Yaesu FT-450D RF Tap sửa đổi cho SDR: 8 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-13 06:58

Xin chào bất cứ ai có thể quan tâm, Tôi nghĩ tốt hơn hết tôi nên giải thích tất cả những gì hướng dẫn này trước tiên. Có các thành phần chính tham gia vào dự án này như sau:

Yaesu FT-450D là một bộ thu phát HF / 50MHz nhỏ gọn hiện đại có khả năng phủ sóng nghiệp dư 160-6 mét với công suất đầu ra là 100W. Quá nhiều tính năng để liệt kê, vì vậy chỉ cần Google radio nếu bạn muốn biết thêm.

SDRPlay là một Đài phát thanh được xác định bằng phần mềm băng rộng tuyệt vời bao phủ dải tần từ 1KHz đến 2GHz và cho phép xem phổ với băng thông lên đến 10MHz.

SDRPlay:

(Tôi không có mối liên hệ nào với công ty ngoài việc mua sản phẩm tuyệt vời của họ)

Cả hai thiết bị này đều tuyệt vời theo đúng nghĩa của chúng. Tuy nhiên, mục đích của hướng dẫn này là kết hợp hai phần trang bị lại với nhau và có thể khai thác tốt nhất cả hai thế giới. Điều đó có nghĩa là tôi có thể sử dụng đài FT-450D như dự định (như một bộ thu phát vô tuyến băng tần hẹp) nhưng đồng thời có thể sử dụng bộ thu SDRPlay để trực quan hóa kênh băng tần rộng.

Điều này vốn đã đặt ra một vấn đề vì cả FT-450D và SDRPlay đều cần thấy ăng-ten. Một cách tiếp cận đơn giản là sử dụng hai ăng-ten. Cách tiếp cận thứ hai có thể là sử dụng một ăng-ten đơn lẻ nhưng tách đường dẫn RF và truyền / nhận bằng cách sử dụng chuyển mạch nội tuyến. Cách tiếp cận thứ ba và thích hợp hơn là ngắt đường dẫn RF nhận từ bên trong FT-450D bằng cách sử dụng mạch tiếng ồn thấp phù hợp và trình bày tín hiệu đã chạm tới SDRPlay. Cách tiếp cận thứ hai này dẫn đến cả FT-450D và SDRPlay về cơ bản đều nhìn thấy cùng một ăng-ten. Mạch tiếng ồn thấp chỉ được cấp nguồn trong khi nhận và do đó trong quá trình truyền dẫn cung cấp khả năng cách ly đáng kể bảo vệ đầu vào cho bộ thu SDRPlay. Mạch tiếng ồn thấp có đầu vào trở kháng cao do đó cung cấp tải tối thiểu cho điểm chạm trong FT-450D. Điểm cuối cùng này rất quan trọng vì các điểm nhấn phù hợp trong FT-450D được đặt ở hai bên của bộ lọc thông dải 50 ohm thụ động. Bất kỳ tải hoặc thay đổi trở kháng nào được đưa vào bởi một mạch bổ sung sẽ thay đổi chức năng truyền của các bộ lọc và cũng làm giảm công suất trong đường tín hiệu mong muốn.

Hầu hết các bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) sẵn có đều sử dụng phản hồi để tạo ra độ lợi và cũng có trở kháng đầu vào 50 ohm - cả hai tính năng này đều không được mong muốn.

Một mạch điện trở kháng cao đơn giản đã được thiết kế bởi Dave G4HUP và có sẵn để mua. Rất tiếc, tôi hiểu rằng Dave đã qua đời. Tôi đã thực hiện một phần thiết kế và sửa đổi, sản xuất bảng mạch in của riêng mình, thử nghiệm và lắp vào FT-450D của riêng tôi. Chính quá trình này đã hình thành chủ đề của tài liệu hướng dẫn này.

Bước 1: Tạo LNA Schematic và PCB Layout

Tổng quat

Trong nhiều năm, tôi đã tạo ra một vài Bảng mạch in (PCB) cho các sản phẩm và sử dụng trong gia đình. Trong những ngày đầu, việc này liên quan đến việc sử dụng bảng đồng mạ, chuyển và bút đặc biệt để vẽ thiết kế lên đồng. Sau đó, bảng sẽ được khắc trong Ferric Chloride để loại bỏ đồng tiếp xúc và để lại các dấu vết mong muốn. Cũng có thể mua bảng đồng phủ nhạy cảm với ánh sáng và sử dụng mặt nạ để tạo ra điện trở trước khi khắc. Việc có một bo mạch một lần được sản xuất thương mại là rất tốn kém và đòi hỏi những công cụ không có sẵn cho những người yêu thích.

Ngày nay, các công cụ máy tính được cung cấp miễn phí và rộng rãi để thiết kế bảng chỉ trong vài giờ chứ không phải ngày. Ngoài ra, chi phí chế tạo cũng giảm mạnh với nhiều nhà chế tạo giá rẻ có sẵn ở Trung Quốc và các nơi khác bên ngoài Vương quốc Anh. Tuy nhiên, điều đó nói rằng có một bảng duy nhất được thực hiện vẫn không phải là rẻ một khi bạn bao gồm cả vận chuyển.

Một cách tiếp cận khác, và phương pháp tôi đã sử dụng trong dự án này, là nghiền tấm ván bằng máy phay CNC. Rõ ràng, bạn sẽ không mua một máy CNC để làm một bảng nhưng tôi đã có một chiếc máy được sử dụng cho rất nhiều dự án khác liên quan đến phay gỗ, kim loại và thủy tinh.

Để nghiền một PCB bằng máy CNC bao gồm việc sử dụng một công cụ cắt rất tốt để gia công cách ly xung quanh các đường theo ý muốn nhưng không phải để nghiền tất cả đồng. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích khi xây dựng các mạch RF vì các đảo đồng còn lại được mong muốn hoạt động như một mặt đất cải thiện độ ổn định và hiệu suất. Tôi đã sử dụng một tấm ốp đồng hai mặt trong dự án này và đã khoan qua việc liên kết các bề mặt đồng trên và dưới.

Thiết kế PCB sử dụng EasyEDA

Tôi đã thử các gói thiết kế PCB khác nhau và thực sự đã ổn định trên một gói có tên là DipTrace. Tuy nhiên, việc các gói thiết kế dựa trên web thay vì sử dụng một ứng dụng độc lập ngày càng phổ biến hơn bao giờ hết. Đôi khi không sử dụng DipTrace, tôi cảm thấy hơi lo lắng nên đã tìm kiếm trên mạng và tìm thấy một công cụ thiết kế dựa trên web có tên là EasyEDA. Tôi thấy công cụ này tuyệt vời, rất trực quan và đơn giản để sử dụng. Rất dễ dàng để tạo ra một giản đồ chỉ trong vài phút và sau đó chuyển đổi thành PCB, toàn bộ quá trình mất chưa đầy một giờ bao gồm một số sửa đổi và tinh chỉnh. Các nhà thiết kế công cụ hiển nhiên hy vọng bạn sẽ sử dụng các phương tiện chế tạo được cung cấp nhưng vẫn có thể xuất một thiết kế ở định dạng gerber tiêu chuẩn công nghiệp để sử dụng cho chuỗi công cụ tiếp theo.

Bước 2: Sử dụng FlatCAM để tạo Hình học và Đường dẫn dụng cụ

Sau khi EasyEDA đã được sử dụng để tạo sơ đồ và bố trí PCB, bước tiếp theo là tạo các đường chạy dao và cuối cùng là gcode để điều khiển máy phay CNC. Tôi đã thử nhiều phần mềm khác nhau để đạt được mục tiêu này và cuối cùng đã ổn định trên FlatCAM. Phần mềm này miễn phí, ổn định và sử dụng khá trực quan. Sử dụng đường dẫn dụng cụ FlatCAM cho bảng, cắt và khoan đều có thể được tạo rất nhanh chóng. Ngoài ra còn có một trình chỉnh sửa hình học rất thân thiện với người dùng nếu bất kỳ thứ gì yêu cầu chỉnh sửa. Trong phần hình thành video của bước này, tôi trình bày cách FlatCAM được sử dụng để nhập các tệp mầm và thực hiện một số chỉnh sửa cơ bản. Có rất nhiều video chi tiết hướng dẫn cách sử dụng công cụ end to end. Tôi chỉ đề cập đến những sửa đổi cần thiết để thực hiện cụ thể cho dự án này.

Bước 3: Quy trình phay - Máy CNC đang hoạt động

Ok, vậy là trong vài bước cuối cùng, những điều sau đã đạt được:

- Sơ đồ mạch đã được chụp bằng EasyEDA.

- Từ sơ đồ, bố cục PCB đã được tạo cũng bằng EasyEDA.

- Các tệp Gerber đã được tạo cho bảng và các tệp khoan đã được tạo.

- FlatCAM đã được sử dụng để tạo / chỉnh sửa hình học đường dẫn và tạo gcode cho bảng và hình cắt.

- FlatCAM đã được sử dụng để nhập và chia tỷ lệ tập tin khoan cũng dẫn đến gcode.

Vì vậy, bây giờ chúng ta có ba tệp gcode cho bo mạch, cutout và khoan.

Giai đoạn tiếp theo là thực sự bắt đầu phay một số bảng. Bảng tôi đã sử dụng là bảng đồng sợi thủy tinh hai mặt. Tôi có thể đã đặt hàng trực tuyến này nhưng thực sự thấy Maplin đã làm một tờ giấy lớn khá đẹp với một mức giá tốt và tôi đã có nó trong tay trong vòng một giờ - chỉ muốn phay!

Máy phay của tôi là Sable 2015 và tôi sử dụng phần mềm Mach3 để điều khiển nó. Để nghiền tấm giảm rãnh, tôi đã sử dụng một máy nghiền cuối 0,5mm. Đối với đường cắt và lỗ của bảng, tôi đã sử dụng một máy nghiền đầu 1,5mm. Để xay thẳng qua bo mạch, bạn rõ ràng cần một thứ gì đó để nghiền bên dưới PCB - lớp nghiền của tôi là nhôm dày và bạn không muốn phay vào đó! Tôi đã tìm thấy vật liệu tốt nhất để sử dụng cho PCB là tấm xốp dày 5mm. Bạn có thể mua tấm xốp này với giá rất rẻ trên mạng hoặc từ các cửa hàng thủ công. Nó rất dễ cắt bằng dao tạo mẫu và có độ dày rất đồng đều. Tấm ốp đồng được gắn trên tấm xốp bằng cách sử dụng băng dính hai mặt mỏng. Tấm xốp cũng được gắn vào giường CNC bằng cách sử dụng cùng một băng - tôi chưa bao giờ có tấm ván nào tự do hoặc di chuyển trong quá trình phay.

Máy nghiền cuối 0,5mm rõ ràng là khá mỏng manh và vì vậy tôi giữ tốc độ tiến dao của mình ở mức 60mm / phút. Tôi sử dụng cùng một tốc độ tiến dao cho phần cắt để không đánh bật miếng bánh sandwich PCB / tấm xốp ra khỏi băng bảo vệ.

Đính kèm là video hướng dẫn thao tác xay xát:)

Đồng thời đính kèm là ba hình ảnh của bảng chung kết. Một hình ảnh cho thấy nỗ lực đầu tiên trên bo mạch và các khu vực nhỏ của đồng không mong muốn có thể được nhìn thấy rõ ràng nhất giữa các miếng bóng bán dẫn. Lần thử thứ hai, những vùng đồng không mong muốn này đã được loại bỏ bằng cách thêm hình học vào FlatCAM. Hình ảnh thứ ba cho thấy bảng cuối cùng chứa các thành phần.

Sau khi đóng ván, bạn hãy xịt một lớp sơn mài thật nhẹ để làm đồng không bị xỉn màu và mất màu.

Bước 4: Đáp ứng tần suất của Ban đã hoàn thành

Bảng được điền thành phẩm được đặc trưng bằng cách sử dụng một máy phân tích phổ. Máy phân tích được thiết lập để quét tần số từ 10KHz đến 30MHz và đo độ lợi. Độ lợi cũng được đo khi tắt nguồn để mô phỏng những gì xảy ra trong radio khi chúng tôi đang truyền và yêu cầu cách ly tốt giữa bộ thu phát FT-450D và bộ thu SDRPlay.

Mức đầu vào cho LNA là -40dBm

Hình ảnh 1 - Điểm đánh dấu được đặt ở 7.1MHz, độ lợi của LNA là + 2.5dB

Hình ảnh 2 - Nguồn cho LNA tắt hiển thị> 34dB cô lập

Hình ảnh 3 - Tắt cuộn tần số thấp -3dB xuống ở 1,6MHz

Về cơ bản trên các băng tần nghiệp dư HF, LNA phẳng 3MHz - 30MHz (phẳng lên đến ~ 500MHz)

Bước 5: Phân tích Yaesu FT-450D cho một vòi RF và điểm nguồn phù hợp

Trước khi bo mạch LNA có thể được lắp vào FT-450D, phải xác định điểm chạm RF và điểm nguồn phù hợp. Điều này đạt được bằng cách sử dụng hướng dẫn sử dụng dịch vụ vô tuyến và lần đầu tiên nhìn vào sơ đồ khối máy thu trước khi tinh chỉnh lựa chọn điểm nhấn RF bằng sơ đồ.

Trước hết, tôi muốn SDR nhìn thấy ăng-ten được kết nối với FT-450D trước bất kỳ giai đoạn chuyển đổi IF nào nên điều này đã thu hẹp đáng kể cuộc điều tra. Trước bộ trộn IF đầu tiên, có hai điểm rõ ràng cần khai thác. Khi tín hiệu Rx đi vào bảng RF-IF từ bảng PA, nó sẽ đi qua các giai đoạn sau:

- Bảo vệ đột biến đầu vào

- Có thể chuyển đổi (rơle) suy hao đầu vào 20dB

- Một loạt tám bộ lọc băng thông chuyển mạch loại trừ lẫn nhau

- Bộ khuếch đại tiền IPO có thể chuyển đổi (chuyển tiếp)

- Bộ trộn IF giai đoạn đầu (bộ trộn điều khiển LO thứ nhất)

Vì vậy, hai điểm quan tâm về cơ bản sôi xuống trước hoặc sau khi lọc băng thông. Tôi muốn SDR nhìn thấy nhiều tín hiệu nhất có thể nên đã quyết định tắt ngay trước mạng bộ lọc băng tần. Hãy nhớ rằng LNA được sử dụng để khai thác tín hiệu có đầu vào trở kháng cao và do đó ảnh hưởng trên đường dẫn tín hiệu vô tuyến sẽ là tối thiểu.

Các lĩnh vực khác được xem xét là nơi mà hội đồng quản trị LNA sẽ có được sức mạnh của nó. May mắn thay, sơ đồ FT-450D khá rõ ràng và được chú thích tốt, do đó có thể định vị điểm nguồn phù hợp. Điểm năng lượng được chọn cung cấp năng lượng cho LNA khi nhận nhưng lại cấp nguồn cho LNA trong quá trình truyền. Điều này cô lập đầu vào SDR> 30dB trong quá trình truyền. Mức tiêu thụ dòng điện LNA được cung cấp là ~ 9mA.

Các hình ảnh đính kèm hiển thị như sau:

- Điểm nhấn RF được hiển thị trên sơ đồ khối

- Điểm nhấn RF được hiển thị trên sơ đồ

- Điểm nhấn RF hiển thị trên bố cục bảng

- Điểm nhấn nguồn LNA hiển thị trên sơ đồ

- Điểm nhấn nguồn LNA hiển thị trên bố cục bảng

Bước 6: Lắp Bo mạch LNA vào Yaesu FT-450D

Giờ đây, bo mạch LNA đã được chế tạo, có đặc điểm và một điểm nhấn phù hợp được xác định đã đến lúc thực sự lắp bo mạch vào FT-450D.

Tại thời điểm này, theo thông lệ, bạn phải tự chịu rủi ro khi thực hiện sửa đổi này. Nó không phức tạp nhưng luôn có nguy cơ hư hỏng và cá nhân tôi sẽ không thực hiện sửa đổi này trên một đài vẫn còn bảo hành - tôi chắc chắn rằng bảo hành sẽ vô hiệu sau khi sửa đổi. Tôi đã mua đồ cũ FT-450D từ ebay nên không có bảo hành gì phải lo lắng về trường hợp của tôi.

Nếu bạn quyết định thực hiện một sửa đổi như vậy, chỉ cần thực hiện một cách cẩn thận và có phương pháp - hãy sử dụng câu nói cổ điển áp dụng cho hầu hết các tình huống tế nhị …… đo hai lần và cắt một lần:)

Tôi quyết định không khoan bất kỳ lỗ nào trên vỏ FT-450D mà thay vào đó là gắn SDR vào mặt bên của FT-450D và chạy ra một đầu ruồi kết thúc SMA để vặn trực tiếp vào đầu vào ăng-ten SDR. Dây dẫn ruồi được cố định tại điểm thoát vô tuyến để giảm căng thẳng.

Xem hình ảnh đính kèm….

Bước 7: SDR đang hoạt động được lấy từ bảng RF Tap qua LNA

Ở bước này, có một đoạn video ngắn cho thấy đài SDR đang hoạt động với nguồn ăng-ten của nó là vòi ăng-ten FT-450D thông qua bảng LNA. Thử nghiệm này được thực hiện muộn (giờ) vào ban đêm và băng tần hơi chết nhưng phản ứng của SDR là như mong đợi. Khi FT-450D đang truyền đầu vào đến SDR bị tắt tiếng hiệu quả do sự cách ly của bo mạch LNA khi không được cấp nguồn.

Bước 8: Kết luận

Trên tất cả, hướng dẫn này rất thú vị và tôi rất hài lòng với kết quả. Giống như tất cả các dự án tốt, có ba mục tiêu chính…. để học các kỹ năng mới, giúp dự án thành công và chia sẻ kiến thức với bất kỳ ai quan tâm đến việc đọc nội dung này.

Tại thời điểm này, tôi nghiêng về phía Dave G4HUP quá cố. Nếu không có công của Dave, dự án này có thể đã không thành hiện thực. Tôi không thể yêu cầu thiết kế LNA ban đầu là của riêng tôi mà chỉ có thể đã lấy một thiết kế và cố gắng tạo ra nó theo cách của riêng tôi. Tôi chỉ có thể hy vọng Dave sẽ chấp thuận công việc của mình được phát triển và chia sẻ với những người khác.

Kết luận, dự án đã thành công.

Vui lòng giải đáp bất kỳ câu hỏi nào và tôi sẽ cố gắng hết sức để trả lời chúng.

Trân trọng, Dave (G7IYK)