Yaesu FT-450D RF Tap Modification สำหรับ SDR: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

สวัสดีทุกท่านที่อาจสนใจ, ฉันคิดว่าฉันควรอธิบายก่อนว่าคำแนะนำนี้เกี่ยวกับอะไร มีองค์ประกอบหลักที่เกี่ยวข้องกับโครงการนี้ดังต่อไปนี้:

Yaesu FT-450D เป็นเครื่องรับส่งสัญญาณ HF/50MHz ขนาดกะทัดรัดที่ทันสมัย สามารถครอบคลุมย่านความถี่สำหรับมือสมัครเล่น 160-6 เมตรด้วยกำลังขับ 100W มีคุณลักษณะมากเกินไปที่จะแสดงรายการ ดังนั้นเพียงแค่ Google วิทยุหากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติม

SDRPlay เป็นวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ไวด์แบนด์ที่ยอดเยี่ยมซึ่งครอบคลุมช่วงความถี่ 1KHz ถึง 2GHz และอนุญาตให้ดูสเปกตรัมด้วยแบนด์วิดท์สูงถึง 10MHz

SDRPlay:

(ฉันไม่มีความเกี่ยวข้องกับบริษัทอื่นใดนอกจากซื้อผลิตภัณฑ์ที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา)

อุปกรณ์ทั้งสองชิ้นนี้มีความยอดเยี่ยมในตัวของมันเอง อย่างไรก็ตาม จุดประสงค์ของคำแนะนำนี้คือการนำอุปกรณ์สองชิ้นมารวมกันและเพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก โดยที่ฉันหมายถึงสามารถใช้วิทยุ FT-450D ตามที่ตั้งใจไว้ (เป็นตัวรับส่งสัญญาณวิทยุวงแคบ) แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถใช้เครื่องรับ SDRPlay เพื่อแสดงภาพช่องสัญญาณวงกว้างได้

สิ่งนี้ก่อให้เกิดปัญหาโดยเนื้อแท้เนื่องจากทั้ง FT-450D และ SDRPlay จำเป็นต้องเห็นเสาอากาศ วิธีหนึ่งคือใช้สองเสาอากาศ วิธีที่สองอาจเป็นการใช้เสาอากาศเดียว แต่แยกเส้นทาง RF และส่ง/รับโดยใช้การสลับอินไลน์ วิธีที่สามและดีกว่าคือการปิดเส้นทาง RF ที่ได้รับจากภายใน FT-450D โดยใช้วงจรสัญญาณรบกวนต่ำที่เหมาะสมและนำเสนอสัญญาณที่แตะไปยัง SDRPlay วิธีหลังนี้ส่งผลให้ทั้ง FT-450D และ SDRPlay มองเห็นเสาอากาศเดียวกันเป็นหลัก วงจรสัญญาณรบกวนต่ำจะจ่ายไฟขณะรับเท่านั้น ดังนั้นในระหว่างการส่งสัญญาณจึงทำให้มีการแยกสัญญาณเข้าอย่างมากเพื่อป้องกันอินพุตไปยังเครื่องรับ SDRPlay วงจรสัญญาณรบกวนต่ำมีอินพุตอิมพีแดนซ์สูง จึงมีโหลดต่ำสุดที่จุดต่อภายใน FT-450D จุดสุดท้ายนี้มีความสำคัญเนื่องจากจุดต๊าปที่เหมาะสมภายใน FT-450D จะอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของฟิลเตอร์กรองแบนด์ความถี่ 50 โอห์มแบบพาสซีฟ การโหลดหรือการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ที่แนะนำโดยวงจรเพิ่มเติมจะเปลี่ยนฟังก์ชันการถ่ายโอนของตัวกรองและยังลดกำลังในเส้นทางสัญญาณที่ต้องการ

แอมพลิฟายเออร์สัญญาณรบกวนต่ำ (LNA) นอกชั้นวางส่วนใหญ่ใช้ข้อเสนอแนะเพื่อสร้างเกนและยังมีอิมพีแดนซ์อินพุต 50 โอห์ม - ทั้งสองคุณสมบัติเหล่านี้ไม่เป็นที่ต้องการ

Dave G4HUP เป็นผู้ออกแบบวงจรต๊าปอิมพีแดนซ์สูงแบบเรียบง่ายและพร้อมจำหน่าย น่าเสียดายที่ฉันเข้าใจว่า Dave ล่วงลับไปแล้ว ฉันได้เป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบและมีการดัดแปลง ผลิตแผงวงจรพิมพ์ของตัวเอง ทดสอบและติดตั้ง FT-450D ของฉันเอง เป็นกระบวนการนี้ที่สร้างหัวข้อของคำแนะนำนี้

ขั้นตอนที่ 1: การสร้าง LNA Schematic และ PCB Layout

ภาพรวม

หลายปีที่ผ่านมา ฉันได้สร้างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ขึ้นมาสองสามแบบสำหรับผลิตภัณฑ์และสำหรับใช้ในบ้าน ในยุคแรกๆ เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับการใช้กระดานหุ้มทองแดง หมึกพิมพ์ และปากกาพิเศษเพื่อวาดการออกแบบลงบนทองแดง จากนั้นจึงทำการสลักกระดานในเฟอร์ริกคลอไรด์เพื่อขจัดทองแดงที่สัมผัสออกและทิ้งรอยตามที่ต้องการ นอกจากนี้ยังสามารถซื้อกระดานหุ้มทองแดงที่ไวต่อแสงและใช้หน้ากากเพื่อผลิตตัวต้านทานก่อนการแกะสลัก การมีบอร์ดแบบใช้ครั้งเดียวในเชิงพาณิชย์มีราคาแพงมากและเครื่องมือที่จำเป็นซึ่งไม่มีให้สำหรับมือสมัครเล่นเท่านั้น

ทุกวันนี้ เครื่องมือคอมพิวเตอร์มีให้ใช้ฟรีและพร้อมสำหรับการออกแบบบอร์ดภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่วัน นอกจากนี้ ต้นทุนการผลิตยังลดลงด้วยผู้ผลิตผ้าราคาถูกจำนวนมากที่มีจำหน่ายในจีนและที่อื่นๆ นอกสหราชอาณาจักร อย่างไรก็ตาม ที่กล่าวว่าการทำแผ่นเดียวก็ยังไม่ถูกเมื่อคุณรวมค่าขนส่ง

อีกวิธีหนึ่งและวิธีที่ฉันได้ใช้ในโครงการนี้คือ การกัดบอร์ดโดยใช้เครื่องกัด CNC แน่นอน คุณจะไม่ซื้อเครื่อง CNC เพื่อทำบอร์ด แต่ฉันมีเครื่องจักรที่ใช้สำหรับโครงการอื่น ๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับการกัดไม้ โลหะ และแก้ว

ในการกัด PCB โดยใช้เครื่อง CNC นั้นเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องมือตัดที่ละเอียดมากเพื่อแยกการแยกออกรอบๆ รางที่ต้องการ แต่ไม่ต้องบดทองแดงทั้งหมด วิธีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อสร้างวงจร RF เนื่องจากเกาะทองแดงที่เหลือเป็นที่ต้องการซึ่งทำหน้าที่เป็นระนาบพื้นดินที่ปรับปรุงความเสถียรและประสิทธิภาพ ฉันได้ใช้แผ่นทองแดงสองด้านในโครงการนี้ และได้เจาะผ่านการเชื่อมโยงพื้นผิวทองแดงด้านบนและด้านล่าง

การออกแบบ PCB โดยใช้ EasyEDA

ฉันได้ลองใช้แพ็คเกจการออกแบบ PCB หลายตัวแล้วและได้ตัดสินใจเลือกแพ็คเกจที่เรียกว่า DipTrace อย่างไรก็ตาม แพ็คเกจการออกแบบเป็นแบบบนเว็บ เป็นที่นิยมมากกว่าที่เคยใช้แอปพลิเคชันแบบสแตนด์อโลน ฉันไม่ได้ใช้งาน DipTrace มาสักระยะแล้ว ฉันรู้สึกเป็นสนิมเล็กน้อย เลยลองค้นดูทางออนไลน์และพบเครื่องมือออกแบบบนเว็บที่ชื่อว่า EasyEDA ฉันพบว่าเครื่องมือนี้ยอดเยี่ยม ใช้งานง่ายมาก และใช้งานง่าย ง่ายมากที่จะสร้างแผนผังในเวลาไม่กี่นาทีแล้วแปลงเป็น PCB กระบวนการทั้งหมดใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมงรวมถึงการปรับเปลี่ยนและปรับแต่งเล็กน้อย เห็นได้ชัดว่านักออกแบบเครื่องมือหวังว่าคุณจะใช้สิ่งอำนวยความสะดวกในการผลิตที่จัดเตรียมไว้ให้ แต่ก็ยังสามารถส่งออกการออกแบบในรูปแบบ gerber มาตรฐานอุตสาหกรรมเพื่อใช้ในห่วงโซ่เครื่องมือที่ตามมาได้

ขั้นตอนที่ 2: การใช้ FlatCAM เพื่อสร้างเส้นทางเรขาคณิตและเครื่องมือ

หลังจากที่ใช้ EasyEDA เพื่อสร้างแผนผังและเลย์เอาต์ PCB แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างเส้นทางของเครื่องมือและสุดท้ายคือ gcode เพื่อควบคุมเครื่องกัด CNC ฉันได้ลองใช้ซอฟต์แวร์หลายๆ ชิ้นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ และสุดท้ายก็ใช้ FlatCAM ได้ ซอฟต์แวร์นี้ฟรี เสถียร และค่อนข้างใช้งานง่าย การใช้เส้นทางเครื่องมือ FlatCAM สำหรับบอร์ด คัตเอาท์และการเจาะทั้งหมดสามารถสร้างขึ้นได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ยังมีตัวแก้ไขเรขาคณิตที่เป็นมิตรกับผู้ใช้มากหากมีสิ่งใดที่ต้องมีการปรับแต่ง ในส่วนของการสร้างวิดีโอของขั้นตอนนี้ ฉันจะแสดงวิธีใช้ FlatCAM เพื่อนำเข้าไฟล์ gerber และทำการแก้ไขเบื้องต้น มีวิดีโอรายละเอียดมากมายที่แสดงวิธีใช้เครื่องมือตั้งแต่ต้นจนจบ ฉันได้ครอบคลุมเฉพาะการปรับเปลี่ยนที่ฉันต้องทำโดยเฉพาะสำหรับโครงการนี้

ขั้นตอนที่ 3: กระบวนการกัด - การทำงานของเครื่อง CNC

ตกลง ดังนั้นในช่วงสองสามขั้นตอนล่าสุด ได้บรรลุสิ่งต่อไปนี้:

- จับภาพแผนผังวงจรโดยใช้ EasyEDA

- จากแผนผัง เลย์เอาต์ PCB ได้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ EasyEDA ด้วย

- ไฟล์ Gerber ถูกสร้างขึ้นสำหรับบอร์ดและสร้างไฟล์เจาะ

- FlatCAM ถูกใช้เพื่อสร้าง/แก้ไขเส้นทางเรขาคณิต และสร้าง gcode สำหรับบอร์ดและคัตเอาท์

- FlatCAM ถูกใช้เพื่อนำเข้าและปรับขนาดไฟล์สว่านและส่งผลให้เป็น gcode

ตอนนี้เรามีไฟล์ gcode สามไฟล์สำหรับบอร์ด คัตเอาท์ และการเจาะ

ขั้นต่อไปคือการเริ่มกัดบอร์ดจริงๆ กระดานที่ฉันใช้คือกระดานหุ้มทองแดงไฟเบอร์กลาสสองด้าน ฉันสามารถสั่งซื้อออนไลน์นี้ได้ แต่จริงๆ แล้วพบว่า Maplin ทำแผ่นใหญ่ได้ดีในราคาที่ดี และฉันมีมันอยู่ในมือภายในหนึ่งชั่วโมง - แค่อยากได้งานกัด!

เครื่องกัดของฉันคือ Sable 2015 และฉันใช้ซอฟต์แวร์ Mach3 เพื่อควบคุม ในการกัดร่องรางของบอร์ด ฉันใช้ดอกกัดขนาด 0.5 มม. สำหรับการตัดบอร์ดและรู ฉันใช้ดอกกัด 1.5 มม. ในการที่จะโม่ผ่านกระดานได้นั้น คุณต้องมีบางอย่างที่จะกัดเข้าไปใต้ PCB - เตียงของฉันเป็นอลูมิเนียมอย่างหนา และคุณไม่ต้องการที่จะกัดเข้าไป! ฉันพบว่าวัสดุที่ดีที่สุดของ PCB ที่จะใช้ภายใต้ PCB คือแผ่นโฟมหนา 5 มม. คุณสามารถเลือกแผ่นโฟมนี้ในราคาถูกมากทางออนไลน์หรือจากร้านหัตถกรรม ง่ายต่อการตัดด้วยมีดจำลองและมีความหนาสม่ำเสมอมาก แผ่นทองแดงหุ้มติดอยู่บนแผ่นโฟมโดยใช้เทปกาวสองหน้าแบบบาง โฟมบอร์ดยังติดตั้งกับเตียง CNC โดยใช้เทปเดียวกัน - ฉันไม่เคยมีบอร์ดว่างหรือขยับในระหว่างการกัด

ดอกเอ็นมิลขนาด 0.5 มม. ค่อนข้างบอบบาง ดังนั้นฉันจึงรักษาอัตราป้อนให้อยู่ที่ 60 มม./นาที ฉันใช้อัตราป้อนเดียวกันสำหรับช่องเจาะเพื่อไม่ให้หลุดออกจากแผ่น PCB/โฟมบอร์ดจากเทปยึด

แนบเป็นวิดีโอแสดงการดำเนินการกระบวนการกัด:)

แนบภาพกระดานรอบชิงชนะเลิศสามภาพ ภาพหนึ่งแสดงให้เห็นความพยายามครั้งแรกที่บอร์ด และสามารถมองเห็นพื้นที่เล็กๆ ของทองแดงที่ไม่ต้องการได้ชัดเจนที่สุดระหว่างแผ่นทรานซิสเตอร์ ความพยายามครั้งที่สองของบอร์ดพื้นที่ทองแดงที่ไม่ต้องการเหล่านี้ได้ถูกลบออกโดยการเพิ่มเรขาคณิตใน FlatCAM ภาพที่สามแสดงบอร์ดสุดท้ายที่มีส่วนประกอบต่างๆ

หลังจากเติมบอร์ดแล้ว ให้ฉีดสเปรย์เคลือบเงาเบา ๆ เพื่อหยุดการหมองของทองแดงและการเปลี่ยนสี

ขั้นตอนที่ 4: การตอบสนองความถี่ของบอร์ดสำเร็จรูป

บอร์ดที่มีประชากรสำเร็จรูปได้รับคุณลักษณะโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เครื่องวิเคราะห์ได้รับการตั้งค่าให้กวาดความถี่จาก 10KHz ถึง 30MHz และวัดอัตราขยาย เกนยังถูกวัดด้วยการปิดเพื่อจำลองสิ่งที่เกิดขึ้นในวิทยุเมื่อเราส่งสัญญาณและต้องการการแยกที่ดีระหว่างตัวรับส่งสัญญาณ FT-450D และตัวรับ SDRPlay

ระดับอินพุตของ LNA คือ -40dBm

ภาพที่ 1 - Marker ตั้งไว้ที่ 7.1MHz เกนของ LNA คือ +2.5dB

ภาพที่ 2 - กำลังปิด LNA แสดง >34dB ของการแยก

ภาพที่ 3 - ลดความถี่ต่ำลง -3dB ลงที่ 1.6MHz

โดยพื้นฐานแล้วเหนือคลื่นความถี่มือสมัครเล่น HF LNA นั้นแบน 3MHz - 30MHz (แบนสูงถึง ~ 500MHz)

ขั้นตอนที่ 5: วิเคราะห์ Yaesu FT-450D สำหรับ RF Tap และ Power Point ที่เหมาะสม

ก่อนที่บอร์ด LNA จะสามารถติดตั้งเข้ากับ FT-450D ได้ จะต้องระบุจุดต๊าป RF และจุดจ่ายไฟที่เหมาะสม ซึ่งทำได้โดยใช้คู่มือบริการวิทยุและก่อนอื่นให้ดูที่แผนภาพบล็อกตัวรับสัญญาณก่อนที่จะปรับแต่งตัวเลือกจุดแตะ RF โดยใช้แผนผัง

ก่อนอื่น ฉันต้องการให้ SDR เห็นเสาอากาศที่เชื่อมต่อกับ FT-450D ก่อนขั้นตอนการแปลง IF ใดๆ ดังนั้นจึงทำให้การตรวจสอบแคบลงอย่างมาก ก่อนเครื่องผสม IF ตัวแรก มีสองจุดที่ชัดเจนให้แตะ เมื่อสัญญาณ Rx เข้าสู่บอร์ด RF-IF จากบอร์ด PA จะผ่านขั้นตอนต่อไปนี้:

- การป้องกันไฟกระชากอินพุต

- Switchable (รีเลย์) 20dB การลดทอนอินพุต

- ชุดตัวกรองสัญญาณแบนด์แบบเปลี่ยนความถี่แปดตัวที่แยกจากกัน

- เครื่องขยายสัญญาณล่วงหน้า IPO แบบสลับได้ (รีเลย์)

- เครื่องผสม IF ขั้นตอนแรก (เครื่องผสมที่ขับเคลื่อนด้วย LO ตัวแรก)

ดังนั้นจุดสนใจสองจุดจึงถูกต้มลงไปก่อนหรือหลังการกรองวงดนตรีผ่าน ฉันต้องการให้ SDR เห็นสัญญาณให้ได้มากที่สุด เลยตัดสินใจปิดก่อนที่เครือข่ายตัวกรองคลื่นความถี่จะผ่าน โปรดจำไว้ว่า LNA ที่ใช้ในการปิดสัญญาณมีอินพุตอิมพีแดนซ์สูง ดังนั้นผลกระทบต่อเส้นทางสัญญาณวิทยุจะน้อยที่สุด

ประเด็นอื่นที่ต้องพิจารณาคือการที่บอร์ด LNA จะได้รับอำนาจ โชคดีที่แผนผัง FT-450D ค่อนข้างชัดเจนและมีคำอธิบายประกอบ ดังนั้นจึงสามารถระบุจุดกำลังที่เหมาะสมได้ จุดจ่ายไฟที่เลือกจ่ายไฟให้ LNA เมื่อรับ แต่ปิด LNA ระหว่างการส่ง สิ่งนี้แยกอินพุต SDR >30dB ระหว่างการส่ง การใช้กระแสไฟ LNA ที่ขับเคลื่อนคือ ~ 9mA

ภาพที่แนบมาแสดงดังต่อไปนี้:

- จุดแตะ RF ที่แสดงบนไดอะแกรมบล็อก

- จุดแตะ RF ที่แสดงบนแผนผัง

- จุดแตะ RF ที่แสดงบนเลย์เอาต์ของบอร์ด

- จุดแตะกำลัง LNA ที่แสดงบนแผนผัง

- จุดต่อไฟ LNA ที่แสดงบนเลย์เอาต์ของบอร์ด

ขั้นตอนที่ 6: ติดตั้ง LNA Board กับ Yaesu FT-450D

ตอนนี้บอร์ด LNA ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้น มีลักษณะเฉพาะ และมีจุดต่อที่เหมาะสมซึ่งระบุถึงเวลาที่จะติดตั้งบอร์ดกับ FT-450D ได้จริง

ณ จุดนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะชี้ให้เห็นว่าคุณต้องดำเนินการแก้ไขนี้โดยยอมรับความเสี่ยงเอง มันไม่ซับซ้อนแต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายได้เสมอ และโดยส่วนตัวแล้วฉันจะไม่ทำการดัดแปลงนี้กับวิทยุที่ยังอยู่ภายใต้การรับประกัน - ฉันแน่ใจว่าการรับประกันจะถือเป็นโมฆะหลังจากการดัดแปลง ฉันซื้อ FT-450D มือสองจาก ebay ดังนั้นจึงไม่มีการรับประกันใดที่ต้องกังวลในกรณีของฉัน

หากคุณตัดสินใจที่จะทำการปรับเปลี่ยนดังกล่าว ให้ดำเนินการอย่างระมัดระวังและเป็นระบบ - ใช้คำพูดที่ชาญฉลาดซึ่งใช้กับสถานการณ์ที่ละเอียดอ่อนที่สุด …… วัดสองครั้งแล้วตัดหนึ่งครั้ง:)

ฉันตัดสินใจที่จะไม่เจาะรูใดๆ ในปลอก FT-450D แต่ติดตั้ง SDR ที่ด้านข้างของ FT-450D แทน และใช้ตะกั่วฟลายที่ยุติ SMA เพื่อขันสกรูเข้ากับอินพุตเสาอากาศ SDR โดยตรง สายจูงถูกยึดไว้ที่จุดทางออกวิทยุเพื่อบรรเทาความเครียด

ดูภาพที่แนบมา ….

ขั้นตอนที่ 7: SDR ในการดำเนินการที่มาจาก RF Tap ผ่าน LNA Board

ในขั้นตอนนี้ มีวิดีโอสั้น ๆ ที่แสดงการทำงานของวิทยุ SDR โดยที่แหล่งสัญญาณเสาอากาศนั้นคือการแตะเสาอากาศ FT-450D ผ่านบอร์ด LNA การทดสอบนี้ดำเนินการในช่วงดึก (ish) ในเวลากลางคืนและวงดนตรีก็ตายไปเล็กน้อย แต่การตอบสนองของ SDR เป็นไปตามที่คาดไว้ เมื่อ FT-450D กำลังส่งสัญญาณอินพุตไปยัง SDR จะถูกปิดเสียงอย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากการแยกบอร์ด LNA เมื่อไม่ได้จ่ายไฟ

ขั้นตอนที่ 8: สรุป

เหนือสิ่งอื่นใดคำแนะนำนี้สนุกมากและฉันยินดีเป็นอย่างยิ่งกับผลลัพธ์ เช่นเดียวกับโครงการที่ดีทั้งหมด มีเป้าหมายหลักสามประการ …. เพื่อเรียนรู้ทักษะใหม่ ๆ เพื่อทำให้โครงการประสบความสำเร็จและแบ่งปันความรู้กับทุกคนที่สนใจจะอ่านมาถึงตอนนี้

ตอนนี้ฉันถอดหมวกของฉันไปที่ Dave G4HUP ตอนปลาย ถ้าไม่ใช่เพราะงานของเดฟ โปรเจ็กต์นี้อาจไม่เกิดขึ้นจริง ฉันไม่สามารถอ้างสิทธิ์การออกแบบ LNA ดั้งเดิมเป็นของฉันได้ แต่ต้องทำการออกแบบและพยายามสร้างในแบบของฉันเท่านั้น ฉันได้แต่หวังว่าเดฟจะอนุมัติให้งานของเขาได้รับการพัฒนาและแบ่งปันกับผู้อื่น

สรุปว่าโครงการประสบความสำเร็จ

โปรดอย่าลังเลที่จะปิดคำถามใด ๆ และฉันจะพยายามตอบคำถามเหล่านี้ให้ดีที่สุด

ขอแสดงความนับถืออย่างสูง, เดฟ (G7IYK)