Yaesu FT-450D RF-kranmodifiering för SDR: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Hej alla som kan vara intresserade, Jag tror att jag först borde förklara vad det här instruerbara handlar om. Det finns följande huvudkomponenter involverade i detta projekt enligt följande:

Yaesu FT-450D är en modern kompakt HF/50MHz sändtagare som kan täcka 160-6 meter amatörband med en effekt på 100W. För många funktioner att lista, så bara Google på radion om du vill veta mer.

SDRPlay är en suverän bredbands mjukvarudefinierad radio som täcker ett frekvensområde från 1KHz till 2GHz och gör att spektrat kan ses med en bandbredd på upp till 10MHz.

SDRPlay:

(Jag har inget samband med företaget annat än att ha köpt deras utmärkta produkt)

Båda dessa utrustningar är suveräna i sig. Men syftet med denna instruerbara är att föra ihop de två utrustningarna och att kunna utnyttja det bästa från båda världarna. Med det menar jag att kunna använda FT-450D-radion som den var avsedd (som en smalbandig radiosändare) men samtidigt kunna använda SDRPlay-mottagaren för att visualisera bredbandskanalen.

Detta utgör i sig ett problem eftersom både FT-450D och SDRPlay behöver se en antenn. Ett tillvägagångssätt är att helt enkelt använda två antenner. Ett andra tillvägagångssätt kan vara att använda en enda antenn men dela RF-vägen och sända/ta emot med in-line-omkoppling. Ett tredje och föredraget tillvägagångssätt är att tappa av den mottagna RF-vägen inifrån FT-450D med hjälp av en lämplig lågbrusskrets och presentera den avlyssnade signalen för SDRPlay. Detta senare tillvägagångssätt resulterar i att både FT-450D och SDRPlay i princip ser samma antenn. Lågbrusskretsen drivs bara under mottagning och så under sändning ger avsevärd isolering skyddar ingången till SDRPlay -mottagaren. Lågbrusskretsen har en hög impedansingång vilket ger en minimal belastning till tapppunkten i FT-450D. Denna sista punkt är viktig eftersom lämpliga tapppunkter inom FT-450D är placerade på vardera sidan av passiva 50 ohm bandpassfilter. Varje laddning eller ändring av impedans som införs av en ytterligare krets kommer att ändra filtrenas överföringsfunktion och också minska effekten i den önskade signalvägen.

De flesta tillgängliga lågbrusförstärkare (LNA) från hyllan använder feedback för att generera förstärkning och har också en ingångsimpedans på 50 ohm - ingen av dessa funktioner är önskvärda.

En enkel krets med hög impedans har designats av Dave G4HUP och var tillgänglig att köpa. Mycket tyvärr är det min förståelse att Dave har gått bort. Jag har tagit en del av designen och med modifiering, tagit fram ett eget kretskort, testat och monterat på min egen FT-450D. Det är denna process som utgör ämnet för denna instruerbara.

Steg 1: Skapande av LNA Schematisk och PCB -layout

Översikt

Under åren har jag skapat några kretskort (PCB) för produkter och för hemmabruk. I de första dagarna innebar detta att använda kopparklädda brädor, överföringar och speciella pennor för att rita konstruktionen på kopparen. Skivan skulle sedan etsas i ferriklorid för att ta bort exponerat koppar och lämna de önskade spåren. Det var också möjligt att köpa ljuskänslig kopparklädd bräda och använda en mask för att framställa ett resist innan etsning. Att få en engångskort tillverkad kommersiellt var mycket dyrt och krävde verktyg som helt enkelt inte var tillgängliga för amatörer.

Numera är datorverktyg gratis och allmänt tillgängliga för designbrädor på några timmar, inte dagar. Tillverkningskostnaderna har också sjunkit med många billiga tillverkare som finns tillgängliga i Kina och på andra håll utanför Storbritannien. Men som sagt, att ha en enda bräda tillverkad är fortfarande inte så billig när du inkluderar frakt.

Ett annat tillvägagångssätt, och metoden jag har använt i detta projekt, är att fräsa brädet med en CNC -fräs. Uppenbarligen skulle du inte köpa en CNC -maskin för att göra en bräda men jag hade redan en maskin som har använts för många andra projekt som involverar fräsning av trä, metall och glas.

Att fräsa ett kretskort med en CNC -maskin innebär att man använder ett mycket fint skärverktyg för att fräsa ut isolering runt de önskade spåren men inte att fräsa bort allt koppar. Detta tillvägagångssätt är särskilt användbart när man bygger RF -kretsar eftersom de återstående kopparöarna är önskvärda och fungerar som ett markplan som förbättrar stabilitet och prestanda. Jag har använt en dubbelsidig kopparklädd bräda i det här projektet och har borrat genom att länka de övre och nedre kopparytorna.

PCB -design med EasyEDA

Jag har provat olika PCB -designpaket och hade verkligen bestämt mig för ett paket som heter DipTrace. Det är dock allt mer populärt att designpaket är webbaserade snarare än att använda en fristående applikation. Efter att inte ha använt DipTrace på ett tag var jag lite rostig så tittade runt på nätet och hittade ett webbaserat designverktyg som heter EasyEDA. Jag tyckte att det här verktyget var utmärkt, mycket intuitivt och enkelt att använda. Mycket lätt att skapa en schematisk på några minuter och sedan konvertera till ett kretskort, hela processen tog mindre än en timme inklusive några modifikationer och förfiningar. Verktygsdesigners hoppas uppenbarligen att du kommer att använda de medföljande tillverkningsfaciliteterna men det är fortfarande möjligt att exportera en design i branschstandard gerber -format för användning av en efterföljande verktygskedja.

Steg 2: Använd FlatCAM för att skapa geometri- och verktygsvägar

Efter att EasyEDA har använts för att skapa schematisk och PCB -layout är nästa steg att skapa verktygsvägar och slutligen gcode för att styra CNC -fräsmaskinen. Jag har provat olika programvaror för att uppnå detta mål och slutligen bestämt mig för FlatCAM. Denna programvara är gratis, stabil och ganska intuitiv att använda. Genom att använda FlatCAM -verktygsbanor för brädet kan utskärningar och borrningar skapas mycket snabbt. Det finns också en mycket användarvänlig geometriredigerare om något kräver en tweak. I videon som ingår i detta steg visar jag hur FlatCAM används för att importera gerber -filer och utföra en del grundläggande redigering. Det finns många detaljerade videor som visar hur man använder verktyget från början till slut. Jag har bara täckt de ändringar jag behövde göra specifikt för detta projekt.

Steg 3: Fräsningsprocessen - CNC -maskin i aktion

Ok, så under de senaste stegen har följande uppnåtts:

- Kretsschemat har tagits med EasyEDA.

- Från schemat har PCB -layouten skapats också med EasyEDA.

- Gerber -filer har skapats för tavlan och även genererade borrfiler.

- FlatCAM har använts för att skapa/redigera väggeometri och generera gcode för kortet och utskärning.

- FlatCAM har använts för att importera och skala borrfilen vilket också resulterar i gcode.

Så nu har vi tre gcode -filer för brädet, urklippning och borrning.

Nästa steg är att faktiskt börja fräsa lite bräda. Brädan jag har använt är dubbelsidig glasfiber kopparklädd bräda. Jag kunde ha beställt detta online men fann faktiskt att Maplin gjorde ett ganska bra stort ark till ett bra pris och jag hade det i handen inom en timme - ville bara fräsa!

Min fräsmaskin är en Sable 2015 och jag använder Mach3 -programvara för att styra den. För att fräsa kortspåravlastningen använde jag en 0,5 mm ändfräs. För skivans urskärning och hål använde jag en 1,5 mm ändfräs. För att fräsa direkt genom brädet behöver du uppenbarligen något att fräsa in under kretskortet - min kvarnbädd är tjock aluminium och du vill inte fräsa in det! Jag har hittat för kretskort det bästa materialet att använda under kretskortet är 5 mm tjockt skumbräda. Du kan plocka upp denna skumplatta mycket billigt online eller från hantverksbutiker. Den är lätt att skära med en modelleringskniv och har en mycket jämn tjocklek. Den kopparklädda brädan monteras på skumplattan med tunn dubbelsidig tejp. Skumplattan monteras också på CNC -sängen med samma tejp - jag har aldrig fått en bräda att komma fri eller röra sig under fräsning.

0,5 mm ändfräsen är uppenbarligen ganska ömtålig och så håller jag min matningshastighet till 60 mm/min. Jag använder samma matningshastighet för avstängningen för att inte lossna PCB/foamboard -smörgåsen från fästtejpen.

Bifogad är en video som visar fräsningsprocessen:)

Det bifogas också tre bilder av finalbrädorna. En bild visar det första försöket på tavlan och små områden av oönskad koppar syns tydligast mellan transistorkuddarna. Det andra försöket ombord på dessa oönskade kopparområden har tagits bort genom att geometri läggs till i FlatCAM. Den tredje bilden visar den sista tavlan fylld med komponenter.

Efter fyllning av brädan gavs en mycket lätt spray med lack för att stoppa kopparnas fläckar och missfärgas.

Steg 4: Frekvensrespons av färdig styrelse

Den färdiga befolkade styrelsen var förstärkningskarakteriserad med hjälp av en spektrumanalysator. Analysatorn var inställd för att sopa frekvensen från 10KHz till 30MHz och mäta förstärkningen. Förstärkningen mättes också med strömmen av för att simulera vad som händer i radion när vi sänder och kräver god isolering mellan FT-450D-sändtagaren och SDRPlay-mottagaren.

Ingångsnivå till LNA var -40dBm

Bild 1 - Markör inställd på 7,1 MHz, förstärkningen för LNA är +2,5dB

Bild 2 - Ström till LNA -avstängningen som visar> 34dB isolering

Bild 3 - Lågfrekvent avstängning -3dB ner vid 1,6 MHz

I huvudsak över HF -amatörbanden är LNA platt 3MHz - 30MHz (var platt upp till ~ 500MHz)

Steg 5: Analysera Yaesu FT-450D för en lämplig RF-kran och effektpunkt

Innan LNA-kortet kan monteras på FT-450D måste en lämplig RF-kretspunkt och kraftpunkt identifieras. Detta uppnåddes genom att använda radioservicemanualen och först titta på mottagarens blockdiagram innan du förfinar valet av RF -tryckpunkt med hjälp av schemat.

Först och främst ville jag att SDR skulle se antennen ansluten till FT-450D innan några IF-omvandlingssteg, så detta minskade utredningen avsevärt. Innan den första IF -mixern fanns det två uppenbara punkter att slå av. När Rx-signalen väl kommer in i RF-IF-kortet från PA-kortet passerar den genom följande steg:

- Ingångsstötskydd

- Omkopplingsbar (relä) 20dB ingångsdämpning

- En serie med åtta ömsesidigt exklusiva kopplade bandpassfilter

- Omkopplingsbar (relä) IPO-förstärkare

- Första etappen IF -mixer (första LO -driven mixer)

Så de två intressepunkterna kokade i huvudsak ner till före eller efter bandpassfiltrering. Jag ville att SDR skulle se så mycket signal som möjligt så bestämde mig för att slå av precis innan bandpassfilternätverket. Kom ihåg att LNA som används för att trycka på signalen har en hög impedansingång och därför blir effekten på radiosignalvägen minimal.

Det andra området som ska övervägas är var LNA -kortet kommer att få sin kraft. Lyckligtvis är FT-450D-schemat ganska tydligt och välkommenterat så att en lämplig kraftpunkt kan hittas. Den valda kraftpunkten driver LNA vid mottagning men slår av LNA under överföring. Detta isolerar SDR -ingången med> 30dB under överföringen. Den strömförbrukade LNA -strömförbrukningen är ~ 9mA.

De bifogade bilderna visar följande:

- RF -tryckpunkten som visas på blockschemat

- RF -tryckpunkten som visas på schemat

- RF -tryckpunkten som visas på brädans layout

- LNA -effektuttaget visas på schemat

- LNA -effektuttaget som visas på kortets layout

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

Nu har LNA-kortet tillverkats, karaktäriserats och en lämplig tapppunkt identifierat att det är dags att verkligen passa brädan till FT-450D.

Vid denna tidpunkt är det vanligt att påpeka att du utför denna ändring på egen risk. Det är inte komplicerat men det finns alltid en risk för skada och jag personligen skulle inte utföra den här ändringen på en radio som fortfarande var under garanti - jag är säker på att garantin blir ogiltig efter ändringen. Jag köpte min FT-450D second hand från ebay så det finns ingen garanti att oroa mig för i mitt fall.

Om du bestämmer dig för att utföra en sådan ändring, gå bara försiktigt och metodiskt - använd det gamla kloka ordspråket som gäller för de mest känsliga situationerna … mät två gånger och klipp en gång:)

Jag bestämde mig för att inte borra några hål i FT-450D-höljet utan istället för att montera SDR på sidan av FT-450D och köra ut en SMA-avslutad flugkabel för att skruva direkt i SDR-antenningången. Flueledningen är fäst vid radioutgångspunkten för att ge dragavlastning.

Se bifogade bilder….

Steg 7: SDR: n i aktion kommer från RF -kranen Via LNA -kortet

Vid detta steg finns en kort video som visar SDR-radion i drift med dess antennkälla som FT-450D-antennkranen via LNA-kortet. Detta test utfördes sent (ish) på natten och bandet är lite dött men svaret från SDR är som förväntat. När FT-450D sänder är ingången till SDR effektivt avstängd på grund av LNA-kortets isolering när den inte drivs.

Steg 8: Slutsats

Väl framför allt har detta instruerbara varit väldigt roligt och jag är mycket nöjd med resultatet. Liksom alla bra projekt finns det tre primära mål …. att lära sig nya färdigheter, att göra projektet till en framgång och att dela kunskap med alla som bryr sig om att läsa så här långt.

Jag överförde vid denna tidpunkt min keps till den sena Dave G4HUP. Om det inte var för Dave -arbetet kanske det här projektet inte har förverkligats. Jag kan inte göra anspråk på den ursprungliga LNA -designen som min egen utan bara ha tagit en design och försökt göra den på mitt eget sätt. Jag kan bara hoppas att Dave skulle godkänna att hans arbete utvecklades och delades med andra.

Sammanfattningsvis har projektet varit en framgång.

Var vänlig och avfyra eventuella frågor så ska jag göra mitt bästa för att svara på dem.

Vänliga hälsningar, Dave (G7IYK)