Yaesu FT-450D RF Trykkmodifikasjon for SDR: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Hei alle som kan være interessert, Jeg tror jeg hadde bedre å først forklare hva dette instruerbare handler om. Det er følgende hovedkomponenter involvert i dette prosjektet som følger:

Yaesu FT-450D er en moderne kompakt HF/50MHz sender/mottaker som kan dekke 160-6 meter amatørbånd med en effekt på 100W. For mange funksjoner til å liste opp, så bare google radioen hvis du vil vite mer.

SDRPlay er en ypperlig bredbånds programvaredefinert radio som dekker et frekvensområde på 1KHz til 2GHz og lar spektrumet sees med en båndbredde på opptil 10MHz.

SDRPlay:

(Jeg har ingen forbindelse med selskapet annet enn å ha kjøpt det utmerkede produktet)

Begge disse utstyrene er suverene i seg selv. Men formålet med denne instruksen er å bringe de to utstyrene sammen og å kunne utnytte det beste fra begge verdener. Med det mener jeg å kunne bruke FT-450D-radioen slik den var beregnet (som en smalbånds radiomottaker), men samtidig å kunne bruke SDRPlay-mottakeren til å visualisere bredbåndskanalen.

Dette innebærer iboende et problem ettersom både FT-450D og SDRPlay trenger å se en antenne. En tilnærming er å bare bruke to antenner. En annen tilnærming kan være å bruke en enkelt antenne, men dele RF-banen og sende/motta ved hjelp av in-line bytte. En tredje og foretrukket tilnærming er å tappe av mottaker-RF-banen fra FT-450D ved hjelp av en passende lydsvak krets og presentere det avlyttede signalet til SDRPlay. Denne sistnevnte tilnærmingen resulterer i at både FT-450D og SDRPlay i hovedsak ser den samme antennen. Kretsen med lav støy blir bare drevet mens den mottar, og under overføring gir den betydelig isolasjon som beskytter inngangen til SDRPlay -mottakeren. Kretsen med lav støy har en inngang med høy impedans og gir dermed en minimumsbelastning til tappepunktet i FT-450D. Dette siste punktet er viktig ettersom passende trykkpunkter i FT-450D er plassert på hver side av passive 50 ohm båndpassfiltre. Enhver belastning eller endring av impedans innført av en ekstra krets vil endre overføringsfunksjonen til filtrene og også redusere effekten i ønsket signalbane.

De fleste tilgjengelige Lydstøyforsterkere (LNA) fra hyllen bruker tilbakemelding for å generere forsterkning og har også en 50 ohm inngangsimpedans - ingen av disse funksjonene er ønskelige.

En enkel tappekrets med høy impedans er designet av Dave G4HUP og var tilgjengelig for kjøp. Veldig dessverre er det min forståelse at Dave har gått bort. Jeg har tatt en del av designet og med modifikasjoner, produsert mitt eget kretskort, testet og montert på min egen FT-450D. Det er denne prosessen som danner tema for denne instruerbare.

Trinn 1: Opprettelse av LNA -skjematisk og PCB -oppsett

Oversikt

Gjennom årene har jeg generert noen kretskort (PCB) for produkter og til hjemmebruk. I de første dagene innebar dette bruk av kobberplater, overføringer og spesielle penner for å tegne designet på kobberet. Brettet ville deretter bli etset i ferriklorid for å fjerne eksponert kobber og forlate de ønskede sporene. Det var også mulig å kjøpe lysfølsomt kobberkledd brett og bruke en maske for å lage en resist før etsning. Å ha et engangsbrett laget kommersielt var veldig dyrt og krevde verktøy som bare ikke var tilgjengelig for hobbyfolk.

I dag er dataverktøy gratis og allment tilgjengelig for designbrett i løpet av timer, ikke dager. Også produksjonskostnadene har sunket med mange billige fabrikanter som er tilgjengelige i Kina og andre steder utenfor Storbritannia. Imidlertid er det sagt at det å lage et enkelt brett fremdeles ikke er så billig når du inkluderer frakt.

En annen tilnærming, og metoden jeg har brukt i dette prosjektet, er å frese brettet med en CNC -fresemaskin. Selvfølgelig ville du ikke kjøpe en CNC -maskin for å lage ett brett, men jeg hadde allerede en maskin som har blitt brukt til mange andre prosjekter som involverer fresing av tre, metall og glass.

Å frese en PCB ved hjelp av en CNC -maskin innebærer å bruke et veldig fint skjæreverktøy for å frese ut isolasjon rundt de ønskede sporene, men ikke å frese bort alt kobber. Denne tilnærmingen er spesielt nyttig når man bygger RF -kretser, ettersom de gjenværende kobberøyene er ønskelige og fungerer som et grunnplan som forbedrer stabilitet og ytelse. Jeg har brukt et dobbeltsidig kobberbelagt brett i dette prosjektet og har boret gjennom å koble de øvre og nedre kobberoverflatene.

PCB -design ved bruk av EasyEDA

Jeg har prøvd forskjellige PCB -designpakker og hadde virkelig bestemt meg på en pakke som heter DipTrace. Imidlertid er det stadig mer populært for designpakker å være nettbaserte i stedet for å bruke en frittstående applikasjon. Etter å ikke ha brukt DipTrace på en stund var jeg litt rusten, så så meg rundt på nettet og fant et web-basert designverktøy kalt EasyEDA. Jeg fant dette verktøyet utmerket, veldig intuitivt og enkelt å bruke. Veldig enkelt å lage en skjema i løpet av minutter og deretter konvertere til et PCB, hele prosessen tok mindre enn en time inkludert noen få modifikasjoner og forbedringer. Verktøydesignerne håper åpenbart at du vil bruke de medfølgende fabrikasjonsfasilitetene, men det er fortsatt mulig å eksportere et design i industristandard gerber -format for bruk av en påfølgende verktøykjede.

Trinn 2: Bruk FlatCAM til å lage geometri- og verktøybaner

Etter at EasyEDA har blitt brukt til å lage skjematisk og PCB -oppsett, er neste trinn å lage verktøybaner og til slutt gcode for å kontrollere CNC -fresemaskinen. Jeg har prøvd forskjellige programvare for å nå dette målet, og til slutt avgjort på FlatCAM. Denne programvaren er gratis, stabil og ganske intuitiv å bruke. Ved å bruke FlatCAM verktøybaner for brettet, kan utskjæring og boring opprettes veldig raskt. Det er også en veldig brukervennlig geometri -editor hvis noe krever en finjustering. I videoen som er en del av dette trinnet viser jeg hvordan FlatCAM brukes til å importere gerber -filer og utføre grunnleggende redigering. Det er mange detaljerte videoer tilgjengelig som viser hvordan du bruker verktøyet ende til ende. Jeg har bare dekket endringene jeg trengte å gjøre spesielt for dette prosjektet.

Trinn 3: Freseprosessen - CNC -maskin i bruk

Ok, så i løpet av de siste trinnene har følgende blitt oppnådd:

- Kretsskjemaet er fanget opp med EasyEDA.

- Fra skjemaet har PCB -oppsettet blitt opprettet også ved hjelp av EasyEDA.

- Gerber -filer er opprettet for brettet og også drillfiler generert.

- FlatCAM har blitt brukt til å lage/redigere banegeometri og generere gcode for brettet og cutout.

- FlatCAM har blitt brukt til å importere og skalere borefilen, noe som også resulterer i gcode.

Så nå har vi tre gcode -filer for brettet, utskjæring og boring.

Den neste fasen er å faktisk begynne å frese et brett. Brettet jeg har brukt er tosidig kobberkledd glassfiberplate. Jeg kunne ha bestilt dette på nettet, men fant faktisk ut at Maplin gjorde et ganske stort stort ark til en god pris, og jeg hadde det i hånden min innen en time - ville bare frese!

Fresemaskinen min er en Sable 2015, og jeg bruker Mach3 -programvare for å kontrollere den. For å frese brettsporavlastningen brukte jeg en 0,5 mm endefres. Til brettutskjæringen og hullene brukte jeg en 1,5 mm endefres. For å frese rett gjennom brettet trenger du åpenbart noe å frese inn under PCB - min kvern seng er tykt aluminium og du vil ikke frese til det! Jeg har funnet for PCB det beste materialet å bruke under PCB er 5 mm tykt skumplate. Du kan hente dette skumplaten veldig billig online eller fra håndverksbutikker. Den er lett å kutte med en modellkniv og har en veldig jevn tykkelse. Det kobberbelagte brettet monteres på skumplaten ved hjelp av tynt dobbeltsidig tape. Skumplaten monteres også på CNC -sengen ved hjelp av det samme båndet - jeg har aldri hatt et brett fri eller flyttet under fresing.

0,5 mm endemøllen er åpenbart ganske skjør, og derfor holder jeg fôrhastigheten til 60 mm/min. Jeg bruker samme feedrate for cutout for ikke å løsne PCB/foamboard sandwich fra festetapen.

Vedlagt er en video som viser freseprosessen:)

Det er også vedlagt tre bilder av finalebordene. Ett bilde viser det første forsøket på tavlen, og små områder med uønsket kobber kan sees tydeligst mellom transistorputene. Det andre forsøket på disse uønskede kobberområdene er fjernet ved å legge til geometri i FlatCAM. Det tredje bildet viser det siste brettet fylt med komponenter.

Etter fylling av brettet ble det gitt en veldig lett spray med lakk for å stoppe kobberflekker og misfarging.

Trinn 4: Frekvensrespons av ferdig bord

Det ferdige folketavlet ble forsterket ved bruk av en spektrumanalysator. Analysatoren ble satt opp for å feie frekvensen fra 10KHz til 30MHz og måle forsterkningen. Gevinsten ble også målt med strømmen av for å simulere hva som skjer i radioen når vi sender og krever god isolasjon mellom FT-450D-mottakeren og SDRPlay-mottakeren.

Inngangsnivå til LNA var -40dBm

Bilde 1 - Markør satt til 7,1 MHz, forsterkningen til LNA er +2,5dB

Bilde 2 - Strøm til LNA av som viser> 34dB isolasjon

Bilde 3 - Lavfrekvent avrulling -3dB ned på 1,6 MHz

I hovedsak over HF -amatørbåndene er LNA flatt 3MHz - 30MHz (var flatt opp til ~ 500MHz)

Trinn 5: Analysere Yaesu FT-450D for et passende RF-trykk og strømpunkt

Før LNA-kortet kan monteres på FT-450D må et passende RF-trykkpunkt og effektpunkt identifiseres. Dette ble oppnådd ved å bruke radioservicemanualen og først se på mottakerblokkdiagrammet før du finjusterte RF -trykkpunktvalget ved hjelp av skjematisk.

Først av alt ønsket jeg at SDR skulle se antennen koblet til FT-450D før noen IF-konverteringstrinn, så dette reduserte undersøkelsen betraktelig. Før den første IF -mikseren var det to åpenbare punkter å slå av. Når Rx-signalet kommer inn i RF-IF-kortet fra PA-kortet, passerer det gjennom følgende trinn:

- Inngangsspenningsbeskyttelse

- Byttbar (relé) 20dB inngangsdempning

- En serie på åtte gjensidig eksklusive bytte bandpass -filtre

- Byttbar (relé) IPO forforsterker

- Første trinn IF -mikser (1. LO -drevne mikser)

Så de to interessepunktene kokte i hovedsak ned til før eller etter bandpassfiltrering. Jeg ville at SDR skulle se så mye signal som mulig, så jeg bestemte meg for å slå av like før bandpassfilternettverket. Husk at LNA som brukes til å trykke på signalet, har en høy impedansinngang, og derfor vil effekten på radiosignalbanen være minimal.

Det andre området som skal vurderes er hvor LNA -brettet skal få sin makt. Heldigvis er FT-450D-skjemaet ganske tydelig og godt kommentert, og derfor kan et passende strømpunkt lokaliseres. Det valgte kraftpunktet driver LNA ved mottak, men slår av LNA under overføring. Dette isolerer SDR -inngangen med> 30dB under overføring. Det drevne LNA -strømforbruket er ~ 9mA.

De vedlagte bildene viser følgende:

- RF -trykkpunktet vist på blokkdiagrammet

- RF -trykkpunktet vist på skjematikken

- RF -trykkpunktet vist på brettoppsettet

- LNA -effektuttakspunktet vist på skjematisk

- LNA -strømuttakspunktet som vises på brettoppsettet

Trinn 6: Montering av LNA-kortet på Yaesu FT-450D

Nå har LNA-kortet blitt produsert, karakterisert og et passende trykkpunkt identifiserte at tiden var inne for å faktisk passe brettet til FT-450D.

På dette tidspunktet er det vanlig å påpeke at du utfører denne endringen på egen risiko. Det er ikke komplisert, men det er alltid fare for skade, og jeg personlig ville ikke utført denne endringen på en radio som fortsatt var under garanti - jeg er sikker på at garantien blir ugyldig etter endringen. Jeg kjøpte min FT-450D brukt fra ebay, så det er ingen garanti å bekymre meg for i mitt tilfelle.

Hvis du bestemmer deg for å utføre en slik modifikasjon, må du bare gå forsiktig og metodisk - bruk det gamle, kloke ordtaket som gjelder for de mest delikate situasjoner …. måle to ganger og kutte en gang:)

Jeg bestemte meg for ikke å bore hull i FT-450D-foringsrøret, men i stedet for å montere SDR-en på siden av FT-450D og løpe ut en SMA-avsluttet flueledning for å skru direkte inn i SDR-antenneinngangen. Flueledningen er festet ved radioutgangspunktet for å gi strekkavlastning.

Se vedlagte bilder….

Trinn 7: SDR i aksjon hentet fra RF -trykk Via LNA Board

På dette trinnet er det en kort video som viser SDR-radioen i drift, mens antennekilden er FT-450D-antennekranen via LNA-kortet. Denne testen ble utført sent (ish) om natten, og bandet er litt dødt, men responsen fra SDR er som forventet. Når FT-450D sender, blir inngangen til SDR effektivt dempet på grunn av LNA-kortets isolasjon når den ikke er strøm.

Trinn 8: Konklusjon

Godt fremfor alt har dette instruerbare vært veldig gøy, og jeg er veldig fornøyd med resultatet. Som alle gode prosjekter er det tre hovedmål …. å lære nye ferdigheter, gjøre prosjektet til en suksess og dele kunnskap med alle som bryr seg om å lese så langt.

På dette tidspunktet overlater jeg hatten til avdøde Dave G4HUP. Hvis det ikke var for arbeidet til Dave, kan det hende at dette prosjektet ikke har blitt realisert. Jeg kan ikke hevde det originale LNA -designet som mitt eget, men bare å ha tatt et design og forsøkt å lage det på min egen måte. Jeg kan bare håpe Dave ville godkjenne at arbeidet hans ble utviklet og delt med andre.

Avslutningsvis har prosjektet vært en suksess.

Du er velkommen til å fyre av eventuelle spørsmål, så skal jeg gjøre mitt beste for å svare på dem.

Med vennlig hilsen, Dave (G7IYK)