Instaling 4Khz Ceramic filter in FT2000 second IF 450Khz

In FT 2000 transceiver  450kHz ceramic Filter CF 1001 has been build in second IF with a BW of about 15kHz,  because  FT 2000 can be used in FM and also in AM mode.  Therefore  on SSB and CW original filter CF1001 -CFWLB450KE1Y  is too wide to reduce the  signals  that is  reaching  to DSP. DSP has less bandwith (informations content)  to process. Because I don,t work on FM and AM mode I decided to install   second Murata +/-2 kHz CFWLA450KJFA  ceramic filter successively with original CF1001 filter.  See picture 1 and  2

Picture 1   4 kHz ceramic filter Murata

Picture 2   FT 2000   IF shematics

CFWLA450KJFA  filter will  reduce bandwith on SSB and CW to 4kHz and therfore will also reduce IF wideband hissing noise and IF image. FM will be degraded, but AM  not excessively. Normal 2400  Hz SSB  and CW will not be affected. After this changes the signals will be better managed with IF-DSP filter .The  450kHz Murata ceramic filter play little role in providing the receiver selectivity. They serve only as 4kHz wide IF filter. All IF selectivity comes from the IF-DSP filter.

Picture 3  450kHz  filter layout

Preparing the new Murata  CFWLA450KJFA 4kHz filter for installation

1.     Locate the work area on PC board ( see picture 3)

2.     Unsolder SMD resistance R 1365 , 680 Ohm

3.     On this place solder two thin wires 25mm long.

4.     Stick with glue new 4kHz Murata filter On the existing original  filter CF1001

5.     With one thin  wire connect output from original filter CF1001 with  new 4Khz Murata  filter input.

6.     Solder 680 Ohm SMD resistor on a new  Murata  4kHz filter output

7.     With the second  thin  wire connect  680 Ohm SMD resistor  back with PC board .

Filter CFWLA450KJFA  can  be purchased  in Poland at: https://www.hesta.pl/pl/

Picture 4   Murata Filter specifications

Murata filter CFWLA450KJFA has 6dB attenuation, but I  detect very small diference in signal strenght  after the new filter has been built in. However we can change  IF gain for  in FT 2000 Hidden  Menu setting  B11 to B20  if  we want. But be very  carefully  this is a hidden service menu  accessible  for  maintenance  by an qualified technician.

More about the build in procedure can be seen from the pictures.

For those who mostly work on CW I suggest  for better stopband attenuation, installation two (2) serially connected 4kHz filters.  The same changes has been  wrote in my  blog  FT 950 narrow IF filter.

Picture 5  4kHz Filter final installation

Picture 6 Spectrum taken after 2nd IF -  TP1062 , together with AC0C  roofing filter build in the first IF.

After building new filter it is still possible to receive AM but  FM will be degraded. I have been testing my receiver in CQWW160 CW contest and  I  was  really  satisfied with new installation.

Oene PA3CWN upgrade March  2023:

This upgrade will bypass the new 4 kHz filter when the 6kHz or 15 kHz filter is selected because of using a relay which connects the in- and output of this new 4 kHz filter. In that case the existing 15 kHz is the only filter active and thus FM is still usable,

The article is now active on mods.dk  at  hyperlink:

https://www.mods.dk/view.php?ArticleKey=578f671d437510382c94f58af9fccaa6

Warning !!! Changing any harware inside FT2000 will void your warranty.I am not responsible for any hardware failure. You made this mods on your own risk. !This modification requires a high level of soldering skill, possibly beyond that normally possessed by the average HAM. Professional assistance is advised if you are not confident that you have  this ability.

FT 2000 Modification

FT 2000  Modification - Added SMD diplexer and reducing C1334

It is surprising that results of Rob Sherwood’s (NC0B) tests show that FT950 has 16dB better 2 kHZ Narrow Spaced Third Order Dynamic Range than its “bigger brother” FT2000.The problem has been identified by VE3GNO/YO3GJC and US6IQ some time ago. The first reason is poor impedance matching between first mixer SPM5001 and roofing filter. The second  reason is improper  first mixer loading  with a  10pF capacitor C1334 for a DMU Bandscope unit.  See  Picture 1.

Picture 1: FT 2000 Shematics



In the newer receiver FT 991 with the same first mixer SPM 5001Yaesu has improved this impedance mismatch and added a diplexer to properly terminate the roofing filter. Diplexer terminates the impedance of the roofing filter to the mixer in a wide frequency range. The Yaesu FT 991 has also the same first IF frequency of 69,450 MHz as FT 2000. See Picture 2

Picture 2:  FT 991 Diplexer

As an enthusiastic contester, I wanted a better receiver performance so I decided to insert a SMD diplexer at the output of SPM5001 mixer and T1021 transformer circuit. The added SMD diplexer was built into a housing of the first mixer. See Pictures 3 and 4.

Picture 3: Diplexer shematcs f= 69,450MHz

Picture  4: Location of  the  SMD diplexer 

Replacing the coupling capacitor for the bandscope.

As the original 10pF capacitor C 1334 inappropriately loads the first mixer, I reduced it to 1pF, which is enough to connect the RTL SDR  receiver for a panoramic adapter. When the SDR panoramic adapter or original Yaesu DMU Bandscope unit is not used, remove the capacitor C 1334.

Picture 5:   C 1334 location and  T1021 transformer output pin.

Picture 6:   C 1334  location and  T1021 output pin.

To reach the elements of the mixer,the mixer housing at the bottom side of the PC board must be unsoldered.At first unsolder mixer shield on bottom PC board side and take it out. see Picture 7

Picture 7:   Unsolder mixer shield

Preparing the diplexer for installation

1. Locate the work area on PC board. (see Picture 8)
2. Unsolder and take out mixer shield on bottom PC board.  (see Picture 7)
3. Unsolder SMD capacitor C 1334, 10 pF. (see picture 5 and 6)
4. On its place solder new SMD capacitor 1 pF.
5. At the existing original transformer   T1021 carefully unsolder the output (right) wire.  (see Picture 5 and 6 )
6. Solder the transformer T1021 output   wire  to the diplexer input.
7. Connect the diplexer output back to the place on the board where the transformer T1021 has been unsoldered.  
8. Solder mixer shield back.( see Picture 8) 

Picture 8: Final installation

Diplexer has an attenuation of 0.7 dB, but I did not detect any difference in signal strength after the diplexer has been built in. But for improving receiver,s dynamic range  is recommended to redistribute the RF gain reducing it ahead of the overloaded  stage ( 2nd mixer) and building it up again after the narrow IF filter. However we can change IF gain for 1dB in FT 2000  hidden  menu setting  B11 to B20  if  we want. But be very careful - this is a hidden service menu accessible for maintenance by a qualified technician only!

More about the build in procedure can be seen from the pictures.

After this modification and already some years ago built-in AC0C 2 kHz NS roofing filter, adding 4kHz Ceramic filter in second IF 450kHz ,   I measured IMD dynamic range at offsets of 2kHz , 5kHz and 20kHz  with   2 x -6dBm  DC4KU   HF- Zweitongenerator FA-2-HF.  Two-tone third order dynamic range (IMD DR) is the diference between MDS and the levels of two interfering signals causing IMD products 3dB over the noise floor.RMDR is Reciprocial mixing dinamic range,measured as a 3dB increase in noise floor.. Picture 9

                                 

Picture 9: Two tone RF generator 2x -6dBm

Results of two tone IMD testing - 1.st preamp Off; 500Hz Bandwith; Roofing AC0C 2,7KHz; Test band is 7MHz ;
MDS = - 138dBm, IMD2 Dinamic range second order on (14102kHz)=87dB , Blocking above
noise floor @ 10kHz ,measured as 3dB increase in noise floor =107dB

Spacing offset:            IMD DR3:           RMDR

2  kHz                           86dB                  90dB

According to the experts’ opinion (e.g. Rob NC0B and Tom W8JI), the IMD DR3 of 85 dB is enough for CW. Thus my 2 kHz IMD DR3 86dB and RMDR 90dB results are very good.. 

In the future I will still try  to improve  the receiver,s dynamic range  with option to increase the mixer Oscillator injection levels. The  simplest option is to increase R 1319 at first mixer SPM5001. We,ll see.....

Disclaimer

Warning!!! I am not responsible for any hardware failure. You make this mods at your own risk! This modification requires a high level of soldering skill, possibly beyond that normally possessed by an average HAM. Professional assistance is advised, if you are not confident that you have this ability.

FT 897D( FT 857D) Roofing filter ( Slovenian language)

»Roofing« ali krovni  filter za FT897D ( FT 857D)

1.Uvod

Že nekaj let uporabljam za  delo na morju ali dopustu postajo FT897 D ki jo uporabljam tako na KV kot tudi na UKV. Postaja je zelo primerna za prenašanje zato  sem si izdelal poseben kovček, kjer imam spravljeno postajo z vsemi dodatki. Vgrajene imam 500 in 300Hz CW filtra sam pa se dodal še NF filter z  MAX 295 kot sem ga  že opisal v CQ ZRS junija 2000. Vgrajen 200HZ  CW DSP v postaji je namreč za moje pojme preozek. Kasneje sem si vgradil še vmesnik za priključitev USB SDR ključka tako, da imam možnost priključitve  panoramskega adapterja  ter »CW  Skimmerja«.

Zadnje leto sta se na tržišču pojavili dve zanimivi postaji IC7300 in FT991 zato sem začel razmišljati, da svoj FT 897D prodam in zamenjam z novejšo postajo. Ko sem obe ti postaji dobro pregledal in IC7300 tudi poslušal sem ugotovil, da razen »šminke« mojemu staremu FT 897D  ne manjka čisto nič.!!  IC 7300 sem takoj izločil iz  izbire ,ker nima 2m in 0,7m območja. FT991 pa  je zaradi precej večjega  faznega šuma na oddaji kot FT 897D na UKV območju lahko problematična Tudi na sprejemu predvidevam da se zaradi faznega šuma in s tem povezanega  »recipročnega mešanja« lahko celo  slabše obnaša od FT897D.  Novejši postaji so zaradi panoramskih prikazovalnikov sicer bolj všečni ampak ker danes prav vsi ob postaji uporabljamo tudi PC računalnik to nadomestimo z boljšo grafiko kot npr. s programom  HDSDR in USB SDR ključkom,ki ga na E-Bay-u dobimo že za ceno 10€.

Ne nazadnje  tudi po  primerjanju cen sem ugotovil  , da nima smisla kupovati nove prenosne postaje ,ker lahko sam dogradim nekaj malenkosti tako, da bo lahko FT897D tudi zaradi argonomije celo boljši  za uporabo v tekmovanjih kot omenjeni novejši postaji.  Za delo v tekmovanjih pa je za  izboljšanje lastnosti sprejemnika smiselno popraviti samo obstoječi »Roofing filter«.

2. »Roofing« ali krovni filter.

»Roofing filter« omenjamo največkrat v povezavi s  klasičnimi »Up conversion« sprejemniki ki imajo prvo medfrekvenco nekje v območju 40 do 70Mhz. Naloga »Roofing filtra«, ki naj bo  čim bližje vhodu sprejemnika ni zagotavljanje selektivnosti pač pa zaščita stopenj za prvim mešalnikom.Ozek »Roofing filter«  pri postajah z visoko prvo medfrekvenco   pomaga predvsem drugemu mešalniku s tem, da odstrani  signale, ki so odddaljeni v eč kot 2-3  kHz od sprejemne frekvence.  Širina tega filtra se običajno izbere tako, da zadovolji vse vrste dela tako CW, SSB kot tudi FM. Ker komercialni sprejemniki  pokrivajo tudi FM in AM so običajno  »Up convesion« poceni dvopolni  »Roofing filtri » široki od 12 do 15 khz. . Pravilo je, da je « Roofing filter« nekaj širši, kot kristalni  ali DSP filter  ki zagotavljajo selektivnost in so vključeni  v verigi sprejemnika  na nižjih frekvencah nekje med 450kHz in 9MHz.

Večina amaterjev pa uporablja sprejemnike  samo SSB in CW za kar pa potrebujemo ožji  »Roofing filter«. Napraviti ozek kvaliteten  filter na  frekvencah nad 40Mhz  je veliko težje in dražje kot npr. na 9 Mhz  zato so zlasti po testih Roba Sherwooda proizvajalci pričeli izdelovati sprejemnike z nizko prvo medfrekvenco, kjer se da izdelati poceni kvaliteten filter . Pri tem pa se pojavijo druge težave, ki niso predmet tega članka.

FT897D( FT 857D)  je klasičen primer  »Up conversion«  postaje s prvo medfrekvenco na 68,330Mhz in z preprostim 2 polnim » Roofing filtrom «, ki  je širok več kot 12 Khz ker je postaja namenjena  za delo tudi v FM modu. Sam  uporabljam postajo na KV  pretežno na CW-ju,  v UKV tekmovanjih pa tudi na SSB-ju zato mi FM ni potreben. Zato sem se odločil , da naredim nekaj podobnega ,kot je naredil  Jeff AC0C s sicer dragim 300$ »Roofingom« kjer je tako pri postaji FT2000 bistveno izboljšal »Close In IMDDR« na 2Khz.

Moj cilj je bil  izdelati »roofing filter« širine okrog 3 kHz  tako,da pokrijem  tako CW kot SSB na račun izgube FM-ja.

3. Konstrukcija filtra.

Filter je izdelan kot  lestvičasti  Cohn-ov filter 4 reda iz   kristalov ,ki nihajo na 3.overtonu. Cohn-ov filter je za razliko od Chebishev ali Butherworth filtra bolj preprosto izdelati saj  so vse kapacitivnosti enake (3). V mojem primeru sem izbiral primerne SMD kapacitivnosti v območju med 27 in 47pf. Z večanjem kapacitivnosti ožimo propustno krivuljo in obratno. Paziti pa moramo,ker se nam s stem spreminja impedanca filtra. 

Kristale  po specifikaciji sem  naročil pri firmi Krystaly-Hradec Kralove na Češkem po ceni 6€ kos + poštnina 6€. (2)  Pred naročilom priporočam, da se prebere odličen članek Dr. Matjaža Vidmarja S53MV-  Kako naročiti kremenčev kristal (6) 

Pri naročilu je treba definirati  parametre kristala kot je frekvenca 68 330Mhz,   , tip ohišja, točnost frekvence v ppm,  zaporedno ali serijsko upornost Rs in  kapacitivnost elektrod C0. V mojem primeru sem naročil  4 kose   kristalov ohišju HC-49/u  ki nihajo na 3. overtonu in  frekvenci 68 330Mhz ; s parametri:  5ppm   Rs 20 Ohm  in  C0 4,3pF.  S pomočjo programa AADE(1) sem nato  modeliral filter z vnesenimi parametri.

                          Slika 1 Shema in simulacija »Roofing filtra« s programom AADE 

                        Slika 2 izračunana frekvenčna  karakteristika »Roofing filtra«

Filter sem realiziral na  tiskanini 25 X35 mm , ki sem jo potem vgradil v prazen prostor na desni strani ohišja ,kjer je napajalni  konektor.

Ker ima filter v prepustnem pasu cca 6-7 dB, diplexer pa nekaj manj kot 1dB dušenja sem sem dodal še MMIC niskošumni ojačevalnik  s šumnim številom 0,6dB na 50Mhz z SPF5189 z  IP3 out v rangu +39dBm. V primeru, da bi  naročil bolj kvalitetne kristale z manjšo serijsko upornostjo Rs bi lahko zmanjšal dušenje filtra in ga vključil v sprejemnik tudi brez ojačevalnika. Za boljšo prilagoditev mešalnika v širokem frekvenčnem območju sem   pred  »Roofing fiter« dodal še  »diplekser »izračunan na frekvenco 68,330 Mhz (4) . Ker je ojačenje nizkošumnega ojačevalnika SPF5189 cca 17  do 18dB je treba na izhodu dodati še »attenuator«, da z prevelikim ojačenjem celo ne pokvarimo  IMD3  kakor je bil  to primer z Inradovim« Roofing filtrom« za FT 1000MP,kjer je imel dodan ojačevalnik cca 3dB preveliko ojačenje.  Zavedati se treba, da za vsak 1dB preveč  ojačenja  lahko lahko poslabša  IMD3  za 3dB.!! Za izboljšanje IMD3 je celo priporočljivo, da pred prvim mešalnikom zmanjšamo nivo za dB ali dva ter potem za enako vrednost  povečamo ojačenje v 2. medfrekvenci za selektivnim filtrom.(8) Vrednosti attenuatorja (upori R3, R4 in R7) na shemi  nisem podal, ker je velikost dušenja filtra v propustnem obsegu odvisna od tega, kako kvalitetne kristale imamo v filtru. Sam sem izmeril, da potrebujem na izhodu attenuator okrog 10dB. Orientacijske  vrednosti uporov  za dušenje 10,5 dB  so:  R3=R4=27 Ohm in R7=32Ohm. Attenuator si lahko izračunamo s kalkulatorjem na WEB-u (6)  Ojačevanik SPF5189  se napaja z napetostjo 3- 5V zato sem na tiskanino s filtrom dodal mali SMD regulator LM78L05,ki sem ga   priključil na v FT897D vgrajeni  8V regulator Q1014.

Slika 3 Shema  roofing filtra F=68,330Mhz

Filter sem v postaji vključil  za 1. mešalnikom pred  originalnim 15 kHz »Roofingom« slika 4. Ker bo  filter z  overtonski kristali   prepuščal tudi osnovno frekvenco na 22,7766Khz je v serijo še vedno vključen   originalni 15Khz »Roofing filter«  ki nam razen osnovne filtrira  še harmonske frekvence. Filter sem vključil na spodnji strani tiskanine ,kakor je prikazano na sliki 5. Ta poseg ne priporočam začetnikom, ki niso vajeni dela s SMD elementi. Filter je vključen v prazen prostor nad napajalnim konektorjem  slika 6.Postaja FT 857D nima tega prostora zato bo tisti, ki se bo odločil za takšen poseg moral filter zapreti  v malo kovinsko ohišje in vključiti nekje zunaj na zadnji stranici.  Slično lahko ustrezen » Roofing « izdelamo tudi za  kakšno drugo «Up conversion« postajo

Slika 4:  Priključna točka »Roofing filtra«.

Slika 5:   Priključitev filtra na spodnjem delu tiskanine FT897D

Slika 6::  Vgradnja filtra v prazen prostor nad napajalnim konektorjem 

4. Izmerjene karakteristike filtra

Izmerjena karakteristika  filtra z VNA mostičem je prikazana na sliki 7 in se popolnoma sklada s AADE simulacijo na sliki 2. Širina filtra na -3dB je nekaj manj kot  3kHz na -40dB  okoli 12Khz ter na -50dB okoli 20kHz.

Slika 7: Izmerjena karakteristika »Roofing filtra« z VNA mostičem 

Po vgradnji filtra  sem se z SDR sprejemnikom in s pomočjo HDSDR programa priključil na  izhod iz 1. medfrekvence  68.330Mhz  najprej  brez vključenega filtra  Slika 8  in  nato še z vključenim filtrom slika 9 ,kjer se lepo vidi kako nam filter počisti spekter

Slika 8 :Izmerjen izhod iz medfrekvence  brez filtra 

Slika9:  Izmerjen izhod iz medfrekvence z vključenim filtrom

 Slika 10: Izmerjena karakteristika na panoramskem prikazovalniku.

Kot končni ON-LINE test, sem  postajo preizkusil še v CQWW160 CW, kjer so zaradi ozkega frekvenčnega   območja in velikega števila postaj razmere na sprejemu  v kratkovalovnem območju verjetno najbolj ekstremne. Ob prisotnosti na lokalnega QRO hama  na frekvenci s signalom 599+30dB ( -43dBm) sem  brez težav lahko sprejemal signale drugih postaj na oddaljenosti  od  njegove nosilne frekvence na CW že tam nekje od 400 do 500 Hz naprej.

5         Zaključek.

Amaterji velikokrat posegamo po dragih postajah ki jih kupujemo  pod vplivom  rezultatov Close- In- IMDR in NPR  testov Roba Sherwooda, Adama Farsona ali Petra Harda -RadCom. V realnem testu na obsegu pa se izkaže , da tudi v najbolj zahtevnih tekmovanjih kot je CQWW CW160m  tudi poceni manjše postaje  z minimalnimi spremenbami   že zadovoljujejo   tudi v okolju z  izredno močnimi signali. Nekaj podobnega je ugotovila študija, ki jo je za Bavarian Contest Club napisal DK4YJ (7)  Mogoče je včasih bolje izbrati  ergonomično postajo srednjega razreda  kot pa pretiravati s  3 ali celo  5 x dražjo vrhunsko postajo po  Close In IMDR testu. To velja seveda za sprejemnike  na KV območjih ,  medtem ,ko pa je na  2m UKV območju v tekmovanju popolnoma drugačna slika.

Opozorilo: Vsako poseg v postajo opravljate na lastno odgovornost. Za poseg se obrnite na usposobljenega strokovnjaka. Vsak tak poseg namreč izključuje vsako garancijo proizvajalcev.

6. Literatura

1. AADE Filter design: http://www.ke5fx.com/aadeflt.htm

3. Wes Hayward W7ZOI : Designing and Building Simple Crystal Filters

4. Diplexer Calculator: www.changpuak.ch/electronics/calc_16a.php

5. Dr. Matjaž Vidmar S53MV : Kako naročiti kremenčev kristal :

http://lea.hamradio.si/~s53mv/archive/a311.pdf

6. Matching T attenuator calculator :

http://chemandy.com/calculators/matching-t-attenuator-calculator.htm

7.  Close –In Dynamic Range oder: Wie viel Roofing braucht der Contester?

Matthias Jelen, DK4YJ Bavarian Contest Club:

http://www.bavarian-contest-club.de/projects/hardware/Close-In-Dynamic-Range-oder-Wie-viel-Roofing-braucht-der-Contester-;art376,1772
8. J.Robert Sherwood and George B. Heidelman- Present day receivers-some problems and cures. Hamradio december 1977




Dodatek  30.03.2020

Ko je bil članek objavljen nisem imel instrumentarija za  izvedbo meritev. Ker imam
sedaj potrebno opremo generatorjem objavljam rezultate.

Meritev je opravljena na 7MHz , nivo generatorja -6dBm, brez  RF predojačevalnika,
AGC=off , generator FA-2_HF 

Merjeno na  frekvencah  
7050 in 7052 kHz ter 7055kHz
MDS = -129 dBm Predojačevalnik izklopljen
Blocking (+/- 10kHz)= 105dB ( merjeno kot dvig šuma za 3dB)
RMDR(2kHz)= 85dB;  spacing (5kHz)= 94dB
IMD3 (2kHz)=80dB;   spacing (5kHz)= 86dB
IMD2 (14102kHz)=62dB

Po nasvetu Horsta  DJ6EV in s pomočjo njegovega programa Dishal  sem za popravek simetrije filtra paralelno prvenu kristalu paralelno dodal induktivnost 190nH in s tem

bistveno popravil simetrijo filtra. Hvala Horst DJ6EV.


Iz spodnjih rezultatov  se jasno vidi, da so npr. rezultati za IMD3(2kHz)  za 14dB boljši, kot so bili opravljeni Sherwood testi na IMD3(5kHz).Ker uporabljam amatersko opremo dopuščam 1-2 db pogreška.  Žal Rob Sherwood testov na odmiku 2kHz ni opravil. S to predelavo sem se praktično približal kriteriju IMD3(2kHz) =85dB kar tako Rob Sherwood kot Tom W9JI smatrata kot kriterij za  dober sprejemnik.