Jaesu FT-450D Modificació de tap RF per SDR: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Hola a tothom que pugui estar interessat, Crec que hauria d’explicar primer de què es tracta aquesta instrucció. Hi ha els components principals que participen en aquest projecte de la següent manera:

El Yaesu FT-450D és un modern transceptor compacte HF / 50MHz capaç de cobrir les bandes aficionades de 160-6 metres amb una potència de sortida de 100W. Hi ha massa funcions per llistar, així que només cal que Google la ràdio si voleu saber-ne més.

SDRPlay és una magnífica ràdio definida per programari de banda ampla que cobreix un rang de freqüències d’1 KHz a 2 GHz i permet visualitzar l’espectre amb un ample de banda de fins a 10 MHz.

SDRPlay:

(No tinc cap altra connexió amb l'empresa que haver comprat el seu excel·lent producte)

Ambdós equips són excel·lents per si mateixos. Tanmateix, el propòsit d’aquest instructiu és reunir els dos equips i poder explotar el millor d’ambdós mons. Amb això, vull dir ser capaç d’utilitzar la ràdio FT-450D tal com estava prevista (com a transceptor de ràdio de banda estreta), però al mateix temps poder utilitzar el receptor SDRPlay per visualitzar el canal de banda ampla.

Això planteja intrínsecament un problema, ja que tant el FT-450D com el SDRPlay necessiten veure una antena. Un enfocament és utilitzar simplement dues antenes. Un segon enfocament podria ser utilitzar una sola antena, però dividir el camí de RF i transmetre / rebre mitjançant commutació en línia. Un tercer enfocament preferible és eliminar el camí de recepció de RF des de l’FT-450D mitjançant un circuit adequat de baix soroll i presentar el senyal tocat al SDRPlay. Aquest darrer enfocament resulta que tant el FT-450D com el SDRPlay veuen essencialment la mateixa antena. El circuit de baix soroll només s’alimenta durant la recepció i, per tant, durant la transmissió proporciona un aïllament substancial protegint l’entrada del receptor SDRPlay. El circuit de baix soroll té una entrada d’impedància elevada, presentant així una càrrega mínima al punt d’aixeta dins del FT-450D. Aquest darrer punt és important ja que els punts d’aixeta adequats dins del FT-450D es troben a banda i banda dels filtres passius de banda de 50 ohms. Qualsevol càrrega o canvi d’impedància introduït per un circuit addicional canviarà la funció de transferència dels filtres i també reduirà la potència al camí de senyal desitjat.

La majoria dels amplificadors disponibles de baix nivell de soroll (LNA) disponibles utilitzen retroalimentació per generar guany i també tenen una impedància d’entrada de 50 ohms; cap d’aquestes característiques no és desitjable.

Dave G4HUP ha dissenyat un senzill circuit de claus d’alta impedància que estava disponible per comprar. Malauradament, entenc que Dave ha mort. He pres una part del disseny i, amb modificacions, he creat la meva pròpia placa de circuit imprès, provada i adaptada al meu propi FT-450D. És aquest procés el que forma l'objecte d'aquesta instrucció.

Pas 1: Creació d'un esquema de LNA i disseny de PCB

Visió general

Al llarg dels anys he generat algunes plaques de circuit imprès (PCB) per a productes i per a ús domèstic. Als primers dies, això implicava utilitzar taulers revestits de coure, transferències i bolígrafs especials per dibuixar el disseny sobre el coure. El tauler es gravaria en clorur fèrric per eliminar el coure exposat i deixar les petjades desitjades. També va ser possible comprar taulers de coure sensibles a la llum i utilitzar una màscara per produir una resistència abans de gravar. Tenir un tauler únic fabricat comercialment era molt car i requeria eines que simplement no estaven disponibles per als aficionats.

Actualment, les eines informàtiques són gratuïtes i estan àmpliament disponibles per dissenyar taules en qüestió d’hores i no de dies. També els costos de fabricació han caigut en picat, ja que molts fabricants econòmics estan disponibles a la Xina i en altres llocs fora del Regne Unit. Tanmateix, això va dir que fer un sol tauler encara no és tan barat un cop inclòs l’enviament.

Un altre enfocament, i el mètode que he utilitzat en aquest projecte, és fresar la placa mitjançant una fresadora CNC. Viouslybviament, no compraríeu una màquina CNC per fabricar un tauler, però ja tenia una màquina que s’ha utilitzat per a molts altres projectes de fresat de fusta, metall i vidre.

Per fresar un PCB amb una màquina CNC es fa servir una eina de tall molt fina per fresar l'aïllament al voltant de les vies desitjades, però no per fresar tot el coure. Aquest enfocament és particularment útil quan es construeixen circuits de radiofreqüència, ja que són desitjables les illes de coure restants que actuen com a pla terrestre per millorar l'estabilitat i el rendiment. He utilitzat un tauler revestit de coure de dues cares en aquest projecte i he perforat la connexió de les superfícies de coure superior i inferior.

Disseny de PCB amb EasyEDA

He provat diversos paquets de disseny de PCB i m'he decidit a un paquet anomenat DipTrace. No obstant això, cada vegada és més popular que els paquets de disseny es basin en web en lloc d’utilitzar una aplicació autònoma. En no haver utilitzat DipTrace en algun temps, estava una mica rovellat, així que vaig mirar al meu voltant i vaig trobar una eina de disseny basada en web anomenada EasyEDA. He trobat aquesta eina excel·lent, molt intuïtiva i senzilla d’utilitzar. Molt fàcil de generar un esquema en qüestió de minuts i després convertir-lo a un PCB, tot el procés va trigar menys d’una hora incloent algunes modificacions i perfeccionaments. Els dissenyadors d'eines, òbviament, esperen que utilitzeu les instal·lacions de fabricació proporcionades, però encara és possible exportar un disseny en format gerber estàndard de la indústria per utilitzar-lo en una cadena d'eines posterior.

Pas 2: fer servir FlatCAM per crear rutes de geometria i eines

Després que s’hagi utilitzat EasyEDA per crear el disseny esquemàtic i de PCB, el següent pas és crear camins d’eines i, en última instància, gcode per controlar la fresadora CNC. He provat diversos programes per assolir aquest objectiu i finalment em vaig instal·lar a FlatCAM. Aquest programari és gratuït, estable i força intuïtiu d’utilitzar. Utilitzant camins d’eines FlatCAM per al tauler, es poden crear retalls i perforacions molt ràpidament. També hi ha un editor de geometria molt fàcil d'utilitzar en cas que qualsevol cosa requereixi una modificació. Al vídeo que forma part d’aquest pas mostro com s’utilitza FlatCAM per importar fitxers gerber i realitzar algunes edicions bàsiques. Hi ha molts vídeos detallats disponibles que mostren com utilitzar l'eina de punta a punta. Només he cobert les modificacions que necessitava fer específicament per a aquest projecte.

Pas 3: El procés de fresat: màquina CNC en acció

D’acord, així que en els darrers passos s’ha aconseguit el següent:

- L'esquema del circuit s'ha capturat amb EasyEDA.

- A partir de l'esquema, s'ha dissenyat el disseny de PCB també mitjançant EasyEDA.

- S'han creat fitxers Gerber per al tauler i també es generen fitxers de perforació.

- FlatCAM s'ha utilitzat per crear / editar la geometria del camí i generar gcode per a la placa i el retall.

- FlatCAM s'ha utilitzat per importar i escalar el fitxer de perforació, donant lloc a gcode.

Ara tenim tres fitxers gcode per al tauler, el retall i la perforació.

La següent etapa és començar a fresar alguns taulers. El tauler que he utilitzat és un tauler revestit de coure de fibra de vidre a doble cara. Podria haver demanat això en línia, però en realitat vaig trobar que Maplin feia un full gran per un bon preu i el tenia a la mà en qüestió d’hores, només volia obtenir fresat.

La meva fresadora és un Sable 2015 i faig servir el programari Mach3 per controlar-la. Per fresar el relleu de la pista del tauler, he utilitzat un molí final de 0,5 mm. Per al tall i els forats del tauler he utilitzat un molí d’extrem d’1,5 mm. Per tal de fresar directament a través del tauler, és evident que necessiteu alguna cosa per fresar a sota del PCB: el meu llit de molí és d'alumini gruixut i no voleu fresar-lo. He trobat per al PCB el millor material per utilitzar sota el PCB és un foamboard de 5 mm de gruix. Podeu recollir aquest foamboard molt econòmicament en línia o a les botigues d’artesania. És fàcil de tallar amb un ganivet de modelar i té un gruix molt uniforme. El tauler revestit de coure es munta al taulell mitjançant cinta fina de doble cara. El foamboard també es munta al llit CNC mitjançant la mateixa cinta: mai no he tingut una placa lliure ni moguda durant el fresat.

El molí final de 0,5 mm és òbviament força fràgil i, per tant, mantinc la velocitat d’alimentació a 60 mm / min. Utilitzo la mateixa velocitat d’avanç per al retall per no desallotjar l’entrepà PCB / foamboard de la cinta de fixació.

S'adjunta un vídeo que mostra l'acció del procés de fresat:)

També s’adjunten tres imatges dels taulers finals. Una imatge mostra el primer intent de la placa i es poden observar petites zones de coure no desitjades entre els coixinets del transistor. El segon intent de junt amb aquestes àrees de coure no desitjades s’ha eliminat afegint geometria a FlatCAM. La tercera imatge mostra el tauler final ple de components.

Després d'emplenar el tauler, es va donar un ruixat molt lleuger amb laca per aturar el despreniment i la decoloració del coure.

Pas 4: Resposta de freqüència de la junta finalitzada

El tauler poblat acabat es va caracteritzar mitjançant un analitzador d'espectre. L'analitzador es va configurar per escombrar la freqüència de 10 KHz a 30 MHz i mesurar el guany. El guany també es va mesurar amb l’apagada per simular el que passa a la ràdio quan transmetem i necessitem un bon aïllament entre el transceptor FT-450D i el receptor SDRPlay.

El nivell d’entrada a l’LNA era de -40dBm

Imatge 1: el marcador es defineix a 7,1 MHz, el guany del LNA és de + 2,5 dB

Imatge 2: apagat de l'LNA que mostra> 34dB d'aïllament

Imatge 3: baixa freqüència de desplaçament -3dB cap avall a 1,6 MHz

Essencialment a les bandes aficionades HF, l'LNA és pla de 3 MHz a 30 MHz (era pla fins a ~ 500 MHz)

Pas 5: analitzar el Yaesu FT-450D per obtenir un punt d’alimentació i una presa de RF adequats

Abans que la placa LNA es pugui instal·lar al FT-450D, cal identificar un punt d’alimentació i un punt d’alimentació RF adequats. Això es va aconseguir mitjançant l'ús del manual de servei de ràdio i primer mirant el diagrama de blocs del receptor abans de refinar l'elecció del punt d'aixecament RF mitjançant l'esquema.

En primer lloc, volia que l'SDR veiés l'antena connectada al FT-450D abans de qualsevol etapa de conversió IF, de manera que això va restringir considerablement la investigació. Abans del primer mesclador IF hi havia dos punts obvis a aprofitar. Una vegada que el senyal Rx entra a la placa RF-IF des de la placa PA, passa per les etapes següents:

- Protecció contra sobretensions d’entrada

- Atenuació d'entrada de 20 dB commutable (relé)

- Una sèrie de vuit filtres de pas de banda commutats mútuament excloents

- Preamplificador IPO commutable (relé)

- Mesclador IF de primera fase (primer mesclador impulsat per LO)

Així, doncs, els dos punts d’interès es redueixen essencialment fins abans o després del filtratge del pas de banda. Volia que el SDR veiés el màxim de senyal possible, així que vaig decidir eliminar-lo just abans de la xarxa de filtre de pas de banda. Recordeu que el LNA que s’utilitza per apagar el senyal té una entrada d’impedància elevada i, per tant, l’efecte sobre la ruta del senyal de ràdio serà mínim.

L’altra àrea a tenir en compte és on la junta LNA obtindrà el seu poder. Afortunadament, l’esquema de l’FT-450D és bastant clar i ben anotat, de manera que es pot localitzar un punt de corrent adequat. El punt de potència escollit potencia l'LNA quan rep, però apaga l'LNA durant la transmissió. Això aïlla l'entrada de SDR> 30dB durant la transmissió. El consum de corrent LNA alimentat és de ~ 9 mA.

Les imatges adjuntes mostren el següent:

- El punt d'aixecament de RF que es mostra al diagrama de blocs

- El punt d'aixecament de RF que es mostra a l'esquema

- El punt d'aixecament de RF que es mostra al disseny del tauler

- El punt d’alimentació del LNA mostrat a l’esquema

- El punt d’alimentació de potència LNA que es mostra al disseny del tauler

Pas 6: Col·locar la placa LNA al Yaesu FT-450D

Ara s’ha fabricat, caracteritzat la placa LNA i s’ha identificat un punt d’adaptació adequat que ha arribat el moment d’ajustar la placa al FT-450D.

En aquest punt, és habitual assenyalar que realitzeu aquesta modificació sota el vostre propi risc. No és complicat, però sempre hi ha risc de danys i personalment no realitzaria aquesta modificació en una ràdio que encara estava en garantia; estic segur que la garantia serà nul·la després de la modificació. Vaig comprar el meu FT-450D de segona mà a ebay, de manera que no hi ha cap garantia per preocupar-se en el meu cas.

Si decidiu fer aquesta modificació, aneu amb compte i mètode: utilitzeu el vell i intel·ligent refrany que s’aplica a les situacions més delicades … mesureu dues vegades i talleu una vegada:)

Vaig decidir no perforar cap forat a la carcassa del FT-450D, sinó muntar el SDR al costat del FT-450D i executar un cable de mosca acabat SMA per cargolar-lo directament a l’entrada de l’antena SDR. El cable de mosca està fixat al punt de sortida de la ràdio per proporcionar alleujament de la tensió.

Veure imatges adjuntes …

Pas 7: el SDR en acció prové del RF Tap mitjançant la placa LNA

En aquest pas hi ha un breu vídeo que mostra la ràdio SDR en funcionament, amb la font d'antena que és la presa d'antena FT-450D a través de la placa LNA. Aquesta prova es va dur a terme tard (ish) a la nit i la banda està una mica morta, però la resposta del SDR és l’esperada. Quan el FT-450D està transmetent l'entrada a l'SDR, es silencia efectivament a causa de l'aïllament de la placa LNA quan no s'alimenta.

Pas 8: Conclusió

Per sobre de tot, aquest instructiu ha estat molt divertit i estic molt satisfet del resultat. Com tots els bons projectes, hi ha tres objectius principals … per aprendre noves habilitats, per fer que el projecte sigui un èxit i per compartir coneixements amb tothom que vulgui llegir fins aquí.

En aquest moment vaig treure la meva gorra al desaparegut Dave G4HUP. Si no fos pel treball de Dave, aquest projecte potser no s'hauria materialitzat. No puc reivindicar el disseny original de LNA com a propi, sinó només haver pres un disseny i haver intentat fer-lo a la meva manera. Només puc esperar que Dave aprovi que el seu treball es desenvolupi i es comparteixi amb els altres.

En conclusió, el projecte ha estat un èxit.

Si us plau, no dubteu a desactivar qualsevol pregunta i faré tot el possible per respondre-les.

Salutacions cordials, Dave (G7IYK)