædt bræt og bruge en maske til at producere en resist, inden ætsning. At få et engangsbræt fremstillet kommercielt var meget dyrt og krævede værktøjer, som bare ikke var tilgængelige for hobbyfolk.

I dag er computerværktøjer gratis og bredt tilgængelige til designbrætter på få timer og ikke dage. Også fremstillingsomkostningerne er styrtdykket med mange billige fabrikanter, der er tilgængelige i Kina og andre steder uden for Storbritannien. Men når det er sagt, er det stadig ikke så billigt at lave et enkelt bord, når du inkluderer forsendelse.

En anden tilgang og den metode, jeg har brugt i dette projekt, er at fræse brættet ved hjælp af en CNC -fræsemaskine. Selvfølgelig ville du ikke købe en CNC -maskine til at lave et bræt, men jeg havde allerede en maskine, der har været brugt til masser af andre projekter, der involverer fræsning af træ, metal og glas.

At fræse et printkort ved hjælp af en CNC -maskine indebærer at bruge et meget fint skæreværktøj til at fræse isolation rundt om de ønskede spor, men ikke at fræse alt kobber væk. Denne fremgangsmåde er især nyttig, når man bygger RF -kredsløb, da de resterende kobberøer er ønskelige og fungerer som et jordplan, der forbedrer stabilitet og ydeevne. Jeg har brugt et dobbeltsidet kobberbeklædt bræt i dette projekt og har boret gennem at forbinde de øverste og nederste kobberoverflader.

PCB -design ved hjælp af EasyEDA

Jeg har prøvet forskellige PCB designpakker og havde virkelig slået mig ned på en pakke kaldet DipTrace. Det er dog stadig mere populært for designpakker at være webbaserede frem for at bruge en enkeltstående applikation. Da jeg ikke havde brugt DipTrace i et stykke tid, var jeg lidt rusten, så kiggede rundt på nettet og fandt et webbaseret designværktøj kaldet EasyEDA. Jeg fandt dette værktøj fremragende, meget intuitivt og enkelt at bruge. Meget let at generere en skematisk i løbet af få minutter og derefter konvertere til et printkort, hele processen tog mindre end en time inklusive et par ændringer og forbedringer. Værktøjsdesignerne håber naturligvis, at du vil bruge de leverede fabrikationsfaciliteter, men det er stadig muligt at eksportere et design i branchestandard gerber -format til brug i en efterfølgende værktøjskæde.

Trin 2: Brug af FlatCAM til at oprette geometri og værktøjsstier

Efter at EasyEDA er blevet brugt til at oprette det skematiske og PCB -layout, er det næste trin at oprette værktøjsstier og i sidste ende gcode til at styre CNC -fræsemaskinen. Jeg har prøvet forskellige stykker software for at nå dette mål og endelig afgjort på FlatCAM. Denne software er gratis, stabil og ret intuitiv at bruge. Ved hjælp af FlatCAM værktøjsstier til brættet, kan udskæring og boring alle oprettes meget hurtigt. Der er også en meget brugervenlig geometri -editor, hvis noget kræver en finjustering. I videoen, der indgår i dette trin, viser jeg, hvordan FlatCAM bruges til at importere gerber -filer og udføre nogle grundlæggende redigeringer. Der er mange detaljerede videoer til rådighed, der viser, hvordan man bruger værktøjet fra ende til anden. Jeg har kun dækket de ændringer, jeg skulle lave specifikt til dette projekt.

Trin 3: Fræsningsprocessen - CNC -maskine i aktion

Ok, så i løbet af de sidste par trin er følgende opnået:

- Kredsløbsskematikken er registreret ved hjælp af EasyEDA.

- Fra skematisk er PCB -layoutet også blevet oprettet ved hjælp af EasyEDA.

- Gerber filer er blevet oprettet til tavlen og også drill filer genereret.

- FlatCAM er blevet brugt til at oprette/redigere sti geometri og generere gcode til tavlen og udskæring.

- FlatCAM er blevet brugt til at importere og skalere borefilen, hvilket også resulterer i gcode.

Så nu har vi tre gcode -filer til brættet, udskæring og boring.

Det næste trin er faktisk at begynde at fræse noget bræt. Tavlen jeg har brugt er dobbeltsidet glasfiber kobber beklædt bræt. Jeg kunne have bestilt dette online, men fandt faktisk ud af, at Maplin gjorde et ganske fint stort ark til en god pris, og jeg havde det i hånden inden for en time - ville bare få fræsning!

Min fræsemaskine er en Sable 2015, og jeg bruger Mach3 -software til at styre den. Til fræsning af kortsporrelief brugte jeg en 0,5 mm endefræser. Til pladens udskæring og huller brugte jeg en 1,5 mm endefræser. For at fræse lige igennem brættet har du naturligvis brug for noget at fræse ind under printpladen - min mølleseng er tyk aluminium, og du vil ikke fræse ind i det! Jeg har fundet for PCB's det bedste materiale at bruge under printkortet er 5 mm tykt skumplade. Du kan hente dette skumplader meget billigt online eller fra håndværksbutikker. Det er let at skære med en modelkniv og har en meget ensartet tykkelse. Det kobberbeklædte bræt monteres på skumpladen ved hjælp af tyndt dobbeltsidet tape. Skumpladen er også monteret på CNC -sengen ved hjælp af det samme tape - jeg har aldrig haft et bræt komme frit eller bevæge sig under fræsning.

0,5 mm endefræseren er naturligvis ret skrøbelig, og derfor holder jeg min feedrate til 60 mm/min. Jeg bruger den samme feedrate til udskæringen for ikke at fjerne PCB/foamboard sandwich fra sikringstapen.

Vedhæftet er en video, der viser fræseprocessen:)

Vedhæftet er også tre billeder af finalebordene. Et billede viser det første forsøg på tavlen, og små områder af uønsket kobber kan tydeligst ses mellem transistorpuderne. Det andet forsøg om bord på disse uønskede kobberområder er blevet fjernet ved at tilføje geometri til FlatCAM. Det tredje billede viser det sidste bord fyldt med komponenter.

Efter fyldning af brættet blev der givet en meget let spray med lak for at stoppe kobberets blødning og misfarvning.

Trin 4: Frekvensrespons fra færdig bestyrelse

Det færdige tavle blev forstærket ved hjælp af en spektrumanalysator. Analysatoren blev konfigureret til at feje frekvensen fra 10KHz til 30MHz og måle forstærkningen. Forstærkningen blev også målt med slukket for at simulere, hvad der sker i radioen, når vi sender og kræver god isolation mellem FT-450D-transceiveren og SDRPlay-modtageren.

Inputniveau for LNA var -40dBm

Billede 1 - Marker indstillet til 7.1MHz, forstærkningen af LNA er +2.5dB

Billede 2 - Strøm til LNA slukket og viser> 34dB isolation

Billede 3 - Lavfrekvent roll off -3dB ned ved 1,6MHz

Væsentligt over HF -amatørbåndene er LNA fladt 3MHz - 30MHz (var fladt op til ~ 500MHz)

Trin 5: Analyse af Yaesu FT-450D for et passende RF-tryk og Power Point

Inden LNA-kortet kan monteres på FT-450D, skal der identificeres et passende RF-trykpunkt og effektpunkt. Dette blev opnået ved at bruge radioservicemanualen og først se på modtagerblokdiagrammet, før RF -valgpunktet blev finjusteret ved hjælp af skematikken.

Først og fremmest ville jeg have SDR'en til at se antennen tilsluttet FT-450D inden eventuelle IF-konverteringstrin, så dette indsnævrede undersøgelsen betydeligt. Inden den første IF -mixer var der to oplagte punkter at tappe af. Når Rx-signalet kommer ind i RF-IF-kortet fra PA-kortet, passerer det gennem følgende trin:

- Input overspændingsbeskyttelse

- Omskiftelig (relæ) 20dB indgangsdæmpning

- En serie med otte indbyrdes eksklusive skiftede bandpasfiltre

- Omskiftelig (relæ) IPO forforstærker

- Første etape IF mixer (1. LO drevet mixer)

Så de to interessepunkter kogte i det væsentlige ned til før eller efter bandpasfiltrering. Jeg ville have SDR'en til at se så meget signal som muligt, så besluttede at trykke lige af inden bandpassfilternetværket. Husk, at LNA, der bruges til at trykke på signalet, har en høj impedansindgang, og derfor vil effekten på radiosignalbanen være minimal.

Det andet område, der skal overvejes, er, hvor LNA -kortet kommer til at få sin magt. Heldigvis er FT-450D-skematikken ganske klar og godt kommenteret, og derfor kan et passende strømpunkt findes. Det valgte power point driver LNA'et ved modtagelse, men slukker LNA'et under transmission. Dette isolerer SDR -input med> 30dB under transmission. Det strømforbrugende LNA -strømforbrug er ~ 9mA.

De vedhæftede billeder viser følgende:

- RF -trykpunktet vist på blokdiagrammet

- RF -trykpunktet vist på skematisk

- RF -trykpunktet vist på tavlens layout

- LNA power tap point vist på skematisk

- LNA power tap point vist på tavlens layout

Trin 6: Montering af LNA-kortet på Yaesu FT-450D

Nu er LNA-kortet blevet fremstillet, karakteriseret, og et passende trykpunkt identificerede, at det var tid til faktisk at passe kortet til FT-450D.

På dette tidspunkt er det sædvanligt at påpege, at du udfører denne ændring på egen risiko. Det er ikke kompliceret, men der er altid risiko for skader, og jeg ville personligt ikke foretage denne ændring på en radio, der stadig var omfattet af garantien - jeg er sikker på, at garantien er ugyldig efter ændringen. Jeg købte min FT-450D brugt fra ebay, så der er ingen garanti at bekymre sig om i mit tilfælde.

Hvis du beslutter dig for at udføre en sådan ændring, skal du bare gå forsigtigt og metodisk - brug det kloge gamle ordsprog, der gælder for de mest sarte situationer … … mål to gange og skær en gang:)

Jeg besluttede mig for ikke at bore huller i FT-450D-kabinettet, men i stedet for at montere SDR'et på siden af FT-450D og løbe en SMA-termineret fluekabel ud for at skrue direkte ind i SDR-antenneindgangen. Flueledningen er fastgjort ved radioudgangspunktet for at give trækaflastning.

Se vedhæftede billeder….

Trin 7: SDR i aktion hentet fra RF -tryk via LNA -kort

På dette trin er der en kort video, der viser SDR-radioen i drift, idet dens antennekilde er FT-450D-antennekranen via LNA-kortet. Denne test blev udført sent (ish) om natten, og bandet er lidt dødt, men svaret fra SDR er som forventet. Når FT-450D transmitterer, bliver indgangen til SDR'en effektivt slået fra på grund af LNA-kortets isolering, når den ikke er strømforsynet.

Trin 8: Konklusion

Godt frem for alt har dette instruerbare været meget sjovt, og jeg er meget tilfreds med resultatet. Som alle gode projekter er der tre primære mål…. at lære nye færdigheder, at gøre projektet til en succes og at dele viden med alle, der har lyst til at læse så langt.

Jeg på dette tidspunkt overlader min kasket til afdøde Dave G4HUP. Hvis det ikke var for Dave's arbejde, var dette projekt muligvis ikke blevet til noget. Jeg kan ikke hævde det originale LNA -design som mit eget, men kun at have taget et design og forsøgt at lave det på min egen måde. Jeg kan kun håbe, at Dave ville godkende, at hans arbejde blev udviklet og delt med andre.

Afslutningsvis har projektet været en succes.

Du er velkommen til at fyre alle spørgsmål af, og jeg vil gøre mit bedste for at besvare dem.

Med venlig hilsen, Dave (G7IYK)