Yaesu FT-450D RF izmjena dodira za SDR: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Pozdrav svima koji bi mogli biti zainteresovani, Mislim da je bolje da prvo objasnim o čemu se radi u ovom uputstvu. Glavne komponente uključene u ovaj projekt su sljedeće:

Yaesu FT-450D je moderan kompaktni HF/50MHz primopredajnik sposoban pokriti amaterske opsege 160-6 metara sa izlaznom snagom od 100W. Previše je funkcija za navesti pa samo poguglajte radio ako želite znati više.

SDRPlay je vrhunski širokopojasni softver definiran radio koji pokriva frekvencijski raspon od 1KHz do 2GHz i omogućava gledanje spektra s propusnošću do 10MHz.

SDRPlay:

(Nemam nikakve veze s kompanijom osim što sam kupio njihov odličan proizvod)

Oba ova uređaja su vrhunska sama po sebi. Međutim, svrha ovog uputstva je da spoji dva dijela opreme i da iskoristi najbolje od oba svijeta. Pod tim mislim na mogućnost korištenja FT-450D radija onako kako je predviđeno (kao primopredajnik uskog opsega), ali istovremeno i na korištenje SDRPlay prijemnika za vizualizaciju širokopojasnog kanala.

Ovo inherentno predstavlja problem jer i FT-450D i SDRPlay moraju vidjeti antenu. Jedan pristup je jednostavno korištenje dvije antene. Drugi pristup bi mogao biti korištenje jedne antene, ali razdvajanje RF staze i odašiljanje/primanje pomoću linijskog prebacivanja. Treći i poželjniji pristup je da se prekine prijemna RF staza unutar FT-450D pomoću odgovarajućeg kola sa niskim šumom i da se prisluškivani signal predstavi SDRPlay-u. Ovaj posljednji pristup rezultira time da i FT-450D i SDRPlay u biti vide istu antenu. Krug s niskim šumom napaja se samo tijekom prijema, pa tako tijekom prijenosa pruža značajnu izolaciju štiteći ulaz na SDRPlay prijamniku. Krug s niskim šumom ima ulaz visoke impedanse, pa predstavlja minimalno opterećenje do točke dodira unutar FT-450D. Ova posljednja točka važna je jer se prikladne točke dodira unutar FT-450D nalaze s obje strane pasivnih propusnih filtera od 50 ohma. Svako opterećenje ili promjena impedanse koju uvede dodatni krug promijenit će prijenosnu funkciju filtera i također smanjiti snagu na željenoj putanji signala.

Većina dostupnih pojačala s niskim šumom (LNA) koriste povratne informacije za generiranje pojačanja i također imaju ulaznu impedanciju od 50 ohma - nijedna od ovih karakteristika nije poželjna.

Jednostavni krug slavine visoke impedanse dizajnirao je Dave G4HUP i bio je dostupan za kupovinu. Nažalost, koliko sam shvatio, Dave je preminuo. Uzeo sam dio dizajna i s izmjenama, proizveo vlastitu tiskanu ploču, testirao i ugradio na svoj vlastiti FT-450D. Upravo ovaj proces čini predmet ovog uputstva.

Korak 1: Kreiranje LNA sheme i izgleda PCB -a

Pregled

Tijekom godina stvorio sam nekoliko tiskanih ploča (PCB) za proizvode i za kućnu upotrebu. U prvim danima to je uključivalo upotrebu bakarne ploče, transfera i posebnih olovaka za crtanje dizajna na bakar. Ploča bi se zatim ugravirala u željezov klorid kako bi se uklonio izloženi bakar i ostavili tragovi. Također je bilo moguće kupiti bakarnu ploču osjetljivu na svjetlost i upotrijebiti masku za stvaranje otpora prije graviranja. Komercijalno pravljenje jednokratne ploče bilo je jako skupo i zahtijevalo je alate koji jednostavno nisu bili dostupni hobistima.

Danas su računarski alati besplatni i široko dostupni za dizajniranje ploča za nekoliko sati, a ne dana. Takođe, troškovi proizvodnje su naglo opali, jer su mnogi jeftini proizvođači dostupni u Kini i drugdje izvan Velike Britanije. Međutim, navedeno je da izrada jedne ploče još uvijek nije tako jeftina ako uključite i dostavu.

Drugi pristup i metoda koju sam koristio u ovom projektu je glodanje ploče pomoću CNC glodalice. Očigledno, ne biste kupili CNC stroj za izradu jedne ploče, ali već sam imao stroj koji se koristio za mnoge druge projekte koji uključuju glodanje drva, metala i stakla.

Za glodanje PCB -a pomoću CNC stroja potrebno je koristiti vrlo fini rezni alat za glodanje izolacije oko traženih tragova, ali ne i za glodanje cijelog bakra. Ovaj pristup je posebno koristan pri izgradnji RF krugova jer su preostala bakrena ostrva poželjna da djeluju kao osnova za poboljšanje stabilnosti i performansi. U ovom sam projektu koristio dvostrano obloženu bakrenu ploču i bušio kroz povezivanje gornje i donje bakrene površine.

Dizajn PCB -a pomoću EasyEDA -e

Isprobao sam različite dizajnerske pakete za PCB i zaista sam se odlučio za paket koji se zove DipTrace. Međutim, sve je popularnije da dizajnerski paketi budu zasnovani na webu, a ne da koriste samostalnu aplikaciju. Budući da neko vrijeme nisam koristio DipTrace, bio sam pomalo zahrđao pa sam pogledao po internetu i pronašao alat za dizajn zasnovan na webu pod nazivom EasyEDA. Smatrao sam da je ovaj alat odličan, vrlo intuitivan i jednostavan za upotrebu. Vrlo je jednostavno generirati shemu za nekoliko minuta, a zatim je pretvoriti u PCB, cijeli proces je trajao manje od sat vremena, uključujući nekoliko izmjena i poboljšanja. Dizajneri alata očigledno se nadaju da ćete koristiti predviđene mogućnosti proizvodnje, ali je i dalje moguće izvesti dizajn u industrijskom standardnom gerber formatu za upotrebu u kasnijem lancu alata.

Korak 2: Korištenje FlatCAM -a za stvaranje geometrije i alata

Nakon što je EasyEDA upotrijebljen za izradu sheme i rasporeda PCB -a, sljedeći korak je kreiranje alata i na kraju gcode za upravljanje CNC glodalicom. Isprobao sam razne softvere kako bih postigao ovaj cilj i konačno sam se zaustavio na FlatCAM -u. Ovaj softver je besplatan, stabilan i prilično intuitivan za upotrebu. Koristeći FlatCAM putanje alata za ploču, izrezi i bušenje mogu se stvoriti vrlo brzo. Tu je i vrlo jednostavan uređivač geometrije ako bilo što zahtijeva izmjenu. U video zapisu koji je dio ovog koraka pokazujem kako se FlatCAM koristi za uvoz gerber datoteka i obavlja osnovno uređivanje. Dostupni su mnogi detaljni video zapisi koji pokazuju kako koristiti alat od kraja do kraja. Pokrio sam samo izmjene koje sam trebao napraviti posebno za ovaj projekt.

Korak 3: Proces glodanja - CNC mašina na djelu

U redu, u posljednjih nekoliko koraka postignuto je sljedeće:

- Shema kola je snimljena pomoću EasyEDA -e.

- Iz sheme je postavljen PCB također koristeći EasyEDA.

- Gerber datoteke su stvorene za ploču, a generirane su i datoteke bušenja.

- FlatCAM je korišten za kreiranje/uređivanje geometrije putanje i generiranje gcode -a za ploču i izrez.

- FlatCAM je korišten za uvoz i skaliranje datoteke bušenja koja također rezultira gcodeom.

Dakle, sada imamo tri gcode datoteke za ploču, izrezivanje i bušenje.

Sljedeća faza je zapravo početi glodanje neke ploče. Ploča koju sam koristio je dvostrano obložena ploča od stakloplastike bakrenom. Mogao sam ovo naručiti putem interneta, ali zapravo sam otkrio da je Maplin napravio prilično lijepu veliku ploču po povoljnoj cijeni i držao sam je u ruci u roku od sat vremena - samo sam htio dobiti glodanje!

Moja glodalica je Sable 2015 i za upravljanje njome koristim softver Mach3. Za glodanje reljefa daske upotrijebio sam krajnju glodalicu od 0,5 mm. Za izrezivanje ploče i rupe koristio sam glodalicu od 1,5 mm. Da biste glodali kroz ploču, očito vam je potrebno nešto za glodanje ispod PCB -a - moj mlinski sloj je od debelog aluminija i ne želite to glodati! Otkrio sam da je za PCB najbolji materijal za upotrebu ispod PCB -a debljina pjene od 5 mm. Ovu pjenušavu bonu možete nabaviti vrlo jeftino na mreži ili u zanatskim radnjama. Lako se reže nožem za modeliranje i ima vrlo ujednačenu debljinu. Bakreno obložena ploča montira se na pjenastu ploču pomoću tanke dvostrane trake. Pjenasta ploča se također montira na CNC krevet pomoću iste trake - nikada nisam dozvolio da se daska oslobodi ili pomakne tijekom glodanja.

Krajnji glodalica od 0,5 mm očito je prilično krhka pa držim brzinu hranjenja na 60 mm/min. Koristim istu brzinu napajanja za izrezivanje kako ne bih odvojio sendvič od PCB -a/pjenaste ploče sa sigurnosne trake.

U prilogu je video zapis koji prikazuje radnju glodanja:)

U prilogu su i tri slike finalnih ploča. Jedna slika prikazuje prvi pokušaj u ploči, a male površine neželjenog bakra najočiglednije se mogu vidjeti između tranzistorskih pločica. U drugom pokušaju, ta neželjena bakrena područja uklonjena su dodavanjem geometrije u FlatCAM. Treća slika prikazuje posljednju ploču ispunjenu komponentama.

Nakon popunjavanja ploče, nanesite vrlo lagani sprej lakom kako biste spriječili tamnjenje i promjenu boje bakra.

Korak 4: Frekvencijski odziv gotovog odbora

Gotova naseljena ploča je okarakterizirana pomoću analizatora spektra. Analizator je podešen za premotavanje frekvencije od 10KHz do 30MHz i mjerenje pojačanja. Dobitak je također mjeren isključenim napajanjem kako bi se simuliralo šta se dešava u radiju dok emitiramo i potrebna je dobra izolacija između primopredajnika FT-450D i SDRPlay prijemnika.

Ulazni nivo za LNA bio je -40dBm

Slika 1 - Marker postavljen na 7,1 MHz, dobitak LNA je +2,5 dB

Slika 2 - Isključenje napajanja LNA pokazuje izolaciju> 34 dB

Slika 3 - Snižavanje niske frekvencije -3dB prema dolje na 1,6 MHz

U osnovi preko VF amaterskih opsega LNA je ravna 3MHz - 30MHz (bila je ravna do ~ 500MHz)

Korak 5: Analiza Yaesu FT-450D za odgovarajuću RF tačku i tačku napajanja

Prije nego što se LNA ploča može postaviti na FT-450D, potrebno je identificirati odgovarajuću RF tačku i tačku napajanja. To je postignuto korištenjem servisnog priručnika za radio i prvo gledanjem blok dijagrama prijemnika prije nego što se precizira izbor tačke doticaja RF pomoću sheme.

Prije svega, želio sam da SDR vidi antenu povezanu s FT-450D prije bilo koje faze pretvaranja IF-a, pa je to znatno suzilo istragu. Prije prvog IF miksera postojale su dvije očigledne tačke. Nakon što signal Rx uđe u RF-IF ploču s PA ploče, prolazi kroz sljedeće faze:

- Ulazna zaštita od prenapona

- Preklopno (relejno) 20dB ulazno slabljenje

- Serija od osam međusobno isključujućih filtera sa propusnim opsegom

- Preklopno (relejno) IPO predpojačalo

- Prva faza IF miksera (prvi LO pogonjeni mikser)

Dakle, dvije tačke interesa suštinski su se svele na prije ili nakon filtriranja propusnog opsega. Htio sam da SDR vidi što je više moguće signala pa sam odlučio prekinuti neposredno prije mreže propusnog pojasa. Upamtite da LNA koja se koristi za isključivanje signala ima ulaz visoke impedancije, pa će učinak na putanju radio signala biti minimalan.

Drugo područje koje treba razmotriti je mjesto gdje će LNA ploča dobiti svoju moć. Srećom, shema FT-450D je prilično jasna i dobro označena, pa se može pronaći odgovarajuća tačka napajanja. Odabrana tačka napajanja napaja LNA prilikom prijema, ali isključuje LNA tokom prijenosa. Ovo izolira SDR ulaz za> 30dB tijekom prijenosa. Potrošnja LNA napajanja je ~ 9mA.

Slike u prilogu pokazuju sljedeće:

- RF tačka dodira prikazana na blok dijagramu

- RF tačka dodira prikazana na shemi

- RF tačka dodira prikazana na rasporedu ploče

- Tačka dodira napajanja LNA prikazana na shemi

- Tačka dodira napajanja LNA prikazana na rasporedu ploče

Korak 6: Montiranje LNA ploče na Yaesu FT-450D

Sada je LNA ploča izrađena, okarakterisana i identifikovana je odgovarajuća tačka dodira kada je došlo vrijeme da se ploča zaista uklopi u FT-450D.

U ovom trenutku uobičajeno je naglasiti da ovu izmjenu radite na vlastitu odgovornost. Nije komplicirano, ali uvijek postoji rizik od oštećenja, a ja osobno ne bih izvodio ovu izmjenu na radiju koji je još uvijek bio pod garancijom - siguran sam da će nakon izmjene jamstvo biti poništeno. Kupio sam svoj rabljeni FT-450D na ebayu tako da u mom slučaju nema garancije za brigu.

Ako se ipak odlučite za takvu izmjenu, idite pažljivo i metodično - upotrijebite mudru staru izreku koja se odnosi na najosjetljivije situacije …… izmjerite dvaput i jednom izrežite:)

Odlučio sam ne bušiti rupe u kućištu FT-450D, već umjesto toga montirati SDR sa strane FT-450D i ispasti SMA završeni kabel koji se zavrće direktno u ulaz SDR antene. Zamajac je pričvršćen na izlazu radija kako bi se osiguralo rasterećenje.

Pogledajte priložene slike….

Korak 7: SDR na djelu Nabavljeno iz RF tapa putem LNA ploče

U ovom koraku postoji kratki video zapis koji prikazuje SDR radio u radu s izvorom antene kao antenom FT-450D pomoću LNA ploče. Ovaj test je proveden kasno noću i bend je pomalo mrtav, ali odgovor SDR -a je očekivan. Kada FT-450D odašilje ulaz na SDR je efektivno isključen zbog izolacije LNA ploče kada se ne napaja.

Korak 8: Zaključak

Iznad svega, ovo uputstvo je bilo jako zabavno i jako sam zadovoljan rezultatom. Kao i svi dobri projekti, postoje tri primarna cilja…. naučiti nove vještine, učiniti projekt uspješnim i podijeliti znanje sa svima koji žele čitati do sada.

U ovom trenutku skidam kapu pokojnom Daveu G4HUP. Da nije bilo Daveova posla, ovaj se projekt možda ne bi ostvario. Ne mogu tvrditi da je originalni LNA dizajn moj, već samo da sam uzeo dizajn i pokušao da ga napravim na svoj način. Mogu se samo nadati da će Dave odobriti da se njegov rad razvija i dijeli s drugima.

Zaključno, projekt je bio uspješan.

Slobodno otpustite sva pitanja, a ja ću se potruditi da na njih odgovorim.

Srdačan pozdrav, Dave (G7IYK)