Modificación de derivación RF Yaesu FT-450D para SDR: 8 pasos (con imágenes)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-13 06:57

Hola a cualquiera que pueda estar interesado, Creo que será mejor que primero explique de qué se trata este instructivo. Hay los componentes principales involucrados en este proyecto de la siguiente manera:

El Yaesu FT-450D es un moderno transceptor compacto HF / 50MHz capaz de cubrir las bandas de aficionados de 160-6 metros con una potencia de salida de 100W. Demasiadas funciones para enumerar, así que solo busque en Google la radio si desea saber más.

El SDRPlay es un excelente radio definido por software de banda ancha que cubre un rango de frecuencia de 1KHz a 2GHz y permite ver el espectro con un ancho de banda de hasta 10MHz.

SDRPlay:

(No tengo ninguna conexión con la empresa más que haber comprado su excelente producto)

Ambos equipos son excelentes por derecho propio. Sin embargo, el propósito de este instructable es unir los dos equipos y poder explotar lo mejor de ambos mundos. Con eso, me refiero a poder usar la radio FT-450D como fue diseñado (como un transceptor de radio de banda estrecha) pero al mismo tiempo poder usar el receptor SDRPlay para visualizar el canal de banda ancha.

Esto inherentemente plantea un problema ya que tanto el FT-450D como el SDRPlay necesitan ver una antena. Un enfoque es simplemente usar dos antenas. Un segundo enfoque podría ser usar una sola antena pero dividir la ruta de RF y transmitir / recibir usando conmutación en línea. Un tercer enfoque, y preferible, es desconectar la ruta de recepción de RF desde el interior del FT-450D utilizando un circuito de bajo ruido adecuado y presentar la señal de derivación al SDRPlay. Este último enfoque da como resultado que tanto el FT-450D como el SDRPlay vean esencialmente la misma antena. El circuito de bajo ruido solo se alimenta durante la recepción y, por lo tanto, durante la transmisión proporciona un aislamiento sustancial que protege la entrada al receptor SDRPlay. El circuito de bajo ruido tiene una entrada de alta impedancia, lo que presenta una carga mínima en el punto de toma dentro del FT-450D. Este último punto es importante ya que los puntos de derivación adecuados dentro del FT-450D están ubicados a ambos lados de los filtros pasivos de paso de banda de 50 ohmios. Cualquier carga o cambio de impedancia introducido por un circuito adicional cambiará la función de transferencia de los filtros y también reducirá la potencia en la ruta de la señal deseada.

La mayoría de los amplificadores de bajo ruido (LNA) disponibles en el mercado utilizan retroalimentación para generar ganancia y también tienen una impedancia de entrada de 50 ohmios; ninguna de estas características es deseable.

Dave G4HUP diseñó un circuito de derivación de alta impedancia simple y estaba disponible para comprar. Por desgracia, tengo entendido que Dave ha fallecido. Tomé parte del diseño y, con modificaciones, produje mi propia placa de circuito impreso, la probé y la instalé en mi propio FT-450D. Es este proceso el que constituye el tema de este instructable.

Paso 1: Creación del esquema de LNA y el diseño de PCB

Visión general

A lo largo de los años, he generado algunas placas de circuito impreso (PCB) para productos y para uso doméstico. En los primeros días, esto implicaba el uso de tableros revestidos de cobre, transferencias y bolígrafos especiales para dibujar el diseño en el cobre. Luego, la placa se grabaría en cloruro férrico para eliminar el cobre expuesto y dejar las huellas deseadas. También era posible comprar un tablero revestido de cobre sensible a la luz y usar una máscara para producir una resistencia antes de grabar. Tener una tabla única fabricada comercialmente era muy costoso y requería herramientas que simplemente no estaban disponibles para los aficionados.

Hoy en día, las herramientas informáticas son gratuitas y están ampliamente disponibles para diseñar tableros en cuestión de horas, no de días. También los costos de fabricación se han desplomado con muchos fabricantes baratos disponibles en China y en otros lugares fuera del Reino Unido. Sin embargo, dicho esto, tener una sola tabla hecha todavía no es tan barato una vez que incluye el envío.

Otro enfoque, y el método que he utilizado en este proyecto, es fresar el tablero con una fresadora CNC. Obviamente, no compraría una máquina CNC para hacer una placa, pero ya tenía una máquina que se ha utilizado para muchos otros proyectos relacionados con el fresado de madera, metal y vidrio.

Fresar una PCB con una máquina CNC implica el uso de una herramienta de corte muy fina para fresar el aislamiento alrededor de las pistas deseadas, pero no para fresar todo el cobre. Este enfoque es particularmente útil cuando se construyen circuitos de RF, ya que es deseable que las islas de cobre restantes actúen como un plano de tierra que mejore la estabilidad y el rendimiento. He utilizado un tablero revestido de cobre de doble cara en este proyecto y he perforado uniendo las superficies de cobre superior e inferior.

Diseño de PCB usando EasyEDA

Probé varios paquetes de diseño de PCB y realmente me decidí por un paquete llamado DipTrace. Sin embargo, es cada vez más común que los paquetes de diseño estén basados en la web en lugar de utilizar una aplicación independiente. Al no haber usado DipTrace en algún tiempo, estaba un poco oxidado, así que busqué en línea y encontré una herramienta de diseño basada en la web llamada EasyEDA. Encontré esta herramienta excelente, muy intuitiva y fácil de usar. Es muy fácil generar un esquema en cuestión de minutos y luego convertirlo en una PCB, todo el proceso tomó menos de una hora, incluidas algunas modificaciones y refinamientos. Los diseñadores de herramientas obviamente esperan que utilice las instalaciones de fabricación proporcionadas, pero aún es posible exportar un diseño en formato gerber estándar de la industria para su uso en una cadena de herramientas posterior.

Paso 2: uso de FlatCAM para crear geometrías y trayectorias de herramientas

Después de que se haya utilizado EasyEDA para crear el esquema y el diseño de PCB, el siguiente paso es crear rutas de herramientas y, en última instancia, gcode para controlar la fresadora CNC. Probé varios programas de software para lograr este objetivo y finalmente me decidí por FlatCAM. Este software es gratuito, estable y bastante intuitivo de usar. Usando las trayectorias de herramientas FlatCAM para el tablero, se pueden crear cortes y perforaciones muy rápidamente. También hay un editor de geometría muy fácil de usar en caso de que algo requiera un ajuste. En el vídeo que forma parte de este paso muestro cómo se utiliza FlatCAM para importar archivos gerber y realizar algunas ediciones básicas. Hay muchos videos detallados disponibles que muestran cómo usar la herramienta de principio a fin. Solo he cubierto las modificaciones que necesitaba hacer específicamente para este proyecto.

Paso 3: El proceso de fresado: máquina CNC en acción

Bien, en los últimos pasos se ha logrado lo siguiente:

- El esquema del circuito se ha capturado con EasyEDA.

- A partir del esquema, se ha creado el diseño de la placa de circuito impreso también utilizando EasyEDA.

- Se han creado archivos Gerber para el tablero y también se han generado archivos de perforación.

- FlatCAM se ha utilizado para crear / editar la geometría de la ruta y generar gcode para el tablero y el recorte.

- Se ha utilizado FlatCAM para importar y escalar el archivo de exploración, lo que también genera gcode.

Así que ahora tenemos tres archivos gcode para el tablero, el recorte y la perforación.

La siguiente etapa es realmente comenzar a fresar algunas tablas. El tablero que he utilizado es un tablero revestido de cobre de fibra de vidrio de doble cara. Podría haber pedido esto en línea, pero en realidad descubrí que Maplin hizo una hoja grande y agradable a un buen precio y la tuve en la mano en una hora, ¡solo quería comenzar a fresar!

Mi fresadora es una Sable 2015 y uso el software Mach3 para controlarla. Para fresar el relieve de la pista de la tabla utilicé una fresa de 0,5 mm. Para el corte de la placa y los agujeros utilicé una fresa de 1,5 mm. Para fresar directamente a través de la placa, obviamente necesita algo para fresar debajo de la PCB: ¡mi lecho de fresado es de aluminio grueso y no quiere fresar en eso! He descubierto que para las placas de circuito impreso, el mejor material para usar debajo de la placa de circuito impreso es un cartón pluma de 5 mm de grosor. Puede adquirir este cartón pluma muy barato en línea o en tiendas de artesanía. Es fácil de cortar con un cuchillo de modelar y tiene un grosor muy uniforme. El tablero revestido de cobre se monta en el cartón pluma con cinta fina de doble cara. El cartón pluma también se monta en la cama del CNC con la misma cinta; nunca he tenido un tablero que se suelte o se mueva durante el fresado.

La fresa de ranurar de 0,5 mm es obviamente bastante frágil, por lo que mantengo mi velocidad de avance a 60 mm / min. Utilizo la misma velocidad de avance para el recorte para no desalojar el sándwich de PCB / cartón pluma de la cinta de sujeción.

Se adjunta un video que muestra la acción del proceso de fresado:)

También se adjuntan tres imágenes de los tableros finales. Una imagen muestra el primer intento en la placa y las pequeñas áreas de cobre no deseado se pueden ver más obviamente entre las almohadillas del transistor. En el segundo intento, se eliminaron estas áreas de cobre no deseadas agregando geometría en FlatCAM. La tercera imagen muestra la placa final llena de componentes.

Después de poblar el tablero se le dio un rocío muy ligero con laca para detener el deslustre y decoloración del cobre.

Paso 4: Respuesta de frecuencia de la placa terminada

El tablero poblado terminado se caracterizó por ganancia usando un analizador de espectro. El analizador se configuró para barrer la frecuencia de 10 KHz a 30 MHz y medir la ganancia. La ganancia también se midió con la energía apagada para simular lo que sucede en la radio cuando estamos transmitiendo y requiere un buen aislamiento entre el transceptor FT-450D y el receptor SDRPlay.

El nivel de entrada al LNA fue -40dBm

Imagen 1 - Marcador establecido en 7.1MHz, la ganancia del LNA es + 2.5dB

Imagen 2: alimentación al LNA apagada que muestra> 34 dB de aislamiento

Imagen 3 - Reducción de baja frecuencia -3dB hacia abajo a 1.6MHz

Básicamente en las bandas de aficionados de HF, el LNA es plano 3MHz - 30MHz (era plano hasta ~ 500MHz)

Paso 5: Analizar el Yaesu FT-450D para una toma de RF y un punto de alimentación adecuados

Antes de que se pueda instalar la placa LNA en el FT-450D, se debe identificar un punto de toma de RF y un punto de alimentación adecuados. Esto se logró mediante el uso del manual de servicio de radio y primero mirando el diagrama de bloques del receptor antes de refinar la elección del punto de toma de RF usando el esquema.

En primer lugar, quería que el SDR viera la antena conectada al FT-450D antes de cualquier etapa de conversión de FI, por lo que esto redujo considerablemente la investigación. Antes del primer mezclador de FI, había dos puntos obvios para aprovechar. Una vez que la señal Rx ingresa a la placa RF-IF desde la placa PA, pasa por las siguientes etapas:

- Protección contra sobretensiones de entrada

- Atenuación de entrada conmutable (relé) 20dB

- Una serie de ocho filtros de paso de banda conmutados mutuamente excluyentes

- Preamplificador IPO conmutable (relé)

- Mezclador IF de primera etapa (primer mezclador impulsado por LO)

Entonces, los dos puntos de interés se redujeron esencialmente a antes o después del filtrado de paso de banda. Quería que el SDR viera la mayor cantidad de señal posible, así que decidí desconectar justo antes de la red de filtro de paso de banda. Recuerde que el LNA utilizado para desconectar la señal tiene una entrada de alta impedancia, por lo que el efecto en la ruta de la señal de radio será mínimo.

La otra área a considerar es dónde la placa LNA obtendrá su poder. Afortunadamente, el esquema del FT-450D es bastante claro y está bien anotado, por lo que se puede ubicar un punto de alimentación adecuado. El punto de alimentación elegido alimenta el LNA al recibir, pero apaga el LNA durante la transmisión. Esto aísla la entrada SDR en> 30 dB durante la transmisión. El consumo de corriente del LNA alimentado es de ~ 9 mA.

Las imágenes adjuntas muestran lo siguiente:

- El punto de derivación de RF que se muestra en el diagrama de bloques

- El punto de derivación de RF que se muestra en el esquema

- El punto de derivación de RF que se muestra en el diseño de la placa

- El punto de toma de corriente del LNA que se muestra en el esquema

- El punto de toma de corriente LNA que se muestra en el diseño de la placa

Paso 6: Montaje de la placa LNA en el Yaesu FT-450D

Ahora que la placa LNA se ha fabricado, caracterizado y se ha identificado un punto de derivación adecuado, ha llegado el momento de ajustar la placa al FT-450D.

En este punto es habitual señalar que realiza esta modificación bajo su propio riesgo. No es complicado, pero siempre existe el riesgo de daños y personalmente no realizaría esta modificación en una radio que todavía estuviera en garantía; estoy seguro de que la garantía quedará anulada después de la modificación. Compré mi FT-450D de segunda mano en eBay, por lo que no hay garantía de la que preocuparse en mi caso.

Si decides realizar una modificación de este tipo, hazlo con cuidado y de forma metódica: usa el viejo dicho sabio que se aplica a las situaciones más delicadas … mide dos veces y corta una vez:)

Decidí no perforar ningún agujero en la carcasa del FT-450D, sino montar el SDR en el costado del FT-450D y ejecutar un cable volante con terminación SMA para atornillar directamente en la entrada de la antena SDR. El cable de mosca está asegurado en el punto de salida de la radio para proporcionar alivio de tensión.

Ver imágenes adjuntas….

Paso 7: SDR en acción obtenido de la toma de RF a través de la placa LNA

En este paso, hay un video corto que muestra la radio SDR en funcionamiento con la fuente de la antena como toma de antena FT-450D a través de la placa LNA. Esta prueba se realizó tarde (aproximadamente) por la noche y la banda está un poco muerta, pero la respuesta del SDR es la esperada. Cuando el FT-450D está transmitiendo, la entrada al SDR se silencia efectivamente debido al aislamiento de la placa LNA cuando no está encendido.

Paso 8: Conclusión

Bueno, sobre todo, este instructable ha sido muy divertido y estoy muy satisfecho con el resultado. Como todos los buenos proyectos, hay tres objetivos principales…. para aprender nuevas habilidades, para que el proyecto sea un éxito y para compartir conocimientos con cualquiera que quiera leer hasta aquí.

En este punto me quito la gorra ante el difunto Dave G4HUP. Si no fuera por el trabajo de Dave, es posible que este proyecto no se hubiera materializado. No puedo reclamar el diseño original de LNA como mío, sino solo por haber tomado un diseño e intentado hacerlo a mi manera. Solo puedo esperar que Dave apruebe que su trabajo se desarrolle y se comparta con otros.

En conclusión, el proyecto ha sido un éxito.

No dude en responder cualquier pregunta y haré todo lo posible para responderlas.

Atentamente, Dave (G7IYK)