Modyfikacja Tap Yaesu FT-450D RF dla SDR: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Witam wszystkich, którzy mogą być zainteresowani, Myślę, że lepiej najpierw wyjaśnić, o co chodzi w tej instrukcji. Ten projekt składa się z trzech głównych komponentów:

Yaesu FT-450D to nowoczesny kompaktowy transceiver HF/50MHz zdolny do pokrycia pasm amatorskich 160-6 metrów z mocą wyjściową 100W. Zbyt wiele funkcji, aby je wymienić, więc po prostu Google radio, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej.

SDRPlay to doskonałe, szerokopasmowe radio definiowane programowo, obejmujące zakres częstotliwości od 1 KHz do 2 GHz i umożliwiające oglądanie widma o szerokości pasma do 10 MHz.

SDRPlay:

(Nie mam żadnego związku z firmą poza zakupem ich doskonałego produktu)

Oba te urządzenia są doskonałe same w sobie. Jednak celem tej instrukcji jest połączenie dwóch elementów wyposażenia i możliwość wykorzystania tego, co najlepsze z obu światów. Rozumiem przez to możliwość korzystania z radia FT-450D zgodnie z przeznaczeniem (jako wąskopasmowego nadajnika-odbiornika), ale jednocześnie możliwość korzystania z odbiornika SDRPlay do wizualizacji kanału szerokopasmowego.

To z natury stanowi problem, ponieważ zarówno FT-450D, jak i SDRPlay muszą widzieć antenę. Jednym podejściem jest po prostu użycie dwóch anten. Drugim podejściem może być użycie pojedynczej anteny, ale dzielenie ścieżki RF i nadawanie/odbieranie za pomocą przełączania w linii. Trzecim i korzystnym podejściem jest odczepienie odebranej ścieżki RF z FT-450D przy użyciu odpowiedniego obwodu o niskim poziomie szumów i przedstawienie odczepionego sygnału do SDRPlay. To drugie podejście powoduje, że zarówno FT-450D, jak i SDRPlay widzą zasadniczo tę samą antenę. Obwód o niskim poziomie szumów jest zasilany tylko podczas odbioru, więc podczas nadawania zapewnia znaczną izolację chroniącą wejście do odbiornika SDRPlay. Obwód o niskim poziomie szumów ma wejście o wysokiej impedancji, co zapewnia minimalne obciążenie punktu zaczepienia w FT-450D. Ten ostatni punkt jest ważny, ponieważ odpowiednie punkty zaczepienia w FT-450D znajdują się po obu stronach pasywnych 50-omowych filtrów pasmowych. Jakiekolwiek obciążenie lub zmiana impedancji wprowadzone przez dodatkowy obwód spowoduje zmianę funkcji przenoszenia filtrów, a także zmniejszy moc w żądanym torze sygnału.

Większość dostępnych w sprzedaży wzmacniaczy niskoszumowych (LNA) wykorzystuje sprzężenie zwrotne do generowania wzmocnienia, a także ma impedancję wejściową 50 omów – żadna z tych cech nie jest pożądana.

Prosty obwód odczepów o wysokiej impedancji został zaprojektowany przez Dave'a G4HUP i był dostępny w sprzedaży. Bardzo niestety, rozumiem, że Dave odszedł. Wziąłem część projektu i z modyfikacją wyprodukowałem własną płytkę drukowaną, przetestowałem i dopasowałem do własnego FT-450D. To właśnie ten proces stanowi przedmiot tego instruktażu.

Krok 1: Tworzenie schematu LNA i układu PCB

Przegląd

Przez lata stworzyłem kilka płytek drukowanych (PCB) do produktów i do użytku domowego. Na początku wymagało to użycia miedzianej płyty platerowanej, transferów i specjalnych pisaków, aby narysować wzór na miedzi. Płytka była następnie wytrawiana w chlorku żelaza w celu usunięcia odsłoniętej miedzi i pozostawienia poszukiwanych śladów. Można było również kupić wrażliwą na światło płytę miedzianą i użyć maski do wykonania maski przed wytrawieniem. Posiadanie jednorazowej deski wykonanej komercyjnie było bardzo drogie i wymagało narzędzi, które były po prostu niedostępne dla hobbystów.

W dzisiejszych czasach narzędzia komputerowe są bezpłatne i powszechnie dostępne do projektowania płyt w ciągu kilku godzin, a nie dni. Również koszty produkcji gwałtownie spadły, ponieważ wielu tanich producentów jest dostępnych w Chinach i poza granicami Wielkiej Brytanii. Jednak to powiedziawszy, że wykonanie pojedynczej płyty nadal nie jest tak tanie, gdy uwzględni się wysyłkę.

Innym podejściem i metodą, którą zastosowałem w tym projekcie, jest wyfrezowanie płytki na frezarce CNC. Oczywiście nie kupiłbyś maszyny CNC do wykonania jednej deski, ale miałem już maszynę, która była używana do wielu innych projektów związanych z frezowaniem drewna, metalu i szkła.

Frezowanie PCB za pomocą maszyny CNC wymaga użycia bardzo cienkiego narzędzia tnącego do frezowania izolacji wokół pożądanych ścieżek, ale nie do frezowania całej miedzi. To podejście jest szczególnie przydatne przy budowaniu obwodów RF, ponieważ pozostałe miedziane wyspy są pożądane jako płaszczyzna uziemienia poprawiająca stabilność i wydajność. W tym projekcie użyłem dwustronnej płyty miedzianej i przewierciłem połączenie górnej i dolnej powierzchni miedzi.

Projektowanie PCB za pomocą EasyEDA

Próbowałem różnych pakietów do projektowania PCB i naprawdę zdecydowałem się na pakiet o nazwie DipTrace. Jednak coraz bardziej popularne jest tworzenie pakietów projektowych opartych na sieci WWW, a nie samodzielnej aplikacji. Ponieważ nie używałem DipTrace przez jakiś czas, byłem trochę zardzewiały, więc rozejrzałem się po Internecie i znalazłem internetowe narzędzie do projektowania o nazwie EasyEDA. Uważam, że to narzędzie jest doskonałe, bardzo intuicyjne i proste w użyciu. Bardzo łatwo wygenerować schemat w ciągu kilku minut, a następnie przekonwertować na PCB, cały proces zajął mniej niż godzinę, w tym kilka modyfikacji i udoskonaleń. Projektanci narzędzi mają oczywiście nadzieję, że skorzystasz z udostępnionych udogodnień produkcyjnych, ale nadal istnieje możliwość wyeksportowania projektu w standardowym formacie gerber w branży do wykorzystania w kolejnym łańcuchu narzędzi.

Krok 2: Używanie FlatCAM do tworzenia geometrii i ścieżek narzędziowych

Po użyciu EasyEDA do stworzenia schematu i układu PCB, następnym krokiem jest stworzenie ścieżek narzędziowych i ostatecznie gcode do sterowania frezarką CNC. Próbowałem różnych programów, aby osiągnąć ten cel i ostatecznie zdecydowałem się na FlatCAM. To oprogramowanie jest darmowe, stabilne i dość intuicyjne w obsłudze. Używając ścieżek oprzyrządowania FlatCAM dla płyty, wycinanie i wiercenie można wykonać bardzo szybko. Istnieje również bardzo przyjazny dla użytkownika edytor geometrii, jeśli cokolwiek wymaga poprawek. W filmie będącym częścią tego kroku pokazuję, w jaki sposób FlatCAM jest używany do importowania plików gerber i wykonywania podstawowej edycji. Dostępnych jest wiele szczegółowych filmów pokazujących, jak korzystać z narzędzia od początku do końca. Omówiłem tylko modyfikacje, które musiałem wykonać specjalnie dla tego projektu.

Krok 3: Proces frezowania – maszyna CNC w akcji

Ok, więc w ostatnich kilku krokach osiągnięto następujące wyniki:

- Schemat obwodu został przechwycony za pomocą EasyEDA.

- Na podstawie schematu stworzono układ PCB również za pomocą EasyEDA.

- Dla tablicy utworzono pliki Gerber, a także wygenerowano pliki wierteł.

- FlatCAM został użyty do tworzenia/edycji geometrii ścieżki oraz generowania gcode dla płytki i wycięcia.

- FlatCAM został użyty do importowania i skalowania pliku wiertła, co skutkuje również gcode.

Więc teraz mamy trzy pliki gcode dla tablicy, wycinania i wiercenia.

Następnym etapem jest faktyczne rozpoczęcie frezowania jakiejś deski. Użyta przeze mnie płyta to dwustronna płyta platerowana włóknem szklanym. Mogłem zamówić to przez Internet, ale okazało się, że Maplin zrobił całkiem niezły duży arkusz za dobrą cenę i miałem go w ręku w ciągu godziny - chciałem tylko frezować!

Moja frezarka to Sable 2015 i do sterowania nią używam oprogramowania Mach3. Do wyfrezowania reliefu toru deski użyłem freza walcowo-czołowego 0,5 mm. Do wycięcia płyty i otworów użyłem frezu palcowego 1,5 mm. Aby wyfrezować całą płytkę, oczywiście potrzebujesz czegoś do frezowania pod płytką drukowaną - moje łóżko frezarskie jest z grubego aluminium i nie chcesz w to frezować! Uważam, że najlepszym materiałem do zastosowania pod płytką PCB jest płyta piankowa o grubości 5 mm. Możesz kupić tę płytę piankową bardzo tanio przez Internet lub w sklepach rzemieślniczych. Daje się łatwo ciąć nożem modelarskim i ma bardzo jednolitą grubość. Płyta miedziana jest montowana na płycie piankowej za pomocą cienkiej taśmy dwustronnej. Płyta piankowa jest również montowana do stołu CNC za pomocą tej samej taśmy - nigdy nie miałem luzu ani przesunięcia płyty podczas frezowania.

Frez palcowy 0,5 mm jest oczywiście dość delikatny, dlatego utrzymuję prędkość posuwu na poziomie 60 mm/min. Używam tej samej prędkości posuwu dla wycięcia, aby nie oderwać kanapki PCB/płyta piankowa od taśmy zabezpieczającej.

W załączeniu film przedstawiający przebieg procesu frezowania:)

Dołączone są również trzy zdjęcia plansz finałowych. Jeden obraz pokazuje pierwszą próbę na płytce i małe obszary niechcianej miedzi są najwyraźniej widoczne między padami tranzystora. W drugiej próbie te niepożądane obszary miedzi zostały usunięte przez dodanie geometrii do FlatCAM. Trzecie zdjęcie przedstawia ostateczną płytkę wypełnioną komponentami.

Po zapełnieniu płytkę bardzo lekko spryskano lakierem, aby powstrzymać matowienie i odbarwianie miedzi.

Krok 4: Odpowiedź częstotliwościowa gotowej płyty

Gotową wypełnioną płytkę scharakteryzowano za pomocą analizatora widma. Analizator został ustawiony na zmianę częstotliwości od 10KHz do 30MHz i pomiar wzmocnienia. Wzmocnienie zostało również zmierzone przy wyłączonym zasilaniu, aby zasymulować to, co dzieje się w radiu podczas nadawania i wymaga dobrej izolacji między transceiverem FT-450D a odbiornikiem SDRPlay.

Poziom wejściowy do LNA wynosił -40dBm

Rysunek 1 - Marker ustawiony na 7,1MHz zysk LNA wynosi +2,5dB

Obraz 2 - Zasilanie LNA wyłączone, pokazując >34dB izolacji

Obraz 3 - Obniżenie niskiej częstotliwości -3dB w dół przy 1,6 MHz

Zasadniczo w pasmach amatorskich HF LNA jest płaskie 3 MHz - 30 MHz (było płaskie do ~ 500 MHz)

Krok 5: Analiza Yaesu FT-450D pod kątem odpowiedniego odczepu RF i punktu zasilania

Przed zamontowaniem płytki LNA w FT-450D należy zidentyfikować odpowiedni punkt zaczepienia RF i punkt zasilania. Udało się to osiągnąć, korzystając z instrukcji obsługi radiowej i najpierw patrząc na schemat blokowy odbiornika przed doprecyzowaniem wyboru punktu zaczepienia RF za pomocą schematu.

Przede wszystkim chciałem, aby SDR widział antenę podłączoną do FT-450D przed jakimkolwiek etapem konwersji IF, co znacznie zawęziło dochodzenie. Przed pierwszym mikserem IF były dwa oczywiste punkty do odebrania. Gdy sygnał Rx wejdzie do płyty RF-IF z płyty PA, przechodzi przez następujące etapy:

- Ochrona przeciwprzepięciowa wejścia

- Przełączane (przekaźnikowe) tłumienie wejściowe 20dB

- Seria ośmiu wzajemnie wykluczających się przełączanych filtrów pasmowoprzepustowych

- Przełączany (przekaźnik) przedwzmacniacz IPO

- Mikser pierwszego stopnia IF (1. mikser napędzany LO)

Tak więc dwa punkty zainteresowania zasadniczo sprowadzały się do przed lub po filtrowaniu pasmowym. Chciałem, aby SDR widział jak najwięcej sygnału, więc zdecydowałem się odciąć tuż przed siecią filtrów pasmowych. Pamiętaj, że LNA używane do odczepiania sygnału ma wejście o wysokiej impedancji, więc wpływ na ścieżkę sygnału radiowego będzie minimalny.

Innym obszarem do rozważenia jest to, gdzie płyta LNA będzie miała swoją moc. Na szczęście schemat FT-450D jest dość przejrzysty i dobrze opatrzony adnotacjami, dzięki czemu można zlokalizować odpowiedni punkt zasilania. Wybrany punkt zasilania zasila LNA podczas odbioru, ale wyłącza LNA podczas transmisji. To izoluje wejście SDR o >30dB podczas transmisji. Pobór prądu zasilanego LNA wynosi ~9mA.

Załączone obrazy przedstawiają:

- Punkt zaczepienia RF pokazany na schemacie blokowym

- Punkt zaczepienia RF pokazany na schemacie

- Punkt zaczepienia RF pokazany na układzie tablicy

- Punkt zaczepienia zasilania LNA pokazany na schemacie

- Punkt poboru mocy LNA pokazany na układzie tablicy

Krok 6: Montaż płytki LNA w Yaesu FT-450D

Teraz płyta LNA została wyprodukowana, scharakteryzowana, a odpowiedni punkt zaczepienia zidentyfikował, że nadszedł czas, aby faktycznie dopasować płytę do FT-450D.

W tym miejscu zwyczajowo zaznacza się, że wykonujesz tę modyfikację na własne ryzyko. Nie jest to skomplikowane, ale zawsze istnieje ryzyko uszkodzenia i osobiście nie wykonałbym tej modyfikacji na radiu, które było jeszcze na gwarancji - jestem pewien, że po modyfikacji gwarancja straci ważność. Kupiłem używane urządzenie FT-450D z serwisu eBay, więc w moim przypadku nie mam żadnych gwarancji.

Jeśli zdecydujesz się na taką modyfikację, po prostu idź ostrożnie i metodycznie - użyj starego mądrego powiedzenia, które odnosi się do najdelikatniejszych sytuacji…… odmierz dwa razy i raz przetnij:)

Postanowiłem nie wiercić żadnych otworów w obudowie FT-450D, ale zamiast tego zamontować SDR z boku FT-450D i wyprowadzić przewód muchowy zakończony SMA, aby przykręcić go bezpośrednio do wejścia anteny SDR. Przewód zasilający jest zabezpieczony w punkcie wyjścia radia, aby zapewnić odciążenie.

Zobacz załączone obrazy….

Krok 7: SDR w akcji pozyskiwany z RF Tap przez LNA Board

Na tym etapie znajduje się krótki film pokazujący działanie radia SDR z jego źródłem antenowym, jakim jest odczep anteny FT-450D poprzez płytkę LNA. Ten test został przeprowadzony późno w nocy i zespół jest trochę martwy, ale reakcja SDR jest taka, jak oczekiwano. Gdy FT-450D transmituje, wejście do SDR jest skutecznie wyciszone ze względu na izolację płyty LNA, gdy nie jest zasilana.

Krok 8: Wniosek

Przede wszystkim ta instruktaż była świetną zabawą i jestem bardzo zadowolony z wyniku. Jak wszystkie dobre projekty są trzy podstawowe cele…. nauczyć się nowych umiejętności, sprawić, by projekt odniósł sukces i dzielić się wiedzą z każdym, komu zależy na tym, by przeczytać tak daleko.

W tym momencie zdejmuję czapkę zmarłemu Dave'owi G4HUP. Gdyby nie praca Dave'a, ten projekt mógłby się nie zmaterializować. Nie mogę twierdzić, że oryginalny projekt LNA jest moim własnym, ale tylko wziąłem projekt i próbowałem go wykonać na swój własny sposób. Mogę tylko mieć nadzieję, że Dave zaaprobuje rozwój jego pracy i udostępnienie jej innym.

Podsumowując, projekt zakończył się sukcesem.

Zapraszam do zadawania pytań, a ja dołożę wszelkich starań, aby na nie odpowiedzieć.

Z wyrazami szacunku, Dave (G7IYK)