Meteo Fax

Nachdem bei einer Aufräumaktion im Keller ein kommerzieller Empfänger >Teletron 704 C< wieder entdeckt wurde kam der Wunsch auf die Betriebart FAX wieder zu beleben. Der 704C war mal das Standardgerät von Bundesbehörden zum Empfang von FAX und RTTY Sendungen auf Lang- und Kurzwelle.
Mittlerweile werden entsprechende Informationen natürlich vor Allem übers Internet verbreitet. Aber tatsächlich gibt es noch ein paar Sender (z.B Pinneberg DDH3, 3855 kHz) die Wetterkarten über Kurzwelle senden. Auch ein paar wenige Amateure bedienen sich noch dieser Betriebsart.

Die Parameter der Sendungen in der Mode F1C sind immer noch auf die einstmaligen mechanischen Bildfunksender und Empfänger zurück zu führen. Die wichtigsten Parameter sind die Zeilenrate 120 U/min, die Pixelrate 576 und die Tastfrequenz +- 425 Hz

Mittlerweile gibt es viele Programme die FAX-Sendungen dekodieren und auf dem Monitor darstellen können aber hier sollte wieder ein mechanischer Empfänger gebaut werden.

Grundprinzip aller Bildfunkgeräte ist eine rotierende Walze auf die das zu sendende Bild b.z.w. das Papier für das empfangene Bild aufgespannt wird. Durch eine parallel zur Walze verfahrende Schreib- oder Leseeinheit wird das Bild geschrieben b.z.w abgetastet.

Die Sendungen des Senders DDH3 zeigen folgendes Schema und begeginnen mit einem Start- und Synchronsignal. Nach der Übertragung des Bildes folgt ein Stoppsignal. So können Empfangsstationen automatisiert werden.Das Bild wurde mit dem Programm >>Multipsk<< aufgezeichnet. Als Quelle wurde der WEB-SDR-Server von >>DK4KM<< benützt der nicht weit vom Sender in Pinneberg entfernt ist.

Die Abtastung zur Sendung eines Bildes erfolgt meist optisch und ist relativ einfach zu realisieren.

Vielfältiger ist das Drucken beim Empfang eines Bildes, die meisten wurden schon um 1920 entwickelt

Prinzip		Realisierung	Nachteile
chemisches Schreiben	durch Stromfluß wird eine Farbe erzeugt, Elektrolyse	einfacher Aufbau	spezielles Papier und es muss gewässert werden
elektrisches Schreiben	durch Stromfluß wird eine leitende Schicht abgetragen	einfacher Aufbau	spezielles Papier
thermisches Schreiben	durch Wärme wird eine Farbe erzeugt, Thermodrucker	nicht ganz einfach	spezielles Papier, Zeitkonstante
fotografisches Schreiben	mit einem Lichtstrahl wird das Bild auf lichtempfindliches Papier geschrieben	einfacher Aufbau	spezielles Papier, Entwicklung, kein Fremdlicht
Farbübertragung	durch Wärme oder Druck wird Farbe auf das Papier übertragen, Nadeldrucker, Schreibmaschine	nicht ganz einfach	Farbband nötig
Farbstrahl	Tinte wird auf das Papier gesprizt, Tintenstrahldruckert	schwierig	Probleme mit Tinte, Austrocknung

Der Aufbau besteht aus einer rotierenden Walze auf die das Papier aufgespannt wird und einer Gewindespindel welche die Druck- und Abtasteinheit trägt. Die Plexiglaswalze ist mit Silicongummi überzogen Spindel und Walzel werden mit Schrittmotoren angetrieben sodass auch ohne Getriebe eine phasenstarre Kopplung möglich ist. Zwei verschiebbare Endschalter begrenzen den Weg auf der Spindel. Die Steuerung des Geräts übernimmt ein Teensy 4.1. Die Impulse für die Stepperdriver werden mit Timerinterupts erzeugt so dass Trommel- und Spindeldrehzahl quarzstabil sind.
Auf der Platine ist auch ein DDS AD9850 verbaut der die Signale für den Sendebetrieb erzeugt. Für den realen Sendebetrieb wird eine Breitband-PA extern angeschlossen. Die Frequenzen für Fax.Betrieb auf den Kurzwellen- Amateurbändern sind vorprogrammiert. Ein eigebauter Lautsprecher dient zur Kontrolle der Signale beim Sende und beim Empfangsbetrieb

>Schaltplan im PDF-Format<

Die Walze ist ein Plexiglasrohr mit und hat einen Durchmesser von 6 cm. Die Walze ist mit einer 2mm dicken Schicht Moosgummi belegt. Das hilft das Überschwingen des Heizstylus etwas zu dämpfen. Das Papier wird auf der Walze mittels eines dünnen Metallblechs ( Teil eines Meterstabs) befestigt. Das Blech wiederum hält durch in die Walze eingeklebte Magnete. Die Trommel ist nicht fest eingebaut und kann leicht zum Belegen mit Papier entnommen werden.

Für die Aufzeichnung wurde das Thermoverfahren angewandt. Der erste Versuch mit einem Laser die notwendige Temperaturerhöhung zu erreichen schlug fehl. Selbst mit einem 1,5W Diodenlaser (435nm) konnte nicht die nötige Schreibgeschwindigkeit von 32cm/s erreicht werden, das weiße Papier absorbiert zu wenig Energie. Erst bei ganz anderen Wellenlängen ändert sich diese Situation, für diese Bereiche z.B. 10µm stand aber kein geeigneter, kleiner Laser zur Vefügung. Schade, mit dem Laser hätte man bei reduzierter Leistung auch im Sendefall die Vorlage abtasten können.

Deshalb wurde ein Heizelement verwendet das mechanisch im Takt der Pixel an das Papier gedrückt wird. Als Heizpunkt dient der umgebogene Anschlussdraht (kleiner Pfeil im Bild) eines Widerstandes der durch Stromfluss geheizt wird. Erste Versuche mit einem modifiziertem Relais den Heizer zu bewegen waren enttäuschend da die Anordnung zu langsam war, immerhin kann die Pixelrate bis zu einem Kilohertz betragen.
Nun wurde ein "Voice Coil" System versucht und dazu ein kleiner Lautsprecher verwendet. Nachdem Entfernen der Membran und des Käfigs wurde eine keine Platine aufgeklebt die den leicht auswechselbaren Heizwiderstand (12 Ohm) trägt. Der Lautsprecher ist auf einem Verschiebetisch montiert um den Abstand des Heizers vom Papier fein einstellen zu können.

Unter dem Schreibsystem sieht man die Anordnung zum Abtasten einer Vorlage beim Senden.
Der Strahl einer Laserdiode (808nm) wird in einem kleinen Punkt auf die abzutastende Vorlage fokussiert. Das rückgestreute Licht wird mit einer für die Laserwellenlänge empfindlichen Fotodiode (BP104) detektiert. Ein Einfluß von Fremdlicht konnte bisher nicht festgestellt werden. Das Signal der Fotodiode wird mit dem Teensy gemessen und steuert die Frequenz des Senders.

Sendebetrieb:

Der Sendebetrieb ist problemlos. Zum Empfang wurde ein SDR-Play Uno verwendet. Als FAX-Programm diesmal das >FLDigi< Programm verwendet. Zum Test wurde mit einem Grafikprogramm ein Testbild erstellt. Unten links das Bild auf einer SD-Karte gespeicherte Testbild, rechts daneben das abgetastete, gesendete und wieder empfangene Bild einer ausgedruckten Vorlage.

Bildschreiber Test

Die Datei wurde auf einer SD-Karte gespeichert und mittels des Teensys ausgedruckt. Unten links ein Foto vom Original, ausgedruckt mit einem Laserdrucker, rechts davon das mit dem Faxgerät erstellte Bild. Das Ergebniss ist garnicht mal so schlecht. Allerdings ist die Einstellung, d.h. der Abstand zur Walze und die Amplitude des Lautsprechers etwas knifflig. Ein Problem ist das Überschwingen des Heizkopfes. Beim Aufsetzen auf dem Papier, das heißt bei einem Übergang von Weiß auf Schwarz , bleibt er nicht in einer stabilen Position sondern hebt wieder ab und bleibt erst nach einigen Millisekunden in einer stabilen Position. Eine stärkere Dämpfung könnte das Problem beheben. Möglicherweise war es ein Fehler die Lautsprechermembran zu entfernen da diese durch die zu bewegende Luft sicher etwas dämpft und auch zusätzlich zur Sicke die Bewegung der Schwingspule stabilisiert.

Also wurde ein neuer Lautsprecher gekauft. und modifiziert. Leider hat sich das Druckbilder aber nicht verändert. Trotz des anderen Systems bleibt das Überschwingen in Etwa gleich. Deshalb wurde vermutet dass nicht das Schreibsystem sondern vielleicht die Unterlage aus Moosgummi für das Hüpfen des Schreibpunktes verantwortlich ist. Für einen neuen Versuch wurde die Walze mit einer Schicht Silikongummi beklebt. Ein Test brachte nichts Neues, die Überschwinger sind immer noch vorhanden. Der Silicongummi bringt aber den Vorteil dass er sich offenbar leicht statisch auflädt und sich deshalb das Papier schön glatt aufziehen läßt.

			Am Besten werden die Ausdrucke wenn man den Schreibkopf so nahe an das Papier bringt dass er im nicht aktiviertem Zustand die Oberfläche berührt und man so möglichst kleine Amplituden der Schwingspule einstellt. Die Verbesserung ist beim Siemensstern links gut zu sehen. Die Zahlen/Buchstabenreihe ist in den ersten drei Größen gut lesbar und in der kleinsten Schrift teilweise erkennbar,

	Der Film zeigt einen Druckvorgang. Da der Druck eines ganzen Bildes sieben Minuten dauert wurden aus dem Film kurze Passagen geschnitten und wieder zusammen gesetzt.

Test des Teletron 704C

Rechts das Bild des schon etwas angestaubten Geräts. Tatsächlich war auch ein im Netzteil verbauter Tantalkondensator defekt. Und auch die drei Potentiometer (HF,NF und Hub) haben beim Durchdrehen gelegentlich Ausssetzer. Und auch der Tumbwheelschalter für den ein Kilohertz Breich hat einen Aussetzer in der Stellung "8". Das ist aber eigentlich für lange stillgelegte Geräte normal, auch wenn sie ursprünglich in "Militär Qualität" gebaut wurden.
Mit einem Testsender wurde dann die Funktion getestet. Der selbstgebaute >Sender< erlaubt viele Betriebsarten mit einer Frequenz bis zu 50MHz.
Eingestellt wurde Frequenzumtastung F1C mit einem Hub von 850Hz. Die Ausgangsspannung des Senders beträgt etwa 280µW (-5,5dBm) an 50 Ohm .
Die Empfindlichkeit des Empfänger ist gut, selbst mit 1µV Eingangsspannung kann am Diskriminatorausgang ein einwandfreies, rauschfreies Signal abgenommen werden.


Weniger beeindruckend ist die Bandbreite des Diskriminators. Die Oszillogramme unten zeigen das. Ganz links mit einer Frequenz von 250Hz, daneben 100Hz, 50Hz und 10Hz. Wie damit ein Wetterkartenbild empfangen werden kann ist schleierhaft, immerhin sollten Frequenzen von bis zu 500Hz übertragen werden. Allerdings ist das verwendete Gerät ein Teletron 704C und nicht der für Faksimilie speziell gebaute 704C F/FS. Möglicherweise ist auch das Gerät noch falsch eingestellt. Viele Möglichkeiten gibt's allerdings nicht. Betriebsart auf A1, Bandbreite auf 3kHz, Hub 1kHz.

Eine Testübertragung zeigt jedoch dass durchaus brauchbare Ergebnisse erzielt werden.
Für die Übertragung wurde die MWFax-Frequenz 3.855 MHz gewählt. Zwischen Testsender und Empfänger war ein Abschwächer mit 90 dB eingeschleift. Die Eingangsspannung am Teletron war somit ~ 4 µV.
Was noch nicht einwandfrei ist ist die Synchronisation auf das Einphassignal. Störend sind auch die senkrechten grauen Streifen. Sie stammen von einem leichten Wobbeln der Spindel was erstmal nicht behoben werden kann.
Das Diskriminatorsignal vom RX wird in der Faxmaschine mit einem Komparator digitalisiert. Das 300Hz Startsignal kann verwendet werden um die Schwelle des Komparators automatisch optimal einzustellen und vielleicht die Auflösung noch etwas zu verbessern

Ein Test der Empfindlichkeit zeigt ganz gute Werte. Wenn man den Abschwächern HP355D glauben darf reicht eine Einggangsspannung von ca. 0.1µV für ein Bild mit lesbaren Zeichen. Unter diesem Wert wird's schnell unleserlich, üblicherweise eine Eigenschaft von FM-Demodulatoren.

Leider konnte mit dem Teletron Empfänger mangels passender Antenne der Sender DDH 3nicht direkt empfangen werden. Um trotzdem einen Versuch unter realeren Bedingungen zu unternehmen wurde wieder das Internet bemüht. Der Empfänger von >>DK4KM<< war zur Zeit aber nicht mehr operativ, als Alternative wurde >>DO7AX<< in Wismar gefunden. Dort ist das Signal zwar nicht rauschfrei aber doch gut hörbar zu empfangen. Aber natürlich liefert der PC am Lautsprecherausgang nur die Tonfrequenzen da er keinen Demodulator hat. Deshalb wurde noch ein Demodulator programmiert. Nachdem Versuche mit einem Softwarekonverter auf FFT- und Filterbasis an der Rechenzeit und mangelnden mathematischen Kenntnissen des Verfassers scheiterten wurde ein einfacher Zähldiskriminator implementiert. Dabei wird die Periodendauer des Eingangssignals per Software gemessen und daraus die Hell/Dunkelsignale demoduliert. Diese Demudulation ist aber leider sehr empfindlich gegen Störungen. Ein Empfangsversuch zeigt das linke Bild. Große Schrift ist einigermaßen lesbar, sonst nur stellenweise mit viel Fantasie. Immerhin sieht man den einwandfreien Gleichlauf von Sender und Empfänger.

		Allerdings zeigt sich das ein PC-Programm wie MultiPsk unter diesen Bedingungen nicht bessere Bilder liefert.

Es wird sich zeigen ob das Gerät mit einer guten Antenne am Teletron besser arbeitet.

Das Gerät hat nun sechs Betriebsmoden, drei zum Empfangen, zwei zum Senden und einen Testmodus
1. Empfangsmodus	Manuell	Nach dem Start wird die Trommel und Spindel in Bewegung gesetzt und die empfangen Signale ausgedruckt. Irgendwelche Synchro-, Start- oder Stoppsignale werden nicht ausgewertet.
2. Empfangsmodus	Automatisch	Nachdem Start kann man die Schwellel des Eingangskomparators einstellen während das Startsignal empfangen wird. Dazu gibt es eine rot/grüne LED die auf einen gelben Farbton eingestellt werden sollte, dann entspricht die Schwelle dem Mittenpotential des Diskriminators im Empfänger. Anschliessend wartet das Gerät auf das Einphassignal um die Trommeldrehzahl zu ermitteln. Der Ausdruck startet dann automatisch. Wird kein Einphassignal erkannt muss die Aufzeichnung manuell gestartet werden.
3. Empfangsmodus	Automatisch	Das Eingangssignal ist ein NF-Signal und nicht der Diskriminatorausgang des Teletron. So kann jeder Empfänger als Quelle benützt werden.
1. Sendemodus	Normal	Das auf der Trommel aufgespannte Bild wird abgetastet und gesendet. Als Frequenz können die für FAX-Betrieb vogesehenen Amateurfrequenzen in den Bändern 80m, 40m, 20m,15m und 10m eingestellt werden. In einer weitereren Eistellung werden nur die NF-Signale erzeugt, sodass eine anderes Empfangsgerät über Kabel angesteuert werden kann.
2. Sendemodus	Test	Wie oben, aber das Bild wird nicht abgetastet sondern das auf der SD-Karte gespeicherte Bild wird gesendet.
Drucktestmodus	Das auf der SD-Karte gespeicherte Bild wird ausgedruckt. Dabei können der Abstand des Druckkopfes und die Druckstärke eingestellt werden.

Auf dem Panell sind vier Schalter und drei Regeler untegebracht. Mit dem Spindelschalter wird der Druck/Sensorkopf verfahren werden. Mit dem Trommelschalter kann die Drehzahl der Trommel im Empfangsbetrieb in kleinen Schritten angepasst werden. Der Start/Stopschalter startet b.z.w. stoppt den Empfang b.z.w die Aussendung. Der Modusschalter bestimmt den Betrieb, Tx, Rx oder die Einstellung von Geräteparametern.
Lautstärke, grüner Knopf stellt die Lautstärke des Monitotons ein. Level, blauer Knopf bestimmt die Schwelle des Eingangskomparators und Stylus, roter Knopf verändert die Amplitude des Schreibpunkts.