REPEATERS
Het grote voordeel van "repeaters" oftewel relaisstations is dat ze
kommunikatie over een groot gebied mogelijk maken voor elke amateur,
ook al bevindt zijn station zich op nog zo'n slechte lokatie en al heeft hij
slechts weinig zendvermogen ter beschikking.
Hoe gunstiger (hoger) de opstelling van een repeater, des te groter is
uiteraard het gebied dat hij bestrijkt.
Door hun gevoelige ontvangers en geoptimaliseerde FM-demodulatoren zijn
sommige repeaters tot op 20 km afstand bereikbaar met een vermogen van slechts
50 mW. Zelf hebben de repeaters aan een output van enkele watts voldoende om
een groot gebied te voorzien van ruisvrije beelden.
Er zijn in ons land op het ogenblik verschillende relais-stations aktief en
er komen er steeds meer bij.
Meestal zijn ze 24 uur per dag in de lucht en zenden ze een testbeeld uit als
ze niet als repeater in aktie zijn.
Die testbeelden vormen een nuttig bakensignaal voor amateurs die hun antenne
willen richten of hun ontvanger willen afregelen.
Behalve de gebruikelijke kleurbalken bevatten de testbeelden vaak ook nieuws
uit de amateurwereld en technische informatie.
Met regelmatige tussenpozen identificeren de relais-stations zichzelf in
morse-kode via het audiokanaal.
Repeaters worden simpelweg geaktiveerd door de aanwezigheid van een
videosignaal op hun ingang; ze gaan dan automatisch over tot het relayeren
van het ontvangen signaal.
Doorgaans is er geen aparte starttoon nodig, zoals bij voice-repeaters.
ONTWERP-PERIKELEN
Zoals gezegd, maakt de beschikbaarheid van satelliet-ontvangers een eerste
kennismaking met het fenomeen "amateur-TV" tegenwoordig heel gemakkelijk.
Na een tijdje de uitzendingen bekeken te hebben, ontstaat meestal vanzelf de
wens om zelf te gaan zenden.
Het probleem dat dan meteen de kop opsteekt, is hoe men aan een goede zender
komt, want zelfbouw op 1,3 GHz pleegt nogal eens problematisch te zijn.
Bij dergelijk hoge frekwenties vormt de nabouwtolerantie van een schakeling
verreweg het grootste obstakel.
In feite dien je er voor te zorgen dat elk exemplaar van het ontwerp op
exakt dezelfde manier wordt opgebouwd; dus inklusief alle mogelijke variabele
faktoren, zoals de lengte van de aansluitdraden van alle komponenten,
de hoogte waarop zij boven de print worden gemonteerd, etc.
Kleine verschillen kunnen hier reusachtige konsekwenties hebben.
Daarnaast zijn er natuurlijk de gebruikelijke aspekten; zonder adekwate
frekwentiestabiliteit en vermogensoutput kan men bijvoorbeeld niet rekenen
op ruisvrije beeld-overdracht.
Het eerste probleem, dat van de nabouwtoleranties, hebben we bij dit ontwerp
opgelost door de toepassing van SMD-techniek.
Variaties in aansluitdraad-lengte zijn hierdoor zo goed als uitgesloten en
alle komponenten bevinden zich op een nauw gedefinieerde afstand tot de print.
Met deze techniek slaan we bovendien twee vliegen in een klap, want behalve
een hoge nabouwzekerheid levert de toepassing van SMD's ook een zeer kompakte
print op die zich bij uitstek leent voor de konstruktie van een draagbare
zender!
Wat het ontwerp betreft, daarbij stoten we het eerst op de toe te passen
oscillator.
Het is duidelijk dat een vrijlopende oscillator op 1,3 MHz de nodige
frekwentiedrift zal vertonen, maar een serieus probleem hoeft dat met een
bandbreedte van 15 MHz niet te vormen.
Aangezien onze zender echter nogal wat warmte ontwikkelt en daarnaast in een
betrekkelijk klein kastje gehuisvest is, kan de oplopende temperatuur toch
voor een ontoelaatbaar frekwentieverloop zorgen.
Daarom wordt hier de oscillatorfrekwentie gekontroleerd met behulp van een
eenvoudige phase locked loop (PLL).
Als men het niet erg vindt om de zendfrekwentie van tijd tot tijd met de hand
bij te regelen, dan kan men eventueel een kleine honderd gulden uitsparen door
de PLL te vervangen door een simpele potmeter, maar een zinnige besparing
lijkt ons dat niet.
Vermogensversterking op 1,3 GHz was tot voor kort uitsluitend met losse
komponenten mogelijk en staat traditioneel bekend als moeilijk en kostbaar.
Vandaag de dag zijn er echter kant-en-klare HF-power-modules, waarmee dit
probleem zo goed als van de baan is.
De modules leveren voorspelbare resultaten, zijn betrekkelijk goedkoop en
kennen bovendien geen afregelproblemen.
Het geluidsdeel van de zender is simpel en konventioneel van opzet, zodat er
nauwelijks nadere uitleg over nodig is.
Om een konsekwent geheel te krijgen, is ook hiervoor gebruik gemaakt van
SMD-komponenten.
Er bestaan weliswaar zender-ontwerpen met komplexere audio-schakelingen en
hulpdraaggolf-oscillatoren, maar deze simpele opzet heeft bewezen voor het
gestelde doel prima bruikbaar te zijn.
Zoals gezegd, wordt bij 70-cm-ATV konsekwent gebruik gemaakt van amplitude-
modulatie.
Dat betekent echter dat alle modulatietrappen en de erop volgende versterker
lineair dienen te zijn, als men tenminste aantasting van de beeldkwaliteit
wil vermijden.
Op 24 cm wordt vrijwel uitsluitend frekwentie-modulatie toegepast en dat
heeft duidelijk meer voordan nadelen.
Wellicht het grootste voordeel is dat de versterking nu in klasse C kan
gebeuren (dus niet-lineair), hetgeen een veel hoger rendement oplevert.
bovendien maakt frekwentie-modulatie een veel betere beeldkwaliteit mogelijk
bij betrekkelijk lage signaal/ruis-verhoudingen aan de ontvanger-ingang.
Deze twee redenen verklaren waarom bij satelliet-TV frekwentie-modulatie
(FM) wordt toegepast en waarom de amateurwereld voor gelijksoortige technieken
en standaards heeft gekozen.
PRAKTISCHE REALISATIE VAN DE ZENDER
Globaal genomen zal een willekeurige FM TV-zender altijd uit dezelfde delen
zijn opgebouwd:
1) HF-oscillator, soms meteen op de werkfrekwentie, soms op een lagere
frekwentie met frekwentievermenigvuldigers erachter;
2) FM-modulator met preëmfasis, doorgaans gekombineerd met de oscillator;
3) Frekwentie-stabilisatie, met bijvoorbeeld een PLL;
4) Geluidsversterker en hulpdraaggolf-oscillator;
5) HF-vermogenseindtrap.
Zoals het blokschema van figuur 1 toont, volgt het hier beschreven ontwerp
eveneens de bovenbeschreven opzet.
Als u deze verzameling blokjes even op u heeft laten inwerken, kunt u meteen
doorbladeren naar figuur 2, waarin het kompleet uitgewerkte schema is
weergegeven.
De oscillator wordt gevormd door T2 en omringende komponenten, en deze draait
rechtstreeks op 1,3 GHz.
Met behulp van varicap-diode D3 wordt de oscillatorfrekwentie gemoduleerd met
zowel het basisband-videosignaal als de 5,5 MHz geluidshulpdraaggolf.
De varicap wordt tevens gebruikt om via het PLL-circuit de oscillatorfrekwentie
konstant te houden.
Aangezien de FM-ruis toeneemt met de frekwentie, kan er een betere signaal/
ruis-verhouding worden bereikt door bij het moduleren het hoogfrekwente
videosignaal te versterken (preëmfasis) en dan later in de ontvanger
deëmfasis toe te passen - op soortgelijke wijze als dat bij FM-radio gebeurt.
In dit ontwerp bewerkstelligen de komponenten tussen J3 en R26 een preëmfasis
volgens CCIR405, een zeer gangbare omroep-standaard.
Met instelpot R26 kan de totale video-frekwentiezwaai worden ingesteld.
Het gemoduleerde oscillatorsignaal wordt door driver U6 en eindtrap U5 in twee
etappen opgekrikt tot een uitgangsvermogen van circa 2 W.
De eindtrap wordt ingeschakeld door U5 van basisspanning te voorzien, door
middel van een op J2 aangesloten schakelaar.
De PLL blijft in werking zolang de voedingsspanning is ingeschakeld.
Als we de blik even verleggen naar het onderste deel van figuur 2, dan zien we
dat U2 de voorversterking en preëmfasis van het audiosignaal voor zijn
rekening neemt, terwijl T1 een frekwentie-gemoduleerde 5,5-MHz-oscillator vormt.
De exakte frekwentie en het nivo van de geluidshulpdraaggolf worden met
respektievelijk C20 en R12 ingesteld.
De in deze schakeling toegepaste PLL is heel fundamenteel van opzet en
bestaat uit slechts twee IC's, te weten U3 en U7.
Er is hier geen sprake van een aparte opamp voor het loop-filter.
Dit filter (C17/C34/C32/R10/R1/R6) wordt rechtstreeks vanuit de uitgang (pen 4)
van U3 aangestuurd en regelt op zijn beurt via R30 de spanning op varicap D3
en daarmee dus de oscillatorfrekwentie.
De wat komisch aandoende serieschakeling van R1 en R6 heeft uitsluitend tot
doel de print-layout te vereenvoudigen.
Prescaler U7 deelt het van driver U6 afkomstige signaal door een faktor 128,
teneinde het qua frekwentie binnen het bereik van U3 te brengen.
De referentiefrekwentie die U3 gebruikt voor zijn interne fasedetektor,
bedraagt 8 MHz gedeeld door 2048: 3,90625 kHz.
Dit resulteert in een kanaal-afstand van 500 kHz op 1,3 GHz, wanneer de faktor
128 van U7 er daarna op wordt losgelaten.
Voor een goede beeldoverdracht zou het frekwentiebereik van een TV-zender in
het ideale geval recht moeten lopen van DC tot ca. 5,5 MHz.
Over het algemeen vormen de hoge frekwenties daarbij niet zo'n probleem,
mits het ontwerp zorgvuldig wordt opgezet.
Bij de lage frekwenties kan de PLL echter roet in het eten gooien.
Aangezien de PLL tracht om de nominale draaggolffrekwentie konstant te houden,
kunnen de lage frekwenties kompleet worden afgesneden als de bandbreedte van
de PLL te groot is.
Om te voorkomen dat de raster-sync-pulsen daardoor zouden worden aangetast,
dient de PLL bandbreedte beperkt te worden tot minder dan 50 Hz.
Bij dit ontwerp is gekozen voor een loop-bandbreedte van ongeveer 30 Hz,
waardoor het frekwentiebereik zich voldoende ver naar onderen uitstrekt.
Een bijkomend effekt van het gebruik van een beperkte bandbreedte is dat de
"lock-tijd" van de PLL toeneemt.
In dit geval kan die oplopen tot enkele honderden millisekonden na inschakelen,
reden waarom er voor gekozen is om de PLL kontinu in bedrijf te laten en de
eindtrap uitschakelbaar te maken.
Dit biedt bovendien het voordeel dat er altijd een klein signaaltje
beschikbaar is voor afregeldoeleinden.
Ook maakt de lage loop-bandbreedte het heel gemakkelijk om eventuele resten
te elimineren van de 3,90625-kHz-referentie,
welke anders in de signaalweg zouden belanden en ongewenste modulatie zouden
kunnen veroorzaken.
Door de deelverhouding in U3 te wijzigen, is het mogelijk om elke gewenste
andere frekwentie te programmeren met een resolutie van 500 kHz.
Met een jumper (of schakelaar) over J5 werkt de zender op 1249 MHz,
een populaire repeater-frekwentie.
Als gevolg van toleranties in X1, C23 en C36 kan het zijn dat de referentie-
oscillator niet exakt op 8 MHz draait en dat er een offset van maximaal 100 kHz
optreedt.
Bij een bandbreedte van 15 MHz is dat echter geen enkel probleem.
Indien gewenst, valt de uitgangsfrekwentie met C23 nauwkeurig op 1249 MHz af
te regelen.
Als J5 open wordt gelaten, bedraagt de zendfrekwentie 1265 MHz.
Alle N-ingangen van U3 zijn voorzien van interne pullup-weerstanden,
zodat het open laten van J5 geen enkel probleem vormt.
BOUW
In figuur 3 is de (dubbelzijdige) print voor de zender afgebeeld.
Er zijn drie dingen die meteen opvallen: het grote kopervlak aan de onderkant,
de "inham" in een van de zijkanten en het ontbreken van montagegaatjes.
Wel, het eerste is gedaan om een goede massaverbinding te kreëren.
De "inham" biedt ruimte om U5 te monteren en het ontbreken van gaatjes heeft
alles te maken met het feit dat gekozen is voor oppervlaktemontage
(surface mounting).
Nagenoeg alle komponenten zijn namelijk van het SMD-type, op drie
uitzonderingen na: X1, U1 en U3.
Hiervan worden de aansluitpootjes simpelweg zo gebogen dat ze langs de kortst
mogelijke weg op de desbetreffende print-eilandjes passen.
Door de toepassing van oppervlakte-montage zijn de variabele faktoren
(aansluitdraad-lengte!) bij de nabouw tot een minimum gereduceerd.
Doordat de print daarna rechtstreeks (dus zonder afstandsbussen) tegen de
bodem van de metalen kast wordt geschroefd, is men te allen tijde verzekerd
van een goede massaverbinding tussen de print, powermodule U5 en de behuizing.
Dit maakt dat de schakeling zeer goed reproduceerbaar is en houdt de kans op
HF-instabiliteit zo laag mogelijk.
Door de bescheiden afmetingen van de print kan het geheel tot een zeer
kompakte module worden verwerkt.
Het prototype werd ondergebracht in een gegoten aluminium behuizing van
12 x 9,5 x 3,5 cm, welke aan de onderkant werd voorzien van een extra
koellichaam, om bij kontinu-gebruik niet in de problemen te komen.
Figuur 4 toont hoe een en ander in het kastje is gemonteerd.
Nog even iets over de montage van de SMD's op de print.
Het solderen van die mini-komponentjes blijft natuurlijk een delikaat karwei,
maar als men rustig werkt en het juiste gereedschap gebruikt
(pincet, soldeerbout met fijne punt), dan blijkt het meestal toch mee te vallen. Vertin steeds eerst beide aansluitingen van het komponentje en de desbetreffende soldeer-eilandjes op de print; daarna het onderdeel op zijn plaats drukken en aan één kant vastsolderen; positie kontroleren en andere kant ook vastsolderen. Monteer bij voorkeur eerst de passieve komponenten en daarna de halfgeleiders. Wacht met het aansluiten van power-module U5 tot de rest van de schakeling getest is! Let bij de montage goed op de polariteit van met name de dioden en elko's, want de aanduidingen op de SMD's zijn soms lastig te herkennen. In de onderdelenopstelling van figuur 3 zijn de kathoden van de dioden en de plusaansluitingen van de elko's met streepjes gemarkeerd. Neem in geval van twijfel ook het schema er nog even bij!
Kontroleer elke soldeerverbinding terdege.
Ook als de hele print gemonteerd is en met een geschikt oplosmiddel is
gereinigd, verdient het aanbeveling om alle verbindingen nog eens goed na te
lopen, want een nauwkeurige kontrole kan straks vele uren onnodig foutzoeken
voorkomen.
TESTEN
We gaan er van uit dat de nabouwers geen 1,3-GHz-testapparatuur bezitten,
maar wel beschikken over een satelliet-ontvanger, een of ander
komposiet-videosignaal en een DVM of een hoogohmige multimeter.
Begonnen wordt met te kontroleren of de PLL daadwerkelijk de frekwentie op
1249 MHz stabiliseert.
Overtuig u ervan dat jumper J5 op zijn plaats zit en schakel de
voedingsspanning in.
Meet de spanning op het knooppunt R10/R30 en verdraai C13 tot de meter
ongeveer 4 V aangeeft.
Verwijder de trim-schroevedraaier steeds na elke draai, omdat de
stralingskapaciteit ervan invloed kan hebben op de oscillatorfrekwentie en
dus ook op de regelspanning van de PLL.
Verwijder nu jumper J5, zodat de PLL op 1265 MHz is ingesteld.
De spanning op bovengenoemd knooppunt moet nu oplopen tot net onder 7,5 V.
Als dat klopt, kan de jumper weer worden aangebracht en wordt de satelliet-
ontvanger op 1249 MHz afgestemd.
Er dient nu een blank beeld zichtbaar te zijn.
Mocht het niet lukken, dan kan een "hulpantenne" in de vorm van een heel
klein stukje draad uitkomst bieden.
Dit draadje wordt vastgesoldeerd aan het voor pen 1 van U5 bestemde print-
eilandje.
Pas op dat de ontvanger niet wordt overstuurd!
Draai R12 en R26 geheel linksom en voer vervolgens een videosignaal toe aan
bus J3.
Regel R26 nu (langzaam) zodanig af dat er beeld zichtbaar wordt met een goede
balans tussen kontrast en grijsschaal.
Gebruik hiervoor bij voorkeur een patroongenerator als video-signaalbron.
Sluit op J4 een elektreet-mikrofoon aan en zet R20 in het midden van zijn
bereik.
Zorg dat het geluidskanaal van de satelliet-ontvanger op 5,5 MHz is ingesteld.
Hou het beeldscherm in de gaten en verdraai R12 tot een flauw patroon valt
waar te nemen; draai R12 dan iets terug tot het patroon net verdwijnt.
Regel daarna C20 af op minimum ruis c.q. optimale geluidskwaliteit.
Bovenstaande procedure moet voldoende zijn om de zaak opgestart te krijgen.
Bij het werken met veraf gelegen stations zal vanzelf blijken of met
naregeling van sommige instellingen nog enige verbetering mogelijk is.
Nu de "low-power"-afregeling klaar is, kan de print in de kast worden
gemonteerd en kan de power-module worden geïnstalleerd.
Bij ons proefmodel hebben we tussen U5 en de bodem van de kast een reepje
koperen tape geplakt, om het massakontakt te verbeteren.
In figuur 4 is voorts redelijk goed zichtbaar wat er aan bedrading nodig is.
Als u over een HF-vermogensmeter of dummy-load beschikt, kunt u die nu op de
uitgang aansluiten.
Zet een ampèremeter in serie met de voeding en schakel de eindtrap in met J2.
De totale stroomopname dient net onder 1 A te liggen en het uitgangsvermogen
behoort ongeveer 2 W te bedragen.
De standby-stroom is circa 75 mA.
Als dit alles klopt, kan er een antenne worden aangesloten en kan de zender in
bedrijf worden genomen.
Auteur dezes verloochent zijn afkomst niet en beveelt als antenne een speciale
yagi aan van G3JVL, die zowel een hoge versterking als grote bandbreedte biedt.
De ontwerper van de antenne, Mike Walters G3JVL, is gaarne bereid nadere
informatie te verstrekken en is bereikbaar op het volgende adres:
26 Fernhurst Close, Hayling Island, Hants, PO11 0DT.
Vaak worden twee antennes gebruikt, één voor zenden en één voor ontvangen.
Als deze twee op voldoende afstand van elkaar worden geplaatst, is het meestal
mogelijk om door een repeater heen te "kijken" zonder extra filtering.
INDIETRO HOME ATV