Relais DB0TEN
Was ist ein Relais?
Mit dem Begriff „Relais“ ist in unserem Fall eine „Relaisfunkstelle“ oder „Relaisstation“ (engl. „Repeater“) gemeint.
Dabei handelt es sich um eine automatisch arbeitende Funkstation, üblicherweise auf einem exponierten Standort, die durch Umsetzung und Verstärkung der Signale von einer Eingabefrequenz (Empfangsfrequenz) auf einer Ausgabefrequenz (Sendefrequenz) Verbindungen von festen, portablen oder mobilen Funkstationen in unterschiedlichen Diensten, oft Telefonie (Sprechfunk) ermöglicht. Der Abstand zwischen der Eingabe- und der Ausgabefrequenz wird Ablage genannt.
So beschreibt es Wikipedia. Und ein Bild verdeutlicht es noch weiter:
Relaisfunkstelle DB0TEN
Die bekannte 10m-Bake DB0TEN hat Nachwuchs bekommen. Am gleichen Standort arbeitet seit dem 25.01.2014 auch ein 70cm-FM-Relais.
Der Repeater ist ein Gemeinschaftsprojekt von Mitgliedern und Freunden des OV H02 Walsrode. Viele OMs haben Geld und Teile gespendet oder sich direkt am Bau beteiligt. Die Initialzündung fand mit dem Erwerb der Motorola Funkgeräte auf dem Interradio-Flohmarkt 2013 statt. Vorträge von DK5HH und DL1HRC haben uns in der Entscheidung bestärkt, einen kleinen Siemens Futro A250 mit nur 8.5 W Leistungsaufnahme als Steuercomputer zu verwenden. Die Software SvxLink eröffnet vielfältige Möglichkeiten, die wir Schritt für Schritt umsetzen wollen.
Hinweis:
Das Relais DB0TEN ist zur Zeit abgeschaltet. Die Bake läuft aber weiter!
Koordinaten:
Bomlitz
Gläsersdorfer Str. 3
Latitude: 52.902111 (52°54'7.60"N)
Longitude: 9.667600 (9°40'3.36"E)
JO42UV
Reichweite (simuliert)
Mit Hilfe des Programms "Radio Mobile" von VE2DBE kann man Reichweiten-Prognosen erstellen. Das Programm kann frei herunter geladen werden. Alternativ ist auch eine Online-Variante verfügbar, die für den gelegentlichen Gebrauch völlig ausreicht.
"Radio Mobile" bedient sich bei frei verfügbaren Kartendiensten wie z.B. Open Street Maps und berücksichtigt so gut es geht die örtliche Topografie. Um eine realistische Prognose erstellen zu können, muss man zahlreiche Parameter sowohl für den Sender als auch für den Empfänger eingeben.
Für DB0TEN wurde die folgende Prognose erstellt:
In den grünen Flächen kann mit brauchbarem Empfang von Mobilistationen gerechnet werden, in den gelben Bereichen benötigt man schon eine Hochantenne.
Nach unseren ersten Tests kommen wir zu der Ansicht, dass "Radio Mobile" relativ genau rechnet. Die prognostizierte Reichweite wird unter guten Bedingungen erreicht, die Tendenz stimmt.
Südlich des Autobahndreieck Walsrode (A7-A27) endet der Empfang ziemlich abrupt und der Bereich um Soltau ist tatsächlich ausgespart. Auch Rotenburg und Verden werden zuverlässig *nicht* erreicht. Die prognostizierte Verbindung nach Barsinghausen im Deister funktioniert tatsächlich!
Unter den gegenwärtigen Bedingungen muss man DB0TEN als Lokal-Relais betrachten. Eine Reichweite wie z.B. von DB0NN ist aufgrund der Lage und Höhe der Antenne illusorisch.
Höhen-Profile
Manchmal möchte man im Amateurfunk wissen, wo man einen "Berg" vor der Nase (sprich Antenne) hat. Insbesondere auf den höheren Frequenzen ist für eine Funkverbindung eine quasi optische Verbindung erforderlich. Dazu ist die Ermittlung eines Höhenprofiles sehr nützlich. Radio Mobile kann das sehr genau, es ist jedoch recht aufwändig, weil zahlreiche Angaben notwendig sind.
Für die schnelle überschlägige Berechnung sind folgende Programme geeignet:
Die einfachste Software ist die von Geocontext. Hier gibt man einfach den gewünschten Ort ein und markiert in der Karte den zweiten Punkt. Damit wird das Höhenprofil zwischen diesen beiden Orten gezeichnet. Für eine Abfrage in einer anderen Richtung braucht man nur den Punkt auf der Karte zu verschieben.
Die zweite Software ist die Linkstreckenberechnung. Nach Angabe der beiden Koordinaten wird dazwischen das Höhenprofil bzw. die Linkstrecke ermittelt.
(Quelle: DL7BJ)
Lizenz
Amateurfunk-Lizenzen für "natürliche Personen" gelten unbegrenzt lange, auch wenn sie nicht regelmässig benutzt werden. Im Gegensatz dazu müssen die Lizenzen für automatische Stationen regelmässig erneuert werden. Bei Nichtbenutzung verfallen sie nach 12 Monaten. Die Lizenz für DB0TEN (Bake + Relais) gilt z.Zt. bis zum 31.03.2025.
Sie nutzen unsere Relais regelmäßig? Das freut uns sehr. Wir als gemeinnütziger Verein sind auf Spenden angewiesen. So können Sie helfen:
https://www.darc.de/der-club/distrikte/h/ortsverbaende/02/spenden/#c232428
Technik
Übersicht
Ausgabe: 439.2125 MHz
Eingabe: 431.6125 MHz
Ablage: -7.6 MHz
Auftasten:
Rufton: 1750 Hz
CTCSS: 110,9 Hz
DTMF: *
RX + TX: Motorola MC micro
Leistung: 7 W
QTH: Bomlitz, JO42UV
EchoLink: 986917
Antennen
Kathrein
Bei der ersten Antenne für DB0TEN handelt es sich um eine K 75 11 21 von Kathrein.
Länge: 51 cm
Gewicht: 0,8 Kg
Gewinn: 2 dBi
Sie ist an einem kurzen Ausleger neben der Bakenantenne befestigt, 50 cm über dem Dachfirst. Gespeist wird sie über 15 m RG 213. Antenne, Kabel und N-Stecker waren vorher bereits 25 Jahre lang im Einsatz.
Die Reichweite mit dieser Antenne war eher bescheiden.
Am 15.2.2014 tauschten wir die Antenne aus. Bei dieser zweiten Antenne handelt es sich um eine MA-6000 von Maas.
Länge: 5,65 m
Gewicht: 2,8 Kg
Gewinn: 9,4 dBi
Die Antenne sitzt auf einem eigenen Antennenrohr etwa 3 m über dem Dachfirst und wird über 10 m H-2000 gespeist.
Durch den Einsatz dieser Antenne hatte sich die Reichweite des Relais zunächst verbessert. Bei starkem Wind schwankte die Antenne allerdings merklich, was sich auf die Feldstärke weiter entfernter Stationen auswirkte. Nach wenigen Tagen trat ein Wackelkontakt und deutliches klappern auf, die Signalstärke änderte sich je nach Wetterlage. Bei einer Kontrolle stellte sich zusätzlich heraus, dass die Anpassung auf der Frequenz des Relais-Senders sehr schlecht ist. Das SWR steigt ab 437 MHz kontinuierlich an und erreicht auf 439 MHz einen Wert von 2,8:1. Da wird dann schon recht viel Leistung reflektiert. Für den Einsatz in einer Relaisfunkstelle ist diese Antenne also nicht geeignet.
Das führte zu einem erneuten Austausch der Antenne am 2.3.2014. Martin DO1MF stellte eine rote Diamond X-7000 in neuwertigem Zustand zur Verfügung. Die Erprobung am Boden ergab eine sehr gute Anpassung auch bei 439 MHz. Die mechanische Ausführung überzeugt ebenfalls. Da passt alles genau und es klappert nix.
Länge: 5 m
Gewicht: 2,2 Kg
Gewinn: 9,4 dBi
Die Antenne sitzt anstelle der MA-6000 auf einem Antennenrohr etwa 3 m über dem Dachfirst und wird über 10 m H-2000 Kabel gespeist.
Der Umbau hat beim Antennenbauer für eine saftige Grippe gesorgt, war ansonsten aber erfolgreich. Etwa 10 Sekunden nach der erneuten Inbetriebnahme des Relais meldete sich DB1TN aus dem 30 km entfernten Rotenburg und gab einen ermutigenden Empfangsbericht. Die Signalstärke war von "nahezu unhörbar" (S 0-1, R 1-2) auf "angerauscht, aber klar und deutlich" (S 3, R 4-5) gestiegen. Hoffen wir, dass es so bleibt!
Anmerkung zum Antennengewinn
Die genannten Gewinne der langen Antennen sollte man mit Vorsicht geniessen. In den Prospekten der Anbieter werden noch viel höhere Gewinne versprochen, die sicherlich in die Kategorie "Wunschdenken" einzuordnen sind. In der Zeitschrift "UKW-Berichte" Ausgabe 4/94 wurde ein ausführlicher Test von diesen und ähnlichen Rundstrahl-Antennen veröffentlicht. Ich empfehle diese Lektüre ausdrücklich. Die Messergebnisse sind ziemlich ernüchternd.
Duplex-Weichen
Beim Betrieb einer Relaisfunkstelle arbeiten Sender und Empfänger typischerweise gleichzeitig an einer gemeinsamen Antenne. Damit der Sender nicht den empfindlichen Empfänger zerstört, müssen die Signale sauber voneinander getrennt werden. Für diesen Zweck werden Duplex-Weichen eingesetzt.
Im 2m-Band können solche Weichen erhebliche Ausmasse erreichen, weil der geringe Abstand von nur 600 kHz zwischen Sende- und Empfangsfrequenz besonders steilflankige und hochwertige Filter erfordert.
Im 70cm-Band sind die Anforderungen erheblich einfacher einzuhalten, weil der Abstand zwischen Sende- und Empfangsfrequenz hier normalerweise 7,6 MHz beträgt. Häufig werden ausgemusterte umgebaute Weichen aus dem BOS-Funk verwendet.
Die "Russen-Weiche"
Auch für DB0TEN kommen ehemals kommerzielle Weichen zum Einsatz. Die von uns zunächst verwendete Weiche stammt aus einer U700 Funkanlage von 1984, die in den ehemaligen Ostblock-Staaten weit verbreitet war. Es handelt sich um den Typ "2S79-819/B", hergestellt in Ungarn. Ursprünglich war dieser Typ für einen Abstand von 8,95 MHz konstruiert. Unser Exemplar erreicht bei 7,6 MHz Abstand folgende Werte:
Sperrdämpfung RX + TX: ca. 59 dB
Durchgangsdämpfung: ca. 2,5 dB
Das sind keine Spitzendaten, aber durchaus akzeptabel. Diese "Russenweiche" ist sehr kompakt gebaut und konnte mit viel Geduld für den neuen Frequenzbereich abgeglichen werd
Bei den Messungen war eine Vordämpfung von 20 dB eingeschaltet. Alle angezeigten Messwerte sind daher um diesen Wert zu reduzieren.
Offizielle Unterlagen zu der Duplex-Weiche 2S79-819/B sind kaum zu finden. Hier ist das Datenblatt.
Kathrein-Weiche
Die "Russenweiche" tat zwar ihren Dienst, wir hielten aber weiter nach besseren Modellen Ausschau. Martin DO1MF wurde schliesslich im Internet-Auktionshaus fündig. Dort wurden mehrere Weichen von Procom und Kathrein angeboten und er erhielt beim vorletzten Exemplar den Zuschlag. Die Weiche von Kathrein vom Typ K654124 stammte ursprünglich aus der Personenrufanlage eines Krankenhauses und befand sich rein äusserlich in einem ziemlich vergammelten Zustand. Der Einsatz von Putzmitteln liess sie jedoch wieder im alten versilberten Glanz erstrahlen und so trat sie ihren Weg auf den Messplatz an.
Die ehemaligen Nutzfrequenzen lagen bei 456,5 MHz und 466,5 MHz. Bei der Erfassung des Ausgangs-Zustands wurden zunächst Dämpfungswerte um 1 dB und Sperrtiefen um 60 dB erzielt. Diese Werte entsprachen den Katalogdaten. Während des Neuabgleichs wurde aber bald klar, dass diese Weiche mehr konnte. Die Werte für den Empfangszweig waren am Ende so gut, dass sie bereits an den Messbereichsgrenzen des verwendeten Analyzers kratzten.
Durchgangsdämpfung RX: < 0,4 dB
Sperrdämpfung: > 69 dB
Durchgangsdämpfung TX: < 0,6 dB
Sperrdämpfung: > 59 dB
Gegenüber der alten Weiche war die Dämpfung sowohl im Empfangszweig als auch im Sendezweig also um ca. 2 dB geringer und auch die bessere Sperrdämpfung konnte sich sehen lassen.
Am 27.4.2014 wurde die Weiche schliesslich bei DB0TEN eingebaut. Aufgrund der neuen Messwerte haben wir keine Wunder erwartet. Und doch führte der Einsatz der neuen Weiche in den Randbereichen unseres Einzugsgebietes zu deutlich merkbaren Verbesserungen. Ursprünglich stark rauschende Verbindungen an der Hörbarkeitsgrenze waren jetzt in beiden Richtungen rauscharm.
Das ist unterm Strich sehr erfreulich!
Offizielle Unterlagen zur Kathrein-Weiche sind kaum zu finden. Ein freundlicher OM konnte via Internet helfen. Hier ist das Datenblatt.
Sender und Empfänger
Für den Empfänger und den Sender des Relais verwenden wir jeweils ein Motorola MC micro. Diese Betriebsfunkgeräte aus den 80er Jahren sind robust und gelegentlich recht preiswert erhältlich. Es gibt sie in zahlreichen Varianten, die sich im Wesentlichen beim Bedienteil unterscheiden. Unsere Geräte der Serie 14EVA5 verfügen über ein Bedienteil mit 10er Tastatur zur direkten Frequenzeingabe.
Die notwendige Programmierung der Geräte stellt heutzutage eine Herausforderung dar. Man benötigt dazu sehr alte Computer aus der 386er Kategorie, weil die alte DOS-Software auf modernen Computern nicht mehr funktioniert. Aber wer hat solche Dinger noch?
Wir hatten Glück. Unsere Geräte erwarben wir auf der Interradio 2013 und sie waren bereits umgebaut. Eins davon ist sogar mit der sehr empfehlenswerten MC-70 Software ausgestattet. Beide liefen auf Anhieb.
Die Empfänger sind sehr selektiv und grossignalfest, aber nicht übermässig empfindlich. Die Sender liefern laut Datenblatt eine Leistung zwischen 6 und 10 Watt. Unsere Exemplare erreichen beide knapp 9 Watt. Davon bleibt allerdings einiges in der Duplexweiche und in der Verkabelung hängen. Im Dauerbetrieb eines Relais erwies sich diese Leistung als noch zu hoch. Die Temperatur der Sender-Endstufe erreichte beim Probebetrieb nach einer halben Stunde über 55 Grad - aussen gemessen. Wie hoch sie innen war, möchte ich lieber nicht wissen...
Seit diesem Hitzetest steht hinter dem Sender ein Digital-Thermometer und ein kleiner Zusatzlüfter, der die Endstufe bei ansonsten identischen Betriebsbedingungen auf unter 28 Grad kühlt. Im Sommer sind es ein paar Grad mehr, aber niemals über 40 Grad. So können die Geräte lange leben!
Falls es einmal ein Problem mit der Antenne (abgebrochen) oder dem Koaxkabel (abgerissen, geknickt) geben sollte, würde der Relais-Sender vermutlich nach kurzer Zeit zerstört werden. Um diesem Problem vorzubeugen, setzt man Zirkulatoren ein. Sie werden in die Sendeleitung eingeschleift und lassen HF nur in eine Richtung durch. Reflektierte Leistung wird über den dritten Anschluß in einen Abschlusswiderstand umgeleitet und dort in Wärme umgesetzt. Der Sender sieht immer perfekte Anpassung und man hat genügend Zeit, etwaige Probleme zu beheben.
Auch DB0TEN ist mit einem Zirkulator versehen, genau wie die anderen Relaisstellen unseres Ortsvereins.
Der Steuerrechner
Als Steuerrechner verwenden wir einen sog. Thin Client vom Typ Siemens Futro A250.
Rechner dieses Typs kamen ab 2006 auf den Markt und wurden häufig als Anzeige-Terminals oder Steuerung für kleine Maschinen verwendet. Die CPU vom Typ AMD Geode arbeitet mit einer niedrigen Taktrate von 500 MHz und benötigt keinen Lüfter. Als Speichermedium wird eine CompactFlash-Karte anstelle der sonst üblichen rotierenden Festplatte verwendet. Dadurch wird ein absolut geräuschloser Lauf und eine extrem niedrige Leistungsaufnahme von maximal 8,5 W im laufenden Betrieb erzielt.
Der Futro ist nur 195 x 152 x 43 mm gross. Alle anderen Eigenschaften lassen sich dem Datenblatt entnehmen.
Ausstattung
Die Rechner der Serie Futro A210 - A250 unterscheiden sich nur durch die ab Werk eingebaute Speichergröße und das mitgelieferte Betriebssystem. Für unseren Verwendungszweck muss das Betriebssystem ohnehin geändert werden, es ist also unerheblich. Bei dem Datenträger handelt es sich um eine CompactFlash-Karte, wie sie früher häufig bei Kameras zum Einsatz kam. Sie darf nicht kleiner als 2 GB sein, denn insbesondere die synthetischen Stimmen von Svxlink benötigen viel Platz. Die häufig eingebauten Karten mit 128 MB oder 256 MB sind zu klein und müssen ersetzt werden. Beim Arbeitsspeicher (RAM) darf man ebenfalls nicht geizig sein. 256 MB ist das absolute Minimum, mit 512 MB ist man auf der sicheren Seite, mehr schadet nicht. Aber es passt nur ein einziges Modul vom Typ PC2700 hinein!
Anschlüsse
Ein Futro-Rechner ist schnell genug und verfügt über alle Schnittstellen, die man für eine Relais-Steuerung benötigt. Dazu gehört u.a. auch die bei neueren Rechnern fehlende serielle Schnittstelle, 3 USB-Anschlüsse, PS/2-Buchsen für Tastatur und Maus, eine LAN-Schnittstelle mit 1000 MBit/s sowie ein qualitativ hochwertiger Audioeingang und Audioausgang.
Damit unterscheidet er sich deutlich vom bekannten Rasperry Pi, der erst mühsam mit externen Modulen nachgerüstet werden muss.
Stromversorgung
Als Netzteil dient der klassische schwarze Klotz mit 12-13 V Gleichspannung. Mehr als 1,5 A muss er nicht liefern. Am Rechner befindet sich dazu eine einfache Hohlstift-Buchse.
Der Rechner ist Auto-Start-fähig. Das bedeutet: Wenn nach einem Spannungsausfall die Spannungsversorgung wieder hergestellt wird, startet der Rechner von alleine, es muss niemand kommen und auf den Startknopf drücken. Um diese Funktion zu aktivieren, muss auf der Hauptplatine neben dem Einschalt-Taster eine kleine Steckbrücke geschlossen werden. Ein Hinweis auf diese nützliche Funktion ist im Handbuch leider nicht zu finden. Ein wenig HAM-Spirit hat hier geholfen.
DB0TEN wird von einem kräftigen Netzteil der Fa. BLOCK aus Verden versorgt, sodass wir auf den vorgenannten "klassischen schwarzen Klotz" verzichten konnten. Die gesamte Anlage wird zudem über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) von APC mit einer Leistung von 2 KVA gespeist. Dadurch ist DB0TEN auch bei einem Stromausfall über viele Stunden betriebsbereit.