Yaesu FT-450D RF Tap Modification для SDR: 8 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

Привет всем, кому может быть интересно, Я думаю, мне лучше сначала объяснить, о чем идет речь в этой инструкции. В этом проекте задействованы следующие три основных компонента:

Yaesu FT-450D - это современный компактный трансивер HF / 50MHz, способный покрывать 160-6-метровые любительские диапазоны с выходной мощностью 100 Вт. Слишком много функций, чтобы перечислить, поэтому просто погуглите радио, если хотите узнать больше.

SDRPlay - это превосходное широкополосное программно определяемое радио, охватывающее диапазон частот от 1 кГц до 2 ГГц и позволяющее просматривать спектр с полосой пропускания до 10 МГц.

SDRPlay:

(Я не имею никакого отношения к компании, кроме как купить их отличный продукт)

Оба этих оборудования превосходны сами по себе. Тем не менее, цель этого руководства - объединить два элемента оборудования и получить возможность использовать лучшее из обоих миров. Под этим я подразумеваю возможность использовать радиостанцию FT-450D по назначению (как узкополосный радиоприемопередатчик), но в то же время возможность использовать приемник SDRPlay для визуализации широкополосного канала.

Это по сути создает проблему, поскольку и FT-450D, и SDRPlay должны видеть антенну. Один из подходов - просто использовать две антенны. Второй подход может заключаться в использовании одной антенны, но разделении радиочастотного тракта и передаче / приеме с использованием линейной коммутации. Третий и предпочтительный подход состоит в том, чтобы отвести приемный РЧ тракт внутри FT-450D, используя подходящую схему с низким уровнем шума, и подать ответвленный сигнал на SDRPlay. Этот последний подход приводит к тому, что и FT-450D, и SDRPlay, по сути, видят одну и ту же антенну. Схема с низким уровнем шума получает питание только во время приема и поэтому во время передачи обеспечивает существенную изоляцию, защищающую вход приемника SDRPlay. Схема с низким уровнем шума имеет вход с высоким импедансом, что обеспечивает минимальную нагрузку на точку ответвления в FT-450D. Этот последний момент важен, поскольку подходящие точки ответвления в FT-450D расположены по обе стороны от пассивных полосовых фильтров на 50 Ом. Любая нагрузка или изменение импеданса, вносимые дополнительной схемой, изменят передаточную функцию фильтров, а также уменьшат мощность в тракте полезного сигнала.

Большинство доступных малошумящих усилителей (МШУ) используют обратную связь для генерации усиления, а также имеют входное сопротивление 50 Ом - ни одна из этих функций нежелательна.

Простая схема ответвления с высоким сопротивлением была разработана Дэйвом G4HUP и была доступна для покупки. К большому сожалению, насколько я понимаю, Дэйв скончался. Я взял часть дизайна и с модификациями, изготовил свою собственную печатную плату, протестировал и установил на свой собственный FT-450D. Именно этот процесс составляет предмет данной инструкции.

Шаг 1: Создание схемы LNA и макета печатной платы

Обзор

За эти годы я создал несколько печатных плат для продуктов и для домашнего использования. Раньше для этого использовались плакированная медью доска, переводные картинки и специальные ручки для нанесения рисунка на медь. Затем плата будет протравлена в хлористом железе, чтобы удалить обнаженную медь и оставить нужные следы. Также можно было купить светочувствительную плакированную медью плату и использовать маску для изготовления резиста перед травлением. Коммерческое производство одноразовой платы было очень дорогим и требовало инструментов, которые просто не были доступны любителям.

В настоящее время компьютерные инструменты бесплатны и широко доступны для разработки плат за считанные часы, а не дни. Кроме того, стоимость изготовления резко упала, поскольку в Китае и других странах за пределами Великобритании доступно множество дешевых производителей. Однако, несмотря на это, изготовление одной платы по-прежнему не так уж и дешево, если вы включите доставку.

Другой подход и метод, который я использовал в этом проекте, - это фрезерование доски на фрезерном станке с ЧПУ. Очевидно, вы не стали бы покупать станок с ЧПУ для изготовления одной доски, но у меня уже был станок, который использовался для множества других проектов, связанных с фрезерованием дерева, металла и стекла.

Для фрезерования печатной платы с помощью станка с ЧПУ необходимо использовать очень тонкий режущий инструмент для фрезерования изоляции вокруг необходимых дорожек, но не для фрезерования всей меди. Этот подход особенно полезен при построении радиочастотных цепей, поскольку желательно, чтобы оставшиеся медные островки действовали как заземляющая пластина, улучшая стабильность и производительность. В этом проекте я использовал двухстороннюю плакированную медью плату и просверлил, соединяя верхнюю и нижнюю медные поверхности.

Дизайн печатной платы с использованием EasyEDA

Я пробовал различные пакеты для проектирования печатных плат и действительно остановился на пакете под названием DipTrace. Однако все более популярными становятся веб-пакеты для разработки, а не использование отдельных приложений. Я не пользовался DipTrace какое-то время, так что поискал в Интернете и нашел инструмент для веб-дизайна под названием EasyEDA. Я нашел этот инструмент отличным, очень интуитивно понятным и простым в использовании. Очень легко создать схему за считанные минуты, а затем преобразовать ее в печатную плату, весь процесс занял менее часа, включая несколько модификаций и уточнений. Разработчики инструментов, очевидно, надеются, что вы воспользуетесь предоставленными производственными мощностями, но все еще можно экспортировать проект в стандартном промышленном формате gerber для использования в последующей цепочке инструментов.

Шаг 2. Использование FlatCAM для создания геометрии и траекторий инструментов

После того, как EasyEDA была использована для создания схемы и компоновки печатной платы, следующим шагом будет создание траекторий инструментов и, в конечном итоге, gcode для управления фрезерным станком с ЧПУ. Я пробовал различные программы для достижения этой цели и, наконец, остановился на FlatCAM. Это бесплатное, стабильное и интуитивно понятное программное обеспечение. Используя инструменты FlatCAM для доски, вырезать и сверлить можно очень быстро. Существует также очень удобный редактор геометрии, если что-то требует настройки. В видео, составляющем часть этого шага, я показываю, как FlatCAM используется для импорта файлов gerber и выполнения базового редактирования. Доступно множество подробных видеороликов, показывающих, как использовать инструмент от начала до конца. Я рассмотрел только те модификации, которые мне нужно было внести специально для этого проекта.

Шаг 3: процесс фрезерования - станок с ЧПУ в действии

Итак, за последние несколько шагов было достигнуто следующее:

- Принципиальная схема снята с помощью EasyEDA.

- На основе схемы макет печатной платы был создан также с помощью EasyEDA.

- Для платы были созданы файлы Gerber, а также файлы сверления.

- FlatCAM использовался для создания / редактирования геометрии траектории и генерации Gcode для платы и выреза.

- FlatCAM использовался для импорта и масштабирования файла сверления, что также привело к созданию gcode.

Итак, теперь у нас есть три файла gcode для платы, выреза и сверления.

Следующий этап - собственно начать фрезеровку какой-нибудь доски. Плата, которую я использовал, представляет собой двухстороннюю плату, покрытую стекловолокном и медью. Я мог бы заказать это в Интернете, но на самом деле обнаружил, что Маплин сделал довольно хороший большой лист по хорошей цене, и он был у меня в руке в течение часа - просто хотел помолоть!

Мой фрезерный станок - Sable 2015, и я использую программное обеспечение Mach3 для управления им. Для фрезерования рельефа дорожки доски я использовал концевую фрезу 0,5 мм. Для вырезания и отверстий в доске я использовал концевую фрезу 1,5 мм. Для того, чтобы фрезеровать прямо через плату, вам, очевидно, нужно что-то фрезеровать под печатной платой - моя станина фрезера сделана из толстого алюминия, и вы не хотите фрезеровать это! Я обнаружил, что лучший материал для печатной платы - пенопласт толщиной 5 мм. Вы можете очень дешево купить этот пенопласт в Интернете или в ремесленных мастерских. Его легко резать модельным ножом, он имеет очень равномерную толщину. Облицованная медью плита крепится на пенопласт с помощью тонкого двустороннего скотча. Пенопласт также крепится к станине с ЧПУ с помощью той же ленты - у меня никогда не было доски, которая отрывалась или двигалась во время фрезерования.

Концевая фреза 0,5 мм, очевидно, довольно хрупкая, поэтому я поддерживаю скорость подачи 60 мм / мин. Я использую ту же скорость подачи для выреза, чтобы не сместить сэндвич печатной платы / пенопласта с крепежной ленты.

Прилагаю видео, показывающее действие процесса фрезерования:)

Также прилагаются три изображения досок финала. На одном изображении показана первая попытка сборки платы, и между контактными площадками транзистора наиболее явно видны небольшие участки нежелательной меди. Во второй попытке платы эти нежелательные медные области были удалены путем добавления геометрии в FlatCAM. На третьем изображении показана последняя плата, заполненная компонентами.

После установки на плату было нанесено очень легкое распыление лака, чтобы предотвратить потускнение и изменение цвета меди.

Шаг 4: Частотная характеристика готовой платы

Готовая заполненная плата была охарактеризована с помощью анализатора спектра. Анализатор был настроен на качание частоты от 10 кГц до 30 МГц и измерение усиления. Коэффициент усиления также был измерен при выключенном питании, чтобы смоделировать то, что происходит в радио, когда мы ведем передачу, и для этого требуется хорошая изоляция между приемопередатчиком FT-450D и приемником SDRPlay.

Уровень входного сигнала для LNA был -40 дБм.

Изображение 1 - Маркер установлен на 7,1 МГц, усиление LNA составляет + 2,5 дБ.

Изображение 2 - Питание на МШУ выключено: изоляция> 34 дБ

Изображение 3 - Низкочастотный спад -3 дБ на 1,6 МГц

По сути, на любительских КВ диапазонах LNA имеет плоскую частоту 3–30 МГц (была плоской до ~ 500 МГц).

Шаг 5: Анализ Yaesu FT-450D на предмет подходящего РЧ-ответвителя и точки питания

Перед установкой платы LNA на FT-450D необходимо определить подходящую точку РЧ-ответвления и точку питания. Это было достигнуто за счет использования руководства по радиообслуживанию и предварительного просмотра блок-схемы приемника перед уточнением выбора точки ответвления РЧ с помощью схемы.

Прежде всего, я хотел, чтобы SDR видел антенну, подключенную к FT-450D, до каких-либо этапов преобразования ПЧ, так что это значительно сузило исследование. До появления первого микшера промежуточной частоты нужно было учесть два очевидных момента. Как только сигнал Rx поступает на плату RF-IF от платы PA, он проходит следующие стадии:

- Защита от перенапряжения на входе

- Переключаемое (реле) входное затухание 20 дБ

- Серия из восьми взаимоисключающих переключаемых полосовых фильтров

- переключаемый (релейный) предварительный усилитель IPO

- Смеситель ПЧ первой ступени (смеситель с приводом 1-го гетеродина)

Таким образом, два интересных момента по существу сводились к до или после полосовой фильтрации. Я хотел, чтобы SDR видел как можно больше сигнала, поэтому решил отключить его непосредственно перед сетью с полосовым фильтром. Помните, что LNA, используемый для отключения сигнала, имеет вход с высоким импедансом, поэтому влияние на тракт радиосигнала будет минимальным.

Другая область, которую следует учитывать, - это то, где плата LNA будет получать свою мощность. К счастью, схема FT-450D довольно ясна и хорошо снабжена комментариями, поэтому можно найти подходящую розетку. Выбранная точка питания питает МШУ при приеме, но отключает МШУ во время передачи. Это изолирует вход SDR на> 30 дБ во время передачи. Потребляемый ток МШУ с питанием составляет ~ 9 мА.

Прикрепленные изображения показывают следующее:

- Точка ответвления RF, показанная на блок-схеме

- Точка ответвления RF показана на схеме.

- Точка ответвления RF показана на макете платы

- Точка отвода питания МШУ, показанная на схеме

- Точка отвода питания МШУ, показанная на макете платы

Шаг 6: Установка платы LNA на Yaesu FT-450D

Теперь плата LNA изготовлена, охарактеризована и определена подходящая точка отвода, и пришло время фактически установить плату на FT-450D.

Здесь принято указывать, что вы выполняете эту модификацию на свой страх и риск. Это несложно, но всегда есть риск повреждения, и я лично не стал бы выполнять эту модификацию на радиостанции, которая все еще находилась на гарантии - я уверен, что после модификации гарантия аннулируется. Я купил свой подержанный FT-450D на ebay, поэтому в моем случае нет никаких гарантий, о которых нужно беспокоиться.

Если вы все же решите провести такую модификацию, просто действуйте осторожно и методично - используйте старую мудрую пословицу, которая применяется в самых деликатных ситуациях …… дважды отмерьте и один раз отрежьте:)

Я решил не сверлить какие-либо отверстия в корпусе FT-450D, а вместо этого установить SDR сбоку от FT-450D и вытащить муховод с разъемом SMA, чтобы ввинтить его непосредственно во вход антенны SDR. Поводок закреплен в точке выхода радиостанции для снятия напряжения.

См. Прикрепленные изображения….

Шаг 7. SDR в действии, полученный от РЧ-ответвителя через плату LNA

На этом этапе есть короткое видео, показывающее работу радио SDR с антенным источником, который является антенным ответвлением FT-450D через плату LNA. Этот тест был проведен поздно (иш) ночью, и полоса немного мертва, но ответ SDR такой, как ожидалось. Когда FT-450D передает сигнал на вход SDR, он приглушается из-за изоляции платы LNA, когда он не запитан.

Шаг 8: Заключение

Ну, прежде всего, это обучение было очень забавным, и я очень доволен результатом. Как и у всех хороших проектов, есть три основные цели… получить новые навыки, сделать проект успешным и поделиться знаниями со всеми, кто хочет дочитать до этого места.

Здесь я снимаю шапку с покойным Дэйвом G4HUP. Если бы не работа Дэйва, этот проект, возможно, не реализовался бы. Я не могу претендовать на оригинальную конструкцию LNA как на свою собственную, а только для того, чтобы взять конструкцию и попытаться сделать ее по-своему. Я могу только надеяться, что Дэйв одобрит его работу, которая разрабатывается и передается другим.

В итоге проект удался.

Не стесняйтесь задавать любые вопросы, и я постараюсь на них ответить.

С наилучшими пожеланиями, Дэйв (G7IYK)