Úprava kohútika Yaesu FT-450D RF pre SDR: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Ahojte všetci, ktorých by to mohlo zaujímať, Myslím, že by som mal najskôr vysvetliť, o čom tento návod je. Do tohto projektu sú zapojené tieto hlavné súčasti:

Yaesu FT-450D je moderný kompaktný HF/50MHz transceiver schopný pokryť amatérske pásma 160-6 metrov s výkonom 100W. Príliš veľa funkcií na zoznam, takže ak chcete vedieť viac, stačí si vygoogliť rádio.

SDRPlay je vynikajúce širokopásmové softvérovo definované rádio pokrývajúce frekvenčný rozsah 1 kHz až 2 GHz a umožňujúce sledovanie spektra so šírkou pásma až 10 MHz.

SDRPlay:

(So spoločnosťou nemám žiadny iný vzťah, než aby som si kúpil ich vynikajúci produkt)

Oba tieto zariadenia sú vynikajúce samy o sebe. Cieľom tohto pokynu je však spojiť tieto dve časti zariadenia a byť schopný využiť to najlepšie z oboch svetov. Myslím tým možnosť používať rádio FT-450D tak, ako bolo zamýšľané (ako úzkopásmový rádiový transceiver), ale zároveň byť schopný používať prijímač SDRPlay na vizualizáciu širokopásmového kanála.

To vo svojej podstate predstavuje problém, pretože FT-450D aj SDRPlay potrebujú vidieť anténu. Jeden prístup je jednoducho použiť dve antény. Druhým prístupom môže byť použitie jednej antény, ale rozdelenie RF cesty a vysielanie/príjem pomocou prepínania in-line. Tretím a preferovaným prístupom je odklepnúť prijímaciu RF cestu zvnútra FT-450D pomocou vhodného nízkošumového obvodu a predložiť odpočúvaný signál do SDRPlay. Tento posledný prístup má za následok, že FT-450D aj SDRPlay vidia v podstate rovnakú anténu. Obvod s nízkym šumom je napájaný iba počas príjmu, a tak počas prenosu poskytuje podstatnú izoláciu chrániacu vstup do prijímača SDRPlay. Obvod s nízkym šumom má vstup s vysokou impedanciou, čo predstavuje minimálne zaťaženie bodu odbočky v modeli FT-450D. Tento posledný bod je dôležitý, pretože vhodné odpichové body v modeli FT-450D sú umiestnené na oboch stranách pasívnych 50 ohmových pásmových priepustných filtrov. Akékoľvek zaťaženie alebo zmena impedancie zavedená prídavným obvodom zmení prenosovú funkciu filtrov a tiež zníži výkon v požadovanej signálnej ceste.

Väčšina dostupných zosilňovačov s nízkym šumom (LNA) používa na generovanie zisku spätnú väzbu a má tiež vstupnú impedanciu 50 ohmov - žiadna z týchto funkcií nie je žiaduca.

Jednoduchý zapojovací obvod s vysokou impedanciou navrhol Dave G4HUP a bol k dispozícii na kúpu. Veľmi bohužiaľ chápem, že Dave zomrel. Prevzal som časť návrhu a s úpravami som vyrobil vlastnú dosku s plošnými spojmi, vyskúšal som a namontoval som na svoj vlastný FT-450D. Práve tento proces tvorí predmet tohto pokynu.

Krok 1: Vytvorenie schémy LNA a rozloženia DPS

Prehľad

Za tie roky som vygeneroval niekoľko dosiek s plošnými spojmi (PCB) pre výrobky a domáce použitie. V prvých dňoch to zahŕňalo použitie dosky potiahnutej meďou, prenosov a špeciálnych pier na kreslenie dizajnu na meď. Doska by sa potom vyleptala do chloridu železitého, aby sa odstránila odhalená meď a zanechali sa požadované stopy. Tiež bolo možné kúpiť dosku citlivú na svetlo medenú a pomocou masky vyrobiť pred leptaním rezist. Nechať si vyrobiť jednorazovú dosku komerčne bolo veľmi drahé a vyžadovalo si to nástroje, ktoré neboli k dispozícii len domácim majstrom.

V dnešnej dobe sú počítačové nástroje bezplatné a široko dostupné na navrhovanie dosiek v priebehu niekoľkých hodín, nie dní. Tiež náklady na výrobu prudko klesli, pretože mnoho lacných výrobcov je dostupných v Číne a inde mimo Veľkej Británie. To však znamená, že nechať si vyrobiť jednu dosku stále nie je také lacné, keď zahrniete dopravu.

Ďalší prístup a metóda, ktorú som v tomto projekte použil, je frézovanie dosky pomocou CNC frézky. Očividne by ste si nekúpili CNC stroj na výrobu jednej dosky, ale už som mal stroj, ktorý sa používal na mnoho ďalších projektov frézovania dreva, kovu a skla.

Frézovanie DPS pomocou CNC stroja zahŕňa použitie veľmi jemného rezného nástroja na odfrézovanie izolácie okolo požadovaných stôp, ale nie na odfrézovanie všetkej medi. Tento prístup je obzvlášť užitočný pri budovaní RF obvodov, pretože zostávajúce medené ostrovy sú žiaduce, pretože pôsobia ako základná rovina zlepšujúca stabilitu a výkon. V tomto projekte som použil obojstrannú medenú dosku a predviedol som prepojenie horného a dolného medeného povrchu.

Dizajn DPS pomocou EasyEDA

Vyskúšal som rôzne balíky návrhov plošných spojov a skutočne som sa usadil na balíku s názvom DipTrace. Stále viac je však populárnejšie, ak sú balíky návrhov založené na webe, než aby používali samostatnú aplikáciu. Keďže som nejaký čas nepoužíval DipTrace, bol som trochu hrdzavý, a tak som sa porozhliadal online a našiel som webový nástroj na navrhovanie s názvom EasyEDA. Tento nástroj považujem za vynikajúci, veľmi intuitívny a jednoduchý na používanie. Je veľmi jednoduché vygenerovať schému v priebehu niekoľkých minút a potom ju previesť na DPS. Celý proces trval menej ako hodinu vrátane niekoľkých úprav a vylepšení. Návrhári nástrojov očividne dúfajú, že použijete poskytnuté výrobné zariadenia, ale stále je možné exportovať dizajn v štandardnom priemyselnom formáte Gerber na použitie v nasledujúcom reťazci nástrojov.

Krok 2: Použitie FlatCAM na vytvorenie geometrických a nástrojových dráh

Potom, čo bol EasyEDA použitý na vytvorenie schémy a rozloženia DPS, ďalším krokom je vytvorenie dráh nástrojov a nakoniec gcode na ovládanie CNC frézky. Na dosiahnutie tohto cieľa som vyskúšal rôzne softvéry a nakoniec som sa rozhodol pre FlatCAM. Tento softvér je bezplatný, stabilný a používanie je celkom intuitívne. Použitím dráh nástrojov FlatCAM pre dosku je možné veľmi rýchlo vytvoriť výrezy a vŕtanie. K dispozícii je tiež veľmi užívateľsky príjemný editor geometrie, ak by čokoľvek vyžadovalo vyladenie. Vo videu, ktoré tvorí súčasť tohto kroku, uvádzam, ako sa program FlatCAM používa na import súborov Gerber a vykonávanie niektorých základných úprav. Existuje mnoho podrobných videí, ktoré ukazujú, ako používať nástroj od začiatku do konca. Pokryl som iba úpravy, ktoré som potreboval urobiť špeciálne pre tento projekt.

Krok 3: Proces frézovania - CNC stroj v prevádzke

Ok, takže počas posledných niekoľkých krokov sa dosiahlo nasledujúce:

- Schéma zapojenia bola zachytená pomocou EasyEDA.

- Schematicky bolo rozloženie DPS vytvorené aj pomocou programu EasyEDA.

- Súbory Gerber boli vytvorené pre tabuľu a tiež generované súbory pre vŕtanie.

- FlatCAM bol použitý na vytváranie/úpravu geometrie cesty a generovanie gcode pre dosku a výrez.

- FlatCAM bol použitý na import a zmenu mierky súboru s vrtmi, čo tiež viedlo k gcode.

Teraz teda máme tri súbory gcode pre dosku, výrez a vŕtanie.

Ďalšou fázou je skutočne začať frézovať nejakú dosku. Doska, ktorú som použil, je obojstranná doska potiahnutá meďou zo sklenených vlákien. Mohol som si to objednať online, ale v skutočnosti som zistil, že Maplin urobil celkom pekný veľký list za dobrú cenu a do hodiny som ho mal v ruke - chcel som len frézovať!

Moja frézka je Sable 2015 a na jej ovládanie používam softvér Mach3. Na frézovanie reliéfu dráhy dosky som použil 0,5 mm stopkovú frézu. Na výrez a otvory v doske som použil 1,5 mm stopkovú frézu. Aby ste mohli frézovať priamo cez dosku, je zrejmé, že potrebujete frézovať niečo pod DPS - moje mlynské lôžko je hrubé z hliníka a nechcete do toho frézovať! Zistil som, že pre PCB je najlepším materiálom na použitie pod PCB penová doska s hrúbkou 5 mm. Túto penovú dosku môžete kúpiť veľmi lacno online alebo v remeselných predajniach. Je ľahké rezať modelovacím nožom a má veľmi rovnomernú hrúbku. Medená plátovaná doska je pripevnená na penovú dosku pomocou tenkej obojstrannej pásky. Penová doska je tiež pripevnená k CNC lôžku pomocou tej istej pásky - nikdy sa mi doska počas frézovania neuvoľnila ani sa nepohybovala.

Stopková fréza 0,5 mm je očividne dosť krehká, a tak dávam posuv na 60 mm/min. Na výrez používam rovnaký posuv, aby sa nevytlačil sendvič z PCB/penovej dosky zo zaisťovacej pásky.

V prílohe je video ukazujúce akciu procesu frézovania:)

Priložené sú aj tri obrázky finálových tabúľ. Jeden obrázok ukazuje prvý pokus o dosku a malé oblasti nežiaducej medi možno najzreteľnejšie vidieť medzi podložkami tranzistora. Druhý pokus na doske tieto nežiaduce medené oblasti boli odstránené pridaním geometrie do FlatCAM. Tretí obrázok ukazuje konečnú dosku osadenú komponentmi.

Potom, čo bola doska osadená, bol podaný veľmi ľahký sprej s lakom, aby sa zabránilo zafarbeniu a odfarbeniu medi.

Krok 4: Frekvenčná odozva hotovej dosky

Hotová osadená doska sa charakterizovala pomocou spektrálneho analyzátora. Analyzátor bol nastavený tak, aby zachytával frekvenciu od 10 kHz do 30 MHz a meral zosilnenie. Zisk sa meral aj pri vypnutí, aby sa simulovalo, čo sa deje v rádiu, keď vysielame, a vyžaduje dobrú izoláciu medzi vysielačom a prijímačom FT-450D a prijímačom SDRPlay.

Vstupná úroveň do LNA bola -40 dBm

Obrázok 1 - Značka nastavená na 7,1 MHz, zisk LNA je +2,5 dB

Obrázok 2 - Napájanie LNA vypnuté s izoláciou> 34 dB

Obrázok 3 - Nízkofrekvenčný pokles o -3 dB na 1,6 MHz

V podstate v amatérskych pásmach KV je LNA plochá 3 MHz - 30 MHz (bola plochá až ~ 500 MHz)

Krok 5: Analýza Yaesu FT-450D na vhodný RF kohútik a bod napájania

Pred inštaláciou dosky LNA na FT-450D musí byť identifikovaný vhodný RF bod odbočky a bod napájania. To sa dosiahlo pomocou rádiovej servisnej príručky a najskôr sa pozrel na blokový diagram prijímača a potom pomocou schémy spresnil výber bodu odberu RF.

V prvom rade som chcel, aby SDR videl anténu pripojenú k FT-450D pred akýmikoľvek fázami konverzie IF, takže sa tým vyšetrovanie značne zúžilo. Pred prvým IF mixérom existovali dva zrejmé body, z ktorých je možné odbočiť. Akonáhle signál Rx vstúpi na dosku RF-IF z dosky PA, prechádza nasledujúcimi fázami:

- Vstupná prepäťová ochrana

- Prepínateľný (reléový) útlm vstupu 20 dB

- Séria ôsmich navzájom sa vylučujúcich prepínaných pásmových filtrov

- Prepínateľný (reléový) predzosilňovač IPO

- Prvý stupeň IF mixéra (1. mixér poháňaný LO)

Dva body záujmu sa teda v zásade scvrkli pred alebo po pásmovom filtrovaní. Chcel som, aby SDR videl čo najviac signálu, a tak som sa rozhodol odbočiť tesne pred pásmovou filtračnou sieťou. Nezabudnite, že LNA používaná na vypnutie signálu má vstup s vysokou impedanciou, a preto bude vplyv na cestu rádiového signálu minimálny.

Ďalšou oblasťou, ktorú je potrebné zvážiť, je miesto, kde doska LNA získa svoju silu. Našťastie schéma FT-450D je celkom jasná a dobre komentovaná, a tak je možné nájsť vhodný napájací bod. Zvolený výkonový bod napája LNA pri príjme, ale vypína LNA počas prenosu. Počas prenosu sa izoluje vstup SDR o> 30 dB. Spotreba prúdu napájaného LNA je ~ 9mA.

Na priložených obrázkoch je uvedené nasledovné:

- Bod odbočenia RF zobrazený na blokovom diagrame

- Bod odbočenia RF zobrazený na schéme

- Bod klepania RF zobrazený na rozložení dosky

- Bod odbočky napájania LNA znázornený na schéme

- Bod odbočky napájania LNA zobrazený na rozložení dosky

Krok 6: Montáž dosky LNA na Yaesu FT-450D

Teraz bola doska LNA vyrobená, charakterizovaná a identifikoval sa vhodný bod odbočenia.

V tomto mieste je zvykom upozorniť, že túto úpravu vykonávate na vlastné riziko. Nie je to zložité, ale vždy existuje riziko poškodenia a osobne by som túto úpravu nevykonával na rádiu, ktoré bolo ešte v záruke - som si istý, že po úprave záruka zanikne. Kúpil som si FT-450D z druhej ruky z ebay, takže v mojom prípade nie je dôvod sa obávať.

Ak sa rozhodnete vykonať takú úpravu, choďte opatrne a metodicky - použite staré múdre príslovie, ktoré platí pre väčšinu chúlostivých situácií …… dvakrát merajte a raz strihajte:)

Rozhodol som sa nevyvŕtať žiadne otvory v kryte FT-450D, ale namiesto toho namontovať SDR na stranu FT-450D a vybehnúť muškou zakončenou SMA skrutkou priamo do vstupu antény SDR. Muška je zaistená vo výstupnom bode rádia, aby poskytovala odľahčenie od napätia.

Pozrite si priložené obrázky ….

Krok 7: SDR v akcii získavané z rádia RF klepnite na dosku LNA

V tomto kroku je k dispozícii krátke video, ktoré ukazuje, že rádio SDR funguje, pričom jeho zdrojom antény je anténny kohútik FT-450D prostredníctvom dosky LNA. Tento test bol vykonaný neskoro v noci a pás je trochu mŕtvy, ale reakcia SDR je taká, ako sa očakávalo. Keď FT-450D vysiela, vstup do SDR je účinne stlmený kvôli izolácii dosky LNA, keď nie je napájaný.

Krok 8: Záver

Tento návod je predovšetkým zábavou a som veľmi spokojný s výsledkom. Ako všetky dobré projekty existujú tri hlavné ciele … osvojiť si nové zručnosti, urobiť projekt úspešným a podeliť sa o znalosti s kýmkoľvek, komu záleží na čítaní až sem.

V tomto mieste si stiahnem čiapku zosnulému Daveovi G4HUP. Ak by nebolo práce Davea, tento projekt by sa možno nerealizoval. Nemôžem tvrdiť, že pôvodný dizajn LNA je môj vlastný, ale iba preto, že som vzal dizajn a pokúsil som sa ho vytvoriť svojim vlastným spôsobom. Môžem len dúfať, že Dave schváli, aby bola jeho práca vyvíjaná a zdieľaná s ostatnými.

Na záver možno povedať, že projekt bol úspešný.

Neváhajte a položte akékoľvek otázky, pokúsim sa ich zodpovedať.

S Pozdravom, Dave (G7IYK)