Yaesu FT-450D שינוי ברז RF עבור SDR: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

שלום לכל מי שיכול להתעניין, אני חושב שעדיף לי להסביר קודם כל על מה המדריך הזה. ישנם מרכיבים עיקריים המעורבים בפרויקט זה כדלקמן:

Yaesu FT-450D הוא משדר קומפקטי מודרני HF/50MHz המסוגל לכסות את רצועות החובבים של 160-6 מטר בהספק של 100W. יותר מדי תכונות לרשימה, אז פשוט גוגל ברדיו אם אתה רוצה לדעת יותר.

ה- SDRPlay הוא רדיו מוגדר תוכנת פס רחב הכולל טווח תדרים של 1KHz עד 2GHz ומאפשר לצפות בספקטרום ברוחב פס של עד 10MHz.

SDRPlay:

(אין לי קשר עם החברה מלבד שרכשתי את המוצר המצוין שלהם)

שני ציוד אלה מצוינים בפני עצמם. עם זאת, מטרת ההנחיה היא לאחד את שני ציוד הציוד ולהיות מסוגלים לנצל את הטוב משני העולמות. בכך, אני מתכוון להיות מסוגל להשתמש ברדיו FT-450D כפי שהוא נועד (כמקלט רדיו פס צר) אך יחד עם זאת להיות מסוגל להשתמש במקלט SDRPlay כדי לדמיין את ערוץ הלהקה הרחב.

זה מטבע הדברים מהווה בעיה מכיוון שגם ה- FT-450D וגם ה- SDRPlay צריכים לראות אנטנה. גישה אחת היא פשוט להשתמש בשתי אנטנות. גישה שנייה עשויה להיות שימוש באנטנה אחת אך לפצל את נתיב ה- RF ולשדר/לקבל באמצעות מיתוג בתוך הקו. גישה שלישית ועדיפה היא להקיש את נתיב ה- RF המתקבל מתוך ה- FT-450D באמצעות מעגל רעש נמוך מתאים ולהציג את האות הקשה ל- SDRPlay. גישה אחרונה זו מביאה לכך ש- FT-450D ו- SDRPlay רואים בעצם את אותה אנטנה. מעגל הרעש הנמוך מופעל רק בעת הקבלה ולכן במהלך השידור מספק בידוד משמעותי שמגן על הקלט למקלט SDRPlay. מעגל הרעש הנמוך בעל כניסת עכבה גבוהה ובכך מציג עומס מינימלי לנקודת הברז בתוך ה- FT-450D. נקודה אחרונה זו חשובה שכן נקודות הברז מתאימות בתוך ה- FT-450D ממוקמות משני צדי מסנני מעבר פס פסיביים של 50 אוהם. כל טעינה או שינוי עכבה שהוכנס על ידי מעגל נוסף ישנו את פונקציית ההעברה של המסננים וגם יפחיתו את הכוח בנתיב האות המבוקש.

רוב מגברי הרעש הנמוך מהמדף (LNA) משתמשים במשוב ליצירת רווח ויש להם גם עכבת כניסה של 50 אוהם - אף אחת מהתכונות הללו לא רצויה.

מעגל ברז פשוט עכבה גבוהה תוכנן על ידי דייב G4HUP וזמין לרכישה. למרבה הצער, אני מבינה שדייב נפטר. לקחתי חלק מהעיצוב ובשינוי, ייצרתי לוח מודפס משלי, בדקתי והתאימתי ל- FT-450D שלי. תהליך זה מהווה את נושא נושא ההוראה.

שלב 1: יצירת מערך LNA סכמטי ו- PCB

סקירה כללית

במהלך השנים יצרתי כמה לוחות מודפסים (PCB) למוצרים ולשימוש ביתי. בימים הראשונים הדבר כלל שימוש בלוח מצופה נחושת, העברות ועטים מיוחדים כדי לצייר את העיצוב על הנחושת. לאחר מכן הלוח ייחרט בפראוריד כלוריד כדי להסיר נחושת חשופה ולהשאיר את המסלולים המבוקשים. כמו כן, ניתן היה לרכוש לוח בעל נחושת רגישה לאור ולהשתמש במסיכה לייצור נגד לפני תחריט. ביצוע לוח חד פעמי שיוצר מסחרית היה יקר מאוד ונדרש כלים שפשוט לא היו זמינים לחובבים.

בימינו, כלי המחשב זמינים בחינם וזמינים באופן נרחב ללוחות עיצוב תוך מספר שעות ולא ימים. כמו כן, עלויות הייצור צנחו עם יצרנים זולים רבים הזמינים בסין ובמקומות אחרים מחוץ לבריטניה. עם זאת, אמר שאם ייצור לוח אחד עדיין לא כל כך זול ברגע שאתה כולל משלוח.

גישה נוספת, והשיטה בה השתמשתי בפרויקט זה, היא כרסום הלוח באמצעות מכונת כרסום CNC. ברור שלא היית קונה מכונת CNC לייצור לוח אחד אך כבר הייתה לי מכונה ששימשה להרבה פרויקטים אחרים הקשורים לטחינת עץ, מתכת וזכוכית.

לטחינת PCB באמצעות מכונת CNC כרוך בשימוש בכלי חיתוך דק מאוד כדי לטחון בידוד סביב המסלולים המבוקשים אך לא לטחון את כל הנחושת. גישה זו שימושית במיוחד בעת בניית מעגלי RF מכיוון שאיי הנחושת הנותרים רצויים ופועלים כמטוס קרקע המשפר את היציבות והביצועים. השתמשתי בלוח בעל ציפוי נחושת דו צדדי בפרויקט זה וקידחתי באמצעות חיבור משטחי הנחושת העליונים והתחתונים.

עיצוב PCB באמצעות EasyEDA

ניסיתי חבילות עיצוב PCB שונות וממש הסתפקתי בחבילה בשם DipTrace. עם זאת, זה יותר ויותר פופולרי שחבילות עיצוב הן מבוססות אינטרנט במקום להשתמש ביישום עצמאי. לאחר שלא השתמשתי ב- DipTrace זמן מה הייתי מעט חלודה ולכן הסתכלתי מקוון ומצאתי כלי עיצוב מבוסס אינטרנט בשם EasyEDA. מצאתי את הכלי הזה מצוין, אינטואיטיבי ופשוט לשימוש. קל מאוד ליצור סכמטי תוך דקות ולאחר מכן להמיר ל- PCB, התהליך כולו נמשך פחות משעה כולל כמה שינויים וחידודים. מעצבי הכלים כמובן מקווים שתשתמש במתקני הייצור המסופקים, אך עדיין ניתן לייצא עיצוב בפורמט גרבר סטנדרטי לתעשייה לשימוש על ידי שרשרת כלים שלאחר מכן.

שלב 2: שימוש ב- FlatCAM ליצירת נתיבי גיאומטריה וכלים

לאחר ש- EasyEDA שימשה ליצירת הפריסה הסכימטית וה- PCB השלב הבא הוא יצירת נתיבי כלים ובסופו של דבר gcode לשליטה במכונת כרסום CNC. ניסיתי תוכנות שונות כדי להשיג מטרה זו ולבסוף התיישבתי ב- FlatCAM. תוכנה זו היא חינמית, יציבה ודי אינטואיטיבית לשימוש. שימוש בנתיבי כלי FlatCAM ללוח, ניתוק וקידוחים ניתן ליצור את כולם במהירות רבה. יש גם עורך גיאומטריה ידידותי למשתמש אם משהו דורש שיפור. בסרטון המהווה חלק משלב זה אני מראה כיצד FlatCAM משמש לייבוא קבצי גרבר וביצוע עריכה בסיסית. ישנם סרטונים מפורטים רבים המראים כיצד להשתמש בכלי מקצה לקצה. כיסיתי רק את השינויים שהייתי צריך לבצע במיוחד עבור הפרויקט הזה.

שלב 3: תהליך הטחינה - מכונת CNC בפעולה

אוקיי, אז בשלבים האחרונים הושג הדברים הבאים:

- סכמטי המעגל נלכד באמצעות EasyEDA.

- מהסכימה פריסת ה- PCB נוצרה גם באמצעות EasyEDA.

- קבצי גרבר נוצרו ללוח וגם קבצי קידוח שנוצרו.

- FlatCAM שימש ליצירת/עריכת גיאומטריה של נתיבים וייצור gcode ללוח ולחתך.

- FlatCAM שימש לייבוא וקנה מידה של קובץ הקידוח וכתוצאה מכך גם gcode.

אז עכשיו יש לנו שלושה קבצי gcode ללוח, חיתוך וקידוח.

השלב הבא הוא בעצם להתחיל לטחון קרש כלשהו. הלוח שהשתמשתי בו הוא לוח בעל נחושת פיברגלס דו צדדית. יכולתי להזמין את זה באינטרנט אבל למעשה מצאתי שמפלין עשתה גיליון גדול למדי במחיר טוב והיה לי אותו ביד תוך שעה - רק רציתי לקבל כרסום!

מכונת הטחינה שלי היא Sable 2015 ואני משתמש בתוכנת Mach3 כדי לשלוט בה. כדי לטחון את תבליט מסילת הלוח השתמשתי בטחנת קצה 0.5 מ"מ. לצורך חיתוך הלוח והחורים השתמשתי בטחנת קצה של 1.5 מ"מ. על מנת לטחון דרך הלוח אתה כמובן צריך משהו לטחון מתחת ללוח המודרני - מיטת הטחנה שלי עשויה אלומיניום עבה ואתה לא רוצה לטחון את זה לתוך זה! מצאתי עבור PCB החומר הטוב ביותר לשימוש מתחת ללוח הלוח הוא קצף בעובי 5 מ"מ. אתה יכול לאסוף את הקצף הזה בזול מאוד באינטרנט או מחנויות יצירה. קל לחתוך בעזרת סכין דוגמנות ובעובי אחיד מאוד. הלוח המחופה בנחושת מותקן על הקצף באמצעות סרט דק דו צדדי. לוח הקצף מותקן גם על מיטת ה- CNC באמצעות אותה קלטת - מעולם לא נתקלתי בלוח להשתחרר או לזוז במהלך הטחינה.

טחנת הקצה 0.5 מ"מ היא שבירה למדי ולכן אני שומר את קצב ההזנה שלי ל -60 מ"מ לדקה. אני משתמש באותו קצב הזנה לחיתוך כדי לא לעקור את כריך ה- PCB/קצף מהקלטת האבטחה.

מצורף סרטון המציג את פעולת תהליך הטחינה:)

כמו כן מצורפות שלוש תמונות של לוחות הגמר. תמונה אחת מציגה את הניסיון הראשון ללוח וניתן לראות אזורים קטנים של נחושת לא רצויה בין כריות הטרנזיסטור. הניסיון השני לעלות על אזורי נחושת לא רצויים אלה הוסרו על ידי הוספת גיאומטריה ל- FlatCAM. התמונה השלישית מציגה את הלוח הסופי המאוכלס ברכיבים.

לאחר אכלוס הלוח יש לתת תרסיס קל מאוד עם לכה כדי לעצור את הטשטוש הנחושת ולגוון אותו.

שלב 4: תגובת תדר של הלוח המוגמר

הלוח המאוכלס המוגמר התאפיין ברווח באמצעות מנתח ספקטרום. מנתח הוקם כדי לטאטא את התדר מ 10KHz עד 30MHz ולמדוד את הרווח. הרווח נמדד גם עם כיבוי כדי לדמות את מה שקורה ברדיו כאשר אנו משדרים ודורשים בידוד טוב בין משדר ה- FT-450D לבין מקלט ה- SDRPlay.

רמת הקלט ל- LNA הייתה -40dBm

תמונה 1 - סמן מוגדר על 7.1MHz הרווח של ה- LNA הוא +2.5dB

תמונה 2 - כיבוי ל- LNA כבוי המראה> 34dB של בידוד

תמונה 3 - הפעלה בתדר נמוך -3dB כלפי מטה ב -1.6 מגה -הרץ

בעיקרון על פני להקות חובבי HF ה- LNA שטוח 3MHz - 30MHz (היה שטוח עד ~ 500MHz)

שלב 5: ניתוח Yaesu FT-450D עבור ברז RF והפאוור פוינט מתאים

לפני שניתן יהיה להתאים את לוח ה- LNA ל- FT-450D יש לזהות נקודת ברז RF ונקודת חשמל מתאימה. הדבר הושג על ידי שימוש במדריך שירות הרדיו והסתכלות ראשונה על תרשים בלוק המקלט לפני חידוד הבחירה בנקודת הברז RF באמצעות התרשים.

קודם כל רציתי שה- SDR יראה את האנטנה מחוברת ל- FT-450D לפני כל שלבי המרה של IF, כך שזה צמצם את החקירה במידה ניכרת. לפני המערבל הראשון של IF היו שתי נקודות ברורות להדפסה. ברגע שאות ה- Rx נכנס ללוח ה- RF-IF מלוח הרשות הפלסטינית הוא עובר את השלבים הבאים:

- הגנת נחשול כניסה

- החלפה (ממסר) 20dB קלט קלט

- סדרה של שמונה מסנני מעבר להקה שהוחלפו זה בזה

- מגבר IPO הניתן להחלפה (ממסר)

- מערבל IF בשלב הראשון (מערבל מונע LO ראשון)

כך ששתי נקודות העניין הסתכמו בעצם לפני או אחרי סינון פס הלהקה. רציתי שה- SDR יראה כמה שיותר אותות אז החלטתי להקיש רגע לפני רשת מסנני הלהקה. זכור של- LNA המשמש להקשה על האות יש קלט עכבה גבוה ולכן ההשפעה על נתיב אות הרדיו תהיה מינימלית.

האזור הנוסף שיש לקחת בחשבון הוא המקום בו לוח ה- LNA יקבל את כוחו. למרבה המזל, סכמטי FT-450D ברור למדי ומבואר היטב ולכן ניתן לאתר נקודת חשמל מתאימה. נקודת החשמל שנבחרה מפעילה את ה- LNA בעת הקבלה אך מכבה את ה- LNA במהלך השידור. זה מבודד את קלט ה- SDR על ידי> 30dB במהלך השידור. צריכת הזרם LNA המופעלת היא ~ 9mA.

התמונות המצורפות מציגות את הדברים הבאים:

- נקודת הברז RF המוצגת בתרשים הבלוקים

- נקודת הברז RF המוצגת בתרשים

- נקודת הברז RF המוצגת בפריסת הלוח

- נקודת הברז של LNA המוצגת בתרשים

- נקודת הברז של LNA המוצגת בפריסת הלוח

שלב 6: התאמת לוח ה- LNA ל- Yaesu FT-450D

כעת לוח ה- LNA יוצר, מאופיין ונקודת הברז מתאימה זיהתה שהגיע הזמן להתאים את הלוח למעשה ל- FT-450D.

בשלב זה נהוג לציין שאתה מבצע שינוי זה על אחריותך בלבד. זה לא מסובך אבל תמיד יש סיכון לנזק ואני אישית לא הייתי מבצע את השינוי ברדיו שעדיין היה באחריות - אני בטוח שהאחריות תהיה בטלה לאחר השינוי. קניתי את ה- FT-450D שלי יד שנייה מאיביי כך שאין אחריות לדאוג במקרה שלי.

אם בכל זאת החלטת לבצע שינוי כזה פשוט לנהוג בזהירות ובשיטה - השתמש באמרה הישנה החכמה המתייחסת למצבים עדינים ביותר … למדוד פעמיים ולחתוך פעם אחת:)

החלטתי לא לקדוח חורים במעטפת FT-450D אלא במקום להרכיב את ה- SDR לצדו של ה- FT-450D ולגמור מוביל זבוב שנסיים על ידי SMA כדי להתברג ישירות בכניסת אנטנת ה- SDR. מוביל הזבוב מאובטח בנקודת היציאה הרדיו כדי לספק הקלה במתיחות.

ראו תמונות מצורפות….

שלב 7: ה- SDR בפעולה שמקורו בלוח ה- RF דרך לוח LNA

בשלב זה ישנו סרטון קצר המציג את רדיו ה- SDR במבצע, ומקור האנטנה שלו הוא ברז האנטנה FT-450D באמצעות לוח ה- LNA. בדיקה זו נערכה מאוחר (ish) בלילה והלהקה קצת מתה אך תגובת ה- SDR היא כצפוי. כאשר FT-450D משדר הקלט ל- SDR מושתק ביעילות עקב בידוד לוח ה- LNA כאשר הוא אינו מופעל.

שלב 8: סיכום

ובכן מעל לכל זה היה מלהיב מאוד וכיף ואני מאוד מרוצה מהתוצאה. כמו כל פרויקטים טובים, יש שלוש מטרות עיקריות…. ללמוד כישורים חדשים, לגרום להצלחת הפרויקט ולחלוק ידע עם כל מי שאכפת לו לקרוא עד כאן.

בשלב זה אני מוריד את הכובע לדייב G4HUP המנוח. אלמלא עבודתו של דייב ייתכן שהפרויקט הזה לא התממש. אני לא יכול לתבוע את עיצוב ה- LNA המקורי כשל עצמי אלא רק שלקחתי עיצוב וניסיתי לעשות אותו בדרכי שלי. אני רק יכול לקוות שדייב יאשר שעבודתו תפותח ותשתף עם אחרים.

לסיכום הפרויקט זכה להצלחה.

אנא אל תהסס לפטר כל שאלה ואעשה כמיטב יכולתי להשיב עליהן.

כל טוב, דייב (G7IYK)