Gleichkanal-Repeater für 3 cm (10 GHz) Ein Projekt mit dem DL7AWL-Funkpapagei Realisierung: Christian, DL7APA Dokumentation: Günther, DH7BZ (Web-Bearbeitung: Manfred, DL7AWL) Um auch im flachen Land und unter den für 10 GHz widrigen Gegebenheiten einer Großstadt wie Berlin eine Möglichkeit für DX zu schaffen, entstand der Gedanke zum Aufbau einer Relaisfunkstelle an einem dafür prädestinierten Standort. Die Betriebsart ist CW und SSB. Empfänger und Sender arbeiten nach dem Direktmischprinzip auf gleicher Frequenz. Ein Sprachspeicher nimmt das empfangene Signal auf und sendet es auf gleicher Frequenz zeitversetzt wieder aus ("Papagei"). Nachfolgend werden der technische Aufbau sowie die Funktion aus Nutzersicht beschrieben.
Repeater im wetterfesten Gehäuse mit Antenne  >>

Blockschaltbild des 3-cm-Repeaters von DL7APA

Der 3cm-Transverter

Empfänger und Sender für 10 GHz ist ein Transverter "MK2" vom Michael Kuhne, DB6NT (www.kuhne-electronic.de). Der Empfangsteil erreicht eine Rauschzahl von <1,2 dB NF bei 30 dB Verstärkung und der Sendeteil erreicht eine Ausgangsleistung von mehr als 200 mW. Der Transverter setzt die Empfangssignale auf eine ZF von 144 MHz bzw. die Sendesignale von 144 MHz auf 10 GHz um.

Die erforderliche Oszillatorfrequenz LO von 10224 MHz wird durch Frequenzvervielfachung von einem externen 106,500 MHz Quarzoszillator erzeugt. Der gesamte Transverter mit ZF-Umschaltung S-E, Steuerausgang für Relais oder PA und LO-Aufbereitung ist in einem Weißblechgehäuse mit den Abmessungen 55x148x30 mm untergebracht.

Die Leistungsendstufe, PA

Zur Anhebung der Senderleistung um ca. 10 dB ist eine PA zwischen Transverter und Antenne eingefügt. Die Ansteuerung des SMA-Relais zur Sende- Empfangsumschaltung übernimmt der Transverter. Die PA arbeitet einstufig mit dem Transistor NEZ1414-2E, sie ist eine Eigenfertigung von DL7APA nach DB6NT.

Die Antenne

Für die Antenne bestehen folgende Vorgaben: Rundstrahlcharakteristik, horizontale Polarisation und größtmöglicher Gewinn bei handhabbaren Abmessungen. Die Entscheidung fiel auf eine Schlitzantenne, deren Berechnung und Herstellung von DL7APA durchgeführt wurde unter Anwendung des Berechnungsprogramms HLSSA von DK3BA, Version 5.4.g.

Schlitzantenne für 10 GHz

Die Antenne hat eine mechanische Länge von 220 mm. Entgegen der üblichen Verwendung eines Hohlleiterstückes W90/R100 wurde eine spezielle Anfertigung vorgenommen, bei der die Abmessung der Schmalseite verringert ist. Auf den Breitseiten dieses dem Standard-Hohlleiter ähnlichen Körpers sind jeweils 10 Schlitze eingefräst. Diese Antenne hat einen rechnerischen Gewinn von 9,1 dB.

Der Lokaloszillator (LO)

Ausgangsfrequenz der Frequenzaufbereitung für den Transverter auf 10 GHz ist ein Quarzoszillator auf 106,500 MHz. Diese Frequenz wird verachtundneunzigfacht, d.h. 10 Hz Drift am Quarz bedeuten 980 Hz Drift auf 10 GHz! Es ist nahe liegend, den Quarzoszillator so stabil wie möglich aufzubauen. Es kommt eine Fertigbaugruppe für einen "ofenkontrollierten Quarzoszillator, OCXO" nach DF9LN zur Anwendung (Bezug über www.eisch-electronic.com). Ein für 60°c geschliffener Quarz in der Buttler-Oszillatorschaltung befindet sich auf einer Leiterplatte die wärmeleitend direkt auf einen Alu-Körper geklebt ist. Dieser Alu-Körper wird geregelt beheizt und auf 60°c gehalten. Oszillator, Alu-Körper und Regler befinden sich in einem Alu-Gehäuse mit den Maßen 55x 55x 65 mm. Zwischen der Baugruppe und dem Gehäuse ist intern thermisch isolierendes Material eingelegt.

Direktmischer für Empfang und Sendung

In dieser Baugruppe wird das aus dem Transverter kommende Signal (144 MHz ZF) gefiltert, verstärkt, über einen Wilkinson-Teiler geführt und in einem Mischer TUF1-H o.ä. mit der Frequenz eines Quarzoszillators, ebenfalls 144 MHz, gemischt. Am Ausgang des Mischers erscheint das Produkt als NF-Signal, dieses wird über Verstärker, µP061 und 2N702, dem Schaltkreis MC2830 zugeführt. Der MC2830 beinhaltet einen Verstärker, eine automatische Levelsteuerung (ALC) und einen sprachgesteuerten Schalter. Die Sprachsteuerschaltung besitzt die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen Sprache oder CW und den Störgeräuschen. Sie triggert einen Schaltausgang und erzeugt somit das für die Ablaufsteuerung des "Funkpapageis" notwendige Squelchkriterium.

Der ALC-Bereich des Verstärkers erstreckt sich über 50 dB und kann durch externe Beschaltung eingestellt werden. Der NF-Ausgang des MC2830 wird verstärkt (TDA2003) und gemeinsam mit dem Sqelchsignal dem NF-Speicher bzw. der Ablaufsteuerung zugeführt.

Der eingangs genannte Mischer wird auch für die Sendesignalaufbereitung genutzt. Das aus dem NF-Speicher kommende Signal wird im Mischer auf 144 MHz hochgemischt und über ein Filter dem oben genannten Wilkinson-Teiler zugeführt. Der Wilkinson-Teiler trennt die unterschiedlichen Signalwege zur Aufbereitung für Sendung oder Empfang. Das Sendesignal wird verstärkt und dem Transverter zugeführt.

Das von der Ablaufsteuerung abgegebene Sendertastsignal bewirkt die notwendigen Umschaltvorgänge im Signalweg zum bzw. vom Transverter. Die Baugruppe befindet sich in einem Weißblechgehäuse mit den Maßen 55x110x30 mm.

FM-Empfänger für die Steuerung

Zum Auftasten des Repeaters wird ein FM-Signal 1750 Hz benötigt. Ferner werden alle Sysop-Funktionen zur Fernsteuerung wie Parameteränderungen und Schaltvorgänge mittels DTMF-Tönen ausgelöst. Ein FM-Empfänger ist am Ausgang des Transverters über ein induktives Koppelglied, Dämpfung -3dB, angeschlossen. Dieser Empfänger wird im Sendefall des Repeaters abgeschaltet. Die Frequenz dieses speziellen FM-Empfängers liegt z.Zt. um 1 MHz über der Arbeitsfrequenz des Direktmischempfängers für SSB und CW. Damit sind störende Beeinflussungen aus dem Oszillator des Direktmischers, der ja auf der Arbeitsfrequenz schwingt, in dem FM-Empfänger verhindert.

Für den FM-Empfänger kommt ein Schaltkreis MC3362 (Datenblatt) mit entsprechender äußerer Beschaltung zur Anwendung. Für die 1. ZF wurde 21,4 MHz und für die 2. ZF 455 KHz gewählt. Eine Hf-Vorstufe sorgt für die erforderliche Empfindlichkeit. Alles ist in einem separaten Weißblechgehäuse mit den Maßen 55x65x20 mm eingebaut. Nf-Ausgang und Sqelchkriterium werden der Ablaufsteuerung zugeführt.

Ablaufsteuerung und NF-Speicher ("Papagei") Alle für den Betrieb des Repeaters notwendigen Steuerungen übernimmt ein Microcontroller vom Typ PIC 16F84. Dieser ist gemeinsam mit der Auswertung von 1750 Hz und DTMF-Tönen sowie NF-Speichemodulen auf einer Leiterplatte unter dem Begriff "Funkpapagei" von DL7AWL entwickelt und zuerst in FUNKAMATEUR 3+4/1996 veröffentlicht worden. Die aktuelle, weiterentwickelte Version ist hier nachbausicher beschrieben und dokumentiert. Anrufauswertung, Begrüßungstext in CW und Fonie, Sprechaufforderug, Empfangszeitbegrenzung, Sendezeitbegrenzung, Rufzeicheneinblendung, Bakenfunktion sind nur einige der von dieser Baugruppe ausgehenden Möglichkeiten. Natürlich gehört, wie für Relaisfunkstellen gefordert, die Fernabschaltung oder Ferneinschaltung sowie Parametrierung über Funk dazu.

Design Ein Repeater für 10 GHz zwingt zu anderen Denkweisen bei der Gehäusewahl und Innenausführung als beispielsweise für ein 2m-Relais, dessen Antenne(n) im Freien, die Geräte jedoch im Inneren von Gebäuden geschützt sind. Gerätesatz und Antenne müssen zur Vermeidung größerer Verluste über wenige cm Hohlleiter unmittelbar verbunden sein. Das Ganze ist an einem möglichst hohen Träger an einem für 10 GHz optimalen Standort im Freien zu montieren und damit allen Varianten des Wetters ausgesetzt. Maßnahmen gegen thermische Einwirkungen und Wassereintritt sind zu treffen. Für das Außengehäuse des Repeaters wurde ein massives Alu-Spritzgußgehäuse (zwei Halbschalen mit spritzwasserdichter Verschraubung) gewählt, in dem auf einer Montageplatte alle zuvor beschriebenen Baugruppen montiert sind. Der Wärmehaushalt im Inneren des Gehäuses soll sich zumindest im der wärmeren Jahreszeit durch Abführung der Verlustwärme über äußere Kühlrippen regeln. Im Winter bei sehr kalten Temperaturen kann eine Zusatzheizung sinnvoll sein, daher ist eine Regelschaltung mit Heizer vorgesehen, um zunächst eine Innentemperatur von +2° bis +5°C zu halten. Näheres werden jedoch erst praktische Versuche in der Zukunft aufzeigen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Fernschaltung einer Zusatzheizung mittels Sysop-Funkbefehl vorzusehen. Die einzige elektrische Verbindung aus dem Gehäuse ist die Stromzuführung, DC 13,5 Volt. Um die Schlitzstrahler-Antenne vor Regen, Eis und Schnee zu schützen wird ihr ein Kunststoffrohr übergeschoben. Das Material wurde zuvor auf seine Eignung für 10 GHz geprüft (Dämpfung).

Funktionsbeschreibung für Nutzer

Ist der Repeater nicht aktiv (stand by-Modus), so sendet er auf der Arbeitsfrequenz 10368,400 MHz in regelmäßigen Abständen sein Rufzeichen in CW (Bake).

Durch den Empfang eines 1750 Hz-Tones in FM auf der Steuerfrequenz 10369,400 MHz wird der Repeater aktiv (aufgetastet). Er antwortet auf der Arbeitsfrequenz mit einem Begrüßungstext in SSB (LSB/USB).

Hier sollte der Nutzer seinen Transceiver auf optimale Verständlichkeit einstellen, was einem Abgleich auf die korrekte Eingabefrequenz gleichkommt! Es ist wichtig, dass Sender und Empfänger des Nutzers auf genau gleicher Frequenz arbeiten, also transceiv sind.

Am Schluss der Begrüßung folgt das Sendeaufforderungszeichen "K" in CW. Nun hat der Nutzer ca. 20 Sekunden Zeit, auf der Arbeitsfrequenz seinen Anruf in SSB oder CW zu tätigen. Dieser wird im Repeater gespeichert. Beendet der Anrufer seine Sendung, so erkennt der Repeater dies und geht nun seinerseits auf Sendung und sendet die soeben gemachte Aufzeichnung auf der Arbeitsfrequenz wieder aus. Diese Aussendung wird beendet durch ein "K" in CW. Nun kann ein Anrufer (bei CQ) oder die gerufene Station ihre Aussendung machen, es sind aber immer wieder die ca. 20 Sekunden Speicherzeit zu beachten, längere Aussendungen werden zwangsläufig abgeschnitten. Jetzt wiederholt sich das Ganze, der Repeater wird nun die empfangene Sendung der Partnerstation aussenden und mit "K" beenden. Nun ist wieder die erste Station zur Antwort aufgefordert u.s.w.

Sind mehrere Stationen im QSO, so ist es wichtig, den jeweils Folgenden zur Sendung aufzufordern, um das zeitgleiche Antworten (senden) zu verhindern.

Erkennt der Repeater während der auf ca. 2 Minuten eingestellten Abfallzeit kein Signal mehr, gibt er sein Rufzeichen in CW und schaltet in den Stand-by-Modus zurück. Es ist eine erneute Auftastung auf der Steuerfrequenz oder auf der Arbeitsfrequenz in FM erforderlich.

Das Arbeiten über einen Gleichkanal-Repeater ist sicher etwas gewöhnungsbedürftig, bietet aber Vorteile, die ein Relais nicht bieten kann. So kann man seine eigene Aussendung, deren Stärke und Qualität am Repeater kontrollieren (zurückhören) und eventuelle Frequenzdriften des eigenen Equipments erkennen und beseitigen. Gerade auf 10 GHz im Schmalbandbereich ist das Stationsangebot nicht gerade überwältigend, und das Rauschen im Empfänger dominiert. Hier hilft der Repeater dem experimentierenden SHF-Amateur bei seiner Stationsoptimierung. An einem exponierten Standort angebracht, dürfte der Repeater auch Stationen mit ungünstiger Ausgangslage DX oder Regenscatter ermöglichen, sofern eine Erreichbarkeit des Repeater-Standortes gewährleistet ist.

Projektstand und Ausblick

Entwicklung und Bau des Repeaters durch DL7APA sind abgeschlossen; es folgt eine Erprobungsphase unter Aufsicht z.B. an einem provisorischen Standort in Berlin. Danach wird das Genehmigungsverfahren durchgeführt und der Repeater an einem z.Z. noch nicht festgelegten Standort montiert und in Betrieb genommen.

Kontakt: Günther Majewski, DH7BZ, blndh7bz@t-online.de