Yaesu FT-450D RF Tap Modifikation für SDR - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Hallo an alle die es interessieren könnten, Ich denke, ich sollte besser zuerst erklären, worum es bei diesem instructable geht. An diesem Projekt sind folgende Hauptkomponenten beteiligt:

Der Yaesu FT-450D ist ein moderner kompakter HF/50MHz-Transceiver, der die 160-6 Meter Amateurbänder mit einer Ausgangsleistung von 100W abdecken kann. Zu viele Funktionen zum Auflisten, also googeln Sie einfach das Radio, wenn Sie mehr wissen möchten.

Das SDRPlay ist ein hervorragendes Breitband-Software-Defined-Radio, das einen Frequenzbereich von 1 kHz bis 2 GHz abdeckt und es ermöglicht, das Spektrum mit einer Bandbreite von bis zu 10 MHz anzuzeigen.

SDRPlay:

(Ich habe keine Verbindung zu der Firma, außer dass ich ihr ausgezeichnetes Produkt gekauft habe)

Beide Geräte sind für sich genommen hervorragend. Der Zweck dieser Anleitung besteht jedoch darin, die beiden Ausrüstungsgegenstände zusammenzubringen und das Beste aus beiden Welten zu nutzen. Damit meine ich, das FT-450D-Funkgerät wie vorgesehen verwenden zu können (als Schmalband-Funk-Transceiver), aber gleichzeitig den SDRPlay-Empfänger zur Visualisierung des Breitbandkanals verwenden zu können.

Dies stellt von Natur aus ein Problem dar, da sowohl der FT-450D als auch der SDRPlay eine Antenne benötigen. Ein Ansatz besteht darin, einfach zwei Antennen zu verwenden. Ein zweiter Ansatz könnte darin bestehen, eine einzelne Antenne zu verwenden, jedoch den HF-Pfad aufzuteilen und unter Verwendung von Inline-Switching zu senden/empfangen. Ein dritter und bevorzugter Ansatz besteht darin, den HF-Empfangspfad innerhalb des FT-450D unter Verwendung einer geeigneten rauscharmen Schaltung abzugreifen und das abgegriffene Signal dem SDRPlay zu präsentieren. Dieser letztere Ansatz führt dazu, dass sowohl der FT-450D als auch SDRPlay im Wesentlichen dieselbe Antenne sehen. Die rauscharme Schaltung wird nur während des Empfangs mit Strom versorgt und bietet daher während des Sendens eine wesentliche Isolierung, die den Eingang zum SDRPlay-Empfänger schützt. Die rauscharme Schaltung hat einen hochohmigen Eingang, wodurch der Abgriffspunkt innerhalb des FT-450D minimal belastet wird. Dieser letzte Punkt ist wichtig, da sich geeignete Abgriffspunkte innerhalb des FT-450D auf beiden Seiten der passiven 50-Ohm-Bandpassfilter befinden. Jede Belastung oder Änderung der Impedanz, die durch eine zusätzliche Schaltung eingeführt wird, ändert die Übertragungsfunktion der Filter und verringert auch die Leistung im Nutzsignalpfad.

Die meisten der verfügbaren rauscharmen Verstärker (LNA) verwenden eine Rückkopplung, um eine Verstärkung zu erzeugen, und haben auch eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm - keine dieser Eigenschaften ist wünschenswert.

Eine einfache hochohmige Abgriffschaltung wurde von Dave G4HUP entwickelt und war zum Kauf erhältlich. Nach meinem Verständnis ist Dave leider verstorben. Ich habe einen Teil des Designs übernommen und mit Modifikation meine eigene Leiterplatte produziert, getestet und an meinem eigenen FT-450D montiert. Es ist dieser Prozess, der den Gegenstand dieses instructable bildet.

Schritt 1: Erstellung von LNA-Schema und PCB-Layout

Überblick

Im Laufe der Jahre habe ich einige Leiterplatten (PCB) für Produkte und für den Heimgebrauch erstellt. In der Anfangszeit wurden dazu kupferplattierte Platten, Transfers und spezielle Stifte verwendet, um das Design auf das Kupfer zu zeichnen. Die Platine würde dann in Eisenchlorid geätzt, um freiliegendes Kupfer zu entfernen und die gewünschten Spuren zu hinterlassen. Es war auch möglich, lichtempfindliche kupferplattierte Platten zu kaufen und eine Maske zu verwenden, um vor dem Ätzen einen Resist herzustellen. Ein einmaliges Board kommerziell herstellen zu lassen war sehr teuer und erforderte Werkzeuge, die für Bastler einfach nicht zur Verfügung standen.

Heutzutage sind Computertools kostenlos und weit verbreitet, um Boards innerhalb von Stunden statt Tagen zu entwerfen. Auch die Herstellungskosten sind gesunken, da viele billige Hersteller in China und anderswo außerhalb des Vereinigten Königreichs verfügbar sind. Allerdings ist die Herstellung eines einzelnen Boards immer noch nicht so billig, wenn man den Versand einbezieht.

Ein anderer Ansatz und die Methode, die ich in diesem Projekt verwendet habe, besteht darin, die Platine mit einer CNC-Fräsmaschine zu fräsen. Natürlich würden Sie keine CNC-Maschine kaufen, um ein Brett herzustellen, aber ich hatte bereits eine Maschine, die für viele andere Projekte zum Fräsen von Holz, Metall und Glas verwendet wurde.

Um eine Leiterplatte mit einer CNC-Maschine zu fräsen, muss ein sehr feines Schneidwerkzeug verwendet werden, um die Isolierung um die gewünschten Leiterbahnen herum herauszufräsen, aber nicht das gesamte Kupfer wegzufräsen. Dieser Ansatz ist besonders nützlich, wenn HF-Schaltungen gebaut werden, da die verbleibenden Kupferinseln wünschenswert sind, die als Masseebene wirken, die Stabilität und Leistung verbessert. Ich habe in diesem Projekt eine doppelseitige kupferplattierte Platine verwendet und durch die Verbindung der oberen und unteren Kupferoberflächen gebohrt.

PCB-Design mit EasyEDA

Ich habe verschiedene PCB-Designpakete ausprobiert und mich wirklich für ein Paket namens DipTrace entschieden. Es wird jedoch immer beliebter, dass Designpakete webbasiert sind, anstatt eine eigenständige Anwendung zu verwenden. Nachdem ich DipTrace seit einiger Zeit nicht mehr benutzt hatte, war ich etwas eingerostet, also schaute ich mich online um und fand ein webbasiertes Design-Tool namens EasyEDA. Ich fand dieses Tool hervorragend, sehr intuitiv und einfach zu bedienen. Es war sehr einfach, in wenigen Minuten einen Schaltplan zu erstellen und dann in eine Leiterplatte zu konvertieren. Der gesamte Prozess dauerte einschließlich einiger Änderungen und Verfeinerungen weniger als eine Stunde. Die Werkzeugkonstrukteure hoffen natürlich, dass Sie die bereitgestellten Fertigungsmöglichkeiten nutzen werden, aber es ist immer noch möglich, ein Design im Industriestandard-Gerber-Format zur Verwendung durch eine nachfolgende Werkzeugkette zu exportieren.

Schritt 2: Verwenden von FlatCAM zum Erstellen von Geometrie- und Werkzeugpfaden

Nachdem EasyEDA verwendet wurde, um den Schaltplan und das PCB-Layout zu erstellen, besteht der nächste Schritt darin, Werkzeugwege und schließlich Gcode zur Steuerung der CNC-Fräsmaschine zu erstellen. Ich habe verschiedene Software ausprobiert, um dieses Ziel zu erreichen und mich schließlich für FlatCAM entschieden. Diese Software ist kostenlos, stabil und recht intuitiv zu bedienen. Mit FlatCAM-Werkzeugbahnen für die Platine können Ausschnitte und Bohrungen sehr schnell erstellt werden. Es gibt auch einen sehr benutzerfreundlichen Geometrie-Editor, falls etwas eine Optimierung erfordert. In dem Video, das Teil dieses Schrittes ist, zeige ich, wie FlatCAM verwendet wird, um Gerber-Dateien zu importieren und einige grundlegende Bearbeitungen durchzuführen. Es stehen viele detaillierte Videos zur Verfügung, die zeigen, wie das Tool von Anfang bis Ende verwendet wird. Ich habe nur die Änderungen abgedeckt, die ich speziell für dieses Projekt vornehmen musste.

Schritt 3: Der Fräsprozess - CNC-Maschine in Aktion

Ok, in den letzten Schritten wurde folgendes erreicht:

- Der Schaltplan wurde mit EasyEDA erfasst.

- Aus dem Schaltplan wurde das PCB-Layout ebenfalls mit EasyEDA erstellt.

- Für das Board wurden Gerberdateien erstellt und auch Bohrdateien generiert.

- FlatCAM wurde verwendet, um Pfadgeometrie zu erstellen/zu bearbeiten und Gcode für die Platine und den Ausschnitt zu generieren.

- FlatCAM wurde verwendet, um die Bohrdatei zu importieren und zu skalieren, was auch zu Gcode führt.

Jetzt haben wir also drei gcode-Dateien für die Platine, den Ausschnitt und das Bohren.

Der nächste Schritt besteht darin, tatsächlich mit dem Fräsen von Brettern zu beginnen. Die Platine, die ich verwendet habe, ist eine doppelseitige Glasfaser-Kupferplatte. Ich hätte dies online bestellen können, fand aber tatsächlich heraus, dass Maplin ein ziemlich großes Blatt zu einem guten Preis fertigte und ich es innerhalb einer Stunde in der Hand hatte - wollte nur fräsen!

Meine Fräsmaschine ist eine Sable 2015 und ich benutze die Mach3-Software, um sie zu steuern. Zum Fräsen der Plattenspurentlastung habe ich einen 0,5 mm Schaftfräser verwendet. Für den Platinenausschnitt und die Löcher habe ich einen 1,5 mm Schaftfräser verwendet. Um direkt durch die Platine zu fräsen, benötigen Sie offensichtlich etwas zum Fräsen unter der Platine - mein Fräsbett ist dickes Aluminium und Sie möchten nicht hineinfräsen! Ich habe festgestellt, dass für PCBs das beste Material für die Verwendung unter der PCB 5 mm dicke Schaumstoffplatte ist. Sie können dieses Foamboard sehr günstig online oder in Bastelgeschäften kaufen. Es lässt sich leicht mit einem Modelliermesser zuschneiden und hat eine sehr gleichmäßige Dicke. Die kupferplattierte Platte wird mit dünnem doppelseitigem Klebeband auf der Schaumstoffplatte befestigt. Das Foamboard wird auch mit dem gleichen Klebeband auf dem CNC-Bett montiert - ich habe noch nie ein Brett beim Fräsen freikommen oder sich bewegen lassen.

Der 0,5-mm-Schaftfräser ist offensichtlich ziemlich zerbrechlich und daher behalte ich meinen Vorschub bei 60 mm / min. Ich verwende den gleichen Vorschub für den Ausschnitt, um das Leiterplatten- / Schaumstoff-Sandwich nicht vom Sicherungsband zu lösen.

Anbei ein Video, das den Fräsprozess zeigt:)

Anbei sind auch drei Bilder der Finalboards. Ein Bild zeigt den ersten Versuch an der Platine und kleine Bereiche von unerwünschtem Kupfer sind am deutlichsten zwischen den Transistorpads zu sehen. Beim zweiten Versuch wurden diese unerwünschten Kupferbereiche durch Hinzufügen von Geometrie in FlatCAM entfernt. Das dritte Bild zeigt die endgültige Platine, die mit Komponenten bestückt ist.

Nach dem Bestücken wurde die Platte sehr leicht mit Lack besprüht, um das Anlaufen und Verfärben des Kupfers zu stoppen.

Schritt 4: Frequenzgang der fertigen Platine

Die fertig bestückte Platine wurde mit einem Spektrumanalysator verstärkungscharakterisiert. Der Analysator wurde so eingerichtet, dass er die Frequenz von 10 kHz bis 30 MHz abtastet und die Verstärkung misst. Die Verstärkung wurde auch im ausgeschalteten Zustand gemessen, um zu simulieren, was im Radio passiert, wenn wir senden und eine gute Isolierung zwischen dem FT-450D-Transceiver und dem SDRPlay-Empfänger erfordern.

Eingangspegel zum LNA war -40dBm

Bild 1 - Marker auf 7,1 MHz eingestellt, die Verstärkung des LNA beträgt +2,5 dB

Bild 2 - Strom zum LNA ausgeschaltet mit >34dB Isolation

Bild 3 - Niederfrequenzabfall -3dB nach unten bei 1,6MHz

Im Wesentlichen über die HF-Amateurbänder ist der LNA flach 3MHz - 30MHz (war flach bis zu ~500MHz)

Schritt 5: Analyse des Yaesu FT-450D auf einen geeigneten RF-Tap und Power Point

Bevor die LNA-Platine am FT-450D angebracht werden kann, muss ein geeigneter HF-Abgriffspunkt und Stromanschluss identifiziert werden. Dies wurde erreicht, indem das Radio-Servicehandbuch verwendet und zuerst das Empfänger-Blockdiagramm betrachtet wurde, bevor die HF-Tap-Punkt-Auswahl anhand des Schaltplans verfeinert wurde.

Zuerst wollte ich, dass der SDR die an den FT-450D angeschlossene Antenne vor allen ZF-Umwandlungsstufen sieht, damit die Untersuchung erheblich eingegrenzt wurde. Vor dem ersten ZF-Mischer gab es zwei offensichtliche Punkte abzugreifen. Sobald das Rx-Signal von der PA-Platine in die RF-IF-Platine gelangt, durchläuft es die folgenden Phasen:

- Eingangsüberspannungsschutz

- Schaltbar (Relais) 20dB Eingangsdämpfung

- Eine Reihe von acht sich gegenseitig ausschließenden geschalteten Bandpassfiltern

- Schaltbarer (Relais) IPO-Vorverstärker

- ZF-Mischer der ersten Stufe (1. LO-getriebener Mischer)

Die beiden interessanten Punkte reduzierten sich also im Wesentlichen auf vor oder nach der Bandpassfilterung. Ich wollte, dass der SDR so viel Signal wie möglich sieht, also entschied ich mich, kurz vor dem Bandpassfilternetzwerk abzugreifen. Denken Sie daran, dass der zum Abgreifen des Signals verwendete LNA einen hochohmigen Eingang hat, sodass die Auswirkungen auf den Funksignalpfad minimal sind.

Der andere zu berücksichtigende Bereich ist, wo die LNA-Platine ihre Leistung bezieht. Glücklicherweise ist der Schaltplan des FT-450D recht klar und gut kommentiert und so kann eine geeignete Steckdose gefunden werden. Der gewählte Leistungspunkt versorgt den LNA beim Empfangen mit Strom, schaltet den LNA jedoch während des Sendens aus. Dadurch wird der SDR-Eingang während des Sendens um >30 dB isoliert. Die Stromaufnahme des betriebenen LNA beträgt ~9mA.

Die angehängten Bilder zeigen folgendes:

- Der im Blockschaltbild dargestellte HF-Abgriffspunkt

- Der auf dem Schaltplan gezeigte HF-Abgriffspunkt

- Der auf dem Platinenlayout angezeigte RF-Tap-Punkt

- Der auf dem Schaltplan gezeigte LNA-Leistungsabgriffspunkt

- Der auf dem Platinenlayout angezeigte LNA-Leistungsabgriffspunkt

Schritt 6: Anbringen der LNA-Platine an den Yaesu FT-450D

Nachdem nun die LNA-Platine hergestellt, charakterisiert und ein geeigneter Abgriffpunkt identifiziert wurde, ist es an der Zeit, die Platine tatsächlich an den FT-450D zu montieren.

An dieser Stelle ist es üblich, darauf hinzuweisen, dass Sie diese Änderung auf eigene Gefahr vornehmen. Es ist nicht kompliziert, aber es besteht immer die Gefahr von Beschädigungen und ich persönlich würde diesen Umbau nicht an einem Radio durchführen, das noch in der Garantie war - ich bin mir sicher, dass die Garantie nach dem Umbau erlischt. Ich habe meinen FT-450D gebraucht bei ebay gekauft, daher gibt es in meinem Fall keine Garantie.

Wenn Sie sich für eine solche Modifikation entscheiden, gehen Sie einfach vorsichtig und methodisch vor - verwenden Sie das weise alte Sprichwort, das für die heikelsten Situationen gilt … zweimal messen und einmal schneiden:)

Ich beschloss, keine Löcher in das FT-450D-Gehäuse zu bohren, sondern stattdessen den SDR an der Seite des FT-450D zu montieren und ein SMA-terminiertes Anschlusskabel herauszuführen, um es direkt in den SDR-Antenneneingang zu schrauben. Zur Zugentlastung wird das Kabel am Funkausgang befestigt.

Siehe angehängte Bilder ….

Schritt 7: Der SDR in Aktion, der vom RF-Tap über die LNA-Platine bezogen wird

In diesem Schritt gibt es ein kurzes Video, das das SDR-Radio im Betrieb zeigt, wobei seine Antennenquelle der FT-450D-Antennenabgriff über die LNA-Platine ist. Dieser Test wurde spät (ish) nachts durchgeführt und die Band ist ein wenig tot, aber die Reaktion des SDR ist wie erwartet. Wenn der FT-450D sendet, wird der Eingang zum SDR aufgrund der Isolierung der LNA-Platine im stromlosen Zustand effektiv stummgeschaltet.

Schritt 8: Fazit

Vor allem hat dieses instructable viel Spaß gemacht und ich bin sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Wie bei allen guten Projekten gibt es drei Hauptziele …. neue Fähigkeiten zu erlernen, das Projekt zu einem Erfolg zu machen und Wissen mit jedem zu teilen, der bis hierher lesen möchte.

Ich ziehe an dieser Stelle meine Kappe vor dem verstorbenen Dave G4HUP. Ohne die Arbeit von Dave wäre dieses Projekt vielleicht nicht zustande gekommen. Ich kann das ursprüngliche LNA-Design nicht als mein eigenes beanspruchen, sondern nur, dass ich ein Design genommen und versucht habe, es auf meine eigene Weise zu machen. Ich kann nur hoffen, dass Dave damit einverstanden ist, dass seine Arbeit entwickelt und mit anderen geteilt wird.

Fazit: Das Projekt war ein Erfolg.

Bitte zögern Sie nicht, alle Fragen abzufeuern und ich werde mein Bestes tun, um sie zu beantworten.

Mit freundlichen Grüßen, Dave (G7IYK)