Yaesu FT-450D RF Tap modifikace pro SDR: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Dobrý den, koho by to mohlo zajímat, Myslím, že bych měl nejdřív vysvětlit, o čem tento návod je. Do tohoto projektu jsou zapojeny následující hlavní součásti:

Yaesu FT-450D je moderní kompaktní HF/50MHz transceiver schopný pokrýt amatérská pásma 160-6 metrů s výkonem 100W. Příliš mnoho funkcí na seznam, takže pokud chcete vědět více, stačí si vygooglit rádio.

SDRPlay je vynikající širokopásmové softwarově definované rádio pokrývající frekvenční rozsah 1KHz až 2GHz a umožňující sledování spektra s šířkou pásma až 10MHz.

SDRPlay:

(Nemám žádné jiné spojení se společností, než abych si koupil jejich vynikající produkt)

Oba tyto kusy vybavení jsou samy o sobě vynikající. Účelem tohoto pokynu je však spojit dva kusy vybavení dohromady a být schopen využít to nejlepší z obou světů. Tím mám na mysli možnost používat rádio FT-450D tak, jak bylo zamýšleno (jako úzkopásmový rádiový transceiver), ale zároveň být schopné používat přijímač SDRPlay k vizualizaci širokopásmového kanálu.

To ve své podstatě představuje problém, protože jak FT-450D, tak SDRPlay potřebují vidět anténu. Jedním z přístupů je jednoduše použít dvě antény. Druhým přístupem by mohlo být použití jediné antény, ale rozdělení RF cesty a vysílání/příjem pomocí in-line přepínání. Třetím a upřednostňovaným přístupem je odklepnout přijímací RF cestu z FT-450D pomocí vhodného nízkošumového obvodu a předvést odposlouchávaný signál do SDRPlay. Tento druhý přístup má za následek, že jak FT-450D, tak SDRPlay vidí v podstatě stejnou anténu. Obvod s nízkým šumem je napájen pouze při příjmu, a tak během přenosu poskytuje podstatnou izolaci chránící vstup do přijímače SDRPlay. Obvod s nízkým šumem má vstup s vysokou impedancí, což představuje minimální zátěž pro bod odbočky v FT-450D. Tento poslední bod je důležitý, protože vhodné odbočné body v FT-450D jsou umístěny po obou stranách pasivních 50 ohmových pásmových propustných filtrů. Jakékoli zatížení nebo změna impedance zavedená přídavným obvodem změní přenosovou funkci filtrů a také sníží výkon v požadované cestě signálu.

Většina dostupných standardních zesilovačů s nízkým šumem (LNA) využívá zpětnou vazbu ke generování zisku a má také vstupní impedanci 50 ohmů - ani jedna z těchto funkcí není žádoucí.

Dave G4HUP navrhl jednoduchý obvod s vysokou impedancí a byl k dispozici ke koupi. Velmi bohužel chápu, že Dave zemřel. Převzal jsem část návrhu a s úpravami vyrobil vlastní desku s plošnými spoji, vyzkoušel a namontoval na vlastní FT-450D. Právě tento proces tvoří předmět tohoto pokynu.

Krok 1: Vytvoření schématu LNA a rozvržení desky plošných spojů

Přehled

Za ta léta jsem vytvořil několik desek plošných spojů (PCB) pro výrobky a pro domácí použití. V počátcích se jednalo o použití měděné desky, přenosů a speciálních per pro kreslení designu na měď. Deska by pak byla vyleptána chloridem železitým, aby se odstranila odhalená měď a zanechaly se požadované stopy. Rovněž bylo možné koupit měděně plátovanou desku citlivou na světlo a použít masku k vytvoření odolnosti před leptáním. Mít komerčně vyrobenou jednorázovou desku bylo velmi drahé a vyžadovalo nástroje, které fandové prostě neměli k dispozici.

V dnešní době jsou počítačové nástroje zdarma a široce dostupné pro návrh desek během několika hodin, ne dnů. Také náklady na výrobu prudce klesly, protože v Číně a jinde mimo Spojené království je k dispozici mnoho levných výrobců. To však znamená, že mít jednu desku vyrobenou není stále tak levné, jakmile zahrnete dopravu.

Dalším přístupem a metodou, kterou jsem v tomto projektu použil, je frézování desky pomocí CNC frézky. Očividně byste si nekoupili CNC stroj na výrobu jedné desky, ale já už jsem měl stroj, který byl použit pro mnoho dalších projektů zahrnujících frézování dřeva, kovu a skla.

Frézování desek plošných spojů pomocí CNC stroje zahrnuje použití velmi jemného řezného nástroje k vyfrézování izolace kolem požadovaných kolejí, ale nikoli k odfrézování veškeré mědi. Tento přístup je zvláště užitečný při budování vysokofrekvenčních obvodů, protože zbývající měděné ostrovy jsou žádoucí a fungují jako základní rovina zlepšující stabilitu a výkon. V tomto projektu jsem použil oboustranně obloženou měděnou desku a provrtal jsem spojením horního a spodního měděného povrchu.

Návrh DPS pomocí EasyEDA

Zkoušel jsem různé designové balíčky PCB a opravdu jsem se usadil na balíčku s názvem DipTrace. Je však stále oblíbenější, když jsou designové balíčky založené na webu, než aby používaly samostatnou aplikaci. Protože jsem nějakou dobu nepoužíval DipTrace, byl jsem trochu rezavý, takže jsem se rozhlédl online a našel webový návrhový nástroj s názvem EasyEDA. Zjistil jsem, že tento nástroj je vynikající, velmi intuitivní a snadno se používá. Velmi snadné vygenerování schématu během několika minut a následné převedení na desku plošných spojů trvalo celý proces méně než hodinu včetně několika úprav a vylepšení. Designéři nástrojů zjevně doufají, že budete používat poskytovaná výrobní zařízení, ale stále je možné exportovat design ve standardním Gerberově formátu pro použití v dalším řetězci nástrojů.

Krok 2: Použití FlatCAM k vytváření geometrických a nástrojových cest

Poté, co byla EasyEDA použita k vytvoření schématu a rozvržení desky plošných spojů, je dalším krokem vytvoření cest nástrojů a nakonec gcode pro ovládání CNC frézky. Zkoušel jsem různé kusy softwaru, abych dosáhl tohoto cíle, a nakonec jsem se usadil na FlatCAM. Tento software je zdarma, stabilní a jeho použití je velmi intuitivní. Pomocí ploch nástrojů FlatCAM pro desku lze velmi rychle vytvořit výřezy a vrtání. K dispozici je také velmi uživatelsky přívětivý editor geometrie, pokud by cokoli vyžadovalo vyladění. Ve videu tvořícím součást tohoto kroku ukazuji, jak se FlatCAM používá k importu souborů Gerber a provádění některých základních úprav. Existuje mnoho podrobných videí, která ukazují, jak používat nástroj od začátku do konce. Pokryl jsem pouze úpravy, které jsem potřeboval provést konkrétně pro tento projekt.

Krok 3: Proces frézování - CNC stroj v akci

Dobře, takže během několika posledních kroků bylo dosaženo následujícího:

- Schéma zapojení bylo zachyceno pomocí EasyEDA.

- Ze schématu bylo rozvržení DPS vytvořeno také pomocí EasyEDA.

- Pro desku byly vytvořeny soubory Gerber a také generovány soubory pro vrtání.

- FlatCAM byl použit k vytváření/úpravě geometrie cesty a generování gcode pro desku a výřez.

- FlatCAM byl použit k importu a změně velikosti souboru vrtáku, což také mělo za následek gcode.

Nyní tedy máme tři soubory gcode pro desku, výřez a vrtání.

Další fází je skutečně začít frézovat nějakou desku. Deska, kterou jsem použil, je oboustranná měděná deska ze sklolaminátu. Mohl jsem si to objednat on -line, ale ve skutečnosti jsem zjistil, že Maplin udělal docela pěkný velký list za dobrou cenu a během hodiny jsem ho měl v ruce - chtěl jsem jen frézovat!

Moje frézka je Sable 2015 a k ovládání používám software Mach3. K vyfrézování reliéfu desky jsem použil stopkovou frézu 0,5 mm. Na výřez a otvory desky jsem použil 1,5 mm stopkovou frézu. Abyste mohli frézovat přímo přes desku, zjevně potřebujete něco frézovat pod desku plošných spojů - moje válcovací lože je ze silného hliníku a vy do toho nechcete frézovat! Zjistil jsem, že nejlepším materiálem pro použití na PCB je 5 mm silná pěnová deska. Tuto pěnovou desku můžete pořídit velmi levně online nebo v řemeslných obchodech. Je snadné řezat modelovacím nožem a má velmi jednotnou tloušťku. Měděná plátovaná deska je připevněna na pěnové desce pomocí tenké oboustranné pásky. Pěnová deska je také připevněna k CNC loži pomocí stejné pásky - nikdy se mi deska při frézování neuvolnila ani nepohybovala.

Stopková fréza 0,5 mm je zjevně docela křehká, a tak udržuji rychlost posuvu na 60 mm/min. Pro výřez používám stejný posuv, abych nevytlačil sendvič PCB/pěnové desky ze zajišťovací pásky.

V příloze je video ukazující akci procesu frézování:)

Připojeny jsou také tři obrázky finálových desek. Jeden obrázek ukazuje první pokus o desku a malé oblasti nežádoucí mědi lze nejzřetelněji vidět mezi tranzistorovými podložkami. Druhý pokus na palubě těchto nežádoucích měděných oblastí byl odstraněn přidáním geometrie do FlatCAM. Třetí obrázek ukazuje finální desku osazenou komponenty.

Poté, co byla deska naplněna, byl nanesen velmi lehký sprej s lakem, aby se zabránilo poškrábání a odbarvování mědi.

Krok 4: Frekvenční odezva hotové desky

Hotová osazená deska byla charakterizována ziskem pomocí spektrálního analyzátoru. Analyzátor byl nastaven tak, aby procházel frekvencí od 10KHz do 30MHz a měřil zisk. Zisk byl také změřen s vypnutým napájením, aby se simulovalo, co se děje v rádiu, když vysíláme, a vyžadují dobrou izolaci mezi vysílačem FT-450D a přijímačem SDRPlay.

Vstupní úroveň LNA byla -40 dBm

Obrázek 1 - Značka nastavená na 7,1 MHz, zisk LNA je +2,5 dB

Obrázek 2 - Vypnutí napájení LNA s izolací> 34 dB

Obrázek 3 - Nízkofrekvenční pokles o -3 dB na 1,6 MHz

V podstatě v amatérských pásmech KV je LNA plochá 3 MHz - 30 MHz (byla plochá až ~ 500 MHz)

Krok 5: Analýza Yaesu FT-450D na vhodný RF kohoutek a napájecí bod

Před montáží desky LNA na FT-450D musí být identifikován vhodný RF bod odbočky a napájecí bod. Toho bylo dosaženo použitím rádiového servisního manuálu a nejprve se podíváme na blokové schéma přijímače a poté upřesníme volbu bodu odbočky RF pomocí schématu.

Nejprve jsem chtěl, aby SDR viděl anténu připojenou k FT-450D před jakýmikoli fázemi konverze IF, takže to podstatně zúžilo vyšetřování. Před prvním IF mixerem byly dva zjevné body, ze kterých se dalo odbočit. Jakmile signál Rx vstoupí na desku RF-IF z desky PA, projde následujícími fázemi:

- Vstupní přepěťová ochrana

- Přepínatelný (reléový) útlum vstupu 20 dB

- Série osmi vzájemně se vylučujících přepínaných pásmových filtrů

- Přepínatelný (reléový) předzesilovač IPO

- První stupeň IF mixéru (1. mixér poháněný LO)

Dva body zájmu se tedy v podstatě scvrkly před nebo po pásmové filtraci. Chtěl jsem, aby SDR viděl co nejvíce signálu, a tak jsem se rozhodl odbočit těsně před pásmovou filtrační sítí. Pamatujte, že LNA použitá k odpojení signálu má vstup s vysokou impedancí, a proto bude účinek na cestu rádiového signálu minimální.

Další oblastí, kterou je třeba vzít v úvahu, je místo, kde deska LNA získá svou sílu. Schéma FT-450D je naštěstí celkem jasné a dobře komentované, takže lze najít vhodný napájecí bod. Zvolený výkonový bod napájí LNA při příjmu, ale vypíná LNA během přenosu. Během přenosu se izoluje vstup SDR o> 30 dB. Spotřeba proudu napájeného LNA je ~ 9mA.

Přiložené obrázky ukazují následující:

- Bod odbočení RF zobrazený v blokovém schématu

- Bod odbočení RF zobrazený na schématu

- Bod klepání RF zobrazený na rozvržení desky

- Bod odbočky napájení LNA zobrazený na schématu

- Bod odbočky napájení LNA zobrazený na rozvržení desky

Krok 6: Montáž desky LNA na Yaesu FT-450D

Nyní byla deska LNA vyrobena, charakterizována a identifikován vhodný bod odbočky, kdy nadešel čas, aby se deska skutečně přizpůsobila FT-450D.

V tomto okamžiku je obvyklé upozornit, že tuto úpravu provádíte na vlastní riziko. Není to složité, ale vždy existuje riziko poškození a já osobně bych tuto úpravu na rádiu, které bylo ještě v záruce, neprováděl - jsem si jistý, že záruka bude po úpravě neplatná. Koupil jsem svůj FT-450D z druhé ruky z ebay, takže v mém případě není žádná záruka.

Pokud se rozhodnete provést takovou úpravu, jděte opatrně a metodicky - použijte staré moudré přísloví, které platí pro většinu choulostivých situací …… dvakrát měřte a jednou řežte:)

Rozhodl jsem se nevyvrtat žádné otvory v pouzdru FT-450D, ale místo toho namontovat SDR na stranu FT-450D a vybít koncovku SMA zakončenou mušličkou, aby se našroubovala přímo do vstupu antény SDR. Volný vývod je zajištěn v místě výstupu rádia, aby poskytoval odlehčení tahu.

Viz přiložené obrázky….

Krok 7: SDR v akci pocházející z RF Tap přes LNA Board

V tomto kroku je krátké video ukazující provoz rádia SDR se zdrojem antény, kterým je anténní kohoutek FT-450D přes desku LNA. Tento test byl proveden pozdě v noci a kapela je trochu mrtvá, ale reakce SDR je podle očekávání. Když FT-450D vysílá, vstup do SDR je účinně ztlumen kvůli izolaci desky LNA, když není napájen.

Krok 8: Závěr

Především byl tento návod velmi zábavný a s výsledkem jsem velmi spokojen. Jako všechny dobré projekty existují tři hlavní cíle…. naučit se nové dovednosti, aby byl projekt úspěšný a podělit se o znalosti s kýmkoli, komu záleží na tom, aby dočetl až sem.

V tuto chvíli stahuji čepici zesnulému Daveovi G4HUP. Pokud by to nebylo pro práci Davea, tento projekt by se možná neuskutečnil. Nemohu prohlásit původní design LNA za svůj vlastní, ale pouze za to, že jsem si vzal design a pokusil jsem se ho vyrobit vlastním způsobem. Můžu jen doufat, že Dave schválí, aby byla jeho práce vyvíjena a sdílena s ostatními.

Na závěr je projekt úspěšný.

Neváhejte vystřelit jakékoli otázky a já se budu snažit je zodpovědět.

S pozdravem, Dave (G7IYK)