von Ludger Konersmann
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Paderborn, 12.04.2016

Geschichtlicher Ablauf
Die 70cm-FM-Relaisfunkstelle DB Ø UG wurde in ihrer ersten Ausbaustufe im Jahre 1978 in Betrieb genom­men: Die Lizenzurkunde datiert auf den 19. Juli 1978. Als Sendefrequenz des Relais wurde von Anfang an 439,025 MHz, als Empfangsfrequenz 431,425 MHz verwendet (Kanal R85 bzw. RU722).Gebaut wurde das Relais seinerzeit von Ludger, DK 9 QF (Gesamtkonzept, HF, NF, Stromversor­gung, An­tenne, Duple­xer) und Willi, DF 7 QA (Steuerung).

Nach einem kurzen Probebetrieb vom Dach der Paderborner Universität (wo heute DB Ø PBS steht) und vom Dach eines Bau­ernhofes bei Haaren (heute Bad Wünnenberg-Haaren) wurde DB Ø UG im Betriebsgebäude und am Mast des Pader­borner Stromversorgers PESAG (heute E.ON Westfalen-Weser) auf der Preußischen Velmerstot, ca. 18,5 km nordöstlich des Paderborner Doms (Innenstadt), montiert.
Die Preußische Velmerstot ist mit 468 m ü. NN die höchste Erhebung von Eggegebirge und Teu­to­burger Wald und liegt im Naturschutzgebietes Egge-Nord.
In der ersten Ausbaustufe bestand das Relais aus einem Storno-Funkgerät vom Typ CQF 663. Die Ablaufsteuerung wurde in TTL-Logik aufgebaut, der Duplexer war Original Storno, die Sendeleistung hinter dem Duplexer betrug ca. 3 Watt. Die 0 dB-Rundstrahlantenne wurde über 60 m RG213-Kabel (Dämpfung knapp 10 dB) ange­schlossen. Antenneneingangsleistung: ~ 0,3 Watt!

Alles noch recht provisorisch, aber: WIR WAREN IN DER LUFT!!!

Im Laufe der Jahre wurde die Relaisfunkstelle stufenweise aus- und umgebaut. Als das erste Relais im November 1999 außer Dienst genommen wurde, war vom Storno-Original nicht mehr viel vorhan­den. Hierauf folgte dann Relais Nr. 2, Typ RP80U des japanischen Herstellers SRC (Standard Radio Corp.). 

Anfang 2013 wurde ein neuer Antennenmast errichtet.
In den Jahren 2015/2016 wurde das System um ein digitales DMR-Relais erweitert.

Relaisfunkstelle Nr. 1: Storno CQF663(1978 bis 1999)
Besonderheiten des Storno CQF663:
Interne Betriebsspannung -24 Volt, +-Pol an Masse! Das machte die Schnittstellen zu externen Komponenten, wie z.B. der Steuerung etwas kompliziert. Sende- und Empfangsfrequenzen wurden mittels separater Quarze erzeugt. Beide Quarze wa­ren als TCXO realisiert und wurden bei 80° C betrieben. Das Sendesignal wurde auf VHF er­zeugt und mittels eines Leistungs-Dioden-Varaktors verdreifacht. Nach dem Durchlauf eines mehrstufigen Helical-Filters stand eine Sendeleistung von ein paar Watt auf UHF zur Verfü­gung. Die erste externe PA war eine 20 Watt PA, die jedoch besonders in den heißen Sommermona­ten bei Dauerbetrieb thermische Probleme zeigte.
Diese PA wurde daher recht früh außer Betrieb genommen und durch eine Eigenbau-PA von Ludger, DK9QF ersetzt. Hierbei kam ein extrem großen Kühlkörper und ein leistungsstarker 40 Watt Sendetransistor (Motorola MRF 646) zum Einsatz, der jedoch ‘auf Sparflamme’ betrieben wurde. Als Stromversorgung für die PA wurde ein primär getaktetes Schaltnetzteil aus einem Nixdorf-Mo­nitor (DAP-4) eingesetzt; leicht modifiziert. Diese Endstufe lief über 10 Jahre ohne ir­gendwelche Probleme.

Einen Tiefschlag für alle Relaisnutzer gab es jedoch 1995: Bei einem Einbruch in das Betriebs­gebäude wurden die Endstufe incl. der Stromversorgung sowie einige Zubehörteile ge­stohlen. Daraufhin baute DK9QF beides alles neu auf; allerdings ohne viel Erfolg, denn bereits kurze Zeit nach der Inbetriebnahme wurde ein zweites Mal eingebrochen und die PA wieder ge­stoh­len. Offensichtlich hatte der Dieb einen Nachschlüssel für die Türen. Beide Einbrüche wurden nie aufgeklärt, die Gerätschaften sind bislang nirgendwo aufgetaucht.
Nach Austausch der Schließzylinder der Türen wurde eine kommerzielle Endstufe der Fa. SSB-Elektronik vom Typ TLA 432-50 eingesetzt. Diese wurde jedoch nur sehr gering ausge­steuert. Vorsorglich wurde zusätzlich ein temperaturgeregelter Lüfter auf den Kühlkörper mon­tiert, der aber nur bei ganz extremen Bedingungen anlief (Dauerbetrieb > 3 h bei hochsommerlichen Au­ßentem­peraturen).
Vom ursprünglichen Storno-Empfänger war zum Schluss nicht mehr viel übrig geblieben. Das ankommende Signal wurde mittels eines GaAs-FET-Vorverstärkers (Eigenbau DK9QF) rausch­arm vorverstärkt. Nach einem 6 dB Dämpfungsglied (aus Stabilitätsgründen) und der erforderli­chen selektiven Filterung folgt ein zweiter rauscharmer Transistor vor dem Mischer selbst.
Als Relaisantenne verwendeten wir zunächst für kurze Zeit einen Rundstrahler C8/70 des engli­schen Herstellers Jay-Beam. Dieser war aber sowohl elektrisch als auch mechanisch völ­lig un­geeignet als Relaisantenne (fraglicher Gewinn, Vereisungsprobleme im Winter, Knistern auf der Relaiseingabe wenn der TX in Betrieb ist).
Am 22.10.1982 folgte dann Antenne Nr. 2: 8 gestockte, vertikal polarisierte Schleifendipole pa­rallel zum Mast. Dies war eine Ei­gen-Kon­struktion und -bau von DK 9 QF. Der vertikale Stockungsabstand der einzelnen Dipole betrug 58cm; der Abstand von Mast 50cm. Elektrisch (Gewinn, Rundstrahlung) war die An­tenne top, auch die Winter-Ei­genschaften waren sehr gut; allerdings waren die Metall- und Kunststoffteile nach 3 Jahren hinüber (Korrosion, UV-Strah­lung).
1985, nach der Teilerneuerung des alten Mastes, war die Mastspitze frei geworden und es wurde Antenne Nr. 3 angeschafft: Ein kollinearer Rundstrahler von Kathrein (K 75 12 2 21). Diese Antenne ist noch heute zur vollen Zufriedenheit im Einsatz. Duplexer war am Anfang der CQF 663 Storno Duplexer, dann lange Zeit ein AMSAT Duplexer (Eigenbau) und von 11/1992 bis 1999 ein Procom DPF 70/6-150 Duplexer.
Teile dieser Relaisfunkstelle laufen noch heute bei DB Ø PBS, dem Paderborner Stadtrelais auf der Universität!

Relaisfunkstelle Nr. 2: RP80U von Standard (ab 1999)
Das Relais Nr. 2, Typ RP80U von SRC (Standard Radio Corp.), wurde im Herbst 1999 angeschafft und für unsere Zwecke von Ulli, DK 3 TT, erwei­tert. Obwohl dies eigentlich ein „fix-und-fertig-Relais“ ist, musste doch noch sehr viel ergänzt und an­gepasst werden.
Unsere gesamte Technik befindet sich in einem verschlossenen Schrank mit den Abmessungen Breite 62 cm, Höhe180 cm, Tiefe 37 cm. Nur die Antenne für den DCF77-Empfänger wurde oberhalb des Schrankes montiert.
Der Schrank steht im E.ON-Betriebsgebäude (Hütte); einem massiven Gebäude mit den Abmessun­gen 5,00 m x 3,40 m, das aber mit Holz verkleidet ist und ein unauffälliges Satteldach hat, damit es besser in die Landschaft passt (Natur­schutzgebiet). Die Hütte ist frostfrei. Von hier gehen drei Koax­kabel 7/8“ Cellflex zur Spitze des Git­termastes (Länge je 52 Meter).
In dieser Hütte sind auch Funkeinrichtungen der Feuerwehren Höxter und Lippe (DAUs) und von E.ON selbst.
Anfang 2013 wurde ein neuer 30 m Mast gebaut. Der alte 16 m-Mast, auf dem sich unsere Antenne seit 1979 befand, stammte noch aus den 1960er Jah­ren und wurde in 1985 teilweise er­neuert. Er war aber, incl. Fundament, nun in einem derart desolaten Zu­stand, dass ein neuer Mast her musste. Er wurde im Mai 2013 für den Abriss freigegeben
Hütte und Mast stehen 280 m süd-süd-westlich vom weit sichtbaren ‚Eggeturm‘, einem hölzernen Aussichts­turm. Unser Mast steht 22 m östlich von der Hütte.
QTH-Locator JO41LT49kk. Geländehöhe am Mastfuß 456,9 m über NN.

Der Antennenmast:
Der Mast besteht aus einem 25 m hohen 4-Kant Stahlgittermast, Kantenlänge 1,65 m, auf des­sen Spitze sich noch ein 5 m langer Rundmast, Ø 22 cm, befindet. Gesamthöhe also 30 m.

Die Einspeisepunkte unserer beiden vertikal polarisierten Rundstrahl-Antennen befinden sich in 25,5 m Höhe am oberen Ende des Gittermastes. Die Antennen verlaufen also parallel zum Rundmast. Höhe Antennenspitze der Hauptantenne: 487 m ü. NN bzw. 29 m über Grund.
Seit dem 2. Mai 2013 ist DB Ø UG von diesem neuen Mast QRV. 

Der Sender:
Im Juli 2003 (Außentemperaturen bis 35 °) fiel der interne HF-Leistungsverstärker des RP80U wegen Überhitzung (trotz Lüfter) aus. Da sich dieses auch nach einer Reparatur jederzeit wie­derho­len könnte (konzeptioneller Fehler des RP80U; nicht für Dauerbetrieb geeignet), wurde be­schlos­sen, eine externe Endstufe (PA) einzusetzen. Die im RP80U eingebaute (defekte) PA wurde außer Betrieb genommen, das Gerät liefert nun nur noch 1,5 Watt und steuert damit die ex­terne PA an.

Die Endstufe:
Es kommt seit Dezember 2003 eine Endstufe von BEKO-Elektronik, Typ HLV-75/1 zum Ein­satz, die al­lerdings nur sehr gering ausgesteuert wird. Zur Kühlung der PA werden dennoch vorsorg­lich zwei kleine temperaturgeregelte Lüfter eingesetzt. Am HF-Ausgang der PA befindet sich ein externer Zirkulator (Rückflussdämpfung 27,5 dB). Er dient dem Schutz der Endstufe, falls Energie aus Richtung Antenne zurückfließt (Fehlfunktion, Blitzeinschlag).

Der Empfänger, der RX-Vorverstärker:
Die Empfindlichkeit des Original-Empfängers im RP80U wird durch einen externen Low-Noise Vorverstärker von SSB-Elektro­nik (LNA 435) deutlich verbessert. Dieser Vorverstärker befindet sich (gemeinsam mit dem Duplexer) am Mast in 25 m Höhe. Bis zur Antenne liegt nur noch ein Jumper-Kabel (5m ½“ Cellflex). So kann die Kabeldämpfung von über 50 m bis zum eigentli­chen RX auf der Empfangsseite vernachlässigt werden. Die 12V-DC-Speisung des LNA 435 erfolgt über das RX-Koaxialkabel aus der Hütte heraus.

Die Antennen:
Es sind zwei kollineare Rundstrahl-Antennen im Einsatz: Neben der Hauptantenne für die ei­gentliche Kommunikation haben wir eine weitere, einfachere Nebenantenne für die Telemetrie und als Re­serve für zukünftigen Ausbau montiert. Die Speisepunkte von beiden An­tennen be­finden sich in 25,5 m Höhe über Grund an der Spitze des Gittermastes.

Unsere Hauptantenne ist aber nicht solitär an der Mastspitze, wie das beim alten Mast der Fall war. Das ist gut für den Blitzschutz; aber schlecht für die Rundstrahlung. Die Haupantenne be­findet sich auf 225 Grad (Süd-West, Richtung Paderborn); bezogen auf den Rundmast. Wir haben daher eine leichte Abschattung in Richtung Nord-Ost (42° bis 48°; Richtung Hanno­ver). Da der ab­schat­tende Rundmast (21 cm Ø) aber über 2 m von unserer Antenne entfernt ist, dürfte die Abschat­tung eher geringe Aus­wirkungen haben.
Die Hauptantenne war seit 1985 auf der Mastspitze des alten Mastes in 16 m Höhe über Grund montiert und wurde auf den neuen Mast übernommen. Es handelt sich dabei um einen  Kath­rein-Rundstrahler (K 75 12 2 21), Länge 4,20 m. Hierbei ist die eigentliche An­tenne witterungs­fest in einem konisch zulaufenden Glasfaserrohr (Mast vom Surfbrett) unterge­bracht. Diese Antenne hat schon mehrere Blitzeinschläge ohne Schaden überstanden. Bei ei­nem Volltreffer in 1988 hat es jedoch das Glasfaserrohr zerfetzt: Die Spitze sah aus wie eine halb geschälte Ba­nane.
Im Rahmen des Mast-Neubaus 2013 wurde die alte Antenne von 1985 demontiert, auseinander ge­nom­men und ei­ner einge­henden Untersuchung unterzogen. Trotz mehrerer Blitzeinschläge hat sich gezeigt, dass die Antenne sowohl elektrisch als auch mechanisch noch in einem TOP-Zu­stand ist.

Die Nebenantenne wurde Ende 2012 angeschafft. Es handelt sich um einen 5 dBD Rund­strahler von PROCOM (CXL 70-5C/l). Sie ist auf 315 Grad (Nord-West) montiert; bezo­gen auf den Rundmast. Sie dient als Reserveantenne. Im Normalfall läuft über sie die Fern­steuerung der Relaisfunkstelle. Zukünftig könnte diese Antenne auch für Diversity-Empfang genutzt werden.

Der Duplexer:
Mit Relais Nr. 2 wurde 1999 auch ein neuer Duplexer angeschafft: Ein Reject-Duplexer von Kathrein, Typ 719785. Dieser war bis Mai 2013 zur vollen Zufriedenheit in Betrieb. Er wurde dann jedoch gegen einen Bandpass-Duplexer von Huber & Suhner ausgewechselt, um gegenseitige Beeinflussungen mit anderen Funkdiensten zu minimieren. Dieser Duplexertyp lässt nur ein Frequenz-Spektrum mit sehr geringer Bandbreite (einige MHz) zum RX bzw. TX durch; der Rest wird unterdrückt. 

Der Duplexer für die Hauptantenne befindet sich, gemeinsam mit dem RX-Vorverstärker, in un­mittelbarer Nähe vom Speisepunkt der Antenne in 25,5 m Höhe in einem wettergeschützten Ge­häuse. Prinzip: TMA-D (Tower Mounted Amplifier – Duplex). Von hier geht ein 5 m-Kabel ½“ Cellflex bis zur Hauptantenne.

Die Antennenkabel:
Mit dem neuen Mast wurde Anfang 2013 auch die HF-Verkabelung erneuert. Es laufen nun drei 7/8“-Cellflex-Kabel (Ø 28 mm) von der Hütte bis zum Speisepunkt der Antennen in 25,5 m Höhe auf dem Mast. Länge je Kabel 52 m. Vom Betriebsgebäude bis zum Mast­fuß werden die Kabel unterirdisch geführt. Zwei Kabel sind für die Hauptantenne (RX und TX getrennt; via Duplexer) bestimmt; das dritte Kabel geht di­rekt zur Nebenantenne.

Die neuen Koaxial-Kabel (52 m 7/8“ Cellflex + 5 m Cellflex = 1,5 dB) sind in Summe et­was dämpfungsarmer als die alten (42 m 5/8“ Flexwell + 15 m ½“ Cellflex =  2,5 dB).

Die Stromversorgung:
Relais und Endstufe werden mittels eines 12 V / 40 A - Schaltnetzteils betrieben (SPS-8400). Eine 60 V-Notstromversorgung ist in der Hütte zwar vorhanden, wird aber nicht genutzt, da die Stromversorgung sehr zuverlässig ist. Es hat bislang nur wenige Male einen kurzen Stromaus­fall gegeben.

Die Steuerung:
Die heutige Ablaufsteuerung und Fernsteuerung (Hardware u. Software) wurde von Ulli, DK3TT, ent­wi­ckelt und wird heute bereits in mehreren Relaisfunkstellen mit großem Erfolg eingesetzt.

Herzstück der Hardware ist eine 8-Bit-CPU SAB 80C535.

Die Steuerung ist charakterisiert durch die nachfolgenden Eigenschaften:

  • Auftasten mit 1750-Hz-Ruftonburst oder mit CTCSS-Unterton (bei DB Ø UG: 67 Hz)
  • Sprachmodul mit max. 16 Sekunden Speicherzeit
  • Beim Auftasten meldet sich das Relais mit Gong, Sprachkennung oder Morsekennung.
    (Bei DB Ø UG: Gong und Sprachkennung nach 1750 Hz Burst; Morsekennung bei CTCSS)
  • Einfacher oder doppelter Rogerbeep mit unterschiedlicher Zeitlänge und Tonhöhe
  • Nach der Stand-By-Zeit kommt in Morsekennung "SK". Nun ist der Repeater ganz zu
  • Abschaltbarkeit der Stand-By Zeit, da bei Überreichweiten Störsignale das Relais unnötig auf­halten
  • Alle 10 Minuten Relaiskennung mit Sprachansage oder Morsekennung nach Schließen der Rauschsperre
  • Sprechzeitbegrenzung für einen Durchgang
  • DTMF-Fernsteuerung des Repeaters mit ca. 30 Befehlen.
  • Per DTMF steuerbarer Digitalausgang für Erweiterungszwecke
  • Aussendung einer Bake zur vollen Stunde. Dieses wird per DCF77 synchronisiert
  • Steuersoftware ist in einem EPROM gespeichert ð kein Datenverlust bei Programmab­sturz
  • Steuersoftware verfügt über eine Software-Watchdog
  • Status LEDs: PTT, Relais ‘Stand-By’, Relais ‘Zu’, DTMF, CTCSS, Rufton, SQL, DCF77

Hauptprobleme aus technischer Sicht
Ein derartig exponierter Standort stellt an eine Amateurfunkstation ganz andere Anforderungen, als beispielsweise an eine Funkstation, die in einer Stadt betrieben wird.

Ein Hauptproblem sind die Blitzeinschläge. Eine Antenne, montiert auf einem hohen Mast der auf der höchsten Erhebung im Umkreis von über 25 km steht, zieht die Blitze nur so an. Eine hervorra­gende Erdung aller Teile ist daher unumgänglich. Neben Antenne, Mast und Kabel müssen auch der Du­plexer und die Funkanlage selbst extrem gut geerdet werden. Als Antenne kann nur eine solche verwendet wer­den, bei der alle Metallteile gleichstrommäßig auf Erde liegen; dies gilt auch für den Duplexer.
Ein weiteres Problem ist die Umwelt: Die UV-Strahlung macht den Kunststoffteilen zu schaffen; ähnliches gilt für starken und andau­ernden Dauerfrost. Aggressive Industrieabgase aus dem Ruhrgebiet, die bei den meist vorhandenen Westwinden über dem Gebirgskamm des Eggegebirges eine weitaus höhere Kon­zentration haben als im Ruhrgebiet selbst, zerfressen alle Metallteile, die nicht aus Edelstahl sind.
Störungen (Brummen) auf der Relaiseingabefrequenz durch medizinische Diathermiegeräte, die den ihnen zugewiesenen Frequenzbereich im ISM-Band verlassen hatten (alte Geräte mit einfachen Koa­xialresonatoren zur Frequenzbestimmung in Verbindung mit schlechter Wartung) gehörten bis ca. 2005 zu den werktäglichen Begleitern. Mittels Peilaktionen konnten die schlimmsten ermit­telt und mit Hilfe der Bundespost / BAPT / Bundesnetzagentur abgestellt werden. Dieses Problem ist jedoch deut­lich zu­rückgegan­gen; wahrscheinlich sind die alten Geräte im Schrott und die neueren Geräte fre­quenz­stabiler.
Ein weiteres Problem tritt häufig im Herbst auf, wenn es Überreichweiten gibt (Inversionswetterlage). Ein kommerzieller Däni­scher Funkdienst hat seine Relaisausgabe auf unserer Relaiseingabe (431,425 MHz; in Dänemark wird der Frequenzbereich 430 MHz bis 432 MHz leider kommerziell genutzt). Dann kann man dänisch lernen!

Erweiterung des FM-Relais um ein DMR-Relais
Im Jahr 2015 reifte die Idee, am Velmerstot auch ein DMR-Relais zu betreiben. Die dafür erforderliche Lizenz-Erweiterung gab es recht schnell durch die BNetzA (Bundesnetzagentur): Im März 2015 traf die geänderte Urkunde ein.

Bevor es in die Luft ging, waren jedoch einige technische Probleme zu lösen:

Die Randbedingung: Beide Relais müssen über denselben Duplexer und dieselbe Antenne betrieben werden. Das bedeutete, dass die Frequenzen nicht weit auseinander liegen dürfen und dass der Duplex-Abstand bei DMR ebenfalls 7,6 MHz beträgt. Daher hat die BNetzA uns die Frequenz 438,8375 MHz zugeteilt, die erst in 190 km Entfernung wieder belegt ist.

Auf der RX-Seite ist alles recht einfach: Der Vorverstärker an der Mastspitze macht genug Verstärkung, die 7/8“-Kabel kaum Dämpfung, so dass ein passiver 3dB-Teiler das Signal aufteilt. Auf der TX-Seite ist das jedoch recht aufwändig: Bedingt durch den geringen Abstand der beiden TX-Frequenzen kommen selektive Filter hier nicht in Frage sondern nur ein Hybrid-Ringkoppler. Dem vorgeschaltet ist je ein Zirkulator und je ein Tiefpass.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass 50% der mühsam erzeugten HF in einem Dummy-Load verheizt wird.

Ein weiteres Problem war die Anbindung des DMR-Systems. Da wir im Naturschutzgebiet sind, will der Förster keine weiteren sichtbaren Antennen! Damit schied ein Anschluss an das HAMNET aus. Es wurde daher eine Anbindung per UMTS gewählt; das geht mit einen 15dBi-Indoor Antenne sehr stabil.

Um den gesetzlichen Vorgaben zu genügen, kann das DMR-System mittels eines GSM-Schalters per SMS fernabgeschaltet werden.