Yaesu FT-450D RF Tap Modificatie voor SDR - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Hallo iedereen die mogelijk geïnteresseerd is, Ik denk dat ik beter eerst kan uitleggen waar deze instructable over gaat. Bij dit project zijn de volgende hoofdcomponenten betrokken:

De Yaesu FT-450D is een moderne compacte HF/50MHz transceiver die de amateurbanden van 160-6 meter kan dekken met een uitgangsvermogen van 100W. Te veel functies om op te noemen, dus Google de radio maar als je meer wilt weten.

De SDRPlay is een uitstekende breedband Software Defined Radio die een frequentiebereik van 1KHz tot 2GHz bestrijkt en waarmee het spectrum kan worden bekeken met een bandbreedte tot 10MHz.

SDRPlay:

(Ik heb geen andere band met het bedrijf dan dat ik hun uitstekende product heb gekocht)

Beide apparaten zijn op zichzelf al fantastisch. Het doel van deze instructable is echter om de twee apparaten samen te brengen en het beste van beide werelden te kunnen benutten. Daarmee bedoel ik dat ik de FT-450D-radio kan gebruiken zoals hij bedoeld is (als een smalbandradio-ontvanger), maar tegelijkertijd de SDRPlay-ontvanger kan gebruiken om het breedbandkanaal te visualiseren.

Dit vormt inherent een probleem, aangezien zowel de FT-450D als de SDRPlay een antenne moeten zien. Een benadering is om gewoon twee antennes te gebruiken. Een tweede benadering zou kunnen zijn om een enkele antenne te gebruiken, maar het RF-pad te splitsen en te zenden/ontvangen met in-line schakeling. Een derde en voorkeursbenadering is om het RF-ontvangstpad vanuit de FT-450D af te tappen met behulp van een geschikt circuit met weinig ruis en het afgetapte signaal aan de SDRPlay te presenteren. Deze laatste benadering resulteert erin dat zowel de FT-450D als de SDRPlay in wezen dezelfde antenne zien. Het ruisarme circuit wordt alleen gevoed tijdens het ontvangen en biedt dus tijdens het verzenden een aanzienlijke isolatie die de invoer naar de SDRPlay-ontvanger beschermt. Het ruisarme circuit heeft een hoge impedantie-ingang, waardoor er een minimale belasting is voor het aftakpunt in de FT-450D. Dit laatste punt is belangrijk omdat geschikte tappunten in de FT-450D zich aan weerszijden van passieve 50 ohm banddoorlaatfilters bevinden. Elke belasting of verandering van impedantie die door een extra circuit wordt geïntroduceerd, zal de overdrachtsfunctie van de filters veranderen en ook het vermogen in het gewenste signaalpad verminderen.

De meeste van de beschikbare low-noise versterkers (LNA) gebruiken feedback om versterking te genereren en hebben ook een ingangsimpedantie van 50 ohm - geen van deze functies is wenselijk.

Een eenvoudig aftakcircuit met hoge impedantie is ontworpen door Dave G4HUP en was te koop. Helaas heb ik begrepen dat Dave is overleden. Ik heb een deel van het ontwerp genomen en met aanpassing mijn eigen printplaat geproduceerd, getest en gemonteerd op mijn eigen FT-450D. Het is dit proces dat het onderwerp van deze instructable vormt.

Stap 1: Maken van LNA-schema en PCB-lay-out

Overzicht

In de loop der jaren heb ik een aantal Printed Circuit Boards (PCB's) gemaakt voor producten en voor thuisgebruik. In de begintijd gebruikte dit met koper bekleed karton, transfers en speciale pennen om het ontwerp op het koper te tekenen. Het bord zou dan worden geëtst in ijzerchloride om blootgesteld koper te verwijderen en de gewenste sporen achter te laten. Het was ook mogelijk om lichtgevoelige met koper beklede plaat te kopen en een masker te gebruiken om een resist te maken vóór het etsen. Het commercieel laten maken van een eenmalig bord was erg duur en vereiste gereedschap dat gewoon niet beschikbaar was voor hobbyisten.

Tegenwoordig zijn computertools gratis en overal beschikbaar om borden te ontwerpen in een kwestie van uren, niet dagen. Ook zijn de fabricagekosten sterk gedaald en zijn er veel goedkope fabrikanten beschikbaar in China en elders buiten het VK. Dat gezegd hebbende, is het maken van een enkel bord nog steeds niet zo goedkoop als je de verzendkosten meetelt.

Een andere benadering, en de methode die ik in dit project heb gebruikt, is om het bord te frezen met behulp van een CNC-freesmachine. Het is duidelijk dat je geen CNC-machine zou kopen om één bord te maken, maar ik had al een machine die is gebruikt voor tal van andere projecten waarbij hout, metaal en glas worden gefreesd.

Om een PCB te frezen met behulp van een CNC-machine, moet een zeer fijn snijgereedschap worden gebruikt om de isolatie rond de gewenste sporen uit te frezen, maar niet om al het koper weg te frezen. Deze benadering is met name handig bij het bouwen van RF-circuits, aangezien de resterende koperen eilanden wenselijk zijn om als grondvlak te dienen en de stabiliteit en prestaties te verbeteren. Ik heb in dit project een dubbelzijdig met koper bekleed bord gebruikt en heb geboord door de bovenste en onderste koperen oppervlakken te verbinden.

PCB-ontwerp met EasyEDA

Ik heb verschillende PCB-ontwerppakketten geprobeerd en had echt genoegen genomen met een pakket genaamd DipTrace. Het wordt echter steeds populairder dat ontwerppakketten webgebaseerd zijn in plaats van een stand-alone applicatie te gebruiken. Omdat ik DipTrace al een tijdje niet meer had gebruikt, was ik een beetje roestig, dus ik keek online rond en vond een webgebaseerde ontwerptool genaamd EasyEDA. Ik vond deze tool uitstekend, zeer intuïtief en eenvoudig te gebruiken. Zeer eenvoudig om in enkele minuten een schema te genereren en vervolgens om te zetten naar een PCB, het hele proces duurde minder dan een uur, inclusief enkele aanpassingen en verfijningen. De ontwerpers van het gereedschap hopen natuurlijk dat u gebruik zult maken van de geleverde fabricagefaciliteiten, maar het is nog steeds mogelijk om een ontwerp in gerber-formaat te exporteren dat standaard is in de industrie, zodat het door een volgende gereedschapsketen kan worden gebruikt.

Stap 2: FlatCAM gebruiken om geometrie- en gereedschapspaden te maken

Nadat EasyEDA is gebruikt om het schema en de PCB-lay-out te maken, is de volgende stap het maken van gereedschapspaden en uiteindelijk gcode om de CNC-freesmachine te besturen. Ik heb verschillende soorten software geprobeerd om dit doel te bereiken en ben uiteindelijk uitgekomen op FlatCAM. Deze software is gratis, stabiel en vrij intuïtief in gebruik. Met behulp van FlatCAM-gereedschapspaden voor het bord, kunnen uitsnijdingen en boringen allemaal heel snel worden gemaakt. Er is ook een zeer gebruiksvriendelijke geometrie-editor voor het geval er iets moet worden aangepast. In de video die deel uitmaakt van deze stap laat ik zien hoe FlatCAM wordt gebruikt om gerber-bestanden te importeren en wat basisbewerkingen uit te voeren. Er zijn veel gedetailleerde video's beschikbaar die laten zien hoe u de tool van begin tot eind kunt gebruiken. Ik heb alleen de wijzigingen behandeld die ik specifiek voor dit project moest maken.

Stap 3: Het freesproces - CNC-machine in actie

Ok, dus in de laatste paar stappen is het volgende bereikt:

- Het schakelschema is vastgelegd met EasyEDA.

- Vanuit het schema is ook de printlayout gemaakt met EasyEDA.

- Er zijn Gerber-bestanden gemaakt voor het bord en er zijn ook boorbestanden gegenereerd.

- FlatCAM is gebruikt om padgeometrie te maken/bewerken en gcode voor het bord en de uitsnede te genereren.

- FlatCAM is gebruikt om het boorbestand te importeren en te schalen, wat ook resulteert in gcode.

Dus nu hebben we drie gcode-bestanden voor het bord, de uitsparing en het boren.

De volgende fase is om daadwerkelijk te beginnen met het frezen van een plank. Het bord dat ik heb gebruikt, is dubbelzijdig met glasvezel bekleed bord. Ik had dit online kunnen bestellen, maar vond eigenlijk dat Maplin best een mooi groot vel voor een goede prijs deed en ik had het binnen het uur in mijn hand - ik wilde gewoon gaan frezen!

Mijn freesmachine is een Sable 2015 en ik gebruik Mach3-software om hem te besturen. Om het reliëf van het bordspoor te frezen, heb ik een stiftfrees van 0,5 mm gebruikt. Voor de uitsnijding en gaten in het bord heb ik een stiftfrees van 1,5 mm gebruikt. Om dwars door het bord te frezen, moet je natuurlijk iets onder de printplaat frezen - mijn freesbed is dik aluminium en daar wil je niet in frezen! Ik heb gevonden dat voor PCB's het beste materiaal om onder de PCB te gebruiken 5 mm dik foamboard is. Je kunt dit foamboard heel goedkoop online of bij handwerkwinkels kopen. Het is gemakkelijk te snijden met een modelleermes en heeft een zeer gelijkmatige dikte. Het met koper beklede bord wordt met dunne dubbelzijdige tape op het foamboard gemonteerd. Het foamboard is ook met dezelfde tape op het CNC-bed gemonteerd - ik heb nog nooit een bord los zien komen of bewegen tijdens het frezen.

De stiftfrees van 0,5 mm is natuurlijk vrij kwetsbaar en daarom houd ik mijn voedingssnelheid op 60 mm/min. Ik gebruik dezelfde voedingssnelheid voor de uitsparing om de PCB/foamboard-sandwich niet van de bevestigingstape los te maken.

Bijgevoegd is een video die de bewerking van het freesproces laat zien:)

Bijgevoegd zijn ook drie afbeeldingen van de finaleborden. Eén afbeelding toont de eerste poging tot het bord en kleine gebieden met ongewenst koper zijn het duidelijkst te zien tussen de transistorpads. De tweede poging om deze ongewenste koperen gebieden te verwijderen, is verwijderd door geometrie toe te voegen aan FlatCAM. De derde afbeelding toont het laatste bord gevuld met componenten.

Na het vullen van de plaat werd een zeer lichte spray met lak gegeven om de koperaanslag en verkleuring tegen te gaan.

Stap 4: Frequentierespons van afgewerkt bord

Het voltooide bevolkte bord werd gekarakteriseerd met behulp van een spectrumanalysator. De analysator is ingesteld om de frequentie van 10KHz naar 30MHz te vegen en de versterking te meten. De versterking werd ook gemeten met de stroom uit om te simuleren wat er in de radio gebeurt wanneer we zenden en een goede isolatie tussen de FT-450D-transceiver en de SDRPlay-ontvanger vereisen.

Invoerniveau naar de LNA was -40dBm

Afbeelding 1 - Marker ingesteld op 7,1 MHz, de versterking van de LNA is +2,5 dB

Afbeelding 2 - Stroom naar de LNA uit met >34dB isolatie

Afbeelding 3 - Lage frequentie roll-off -3dB naar beneden bij 1,6 MHz

In wezen over de HF-amateurbanden is de LNA plat 3MHz - 30MHz (was plat tot ~500MHz)

Stap 5: Analyseren van de Yaesu FT-450D voor een geschikte RF-kraan en stopcontact

Voordat het LNA-bord op de FT-450D kan worden gemonteerd, moet een geschikt RF-aftakpunt en stopcontact worden geïdentificeerd. Dit werd bereikt door de radioservicehandleiding te gebruiken en eerst naar het blokschema van de ontvanger te kijken voordat de keuze van het RF-aftappunt werd verfijnd met behulp van het schema.

Allereerst wilde ik dat de SDR de antenne zou zien die op de FT-450D was aangesloten vóór eventuele IF-conversiefasen, dus dit beperkte het onderzoek aanzienlijk. Vóór de eerste IF-mixer waren er twee duidelijke punten om af te tappen. Zodra het Rx-signaal het RF-IF-bord van het PA-bord binnenkomt, doorloopt het de volgende fasen:

- Overspanningsbeveiliging ingang

- Schakelbare (relais) 20dB ingangsdemping

- Een serie van acht elkaar uitsluitende geschakelde banddoorlaatfilters

- Schakelbare (relais) IPO-voorversterker

- Eerste trap IF mixer (1e LO aangedreven mixer)

Dus de twee aandachtspunten kwamen in wezen neer op voor of na de bandpass-filtering. Ik wilde dat de SDR zoveel mogelijk signaal zou zien, dus besloot ik af te tappen net voor het banddoorlaatfilternetwerk. Onthoud dat de LNA die wordt gebruikt om het signaal af te tappen een hoge impedantie-ingang heeft en dat het effect op het radiosignaalpad dus minimaal zal zijn.

Het andere te overwegen gebied is waar het LNA-bord zijn kracht gaat halen. Gelukkig is het schema van de FT-450D vrij duidelijk en goed geannoteerd en kan er dus een geschikt stopcontact worden gevonden. Het gekozen stopcontact voedt de LNA bij ontvangst, maar schakelt de LNA uit tijdens het zenden. Dit isoleert de SDR-ingang met >30dB tijdens het zenden. Het stroomverbruik van de aangedreven LNA is ~9mA.

Op de bijgevoegde afbeeldingen is het volgende te zien:

- Het RF-tappunt weergegeven in het blokschema

- Het RF-tappunt dat op het schema wordt weergegeven

- Het RF-tappunt dat wordt weergegeven op de bordlay-out

- Het LNA-stroomaftappunt weergegeven in het schema

- Het LNA-stroomaftappunt weergegeven op de kaartlay-out

Stap 6: Het LNA-bord op de Yaesu FT-450D plaatsen

Nu het LNA-bord is gefabriceerd, gekarakteriseerd en een geschikt tappunt is geïdentificeerd, is het tijd om het bord daadwerkelijk op de FT-450D te passen.

Op dit punt is het gebruikelijk om u erop te wijzen dat u deze wijziging op eigen risico uitvoert. Het is niet ingewikkeld, maar er is altijd een risico op schade en persoonlijk zou ik deze wijziging niet uitvoeren op een radio die nog onder de garantie viel - ik weet zeker dat de garantie na de wijziging zal vervallen. Ik heb mijn FT-450D tweedehands gekocht van ebay, dus in mijn geval hoef ik me geen zorgen te maken over de garantie.

Als je besluit om zo'n wijziging uit te voeren, ga dan voorzichtig en methodisch te werk - gebruik het wijze oude gezegde dat van toepassing is op de meest delicate situaties … meet twee keer en knip één keer:)

Ik besloot geen gaten in de behuizing van de FT-450D te boren, maar in plaats daarvan de SDR aan de zijkant van de FT-450D te monteren en een SMA-beëindigde kabel te gebruiken om rechtstreeks in de SDR-antenne-ingang te schroeven. De vliegkabel is vastgezet bij het uitgangspunt van de radio om trekontlasting te bieden.

Zie bijgevoegde afbeeldingen….

Stap 7: De SDR in actie afkomstig van de RF Tap via LNA Board

Bij deze stap is er een korte video die de SDR-radio in werking laat zien, met als antennebron de FT-450D-antennekraan via het LNA-bord. Deze test werd 's avonds laat (ish) uitgevoerd en de band is een beetje dood, maar de reactie van de SDR is zoals verwacht. Wanneer de FT-450D aan het verzenden is, wordt de invoer naar de SDR effectief gedempt vanwege de isolatie van de LNA-kaart wanneer deze niet wordt gevoed.

Stap 8: Conclusie

Bovenal is dit instructable erg leuk geweest en ik ben erg blij met het resultaat. Zoals alle goede projecten zijn er drie hoofddoelen…. om nieuwe vaardigheden te leren, het project tot een succes te maken en kennis te delen met iedereen die tot hier wil lezen.

Ik doe op dit moment mijn pet af aan wijlen Dave G4HUP. Zonder het werk van Dave was dit project misschien niet tot stand gekomen. Ik kan het originele LNA-ontwerp niet als het mijne claimen, maar ik heb alleen een ontwerp genomen en geprobeerd het op mijn eigen manier te maken. Ik kan alleen maar hopen dat Dave het goed vindt dat zijn werk wordt ontwikkeld en met anderen wordt gedeeld.

Concluderend is het project een succes.

Voel je vrij om eventuele vragen af te vuren en ik zal mijn best doen om ze te beantwoorden.

Met vriendelijke groet, Dave (G7IYK)