Cheap toy-like VHF UHF Radio for spectrum display of IF frequency - part 2

UV-K5 är liksom många andra billiga handapparater byggda runt BK4819 BEKEN TWO-WAY RADIO IC

Tittar man på BK4819 datablad efter spec. och prestanda -  så står det även vad den ska användas till:

Applications: BABY MONITOR, TOYS, PERSONAL RADIO

Ger inte så mycket förtroende för en kräsen radioamatör??? ..haha 8)

MEN ----

IC kretsen med synth, PLL, txco anges klara 18-610MHz samt 840-1300MHz.

Dvs. man kan göra en halv duplex radio med RX & TX på dessa frekvenser.

Köper man en UV-K5 är den frekvensbestämd på så sätt att det finns filter för VHF och UHF både på RX och TX kedjorna. Iofs. väldigt enkla filter vilket gör att man kan i orginalutförande nå viss reducerad prestanda utanför spec. Även valet av RF transistorer i TX kedjan begränsar prestanda över 500MHz. I RX kedjan är RF transistorn specad. upp till 2GHz.

Jag ser framför mig en byggsten som går att modifiera på RF sidan, på digitalsidan finns redan alla möjliga firmware som redan möjliggör alla tillgängliga frekvenser.

Söker man på nätet finns s.k backwards engineering av radion, man har ritat upp kretsschemat, man har gjort egna KiCad filer att tillverka egna kretskort, man har identifierat alla kompinenter, man har avkodat orginal kretskort och även slipat ned kretskortet till de inre kretsmönsterlagren och dokumenterat detta.

Så hela radion är tillgänglig för egen konstruktion, modifikation baserat på de firmware kloner som finns.

10M transciever

Letar man vidare på nätet hittar man redan RF modifieringar av dessa RF filter, man har tagit bort VHF/UHF induktorer och kondensatorer och räknat fram filter för 28MHz 10M bandet och kan på så sätt använda den för AM/FM trafik, och USB mottagare.

Kortvågsmottagare

Letar man på nätet finns allt man behöver se.
K5an har en inbyggd FM radio IC som redan bytts ut av andra mot en annan konverter IC SI4732-A10 som då gör att K5an blir en HF mottagare som klarar LW, SW, AM BC band med AM,FM,USB demodulator.

23cm radio ????

Med moddad firmware kan man sända och ta emot på 23cm- med mycket reducerade prestanda, finns exempel med långt under 0.1mW mätbar effekt.

Har hittills inte hittat någon som moddad och gjort en FM radio för 23cm, vilket verkar fullt möjligt om man ger sig på filter och komponenter i signalvägarna. Radio IC klarar 1300MHz och mina prov visar att RX fungerar om än med stora förluster i original RF filter, även TX fungerar men ger låg uteffekt.

Enklast verkar vara att skaffa en K5a och börja modda RF delarna i RX och TX, schema och BOM finns redan på nätet så man kan börja där och räkna fram nya filter.

Tittar man på TX kedjans RF transistorer så är drivsteget specad. till 1GHz samt efterföljande driv och slutsteg till 470MHz. I RX kedja finns en RF transistor som är specad. till 2GHz med 1.2dB NF vid 1GHz - helt klart användbart även om förstärkningen är endast 9dB i orginalutförandet, lågt kanske med hänsyn till radio ICs ingång för RX.

Nu är alla dessa vanligt förekommande SMD SMT kapslingar så det går att byta ut dessa SOT-89 TX driv och slutstegstransistorn till andra modeller som har data över 1GHz.

Modellerna är SOT-89 och FET transistorer, enligt schema drivs dom av Vbatt (7.2V) men i databladet är spec. angivna vid 3.6-4.5V så dessa körs lite högre i Vd.

En snabb sökning visar att AFT05MS004N kanske är lite bättre, fortfarande SOT-89-3, anses gå till 941MHz men i drivsteg till 1GHz vid 7.5V, gain sjunker snabbt med frekvens, kanske ger den tillräckligt på 1.2GHz , dvs. cirka 8dB som orginal. Har inte hittat någon slutstegsersättare till RD02LU2S, en CLY10 skulle vara intressant men är mycket större i sin SOT-223 kapsel. Även CLY5 kan fungera men är också SOT-223. Äldre FET som KGF1323C är nog ett alternativ för slutsteget, SOT-89-3 1.8GHz 10V och 9.5dB gain.

CW radio ????

Det finns moddar och firmware för CW via FM med K5an.

Har hittills inte hittat någon som gjort en kombinerad CW och USB radio, det borde vara möjligt men kräver nog kunskap i MCU programmering av Radio IC. USB lyckades någon göra i kod vilket är mycket kul!. Borde kunna bli en QRP radio på nån frekvens som radio IC klarar, dvs. över 18MHz.

Med HF konverter kan man redan nu lyssna under 18MHz så kanske går att addera en nedkonverterande krets för TX under 18MHz.

Nedersta Raden

För de som gillar analoga modifieringar är en K5a för 400pix en bra byggsten, ytmonterat visserligen men man får både dator, display, firmware, radio IC med txco, och en massa möjligheter :) :)  :)

Helt onödigt men rätt kul leksak för små pengar.....

Cheap toy-like VHF UHF Radio for spectrum display of IF frequency

Funkar Quansheng UV-K5 (8) som mätmottagare med spektrumvisning?

Priset är lågt för en apparat, mellan 400-500SEK komplett i låda och all firmware kan bytas ut i radion!

Köpte 2st leksaker och började prova mig fram för att se vad som finns att ladda ned 8)

Söker man på nätet så hittar man många exempel på modiferade K5or, mycket intressanta projekt.

Jag fastnade för den som armel komplierat, som verkar vara en en gafflad firmware där andras arbete (ezgumer, oneofeleven, fagci, dualtachyone) ingår, man har adderat USB demodulering, spektrumscanner med grafik, RSSI kalibrerad samt ett nytt band 7+ över 1GHz och med viss funktion på 23cm bandet.

Sen finns massor med bells and whistles som t.ex uteffekt i flera nivåer än low/mid/hi, andra scanning tabeller osv.

Det jag letat efter är just en IF mottagare med spektrumvisning på 144MHz och som inte kräver en PC ansluten.

En tidig generation Malahit SDR RX har hittills varit min lösning men RF byggkvaliteten är en katastrof och firmware likaså.

En bra detalj med Win10 och USB är att  Chromium baserade webläsare som Edge, Chrome har ett API som tillåter att UVMOD flashar firmware direkt till radio via USB.

Ett enkelt alternativ till att ha Github upplagt, kompliering, ev. Linux miljö osv.

Fler och fler moddare tillhandahåller webinterface, UVMOD, vilket fungerar bra i Win10 med en USB-TTL adapterkabel mellan radio och dator.

Min gamla prolific USB TTL adapter accepterades av Win10, drivrutinerna hittades och USB hoppade igång efter ett tag.

UVMOD hittade UV-K5 via US kabel efter att radion startas upp i firmware läget (tryck in PTT + power on).

Man kan först ta en backupkopia på firwmare som levereras i radion - för att vara på den säkra sidan.

Därefter laddas .INI filen på radion.

Efter en lyckad firmware uppdatering så är man nyfiken på hur spektrumvisningen, RSSI och USB fungerar.

Radio till vänster har  armel .INI filen laddad
Radio till höger är enligt orginal

USB demodulering låter intressant speciellt om man bygger och mäter på radioapparat har USB en funktion helt enkelt

Så här ser implementationen av spektrumgrafen, man ställer in en lägsta frekvens, anger bandbredd och får en högsta frekvens automatiskt, scanningen startar automatiskt och när en signal finns i spektrumgrafen stannar scanning, man trycker då på PTT knappen och går in i specialmeny för just den frekvensen

Specialmeny för den frekvens som scanner hittade, här får man en signalstyrka i S-värde och -dBm från RSSI utgången i VUHF radiotransceiver IC kretsen.

Man kan knappa in en frekvens manuellt istf. att låta scanner hitta den i spektrumgrafen.
Här kan man även påverka spänningar på LNA och gain block samt IF frekvens.

Mitt kladdblock vad som finns i respektive meny och vilka knappar som tilldelas en funktion i respektive meny.

 Band 7+

Provar först ansluta signalgenerator på Band 7+ och knappar in 1296.2MHz och USB

RSSI signalvärdesmätning kalibrering verkar inte vara rätt på band 7+, det fattas många dB i mottagarkänslighet.

Men mottagaren är ändå användbar eftersom man kan alltså lyssna på signaler ned till -85.5dBm enligt min signalgenerator.

Frekvensnoggrannheten är OK, det skiljer inte mycket alls och kan härledas till USB ligger lite utanför CW.

Knappar in 1298.2MHz och USB

Även här är mottagaren användbar eftersom man kan alltså lyssna på signaler ned till -85.5dBm även om RSSI data är okalibrerat.

Utan insignal ligger RSSI på -121 S-4 i signstyrkemätaren

BAND 1

Byter till Band 1 50.200MHz och USB

Provar mata in -100dBm med signalgeneratorn och spektrumgrafens specialmeny för .200 visar RSSI -110dBm, ganska nära.

Sänker signalgeneratorns utsignal till under -134dBm och fortfarande hörs en ton om än mycket svagt men RSSI ligger 

kvar på -122 dBm vilket verkar vara det som den firmware och K5 mottagaren orkar med som lägst.

Ökar signalgeneratorns utsignal och iakttar RSSI, först när insignalen blir starkare än -122dBm börjar RSSI att mäta och ge ett mätvärde från S-0 och uppåt

BAND 3

Byter till Band 3 144.200MHz och USB

Provar mata in -100dBm med signalgeneratorn och spektrumgrafens specialmeny för .200 visar RSSI -100dBm, helt rätt!.

Sänker signalgeneratorns utsignal till under -134dBm och fortfarande hörs en ton om än mycket svagt men RSSI ligger 

kvar på -127 dBm och S-3 vilket verkar vara det som den firmware och K5 mottagaren orkar med som lägsta signal.

Jämför man spektrumdisplay och specialmeny för frekvensen så verkar båda RSSI ligga kvar på -129 dBm men vid test men med -100dBm på antennporten visar båda rätt RSSI.

I specialmeny kan man ställa parametrar för två LNA och gain block MMIC. Ändrar man från ursprungsvärden här kommer RSSI

inte lägre vara kalibrerad. Jag provade sänka första LNA och man tappar mycket förstärkning, provade sänka andra LNA och 

här kan man se ett ändrat signal/brus förhållande, signalen blir mindre brusig med lägre tal.

Samma sak sker med gain block MMIC om man sänker värdet.

I stort sett låter jag värdena vara enligt de värden som ingår i den modifierade firmware.

BAND 6

Byter till Band 6 432.200MHz och USB

Provar mata in -100dBm med signalgeneratorn och spektrumgrafens specialmeny för .200 visar RSSI -97dBm, nära nog!.

Sänker signalgeneratorns utsignal till under -133dBm och fortfarande hörs en ton om än mycket svagt men RSSI ligger kvar på -124 dBm och S-0 vilket verkar vara det som den firmware och K5 mottagaren orkar med som lägsta signal.

Lite observationer

Tittar man i databladet igen på radio IC BK4819 så finns ett känslighetsvärde angivet, där ligger kanske en del av förklaringen till varför RSSI stannar på ett visst lägsta-värde om man låter signalgeneratorn ge ännu lägre signal till antennporten.

Från databladet
Receiver characteristics     Sensitivity RXSENS -123dBm

Många signalgeneratorer läcker lite signal så i mitt enkla test kan det ha läckt och en signal hörs i mottagaren ändå, trots en signal på under -130dBm.

Prov med RF uteffekt

I den modden med spektrumanalysatorn är uteffekt TX avstängt så jag använde radio #2 utan denna modd och med de tre effektnivåerna LOW MID HIGH.

Själva radio IC kan ge 0 -7 dBm upp till 1300MHz om man tolkar databladet, sen hänger det på TX kedjans egenskaper om det finns förstärkning hela vägen upp eller inte.

I orginalutförandet är skillnaden mellan alla dessa tre effekt lägen är inte så stor,

 LOW är runt 2.8W, Mid 3.2W och Hi 4.5W - inte särskilt användbart för låga uteffekter.

Jämför med den "armel" F4 mod jag har nu där antalet RF uteffekt steg ändrats till detta:

• Low1 to Low5 (<~20mW, ~125mW, ~250mW, ~500mW, ~1W),
• Mid ~2W,
• High ~5W,
• User (see SetPwr),

LOW POWER ORGINAL

HIGH POWER ORGINAL

Ett utvald av nya, borttagna och modifierade menyer radion

Ett gäng med nya menyer och ändrade knappfunktioner, att kunna trycka ned längre istf. F + knapp är en bra funktion!.

Här upptäcktes att man även kan ta bort den inverterade skärmutförandet som finns på bilderna ovan :)

LED blink, FM radio, scrambler och dtmf saknas inte i denna modifierade leksaken

 Gamla rörgrejor återupplivade, Ljudförstärkare

En gammal och utsliten BC träradiomottagare tillhandahåller ett elektronrör med tillhörande potentiometer och ljudutgångstransformator.

ECL82 är en triod/pentod, kretsen är nära original BC mottagare med separata triod samt pentodförstärkarsteg, dock utan orginal återkopplingskomponenter från trafo. 

Matas med +250V DC och 6.3V AC från den oreglerade utgången på testnätdelen

Här syns original utgångstransformatorn och multigang/switch potentiometern som tillhörde
ljudslutsteget med ECL82

Vad är anslutet till vad
För långsamma projekt med ledtider

I test

Så visar sig kretsen ha bra känslighet, ger en del brum och högtalaren kan drivas så hårt att den distorderar, bra med ett par Watts uteffekt!.

Anslöt ingången till hörlursuttaget på en AM batteriradio och överstyrde direkt ECL82
Potentiometern står nästan på minimum input till röret

ECL82, konstruerad på 40talet, satt i många TV och radio ljudförstärkarkretsar mellan 50 och 60talet, uteffekten från ett rör var tillräcklig att ge en bra ljudnivå.

Motsvarande rör tillverkades fortfarande in i 2010talet - kanske än idag?

Gamla rörgrejor återupplivade, VFO

En frekvensstabil-are(?) VFO

Frekvensstabilitet har vanligtvis varit en stort problem i tidigare byggen med rör VFOer med LC krets -  så denna gången valdes att prova en Franklin 1.0-1.3 MHz Oscillator.

Principen för Franklin oscillator verkar vara en multivibrator som oscillerar genom små kapacitanser mellan trioderna men adderar man en induktans så frekvensbestämmer man oscillationen till den frekvens man önskar. Att de två trioderna tillsammans blir en mycket frekvensstabil krets tycks bero på den låga kapacitiva kopplingen mellan trioderna och den frekvensbestämmande induktansen till en av trioderna. Frekvensdrift tycks vara kopplat till ingångskapacitans i trioderna och varierar med rörets och omgivande temperatorer. Med större kapacitanser (hårdare koppling) leder till större frekvensdrift. 

I 1.0-1.3MHz VFO lösningen adderas även en självsvängade blandare (mixer) och kombinerad 6.0 MHz kristalloscilllator (XO) som ger produkten 7.0-7.3 MHz.

Letade efter lämpliga elektronrörs Franklin kretsexempel, där fanns trioder, tetroder, pentoder  kopplingsexempel.

Valde, med hjälp av junkboxen, att använda två stycken rör med dubbeltriod 6J6 som har gemensam katod. 

De frekvensbestämmande induktanser som används är järnpulvertoroid av typen T80-2. 

Det blev en stor toroid eftersom antalet varv med 0.3mm tråd blev många för att nå 31uH induktans på VFO 1.0-1.3MHz.

För 7MHz blev induktanserna 18uH på en ferrit toroid med 4C6 material av mindre storlek 9x6x3 mm. 

De frekvensbestämmande kapacitanser som används är NPO keramiska kondensatorer med 200-500V spänningstålighet och PTFE vridkondensator.

Här finns ett avsteg från rörkomponenter, har fått tag i ett antal äldre större keramiska NP0 kondensatorer, avsedda for ytmontering, i området 50-150pF 500V. Använder dessa istället för de silver mica kondensatorer som ofta anges i LC kretsen för t.ex VFO. Enklast löder man på två komponentben och monterar SMD kondensatorn som en hålmonterad krets - men nu i rörluftbygget mellan två lödpunkter :)

Undersidan på rörkopplingar
kors och tvärs med kablar, komponenter
Konverterade ytmonterade kondensatorer syns i bild

"Checklistan"
Vad är monterat och till vilken position
En metod för att hålla koll på projekt som drar ut på tiden
för att  komma igång snabbt vid nästa tillgängliga stund vid lödkolven

Kretsen matas med +150V DC och 6.3V AC. 

Den temporära nätdelen stabiliseras med tre stycken 47Volts zenerdioder 5W samt strömmmotstånd. 

Funderade på att ha använda ett spänningsstabilisatorelektronrör, kanske blir det så när en nätdel byggs klart.

Nätdel för test
Nättrafo från en utrangerad BC träradiomottagare
Ett framskrapat enkelsidigt kretskort för likriktare, säkring, kondensator, bleeder, zenerreglulator och strömmotstånd för +150V anodspänning av två 6J6 rör, 4st trioder

Provar VFO i drift

Franklin VFO värms upp snabbt, XO likaså, finns trimpunkter för 6MHz oscillatorn som justeras så den startart upp.

Kristallen verkar fungera som den ska med 6J6 trioden . Kristallen troligen avsedd för en IC eller transistor oscillator.

Efter en kortare tids uppvärmning är 7MHz signalen stabil, mycket stabil!. 

Så denna VFO är klar att användas för sändargenerering.

När man vrider på axeln på den stora kondensatorn - så är frekvensen lite ostabil eftersom mekaniken är klen och rör på sig lite

När man släpper axeln så är VFO fortsatt mkt. stabil.

Så en enkel mekanisk konstruktion som denna kommer ge lustiga effekter under tiden man vrider på axeln. 

På sikt kan man alltid göra en annan frontmekanik och kanske lägga till en axelutväxling - låt se...det är lånt kvar på detta projektet

Återstår att se om uteffekten är tillräcklig, kanske krävs ett buffert/förstärkarrör samt bevaka eventuella oönskade RF signaler.

6J6 röret är avsett för RF mixer kretsar upp till 600MHz samt till >=1Watt RF effektförstärkare upp till 250MHz. Finns även som ECC91.

De rör som fanns i junkboxen var 6J6WA, WA suffixet pekar på att detta är en industri/militärspecifierad version med datat för upprepade spännings och glödströms av/påslag.

Franklin

Sidan 41 i nedanstående referens, finns en senare beskrivning av Mr.Franklin's konstruktion

Radio-1940-01.pdf

Gamla rörgrejor återupplivade, intro

 I skrotlådan återfinns en hel del elektronrörsprylar som borde slängas

Innan allt rör relaterat i min skrotlåda slängs, gör jag ett försök att återuppliva en del komponenter i en radiokonstruktion och förhoppning om att bli QRV med en enkelt kortvågs sändare/mottagare i år, om tiden räcker till, om intresset hålls uppe ;)

En liten observation...

Eftersom tekniken är gammal hittar man många radiokretslösningar där komponenterna har fått en nyrenässans bland ljudprodukter - ett ökänt område som driver upp komponentpriserna nåt enormt.

Ett liten enkel dubbel triod elektronrör avsedd för RF på HF, VHF eller UHF , silver mica kondensatorer eller en 1nF kondensator för ljud  - för lite högre spänningar kan nu kosta allt mellan 100-400 SEK per styck  8/. 

Junkbox, skrotlåda

Att leta i skrotlådan är en förutsättning för detta projekt - utan junkboxen vore detta radioprojekt QRT redan från start!. Nackdelen att fiska upp det mesta av komponenterna ur junkboxen är att man får anpassa/göra om radiokretsarna efter innehållet i skrotlådan och välja bort nyrenässans rör och kondensatorer.

Tidens melodi ? återbruk!

En översikt av projektet

För att kunna sända krävs en VFO, en sändare/modulator, en förstärkare, ett nätaggregat

För att kunna ta emot krävs en VFO, en RF krets/demodulator, en förstärkare, ett nätaggregat

På bilden syns några av mina radiomoduler, som är under byggnation och utprovning

Just nu är målet 7.0-7.3MHz arbetsområde och dubbelt sidband.

Vänster i bild: En ljudförstärkare

Mitt i bild: En VFO

Höger i bild: En sändare/modulator

Alla komponenter och delar här ovan är begagnat, surplus, återbrukat material, slaktade antika träradios.

Lådorna är tillverkade av återbrukad 1.0mm tunn aluminiumplåt från nån typ av ventilationsanläggning.

Kablarna är från gamla radioanläggningar som plockats ned.

Inköpt är popnitar, gängade nitar samt delvis lite skruv och mutter med kryssspår. 

Skruvar med minusspår är från slaktad radioutrustningar

Transformatorn är nyinköpt, har ett normalt (lågt) pris, dock används transformatorn på ett sätt som den inte var tänkt för från början.

24GHz waveguide transition - part II

Behov av 4st SMA -> WG-42 övergångar

Provade först med tillverka vågledaren i en bit tvådelad aluminium

Fräste först med en större fräsdiameter, 6.0mm
Följde sen efter med en 2.0mm fräs runt kanterna vid vågledarslutet
Tanken var att få en mindre radie i vågledaravslutet
Finjusterade sedan djupet med fräsen
Man ser att fräsen flexar lite, det blir rosettslipningsliknande avtryck men djupet är litet. Det är knappt att nageln känner dessa "reporna" .

Ytorna är planfrästa, inslipade och kanterna nedtagna lite

Missade lite med 2mm fräsen på en sida, men detta är en testbit så den ska inte användas

Flänsytorna är planfrästa och inslipade

Vågledarövergångar från en maskinverkstad

Från en maskinverkstad, tillverkad i ett stycke mässing och försilvrad?

Samma övergång från maskinverkstad. Genvägar har tagits, vågledaren är gjord med en större fräs som sänkts ned i materialet, radier finns och är kanske i största laget?

Troligen bra nog för ändamålet ???
Har inga data alls på just dessa övergångar - men har sett identiska konstruktioner med dessa runda vågledare och man anger endast returnloss till >=19dB, finns inga data på insertion loss. För kinatillverkade övergångar anges 0.25dB loss men är pläterade.
Men många liknande övergångar man kan köpa - har samma konstruktion med rundade hörn.

Några snabba mått har tagits på grunkan från maskinverkstaden

Kommersiell vågledare, delad konstruktion och inga radier i de längsgående måtten av vågledaren

Kommersiell vågledare, den principen jag var mest ute efter att använda, dvs. delat material och hela vågledaren fräst i en sida, inga radier i de längsgående riktningarna av vågledaren

Nästa steg?

Det finns många alternative byggbara versioner på WR42 till SMA övergångar - fortsätter titta på dessa och om man kan förenkla tillverkning

En del har tuningskruvar, andra har det inte, vissa har osymmetriskt placering av tuningskruvar andra har tuningskruvar i linje med proben.