Yaesu FT-450D RF-napautuksen muokkaus SDR: lle: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Hei kaikki, jotka saattavat olla kiinnostuneita, Luulen, että minun olisi parempi ensin selittää, mistä tämä opettavainen on kyse. Tässä projektissa on mukana seuraavat pääkomponentit:

Yaesu FT-450D on nykyaikainen kompakti HF/50MHz-lähetin-vastaanotin, joka kykenee peittämään 160-6 metrin amatöörikaistat 100 W: n teholla. Liian monta ominaisuutta lueteltavaksi, joten Googlaa radio, jos haluat tietää enemmän.

SDRPlay on erinomainen laajakaistainen ohjelmistoradio, joka kattaa taajuusalueet 1 KHz - 2 GHz ja mahdollistaa taajuuksien katselun jopa 10 MHz: n kaistanleveydellä.

SDRPlay:

(Minulla ei ole muuta yhteyttä yritykseen kuin ostanut heidän erinomaisen tuotteensa)

Molemmat laitteet ovat sinänsä loistavia. Tämän ohjeen tarkoitus on kuitenkin tuoda nämä kaksi laitetta yhteen ja pystyä hyödyntämään molempien maailmojen parhaat puolet. Tarkoitan tällä sitä, että voin käyttää FT-450D-radiota suunnitellulla tavalla (kapeakaistaisena radiolähetinvastaanottimena), mutta samalla voin käyttää SDRPlay-vastaanotinta laajakaistakanavan visualisointiin.

Tämä aiheuttaa luonnostaan ongelman, koska sekä FT-450D: n että SDRPlayn täytyy nähdä antenni. Yksi tapa on käyttää vain kahta antennia. Toinen lähestymistapa voisi olla yhden antennin käyttäminen, mutta RF-polun jakaminen ja lähetys/vastaanotto käyttämällä in-line-kytkentää. Kolmas ja edullinen lähestymistapa on napauttaa vastaanottava RF-reitti FT-450D: stä käyttäen sopivaa hiljaista piiriä ja esittää napautettu signaali SDRPlay: lle. Tämä jälkimmäinen lähestymistapa johtaa siihen, että sekä FT-450D että SDRPlay näkevät olennaisesti saman antennin. Hiljainen piiri saa virtaa vain vastaanottamisen aikana, joten lähetyksen aikana se tarjoaa merkittävän eristyksen, joka suojaa SDRPlay -vastaanottimen tuloa. Hiljaisessa piirissä on korkea impedanssitulo, joten FT-450D: n kosketuskohtaan kohdistuu minimikuorma. Tämä viimeinen kohta on tärkeä, koska sopivat kosketuskohdat FT-450D: ssä sijaitsevat passiivisten 50 ohmin kaistanpäästösuodattimien kummallakin puolella. Kaikki lisäpiirin aiheuttamat kuormitukset tai impedanssin muutokset muuttavat suodattimien siirtotoimintoa ja vähentävät halutun signaalireitin tehoa.

Suurin osa saatavilla olevista matalan melun vahvistimista (LNA) käyttää palautetta vahvistuksen luomiseen ja niillä on myös 50 ohmin tuloimpedanssi - kumpikaan näistä ominaisuuksista ei ole toivottava.

Dave G4HUP on suunnitellut yksinkertaisen korkean impedanssin hanapiirin ja se oli ostettavissa. Valitettavasti ymmärrän, että Dave on kuollut. Olen ottanut osan suunnittelusta ja muutoksin valmistanut oman piirilevyn, testannut ja asentanut oman FT-450D: n. Tämä prosessi muodostaa tämän ohjeen aiheen.

Vaihe 1: LNA -kaavion ja PCB -asettelun luominen

Yleiskatsaus

Vuosien varrella olen luonut muutamia piirilevyjä (PCB) tuotteille ja kotikäyttöön. Alkuaikoina tämä sisälsi kuparipäällysteisen levyn, siirtojen ja erityisten kynien käyttämisen mallin kiinnittämiseksi kupariin. Levy syövytettiin sitten ferrikloridiin paljaan kuparin poistamiseksi ja haluttujen jälkien jättämiseksi. Oli myös mahdollista ostaa valoherkkä kuparipinnoitettu levy ja käyttää naamaria vastuskyvyn tuottamiseksi ennen etsausta. Kertaluokan kaupallinen valmistus oli erittäin kallista ja vaati työkaluja, jotka eivät vain olleet harrastajien saatavilla.

Nykyään tietokonetyökalut ovat ilmaisia ja laajalti saatavilla taulujen suunnitteluun muutamassa tunnissa, ei päivissä. Myös valmistuskustannukset ovat romahtaneet, ja monia halpoja valmistajia on saatavana Kiinassa ja muualla Yhdistyneen kuningaskunnan ulkopuolella. Se sanoi kuitenkin, että yhden levyn tekeminen ei ole vieläkään niin halpaa, kun sisällytät toimituskulut.

Toinen lähestymistapa ja menetelmä, jota olen käyttänyt tässä projektissa, on levyjen jyrsintä CNC -jyrsinkoneella. Ilmeisesti et ostaisi CNC -konetta yhden levyn valmistamiseksi, mutta minulla oli jo kone, jota on käytetty moniin muihin puun, metallin ja lasin jyrsintään liittyviin projekteihin.

Piirilevyn jyrsiminen CNC -koneella edellyttää erittäin hienon leikkaustyökalun käyttöä halutun radan ympärillä olevan eristyksen jyrsimiseksi, mutta ei kuparin jyrsimistä pois. Tämä lähestymistapa on erityisen hyödyllinen rakennettaessa RF -piirejä, koska loput kuparisaaret ovat toivottavia, jotka toimivat maatasona parantamalla vakautta ja suorituskykyä. Tässä projektissa olen käyttänyt kaksipuolista kuparipinnoitettua levyä ja poranut yhdistämällä ylä- ja alakuparipinnat.

Piirilevyrakenne EasyEDA: n avulla

Olen kokeillut erilaisia PCB -suunnittelupaketteja ja olin todella asettunut DipTrace -pakettiin. On kuitenkin yhä suositumpaa, että suunnittelupaketit ovat verkkopohjaisia eivätkä käytä erillistä sovellusta. Kun en ollut käyttänyt DipTracea jonkin aikaa, olin hieman ruosteinen, joten katselin ympärilleni verkossa ja löysin Web-pohjaisen suunnittelutyökalun nimeltä EasyEDA. Pidin tätä työkalua erinomaisena, erittäin intuitiivisena ja helppokäyttöisenä. Erittäin helppo luoda kaavio muutamassa minuutissa ja muuntaa sitten piirilevyksi, koko prosessi kesti alle tunnin sisältäen muutamia muutoksia ja parannuksia. Työkalusuunnittelijat tietysti toivovat, että käytät toimitettuja valmistusvälineitä, mutta on silti mahdollista viedä malli standardin mukaisessa gerber -muodossa myöhempää työkaluketjua varten.

Vaihe 2: Geometrian ja työkalupolkujen luominen FlatCAMin avulla

Kun EasyEDA: ta on käytetty kaaviomaisen ja piirilevyasettelun luomiseen, seuraava askel on luoda työkalureitit ja lopulta gcode CNC -jyrsinkoneen ohjaamiseksi. Olen kokeillut erilaisia ohjelmistoja tämän tavoitteen saavuttamiseksi ja lopulta päädyin FlatCAMiin. Tämä ohjelmisto on ilmainen, vakaa ja melko intuitiivinen käyttää. Käyttämällä FlatCAM -työkalureittejä levylle, leikkaus ja poraus voidaan luoda erittäin nopeasti. Siellä on myös erittäin käyttäjäystävällinen geometriaeditori, jos jokin vaatii säätöä. Tämän vaiheen osana olevassa videossa näytän, kuinka FlatCAMia käytetään tuomaan gerber -tiedostoja ja suorittamaan joitain perusmuokkauksia. Saatavilla on monia yksityiskohtaisia videoita, jotka osoittavat työkalun käytön päästä loppuun. Olen käsitellyt vain muutokset, jotka minun on tehtävä erityisesti tätä projektia varten.

Vaihe 3: Jyrsintä - CNC -kone toiminnassa

Ok, joten viimeisten vaiheiden aikana on saavutettu seuraavaa:

- Piirikaavio on otettu EasyEDA: lla.

- Kaavion perusteella piirilevyasettelu on luotu myös EasyEDA -ohjelmalla.

- Taululle on luotu Gerber -tiedostoja ja myös poratiedostoja.

- FlatCAMia on käytetty polkugeometrian luomiseen/muokkaamiseen ja gcode -koodin luomiseen levylle ja katkaisulle.

- FlatCAM: ää on käytetty tuomaan ja skaalaamaan poratiedosto, joka johtaa myös gcode -koodiin.

Joten nyt meillä on kolme gcode -tiedostoa levylle, katkaisulle ja poraukselle.

Seuraava vaihe on aloittaa jonkin levyjen jyrsintä. Levy, jota olen käyttänyt, on kaksipuolinen lasikuitu kuparipäällysteinen levy. Olisin voinut tilata tämän netistä, mutta oikeastaan huomasin, että Maplin teki melko mukavan suuren arkin hyvään hintaan ja minulla oli se kädessäni tunnin sisällä - halusin vain saada jyrsinnän!

Jyrsinkoneeni on Sable 2015 ja käytän Mach3 -ohjelmistoa sen hallintaan. Levyn kiskon jyrsintään käytin 0,5 mm päätyjyrsintä. Levyn aukkoon ja reikiin käytin 1,5 mm: n päämyllyä. Jotta voit jyrsiä suoraan levyn läpi, tarvitset ilmeisesti jotain, joka on jyrsittävä piirilevyn alle - myllyni on paksua alumiinia, etkä halua jauhaa sitä! Olen löytänyt PCB: lle parhaan materiaalin käytettäväksi piirilevyn alla on 5 mm paksu vaahtolevy. Voit noutaa tämän vaahtolevyn erittäin halvalla verkossa tai käsityöliikkeistä. Se on helppo leikata malliveitsellä ja sen paksuus on erittäin tasainen. Kuparipäällystetty levy asennetaan vaahtolevylle ohuella kaksipuolisella teipillä. Vaahtolevy asennetaan myös CNC -sänkyyn samalla teipillä - en ole koskaan saanut levyä irti tai liikkumaan jyrsinnän aikana.

0,5 mm: n päämylly on ilmeisesti melko hauras, joten pidän syöttöarvon 60 mm/min. Käytän samaa syöttönopeutta katkaisussa, jotta PCB-/vaahtolevykerrosta ei irroteta kiinnitysnauhasta.

Liitteenä on video, joka näyttää jyrsintäprosessin:)

Liitteenä on myös kolme kuvaa finaaleista. Yhdessä kuvassa näkyy ensimmäinen yritys levylle ja pienet alueet ei -toivottua kuparia näkyvät ilmeisimmin transistorityynyjen välissä. Toinen yritys levyttää nämä ei -toivotut kuparialueet on poistettu lisäämällä geometriaa FlatCAMiin. Kolmas kuva näyttää viimeisen levyn, jossa on komponentteja.

Levyn täyttämisen jälkeen levitettiin erittäin kevyt spray lakalla kuparin tahraantumisen ja värjäytymisen estämiseksi.

Vaihe 4: Valmiiden levyjen taajuusvaste

Valmis asutuslevy vahvistettiin spektrianalysaattorilla. Analysaattori asetettiin pyyhkäisemään taajuus 10 kHz: stä 30 MHz: iin ja mittaamaan vahvistusta. Vahvistus mitattiin myös virran ollessa pois päältä simuloidakseen, mitä radiossa tapahtuu, kun lähetämme, ja edellyttävät hyvää eristystä FT-450D-lähetin-vastaanottimen ja SDRPlay-vastaanottimen välillä.

Tulotaso LNA: lle oli -40dBm

Kuva 1 - Merkintä asetettu 7,1 MHz: iin, LNA: n vahvistus on +2,5 dB

Kuva 2 - Virta LNA: lle, kun eristys on> 34 dB

Kuva 3 - Matalataajuinen poiskytkentä -3dB taajuudella 1,6 MHz

Pohjimmiltaan HF -amatöörikaistojen yli LNA on tasainen 3MHz - 30MHz (oli tasainen ~ 500MHz)

Vaihe 5: Analysoi Yaesu FT-450D sopivaa RF-napautusta ja virtapistettä varten

Ennen kuin LNA-kortti voidaan asentaa FT-450D-laitteeseen, on tunnistettava sopiva RF-kosketuspiste ja tehopiste. Tämä saavutettiin käyttämällä radiopalvelukäsikirjaa ja ensin katsomalla vastaanottimen lohkokaaviota ennen RF -kosketuspisteen valintaa kaavion avulla.

Ensinnäkin halusin SDR: n näkevän antennin liitettynä FT-450D: hen ennen IF-muunnosvaiheita, joten tämä kavensi tutkimusta huomattavasti. Ennen ensimmäistä IF -sekoitinta oli kaksi ilmeistä kohtaa. Kun Rx-signaali tulee RF-IF-kortille PA-kortilta, se kulkee seuraavien vaiheiden läpi:

- Tulon ylijännitesuoja

- Kytkettävä (rele) 20 dB tulon vaimennus

- Sarja kahdeksan toisiaan poissulkevaa kytkettyä kaistanpäästösuodatinta

- Vaihdettava (rele) IPO-esivahvistin

- Ensimmäisen vaiheen IF -sekoitin (1. LO -käyttöinen sekoitin)

Joten nämä kaksi mielenkiintoista kohtaa pääosin ennen tai jälkeen kaistanpäästösuodatuksen. Halusin SDR: n näkevän mahdollisimman paljon signaalia, joten päätin napauttaa juuri ennen kaistanpäästösuodatinverkkoa. Muista, että signaalin poistamiseen käytetyssä LNA: ssa on suuri impedanssitulo, joten vaikutus radiosignaalireitille on minimaalinen.

Toinen huomioitava alue on se, missä LNA -kortti saa tehonsa. Onneksi FT-450D-kaavio on melko selkeä ja hyvin merkitty, joten sopiva virtapiste voidaan löytää. Valittu tehopiste antaa virran LNA: lle vastaanotettaessa, mutta sammuttaa LNA: n lähetyksen aikana. Tämä eristää SDR -tulon> 30 dB lähetyksen aikana. LNA -virrankulutus on ~ 9mA.

Oheisissa kuvissa näkyy seuraava:

- Lohkokaaviossa näkyvä RF -kosketuspiste

- RF -kosketuspiste on esitetty kaaviossa

- RF -kosketuspiste näkyy levyn asettelussa

- Kaaviossa esitetty LNA -virtapistoke

- LNA -virtakytkentäpiste näkyy piirrosasettelussa

Vaihe 6: LNA-kortin asentaminen Yaesu FT-450D -laitteeseen

Nyt LNA-levy on valmistettu, karakterisoitu ja sopiva kosketuskohta tunnistettu, kun on tullut aika sovittaa levy FT-450D: hen.

Tässä vaiheessa on tapana huomauttaa, että teet tämän muutoksen omalla vastuullasi. Se ei ole monimutkainen, mutta vahinkojen vaara on aina olemassa, enkä itse tekisi tätä muutosta radiossa, joka oli vielä takuun alainen - olen varma, että takuu raukeaa muutoksen jälkeen. Ostin käytetyn FT-450D: n ebaystä, joten minun ei tarvitse huolehtia takuusta.

Jos päätät tehdä tällaisen muutoksen, mene vain varovasti ja menetelmällisesti - käytä vanhaa viisasta sanontaa, joka koskee arkaluonteisimpia tilanteita … … mittaa kahdesti ja leikkaa kerran:)

Päätin olla poraamatta reikiä FT-450D-koteloon, vaan sen sijaan kiinnitän SDR: n FT-450D: n sivulle ja tyhjennän SMA-päätelaitteen, joka ruuvaa suoraan SDR-antennituloon. Perhojohto on kiinnitetty radion poistumispisteeseen jännityksen poistamiseksi.

Katso liitteenä olevat kuvat….

Vaihe 7: SDR toiminnassa Lähde RF: stä Napauta LNA -kortin kautta

Tässä vaiheessa on lyhyt video, joka näyttää SDR-radion toiminnassa ja sen antennilähteenä on FT-450D-antennin hana LNA-kortin kautta. Tämä testi tehtiin myöhään (ish) yöllä ja bändi on hieman kuollut, mutta SDR -vastaus on odotetun mukainen. Kun FT-450D lähettää tuloa SDR: ään, se on mykistetty tehokkaasti LNA-kortin eristyksen vuoksi, kun sitä ei ole kytketty päälle.

Vaihe 8: Johtopäätös

Ennen kaikkea tämä ohje on ollut hauskaa ja olen erittäin tyytyväinen tulokseen. Kuten kaikilla hyvillä projekteilla, on kolme päätavoitetta…. oppia uusia taitoja, tehdä projektista onnistunut ja jakaa tietoa kenelle tahansa, joka haluaa lukea tämän.

Tässä vaiheessa laitan hattuani myöhään Dave G4HUPille. Jos se ei olisi Daven työtä, tämä projekti ei ehkä olisi toteutunut. En voi väittää alkuperäistä LNA -mallia omakseni, vaan olen vain ottanut mallin ja yrittänyt tehdä sen omalla tavallani. Voin vain toivoa, että Dave hyväksyy hänen työnsä kehittämisen ja jakamisen muiden kanssa.

Yhteenvetona projekti on onnistunut.

Voit vapaasti laukaista kaikki kysymykset ja yritän parhaani mukaan vastata niihin.

Parhain terveisin, Dave (G7IYK)