Technik 2m-Relais

Auf dieser Seite wird die Technik des 2m-Relais beschrieben – einschließlich ...

... aber sehen Sie selbst, indem Sie die Maus über das Bild bewegen.
[Für alle Papageienfänger: Ihr werdet Korax nie erwischen!]

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Manche interessiert es ja, wie so ein Relais innen aussieht ...

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Allgemein

Mit Ausnahme der Sendeantenne – dies ist eine X200N von Diamond (die aber auch nicht im Originalzustand belassen wurde), welche gemeinsam mit dem 70cm-Relais betrieben wird, und drei Topfkreisfiltern (uralt, aus den 60er Jahren) von Rohde & Schwarz) für den Sender, welche zu kapazitiv überkoppelten Bandsperren umgebaut wurden, ist die gesamte 2m-Relaisanlage, einschließlich der Empfangsantennen und Komponenten für AntennenDiversity vollständiger Eigenbau ohne Verwendung kommerzieller Geräte,. Bausteine oder Bausätze.

Entwickelt und gebaut hat dieses 2m-Relais DK6XH, in etwa drei Jahren. Die Technik misst sich daran, was heute technisch machbar, aber auch sinnvoll ist. Es mussten auch Lösungen und Kompromisse gefunden werden, beispielsweise wegen der Problematik mit Nachbarkanalstörungen im 12,5kHz-Kanalraster.

Es mag sich der Eine oder Andere vielleicht fragen, ob beispielsweise die Frequenzaufbereitung mit Quarzoszillatoren und Frequenzvervielfachern nicht eher vorsintflutlich ist. Diese Frage scheint auf den ersten Blick gar nicht mal unberechtigt. Wenn man es allerdings unter dem Aspekt der Minimierung des Seitenbandrauschens betrachtet, ist dies nach wie vor der bessere Stand der Technik.

Zumal ja für Sender und Empfänger nur jeweils eine Frequenz benötigt wird, macht es also nicht viel Sinn, in einer Relaisfunkstelle VCO/PLL-Rasteroszillatoren zu verwenden.

Nach dieser allgemeinen Betrachtung nun zu den Einzelheiten.

Nachstehend zwei Blockschaltbilder für den Sender und den Empfänger des 2m-Relais:

Sender

2m-Relais Sender
Oszillator, Vervielfacherstufen (x3, x2, x2), Bandpassfilter, Vorverstärker, Treiber, Power Amplifier, Richtkoppler zur Überwachung der Filtereinstellung, Topfkreisfilter (dreikreisig, kapazitiv überkoppelt), Richtkoppler zur Regelung der Sendeleistung und Überwachung des SWR.

Empfänger

2m-Relais Empfänger
Topfkreisfilter (zweikreisig, induktiv überkoppelt), Vorverstärker, Topfkreisfilter (induktiv überkoppelt), Topfkreisfilter (kapazitiv überkoppelt), Bandpassfilter, 1. und 2. HF-Verstärker, Bandpassfilter, Schottky-Ringmischer, BPF, Verstärker, 1. Quarzfilter 9 MHz, ZF-Verstärker, 2. Quarzfilter, Quarzdiskriminator.

Darauf folgen Rauschsperre, Ruftonauswerter, DTMF- und CTCSS-Auswerter, Audio-Delay mit »Papagei«, diverse Digitalfilter sowie Teile der Relaissteuerung.

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Kurzbeschreibung 2m-Relais DBØUA (PDF-Format, 130 kB)

Ausführliche Beschreibung 2m-Relais DBØUA
(PDF-Format, ca. 9 MB, wird auf Anforderung zugesandt)

Zu der Relaisfunkstelle DBØUA 2m gibt es eine ausführliche 86 Seiten umfassende Dokumentation im PDF-Format.

Die Größe dieser PDF-Datei liegt auch bei maximaler Komprimierung noch bei mehr als 8 MB.

Diese Datei kann per E-Mail hier angefordert werden:

Eigenschaften

AOS (Automatic Over Signal) und Feldstärkesignalisierung

[Noch nicht implementiert]

Während dem Empfang eines Signals misst die Steuerung der AntennenDiversity die laufend die Signalstärke. Dabei wird das empfangene Signal alle 250 Millisekunden gemessen und der Messwert gespeichert.

Nach Loslassen der Sendetaste (der Squelch am Relaisempfänger wird geschlossen) wird mit einer kleinen Zeitverzögerung das AOS ausgegeben. Zuerst wird ein Referenzton (622 Hz) gesendet; im zweiten Ton wird der kurz vor Schließen der Rauschsperre ermittelte Feldstärkewert signalisiert.
Dies ist prinzipiell ähnlich wie DBØZU ist, jedoch mit einem Dynamikumfang von nahezu 100 dB.

Nachfolgende Tabelle zeigt die Zuordnung des zweiten Tones zur gemessenen Feldstärke in dBm bzw. Mikrovolt mit einer Auflösung von 4 dB.

Automatic Frequency Control -  AFC

Der Empfänger des 2m-Relais verfügt über eine automatische Nachstimmung der Empfangsfrequenz. Damit lassen sich Frequenzabweichungen bis zu ± 2,5 kHz von der Sollfrequenz automatisch ausgleichen, indem der Empfänger nachgestimmt wird.

Dies ermöglicht beispielsweise problemloses Arbeiten mit Geräten, welche nicht im 12,5kHz-Raster abstimmbar sind und nur auf den Frequenzen 145,035 oder 145,040 MHz arbeiten können.

Frequenzabweichungen von mehr als 5 kHz nach oben bzw. nach unten bewirken eine Unterbrechung der NF-Übertragung, weil dann davon ausgegangen wird, dass nicht das Augsburger Relais angesprochen werden soll, sondern ein Relais auf Kanal RV50 (z. B. Winterberg) oder RV52 (z. B. Kitzsteinhorn).

Die Problematik Nachbarkanalstörungen (Splattererscheinungen) unter besonderer Berücksichtigung des 12,5kHz-Kanalrasters ist auf einer eigenen Seite beschrieben.

Klicken Sie auf das nächste Bild.

AudioDelay – Normalbetrieb

Was Stationen, die sich selber über die Relaisausgabe abhören, längst bemerkt haben: Die Ausgabe erfolgt zeitverzögert.
Man nennt eine derartige Einrichtung »AudioDelay«. Damit lassen sich das kurze Aufrauschen nach dem Loslassen der Sendetaste (Noise Tail) sowie die Übertragung von Steuertönen (1750 Hz Rufton, DTMF-Sequenzen) vollständig unterdrücken.

Funktionsweise
Das Audiosignal wird einem Analog-Digital-Wandler zugeführt und in digitaler Form gespeichert. Dieses gespeicherte digitale Signal wird 125 Millisekunden später wieder in ein Analogsignal gewandelt und über den Relaissender wiedergegeben.

Wird nun die Sendung beendet, schließt die Rauschsperre und dieses Schließen bewirkt eine sofortige Unterbrechung des NF-Pfades zum Relaissender, wodurch das kurze Aufrauschen, das ja nun um 125 Millisekunden verzögert erfolgt, nicht mehr übertragen wird.

Die gleiche Funktionsweise liegt bei Vorhandensein eines 1750 Hz Ruftones vor – sowie bei DTMF-Sequenzen – durch das Auswertungssignal wird auch hierbei der NF-Pfad unterbrochen, bevor die Signale über den Sender hörbar werden.

Dieses Diagramm zeigt die Funktionen und den zeitlichen Ablauf der Einrichtung AudioDelay.

[Durch Klicken auf das Bild erfolgt die Darstellung in höherer Auflösung.]

AudioDelay - 4 Sekunden (»Papagei«)

»Hier ist DK6XH. Sagt mir bitte jemand, wie ich über dieses Relais komme?« ...

Wer hat es noch nicht erlebt? Mindestens zwanzig hilfsbereite Funkamateure geben nun erschöpfend Auskunft!

Schön wär’s, die Wirklichkeit sieht freilich anders aus. Um umfassende Rapporte zu erhalten, dürfte ich mein Rufzeichen nicht nennen. Ich müsste pfeifen, rülpsen oder was auch immer. Dann habe ich sogar gute Chancen, detaillierte Informationen darüber zu erhalten, wie ich an allen möglichen Punkten innerhalb der Relaisreichweite auf dem Unterband ankomme. Übrigens eine interessante Begleiterscheinung des Relaisbetriebs seit seiner Entstehung in DL zu Ende der 60er-Jahre.
[Mehr darüber hier]

Um eine Selbstkontrolle der eigenen Aussendung zu ermöglichen, wurde die vorhandene Einrichtung AudioDelay um eine weitere Funktion erweitert. Damit kann das empfangene Signal nach Schließen der Rauschsperre um 4 Sekunden verzögert wieder gegeben und damit selber abgehört werden.

Bedienung des »Papagei«

Zur Aktivierung wird der 1750Hz-Rufton für die Zeitdauer von zwei Sekunden gesendet und danach kurz die Sendetaste losgelassen. (Das Relais muss dazu lange genug abgefallen gewesen sein, darf sich also nicht in dem Status befinden, wobei der Relaissender ohne Selektivruf eingeschaltet werden kann.)

Nach erneuter Betätigung der Sendetaste innerhalb zwei von Sekunden schaltet   AudioDelay in den »Papagei«-Modus. Dabei wird, solange der Squelch am Relaisempfänger offen ist, das empfangene Signal in Echtzeit (also ohne Verzögerung) übertragen.
Gleichzeitig erfolgt eine digitale Aufzeichnung des übertragenen Signals. Nach Loslassen der Sendetaste (Rauschsperre des Relaisempfängers wird geschlossen) werden die letzten vier Sekunden der Sendung wieder gegeben.

Die Modulationsqualität entspricht dabei der tatsächlichen Aussendung.

Nach Ablauf von weiteren vier Sekunden wird wieder in den normalen Betriebsmodus geschaltet.

Nachstehendes Diagramm zeigt die Arbeitsweise dieser Einrichtung in ihrer zeitlichen Abfolge.

Durch Klicken auf das Bild erfolgt die Darstellung in höherer Auflösung.

Dynamic Noise Reduction (DNR) - Dynamische Rauschreduzierung

Mit dieser Einrichtung lassen sich stark verrauschte Signale wirksam verbessern. Außerdem wird bei leicht bis mittelstark verrauschten Signalen in Sprechpausen das Rauschen unterdrückt.

Dies funktioniert jedoch nur bis zu einem bestimmten Signal-/Rauschverhältnis. Bei stark verrauschten Signalen wird deshalb mit Hilfe von digitalen steilflankigen Filtern zusätzlich die Übertragungsbandbreite dynamisch begrenzt, woraus ebenfalls eine bessere Sprachverständlichkeit resultiert.

Wunder darf aber niemand erwarten, auch diese Methoden haben ihre Grenzen.

Dynamik-Kompression

Bei den beiden Vorgängern des jetzigen 2m-Relais legte ich großen Wert darauf, dass eingehendes und ausgehendes Signal möglichst identisch waren, sowohl vom übertragenen Frequenzspektrum und der NF-Bandbreite, als auch vom Frequenzhub.

Nachteilig dabei ist, dass über das Relais arbeitende Stationen oft sehr unterschiedliche Lautstärken (Modulationshub) aufweisen, und der Zuhörer gezwungen wird, den Lautstärkeregler an seinem Gerät immer wieder nachzustellen, um diese Unterschiede auszugleichen.

Das aktuell in Betrieb befindliche 2m-Relais arbeitet deshalb mit Dynamik-Kompression, die (zu) leise Stationen lauter und (zu) laute Stationen leiser macht.

Dabei gilt:

• Der Nennhub, bei dem eine 1:1-Übetragung stattfindet (eingehender Hub ist gleich ausgehender Hub) liegt bei etwa 2,5 kHz.

• Modulationen mit einen Hub zwischen 1,2 und 4 kHz werden etwa auf diesen Nennhub geregelt.

• Modulationen mit über 4,5 kHz Hub werden geklippt und bei knapp 6 kHz schließt die Rauschsperre (bei verrauschten Signalen schon bei 4,5 bis 5,5 kHz).

Die vorstehend genannten Werte sind Messwerte; der Höreindruck ist freilich auch davon abhängig, wie das ausgesendete Signal aufbereitet wurde. Ein geklipptes oder stark komprimiertes Signal hört sich aufgrund des höheren mittleren Modulationsgrades immer lauter an, als ein nicht komprimiertes oder nicht geklipptes, auch wenn es den gleichen Spitzenhub aufweist.

NF-Bandbreite

Nebenstehendes Diagramm zeigt den NF-Frequenzgang von DBØUA-2m. Die Absenkung unterhalb 300 Hertz erfolgt, um empfangene CTCSS-Steuertöne nicht wieder auszusenden, und ist für die Sprachverständlichkeit ohne Bedeutung.