Yaesu FT-450D RF Tap Modificação para SDR: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Olá, qualquer pessoa que possa estar interessada, Acho melhor primeiro explicar do que se trata esse instrutível. Existem três componentes principais envolvidos neste projeto, como segue:

O Yaesu FT-450D é um transceptor HF / 50MHz compacto e moderno, capaz de cobrir as bandas amadoras de 160-6 metros com uma potência de saída de 100W. Muitos recursos para listar, então apenas Google o rádio se quiser saber mais.

O SDRPlay é um excelente rádio de banda larga definido por software que cobre uma faixa de frequência de 1KHz a 2GHz e permite que o espectro seja visualizado com uma largura de banda de até 10MHz.

SDRPlay:

(Não tenho nenhuma ligação com a empresa além de ter adquirido seu excelente produto)

Ambos os equipamentos são soberbos por direito próprio. No entanto, o objetivo deste instrutível é reunir as duas peças de equipamento e ser capaz de explorar o melhor dos dois mundos. Com isso, quero dizer ser capaz de usar o rádio FT-450D conforme pretendido (como um transceptor de rádio de banda estreita), mas ao mesmo tempo ser capaz de usar o receptor SDRPlay para visualizar o canal de banda larga.

Isso inerentemente representa um problema, já que o FT-450D e o SDRPlay precisam ver uma antena. Uma abordagem é simplesmente usar duas antenas. Uma segunda abordagem pode ser usar uma única antena, mas dividir o caminho de RF e transmitir / receber usando comutação em linha. Uma terceira e preferível abordagem é desviar o caminho de recepção de RF de dentro do FT-450D usando um circuito de baixo ruído adequado e apresentar o sinal derivado ao SDRPlay. Esta última abordagem resulta no FT-450D e no SDRPlay essencialmente vendo a mesma antena. O circuito de baixo ruído é alimentado apenas durante a recepção e, portanto, durante a transmissão fornece isolamento substancial protegendo a entrada para o receptor SDRPlay. O circuito de baixo ruído possui uma entrada de alta impedância, apresentando, portanto, uma carga mínima para o ponto de tap dentro do FT-450D. Este último ponto é importante porque os pontos de derivação adequados dentro do FT-450D estão localizados em ambos os lados dos filtros passa-banda passivos de 50 ohms. Qualquer carga ou mudança de impedância introduzida por um circuito adicional mudará a função de transferência dos filtros e também reduzirá a potência no caminho do sinal desejado.

A maioria dos amplificadores de baixo ruído (LNA) disponíveis no mercado usa feedback para gerar ganho e também tem uma impedância de entrada de 50 ohm - nenhum desses recursos é desejável.

Um circuito de derivação de alta impedância simples foi projetado por Dave G4HUP e estava disponível para compra. Infelizmente, pelo que sei, Dave faleceu. Eu participei do projeto e, com modificações, produzi minha própria placa de circuito impresso, testei e instalei meu próprio FT-450D. É este processo que constitui o assunto deste instrutível.

Etapa 1: Criação de esquema LNA e layout de PCB

Visão geral

Ao longo dos anos, gerei algumas placas de circuito impresso (PCB) para produtos e para uso doméstico. No início, isso envolvia o uso de placas revestidas de cobre, transferências e canetas especiais para desenhar o desenho no cobre. A placa seria então gravada em cloreto férrico para remover o cobre exposto e deixar as marcas desejadas. Também era possível comprar placa revestida de cobre sensível à luz e usar uma máscara para produzir uma máscara antes do ataque ácido. Ter uma placa única feita comercialmente era muito caro e exigia ferramentas que simplesmente não estavam disponíveis para os aficionados.

Hoje em dia, as ferramentas de computador são gratuitas e amplamente disponíveis para projetar placas em questão de horas, não dias. Além disso, os custos de fabricação despencaram, com muitos fabricantes baratos disponíveis na China e em outros lugares fora do Reino Unido. No entanto, ter uma única placa feita ainda não é tão barato, uma vez que você inclui o frete.

Outra abordagem, e o método que usei neste projeto, é fresar a placa usando uma fresadora CNC. Obviamente, você não compraria uma máquina CNC para fazer uma placa, mas eu já tinha uma máquina que foi usada para muitos outros projetos de fresamento de madeira, metal e vidro.

Para fresar um PCB usando uma máquina CNC envolve o uso de uma ferramenta de corte muito fina para fresar o isolamento ao redor dos trilhos desejados, mas não para fresar todo o cobre. Esta abordagem é particularmente útil ao construir circuitos de RF, já que as ilhas de cobre restantes são desejáveis, atuando como um plano de aterramento, melhorando a estabilidade e o desempenho. Eu usei uma placa revestida de cobre de dupla face neste projeto e perfurei através da ligação das superfícies de cobre superior e inferior.

Projeto de PCB usando EasyEDA

Eu tentei vários pacotes de design de PCB e realmente me decidi por um pacote chamado DipTrace. No entanto, é cada vez mais comum que os pacotes de design sejam baseados na Web em vez de usar um aplicativo independente. Como não utilizava o DipTrace há algum tempo, estava um pouco enferrujado, então procurei pela internet e encontrei uma ferramenta de design baseada na web chamada EasyEDA. Achei esta ferramenta excelente, muito intuitiva e simples de usar. Muito fácil de gerar um esquema em questão de minutos e depois convertê-lo em um PCB, todo o processo demorou menos de uma hora, incluindo algumas modificações e refinamentos. Os projetistas de ferramentas obviamente esperam que você use as instalações de fabricação fornecidas, mas ainda é possível exportar um projeto no formato gerber padrão da indústria para uso por uma cadeia de ferramentas subsequente.

Etapa 2: Usando FlatCAM para criar caminhos de geometria e ferramentas

Depois que EasyEDA foi usado para criar o esquema e o layout de PCB, a próxima etapa é criar caminhos de ferramentas e, por fim, gcode para controlar a fresadora CNC. Eu tentei vários softwares para atingir esse objetivo e finalmente me decidi pelo FlatCAM. Este software é gratuito, estável e bastante intuitivo de usar. Usando caminhos de ferramentas FlatCAM para a placa, recortes e furos podem ser criados muito rapidamente. Há também um editor de geometria muito amigável para o caso de algo exigir um ajuste. No vídeo que faz parte desta etapa, mostro como o FlatCAM é usado para importar arquivos gerber e realizar algumas edições básicas. Existem muitos vídeos detalhados disponíveis mostrando como usar a ferramenta de ponta a ponta. Eu apenas cobri as modificações que precisei fazer especificamente para este projeto.

Etapa 3: O Processo de Fresamento - Máquina CNC em Ação

Ok, então, nas últimas etapas, o seguinte foi alcançado:

- O esquema do circuito foi capturado usando EasyEDA.

- A partir do esquema, o layout do PCB foi criado também usando EasyEDA.

- Arquivos Gerber foram criados para a placa e também arquivos de perfuração gerados.

- FlatCAM foi usada para criar / editar a geometria do caminho e gerar gcode para a placa e recorte.

- FlatCAM foi usado para importar e escalar o arquivo de drill, resultando também em gcode.

Portanto, agora temos três arquivos gcode para a placa, recorte e perfuração.

A próxima etapa é realmente começar a fresar algumas tábuas. A placa que usei é uma placa revestida de cobre de fibra de vidro de dupla face. Eu poderia ter encomendado este on-line, mas na verdade descobri que Maplin fez uma folha grande e bonita por um bom preço e eu a tinha em minhas mãos em uma hora - só queria começar a fresar!

Minha fresadora é uma Sable 2015 e uso o software Mach3 para controlá-la. Para fresar o relevo da esteira da placa, usei uma fresa de topo de 0,5 mm. Para o recorte e os furos da placa, usei uma fresa de topo de 1,5 mm. A fim de fresar através da placa, você obviamente precisa de algo para fresar sob o PCB - minha base de fresagem é de alumínio espesso e você não quer fresar isso! Eu descobri que o melhor material para PCBs para usar sob o PCB é o foamboard de 5 mm de espessura. Você pode comprar este foamboard muito barato online ou em lojas de artesanato. É fácil de cortar com faca de modelar e tem uma espessura muito uniforme. A placa revestida de cobre é montada no foamboard usando uma fita dupla-face fina. O foamboard também é montado na base do CNC usando a mesma fita - nunca uma placa se soltou ou se moveu durante o fresamento.

A fresa de topo de 0,5 mm é obviamente bastante frágil, então mantenho minha taxa de avanço em 60 mm / min. Eu uso a mesma velocidade de avanço para o recorte para não desalojar o PCB / sanduíche de foamboard da fita de fixação.

Em anexo está um vídeo mostrando a ação do processo de fresagem:)

Também estão anexadas três imagens das placas finais. Uma imagem mostra a primeira tentativa na placa e pequenas áreas de cobre indesejadas podem ser vistas mais obviamente entre as almofadas do transistor. Na segunda tentativa, essas áreas de cobre indesejadas foram removidas adicionando geometria ao FlatCAM. A terceira imagem mostra a placa final preenchida com componentes.

Depois de preencher a placa, foi aplicado um spray muito leve com laca para evitar o embaçamento e descoloração do cobre.

Etapa 4: Resposta de frequência da placa acabada

O painel preenchido acabado foi caracterizado por ganho usando um analisador de espectro. O analisador foi configurado para varrer a frequência de 10 KHz a 30 MHz e medir o ganho. O ganho também foi medido com a alimentação desligada para simular o que acontece no rádio quando estamos transmitindo e requer um bom isolamento entre o transceptor FT-450D e o receptor SDRPlay.

O nível de entrada para o LNA foi -40dBm

Imagem 1 - Marcador ajustado em 7,1 MHz o ganho do LNA é de + 2,5dB

Imagem 2 - Alimentação do LNA desligada mostrando> 34dB de isolamento

Imagem 3 - Corte de baixa frequência -3dB para baixo em 1,6 MHz

Essencialmente nas bandas amadoras de HF, o LNA é plano 3MHz - 30MHz (era plano até ~ 500MHz)

Etapa 5: Analisando o Yaesu FT-450D para um Tap RF e Power Point adequados

Antes que a placa LNA possa ser instalada no FT-450D, um ponto de derivação de RF adequado e um ponto de alimentação devem ser identificados. Isso foi conseguido usando o manual de serviço de rádio e primeiro olhando para o diagrama de blocos do receptor antes de refinar a escolha do ponto de derivação de RF usando o esquema.

Em primeiro lugar, eu queria que o SDR visse a antena conectada ao FT-450D antes de qualquer estágio de conversão de FI, então isso estreitou consideravelmente a investigação. Antes do primeiro mixer IF, havia dois pontos óbvios para bater. Uma vez que o sinal Rx entra na placa RF-IF da placa PA, ele passa pelos seguintes estágios:

- Proteção contra surtos de entrada

- Atenuação de entrada comutável (relé) de 20dB

- Uma série de oito filtros passa-banda mutuamente exclusivos

- Pré-amplificador IPO comutável (relé)

- Misturador IF de primeiro estágio (primeiro misturador acionado LO)

Assim, os dois pontos de interesse basicamente se resumiram a antes ou depois da filtragem de passa-banda. Eu queria que o SDR visse o máximo de sinal possível, então decidi desligar um pouco antes da rede de filtro passa-banda. Lembre-se de que o LNA usado para desligar o sinal tem uma entrada de alta impedância e, portanto, o efeito no caminho do sinal de rádio será mínimo.

A outra área a ser considerada é onde a placa do LNA obterá seu poder. Felizmente, o esquema do FT-450D é bastante claro e bem anotado e, portanto, um ponto de alimentação adequado pode ser localizado. O ponto de energia escolhido alimenta o LNA ao receber, mas desliga o LNA durante a transmissão. Isso isola a entrada SDR em> 30dB durante a transmissão. O consumo de corrente do LNA alimentado é de ~ 9mA.

As imagens anexas mostram o seguinte:

- O ponto de derivação de RF mostrado no diagrama de blocos

- O ponto de derivação de RF mostrado no esquema

- O ponto de derivação de RF mostrado no layout da placa

- O ponto de derivação de energia do LNA mostrado no esquema

- O ponto de derivação de energia LNA mostrado no layout da placa

Etapa 6: encaixando a placa LNA no Yaesu FT-450D

Agora que a placa LNA foi fabricada, caracterizada e um ponto de derivação adequado identificado, chegou a hora de realmente encaixar a placa no FT-450D.

Nesse ponto, é comum apontar que você executa essa modificação por sua própria conta e risco. Não é complicado, mas sempre existe o risco de danos e eu pessoalmente não faria essa modificação em um rádio que ainda estivesse na garantia - tenho certeza que a garantia será anulada após a modificação. Eu comprei meu FT-450D de segunda mão no ebay, então não há garantia com que me preocupar.

Se você decidir realizar tal modificação, vá com cuidado e metodicamente - use o velho ditado que se aplica à maioria das situações delicadas … meça duas vezes e corte uma vez:)

Decidi não fazer nenhum furo no invólucro do FT-450D, mas em vez disso montar o SDR na lateral do FT-450D e instalar um cabo de segurança com terminação SMA para aparafusar diretamente na entrada da antena SDR. O cabo da mosca é preso no ponto de saída do rádio para fornecer alívio de tensão.

Veja as imagens em anexo….

Etapa 7: O SDR em ação proveniente da torneira de RF via placa LNA

Nesta etapa, há um pequeno vídeo mostrando o rádio SDR em operação com sua fonte de antena sendo a tomada de antena FT-450D através da placa LNA. Este teste foi realizado tarde (ish) da noite e a banda está um pouco morta, mas a resposta do SDR é a esperada. Quando o FT-450D está transmitindo, a entrada para o SDR é efetivamente silenciada devido ao isolamento da placa LNA quando não está energizado.

Etapa 8: Conclusão

Acima de tudo, este instrutível tem sido muito divertido e estou muito satisfeito com o resultado. Como todos os bons projetos, existem três objetivos principais…. aprender novas habilidades, fazer do projeto um sucesso e compartilhar o conhecimento com quem quiser ler até aqui.

Eu, neste ponto, tiro meu boné para o falecido Dave G4HUP. Se não fosse pelo trabalho de Dave este projeto não teria se materializado. Não posso reivindicar o projeto original do LNA como meu, mas apenas por ter pegado um projeto e tentado fazê-lo à minha maneira. Só espero que Dave aprove seu trabalho sendo desenvolvido e compartilhado com outras pessoas.

Concluindo, o projeto foi um sucesso.

Sinta-se à vontade para responder a quaisquer perguntas e farei o meu melhor para respondê-las.

Atenciosamente, Dave (G7IYK)