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Benjamin IV

 

 

Inhalt

Beschluss

Während des OV-Abends am 28 September 2006 wurde über einen Neubau von DB0UC abgestimmt. Alle anwesenden Mitglieder entschieden sich für Nachwuchs. Er soll, entsprechend der Tradition, den Namen Benjamin IV tragen.

Blockschaltbild Der Entwurf eines Konzeptes durch die Relaisbaugruppe diente als Vorlage für die Beschlussfassung in dieser OV-Versammlung. Wir haben verschiedene Varianten gedanklich durchgespielt und Informationen eingeholt. Den Einsatz von kommerziellen Geräten, auch gängige Mobilgeräte, haben wir verworfen. Sie kosten viel Geld und entsprechen nicht dem Amateurfunkgedanken des Selbstbauens, soweit dies mit vertretbaren Mitteln möglich ist. Schließlich macht der Entwurf und Bau einer Relaisfunkstelle viel Freude und fördert den Zusammenhalt. Gerade die von OM Helpert DJ9HH selbst entwickelte und nachfolgend im einzelnen beschriebene Technik ist in jeder Hinsicht für unser Vorhaben geeignet sowie bereits in vielen Relaisstationen erfolgreich im Einsatz.

Der Grund für unsere Entscheidung war nicht, dass DB0UC / Benjamin III, insbesondere nach der erfolgreichen Transplantation durch den Einbau einer neuen Duplexerweiche, irgendwelche Probleme gezeigt hätte. Nein, im Gegenteil, Benjamin III zeigt sich nach dieser Operation seither zur Freude aller von seiner besten Seite. Nur sein Alter macht uns Sorge. Damit wir nicht plötzlich von schweren Komplikationen oder dem durchaus möglichen Exodus überrascht werden, haben wir uns für Nachwuchs entschieden, der dann nahtlos die Arbeit übernehmen kann. Von der Zeugung bis zur Geburt, und erst recht der notwendigen Reife, vergeht bekanntlich geraume Zeit. Es soll schließlich ein Prachtkerl werden und dafür wollen wir gute Arbeit leisten. So haben wir uns alle ins Zeug gelegt und dabei natürlich unseren alten Relaisvater Edi von Benjamin III mit eingebunden.

Die Relaisbaugruppe

Antenne

Antenne

Die Antenne CXL2-3C/I ist ein Produkt der Firma PROCOM. Nach der Beschreibung ist die Phasenlage der strahlenden Elemente für maximalen Gewinn in Horizontalrichtung ausgelegt, die Nebenkeulen sind auf ein Minimum reduziert. Auf eine hohe Bandbreite in Bezug auf SWR und Gewinn wurde besonderer Wert gelegt.
Um Atmosphärengeräusche wesentlich zu reduzieren, sind alle Metallteile der Antenne DC-geerdet. Deshalb weist die Antenne einen DC-Kurzschluss quer durch das Koaxkabel auf.
Die Antenne verfügt über einen "C" Mastbeschlag für hohe Belastungen, epoxid-beschichtetes, nichtrostendes Aluminium sowie U-Bügel und Befestigungsmuttern aus Edelstahl. Über ein ca 20m langes AIRCOMplus Kabel ist die Antenne an den Duplexer angeschlossen.

Datenblatt

 

Baustelle Antenne defekt,jetzt x5000

Empfänger

Der "Alberich 082" ist ein 2-m-Empfänger für FM. Mit fünf Eingangskreisen hoher Güte verfügt der RX über eine ausgezeichnete Vorselektion. Er hat einen 7-dBm-Schottky-Mixer, bis zu 8-polige Quarzfilter sind einsetzbar. Ein interner Überlagerer mit einem Quarz macht ihn zum Einkanalempfänger, eine weitere Buchse gestattet das Einspeisen eines Synthese-Signals, so dass auch das ganze Band empfangen werden kann. Bei Benjamin IV läuft dieser Empfänger mit dem internen Überlagerer auf 145.100 MHz.

 
Der Alberich082 mit geöffnetem Gehäusedeckel

Endstufen

PA 1

Die PA I (134) benötigt eine Ansteuerleistung von 10-15 Milliwatt und verstärkt die Ausgangsleistung des Synthesizer von ca. 20 mW auf ca. 7 W. Eine integrierte SWR-Überwachung regelt bei Fehlanpassung das Signal herunter.
 
Endstufe 1 7W
Die "kleine" Endstufe PA1 20mW =>7Watt

PA2

Mit der nachgeschalteten PA2 HL-37Vsx von Tokyo High-Power wird bei einem Input von 160 mW bereits eine Ausgangsleistung von 3,5 Watt erreicht, bei 2,2 Watt Input sind es 31,5 Watt Output. Die Relais für die TX/RX Umschaltung wurden stillgelegt und kurzgeschlossen. Die Endstufe wird durch einen Mosfet in der Stromversogung aktiviert. Bei Ausfall der PA1 ist so noch durchaus ausreichender Sendebetrieb möglich.

Beide Endstufen sind mit aufgesetzten temperaturgesteuerten Lüftern versehen.
Schaltplan
Manual


Duplexerweiche

Den Duplexfilter DPRE5-6VL haben wir von der Link SymbolFirma IK-Telecom aus Finnland bezogen.

Ein Duplexfilter ermöglicht einen gleichzeitigen Betrieb von Sender und Empfänger an einer Antenne. Man benötigt pro Zweig je drei Resonanzfilter. Indem man die Eigenschaften eines Viertelwellenübertragers nutzt, kann man beide Zweige (Empfangs- und Sendezweig) in einem Punkt zusammen führen. Für eine Relaisfunktstelle ist das Duplexfilter ein wichtiges Bauteil.

NF-Aufbereitung

nach Matthias Fehr, DL4MF, FM-Relais optimiert, Artikelserie CQ-DL



CQDL-Beschreibung
CQDL-Beschreibung (35MByte hohe Auflösung )
Schaltbilder

Die Kernbaugruppen des Uni-Clipper sind ein Clipper, eine Rauschsperre, ein Tonrufauswerter sowie ein Frequenzablageindikator.
Aufgabe des Clippers ist, den mittleren NF-Pegel anzuheben und den maximalen Hub des Relais Senders zu begrenzen. Über eine NF-Mischstufe kann der Kennungsgeber oder Roger-Beep der Relaisfunkstelle rückwirkungsarm in den Modulationstrakt eingespeist werden. Die Rauschsperre hilft bei verringertem Kanalraster, bei dem zumeist vorhandene Rauschsperren Probleme bereiten. Der Tonrufauswerter reagiert auf ein 1750Hz Signal ( +-50Hz je nach Pegel)  und generiert ein Logik-Signal für die Relaissteuerung.  Wird ein Rufton erkannt, so wird die Empfänger-NF  abgesenkt, oder nach entfernen von R57 unterdrückt. Um den Störungen aus dem Nachbarkanal besondere Aufmerksamkeit zu widmen, wurde in die Clipperbaugruppe ein Frequenzablageindikator aufgenommen. Damit soll verhindert werden, dass Stationen außerhalb einer wählbaren Frequenzablage die Rauschsperre öffnen.

RX-Vorstufe

Beschreibung 1
Beschreibung 2
Schaltbild
Abgleich
 
 


Die Original-Eingangsstufe des "Alberich 082" ist für "Heimgebrauch" als gut zu bezeichnen. Für eine Relaisstelle muß man bedenken, dass an  einem exponierten Standort sehr viele und sehr starke Fremdsignale an der Antenne anstehen. Aus diesem Grund wurde für den Relaisempfänger
ein externer Vorverstärker entwickelt. Die 4 Topfkreise dürften dafür sorgen, dass starke fremde Signale das Empfangsteil nicht überfordern.  Im Schaltbild ist versehentlich der ACs  als Transistor angegeben, korrekt ist der R2s eingebaut !

Steuerung

Das Kommando an Bord übernimmt ein AVR-Mikrokontroller von Atmel. Wir haben uns für ein Modul mit dem ATMega2560 von Robotikhardware.de entschieden. Er dürfte derzeit ohne Frage einer der leistungsfähigsten AVR-Controller überhaupt sein. Entscheidungsgrundlage war jedoch der 256 kByte große Flash-Speicher und der bereits gelötete, so leichter handhabbare Chip mit seinen 100 Beinchen . Die Platine ist mit Stiftleisten versehen, so dass sie problemslos auf eine Europakarte aufgesetzt werden kann.

Modulbeschreibung



Die wichtigsten Daten:
  • 256.000 Bytes Flash Speicher
  • 8000 Byte RAM
  • 4000 Bytes EEPROM
  • RAM erweiterbar auf 64K
  • zwei 8 Bit Timer
  • vier 16 Bit Timer
  • vier 8 Bit PWM Kanäle
  • zwölf PWM Kanäle (programmierbar 2 bis 16 Bit)
  • 16 analoge Eingänge (Spannungsmessung)
  • 86 programmierbare I/O Leitungen
  • vier TTL UARTS (RX/TX) – 2 frei, einer für USB, einer für RS232)
  • RS232 Anschluss (PC-Pegel)
  • I2C-Bus über Stiftleiste herausgeführt
  • SPI-Bus über Stiftleiste herausgeführt
  • 16 Mhz Quarz auf dem Board integriert
  • Uhrenquarz ebenfalls auf dem Board integriert (für Echtzeituhr)
  • Programmierbar in Basic, C , Assembler, Pascal

Sprachausgabe

Platine Sprachausgabe

Anleitung

Benjamin IV soll auch sprechen können. Da wohl auch in Zukunft immer weniger Funkamateure die Telegraphie beherschen, werden wichtige Meldungen als Sprache ausgegeben , z.B.

  • Relais Kennung
  • Sprechzeitüberschreitung
  • zuviel Hub
  • Echolink Meldungen
Das Board wird über den I2C Bus angesteuert.
Wird nicht verwendet.

Temperatursensor LM75

 

Datenblatt

Dieser Chip von National Semiconductors kann die Umgebungstemperatur mit einer Auflösung von 0.5o Grad Celsius messen und wird über einen I2C Bus angesprochen.

Der Messbereich:

  • −25oC bis 100oC bei ±2oC(max)Genauigkeit.
  • −55oC bis 125oC bei ±3oC(max)Genauigkeit.

Der LM75 bietet:

  • Einen Schaltausgang (invertierbar) - z.B. für Ventilator, Heizung etc.
  • Programmierbarer oberer und unterer Schaltpunkt.
  • Schaltausgang alternativ auch als Interrupt verwendbar.
  • Über von außen einstellbare I2C-Adresse. Bit 0 = R/W, Bit 1-3 einstellbar, Bit 4-7 fixe Adresse 0x9n
  • Maximal 8 Stück LM75 an einem I2C Bus.

Durch I2C-Lesebefehle kann man die Temperatur (2x8Bit) auslesen.

Das erste Byte ist der Temperaturvorkommawert in ganzen Grad, als normales signed char. Das Bit 7 vom zweiten Byte bestimmt den Nachkommawert. Wenn Bit 7 gleich 1 so ist der Nachkommawert + 0.5oC. Auch dann + 0.5 oC wenn Vorkommawert negativ. Wenn Bit 7 gleich 0 so ist der Nachkommawert = 0. Bit 0-6 vom zweiten Byte sind ohne Bedeutung.

Dieser Baustein wird an unserer neuen Relaisfunkstelle verwendet, um die Temperaturen von PA1 und PA2 sowie die Schranktemperatur zu messen. Dazu wurde ein kleines Platinchen entworfen, auf dem der LM75 Platz findet. Die Platine kann man mit zwei Schrauben auf den Endstufenkühlkörpern befestigen, etwas Wärmeleitpaste gibt sicheren thermischen Kontakt.

Der LM 75 hat drei Pins A0-A1 zur Einstellung seiner Adresse am I2C-Bus (GND = 0 +Ub= 1). Man bestückt also entweder einen Widerstand gegen GND oder einen gegen +Ub. Die anderen Bits wurden vom Hersteller fest vorgegeben. Man kann maximal 8 LM75 an einem I2C BUS betreiben.

Für weitere Details empfehle ich diese Seite.


Schaltplan


Layout Unterseite



CAD 3D Simulation



Fertige Platine

Stromversorgung

C5-Schaltnetzteil, 13,8 V, 7A

Zur Stromversorgung haben wir uns für ein modernes Schaltnetzteil entschieden. Es arbeitet zusammen mit einer 24Ah BleiGel-Batterie  im Bereitschafts-Parallelbetrieb bei 13,8 Volt / 7,5 Ampere. Der Verbraucher, also die Relaistechnik, hängt über einen Tiefentladeschutz an der BleiGel Batterie. Details können Sie im Blockschaltbild erkennen.

Synthesizer

Bei dem Synthesizer handelt es sich um einen hochwertigen, rauscharmen Kanalrasteroszillator mit Modulationseingang und zwei HF-Ausgängen. An den beiden SMC-Buchsen bietet er, abhängig vom PTT-Eingang, das TX-Signal auf der Endfrequenz oder ein Überlagerungssignal für den Empfänger, gedacht für normale Transceiver. Bei Benjamin IV ist am Synthesizer die PTT fest verdrahtet, so dass am Ausgang immer 145.700 MHz anstehen. Der Pegel beträgt 35mW.

 
Synthesizer von Oben

Beschreibung
Bauanleitung

TX-Filter

TX-FilterDas Filter ist zwischen die PA 2 und den Duplexer als Bandpass zur Vorselektion für ein sauberes Ausgangssignal eingefügt.

Wattmeter


Das Wattmeter ist eine SWR- und Leistungsmessbrücke in einem 19 Zoll Einschub. Die SWR- und PWR- Analogsignale werden einem Atmel Controller AT-Mega 8 auf seinen AD-Eingängen zugeführt. Zur Kommunikation wurde auf der Frontseite eine Ethernetbuchse montiert. Diese Ethernetbuchsen dienen am Benjamin IV als Universal I²C-Schnittstelle und verbindet die einzelnen Einschübe über dieses Bus-System. Der Atmel Controller wird über das 8polige Ethernetkabel auch mit Spannung (+5V) versorgt.
Die Hauptsteuerung kann bei Bedarf über den I²C-Bus von diesem Einschub die Sendeleistung und das SWR abfragen.


 
 
 

Spenden

Wenn Sie gerne für DB0UC spenden möchten, so nehmen Sie bitte mit unserem Kassenwart DG5NBC Verbindung auf. 

DG5NBC
Reiner Posselt
Am Littenacker 11
96482 Ahorn

Telefon 09561-10550

Wir danken allen Spendern für bereits erhaltene und noch zugedachte Spenden.

Wir bedanken uns bei:

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Aktualisierung 24.10.2014 von DB8NL
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