Wissenswertes über Sender und Empfänger

Allgemeines

Sende- und Empfangsantenne

Störende Einflüsse

Frequenzen

Quarze

Abhängigkeit von Reichweite zu Sendeleistung und Empfindlichkeit

Sicherheitsreserve

Begriffe

GSM-Mobiltelefone

Allgemeines

Die Empfangsanlage stellt die Verbindung zwischen den Steuerbefehlen des Senders und den Steuerelementen (Servos, Fahrtenregler usw.) des Modells her. Bei den Sendeanlagen unterscheidet man zwischen der Knüppel- und der Pistolensteuerung. Die Knüppelanlage ist zwar die älteste und weitesten verbreitete, aber viele Hobby- und Profifahrer haben diese Anlage beiseite gelegt und wechseln zu einer der neuen Pistolenanlage, durch die man, wie im richtigen Auto ein Lenkrad vor sich hat, mit dem man genauere Lenkmanöver absolvieren kann. In der Anschaffung sind die neuen Modelle etwas teurer wie die Knüppelanlagen.

Für Automodelle oder Schiffsmodelle sind 2 Kanal Anlagen meist völlig ausreichend, Steuerungen mit 3 oder mehr Kanälen sind für die Flug- oder Funktionsmodelle gedacht. Die RC-Anlagen werden in 3 verschiedenen Frequenzen angeboten, 27 MHz, 35 MHz und 40 MHz, diese werden dann nochmals in FM (Frequenzmodulator) und AM (Amplitudenmodulator) geteilt. Die meisten Fahrer entscheiden sich für die 40 MHz FM Anlagen, weil die 40 MHz FM Anlagen weniger anfällig für Störungen durch CB-Funk sind. Für Flugmodelle werden 35 MHz Anlagen verwendet, diese allerdings anmelde- und gebührenpflichtig sind.

In fast jedem Einsteigerbaukasten ist ein mechanischer Fahrtregler enthalten, für diese Art Regler benötigt man einen 2. Servo, dieser Servo bewegt den Regler. Ein zweiter Servo ist für die Lenkung bestimmt. Altenativ wird häufig ein elektronischer Fahrtregeler eingesetzt, dann entfällt der 2. Servo.
 

Ein Servo ist ein kleiner schwarzer Kasten, indem ein kleiner leistungsstarker Motor wohnt. Will man nun nach rechts lenken, schickt der Sender ein Signal ab, dieses Signal wird vom Empfänger aufgenommen, der Empfänger gibt es an den Servo weiter und der Motor dreht sich dann in die gewünschte Richtung, in diesem Fall nach rechts.
 

Der Empfänger sollte ein sogenannter BEC-Empfänger (Battery Elimination Circuit) sein, dies hat den Vorteil, dass man keine extra Stromquelle benötigt, wie z.B. durch 4 Mignon Batterien (4x1,2V), man kann direkt den Fahrakku anschließen, dies bedeutet das man viel wertvolles Gewicht einspart.

Obwohl heutige Fernsteueranlagen einem hohen Stand der Technik entsprechen, gibt es dennoch häufig nicht erklärbare Probleme im Betrieb. Es ist wichtig, alle Komponenten der Übertragung vor dem Einsatz des Modells zu überprüfen und die Reichweite zu testen. Der Reichweiten- und Richtungstest ist die beste Methode, um Störungen zu lokalisieren und zu beseitigen. Im Betrieb machen sich Probleme meist dadurch bemerkbar, daß Servos selbständig Ausschläge steuern, oder der Elektromotor anläuft. Oftmals sind mit kleinen Veränderungen am Einbau der Empfangsanlage oder bei der Verlegung der Antenne alle Probleme schlagartig beseitigt. Obwohl im Car-Modellsport die Anforderungen auf Grund der reduzierten Reichweite und Funftionsvielfalt geringer sind, als zum Beispiel im Modellflug, sollte dennoch größter Wert auf die Funktionssicherheit der Sende- und Empfangsanlage gelegt werden. Es ist ja wirklich nicht besonders prickelnd, wenn ein Modell sich wegen eines Servozuckens an irgendeiner Hauswand zerlegt oder mit Fullspeed den Sendebereich verlässt und auf Nimmerwiedersehen (auch wenn mam manchmal gar nicht wissen möchte, wo das Teil wohl eingeschlagen ist) verschwindet. Viele der auftretenden Fehler sind hausgemacht, andere sind konstruktiv bedingt und wieder andere werden von äußeren Störeinflüssen verursacht. Dieser Beitrag soll ein wenig Antennentheorie vermitteln und und ein wenig bei der Beseitigung bzw. Vermeidung von Störungen behilflich zu sein. Es sei allerdings gesagt, dass sich diese Anleitung an der Erfordernissen für RC-Car-Fahrer orientiert.

Es gibt günstige und weniger günstige Antennenlagen und deren Positionen zueinander, wobei folgende Grundsätze gelten:
Die Sendeantenne strahlt die "Sendeleistung", die genauer betrachtet ein elektromagnetisches Wechselfeld ist, nicht in alle Richtungen gleichmäßig gut aus. In der Praxis heißt dies, die Senderantenne strahlt in ihrer Verlängerung die geringster Feldstärke ab, 90° zu ihr ist die Feldstärke dagegen maximal.
Genauso empfängt die Empfangsantenne das vom Sender abgegebene elektromagnetische Feld nicht aus allen Richtungen gleich gut. Die Empfangsantenne sollte für maximale Empfangsleistung parallel, aber nicht in Verlängerung zur Senderantenne liegen.Dass in Verlängerung liegende Antennen überhaupt etwas empfangen, liegt an Reflexionen an allen umgebenen Festkörpern. Leider sind diese Reflexionen aber auch die Ursachen für inhomogene Feldstärkenausbreitung. Grundsätzlich sollte man daher nicht mit der Senderantenne auf das Modell zielen, hier bieten sich Kugelgelenkantennen an. Bei Flugmodellen sollte die Senderantenne dabei eher flach, bei Auto/Schiffsmodellen eher senkrecht ausgerichtet sein. Auch sollten Empfängerantennen nicht exakt parallel zur Modell-Längsachse eingebaut werden. Eine Wendel- Kurz- oder Gummiantenne hat immer ungünstigere Abstrahleigenschaften als eine lange Teleskopantenne, diese sind also nur bei entsprechenden Anwendungen einzusetzen.

Sende- und Empfangsantenne

Die optimalste Verlegung der Antenne ist die Ausführung als Stabantenne, die nach einem möglichst kurzen horizontalen Weg senkrecht aus dem Modell herausragt. Dabei sollten innerhalb des Modells die Servo- und Akkukabel mit dem größtmöglichen Abstand zur Antennenlitze verlegt werden. Generell gilt, dass die Empfangsantenne in der üblichen Lage auf den Sender zeigt, da diese Position die geringste Feldstärke am Empfängereingang aufweist. Es sollte daher immer darauf geachtet werden, daß zumindest ein Teil der Antenne senkrecht verlegt wird, so kann die horizontale und vertikale Verlegung kombiniert werden, also einen Teil der Antenne waagrecht vom Empfänger wegführen, den Rest dann senkrecht. Je größer der senkrechte Teil, desto weniger Richtwirkungen und desto weniger Einflüsse der Einbaugegebenheiten. Daraus folgt auch, dass mit der Sendeantenne nicht direkt auf das Modell gezielt werden sollte. Eine Sender-Kurzantenne hat im Gegensatz zur Normalantenne eine starke Richtwirkung bei eventuell etwas verringerter Reichweite, damit sollte eher auf das Modell gezielt werden. Jede Änderung dieser Anordnung, also Verlegung der Antenne in anderer Richtung, Verlängerung der Servokabel, Verlegung des Akkus direkt am Empfänger, Verlegung der Servos direkt an den Empfänger usw., alles das kann die Empfangseigenschaften so verändern, daß das Modell in bestimmten Lagen nicht mehr reagiert und außer Kontrolle gerät, obwohl die einzelnen Bestandteile in Ordnung sind. Jedes Problem, welches durch den Einbau der Empfangsanlage im Modell erzeugt wird, wirkt sich im Grunde immer als Reduzierung der Reichweite aus oder aber in Richtwirkungen, das bedeutet, daß ein Empfänger im Modell in bestimmten Positionen zum Sender Probleme, sog. Signalauslöschungen hat.

 

Einige Regeln zur Antennenverlegung:

Die Antennenlänge sollte ein gradzahliger Teiler der Wellenlänge sein (1/2, 1/4, 1/8 usw.), aber sie kann auch variieren, wenn sie im Empfänger künstlich angepasst ist. Ausschlaggebend ist letztendlich die Abstimmung des Eingangskreises auf die Antennenlänge. Dabei bestimmt die wirksame Länge der Antenne dann den Eingangspegel des Empfängers.

Hierzu ein Beispiel:

f = Frequenz z.B. 35MHz, C = Ausbreitungsgeschwindigkeit ca. 300000 km/s
Wellenlänge = Lambda = l = C/f Þ Lambda » 300000 km/s / 35 MHz = 8,6m

Bei der Verteilung der Frequenzen im 35 MHz-Bereich wurden für alle genutzten Bereiche auch Frequenzbandfarben festgelegt. Häufig findet kleine farbige Fähnchen mit der jeweiligen Kanalnummer an den Antennen von RC-Sendern. Die Farben haben folgende Bedeutung:

27 MHz Empfänger = Braun
35 MHz Empfänger = Rot
40 MHz Empfänger = Grün

Störende Einflüsse

Die folgenden Angaben zu möglichen Störfaktoren sind dann zu berücksichtigen, wenn im Betrieb Probleme oder Unregelmäßigkeiten auftreten.

Kabelverlegung
Die Verlegung der Kabel im Modell sollte sauber und übersichtlich, in keinem Fall aber kreuz und quer erfolgen. Klar ist, daß die Kabel am Empfänger ohne Zugbelastung eingesteckt werden, damit sie sich im Betrieb nicht selbstständig lösen können.
Bei Problemen alle angeschlossenen Kabel wie Servokabel, Verlängerungskabel, Schalterkabel, Programmierkabel usw. berücksichtigt werden. Müssen Kabel verlängert werden, empfiehlt sich die Verwendung von verdrillten Kabeln. Obwohl die Hersteller konstruktiv versuchen, die Servoeingänge des Empfängers HF-technisch soweit als möglich abzublocken, ist trotzdem jedes Kabel, welches am Servoeingang des Empfängers angeschlossen wird, zunächst auch eine zusätzliche Antenne. Da der Empfänger aber nur auf die vorgesehenen Antennen abgestimmt ist, stören diese "zusätzlichen Antennen".
Solange die Kabellängen nicht länger als die normale Servokabellängen sind, der Akku optimal plaziert ist und die Antenne weit weg von den Servos und Servokabeln verlegt ist, hat dass wenig Auswirkungen. Das HF-Gebilde "Empfangsanlage" wird aber durch Einbau ins Modell verändert, und das kann vor allem dann negative Auswirkungen haben, wenn die Kabellängen halbe Antennenlänge (meist 45cm), ganze Antennenlänge (90cm) oder länger als die Empfängerantenne sind. Wenn möglich, hier Kabel kürzen. Lange Akkukabel vermeiden, immer auf ausreichenden Kabelquerschnitt achten. Je kürzer ein Kabel, desto geringer der Widerstand, desto höher der mögliche Stromfluss bzw. desto geringer der Spannungsabfall. Besonders störenden Einfluss haben parallel zur Antenne verlegte Kabel, da diese noch eine Art Abschirmung der Empfangsantenne für Sendersignale bilden.

Feldstärkeschwankungen
Baumelt eine Antenne lose hinter dem Modell her, ergeben sich starke Feldstärkeschwankungen am Empfängerantenneneingang. Diese sind störend für den Empfänger, und obwohl heutige Schaltungen hier sauber arbeiten, aber um dem Empfänger die Arbeit zu erleichtern kann, sollte man solche Feldstärkeschwankungen auch verhindern. Es sollte immer eine Stabantenne oder sonstige Art der Versteifung der Antenne verwendet werden.

Funklöcher
An einigen Plätzen sind Stellen in einer bestimmten Entfernung bekannt, an denen es immer wieder zu Fehlfunktionen und Störungen kommt. Dies beruht zumeist auf im Boden vorhandenen feuchten Stellen oder Grundwasser. Dies kann zu Laufzeitunterschieden durch Reflexion führen, da die direkte Empfangsstrecke kürzer ist als die reflektierte Empfangsstrecke.

Knackimpulse
Diese entstehen immer dann, wenn Metallteile aufeinander reiben oder "klappern". Durch statische Aufladungen, die bei Vibrationen entstehen können, entladen sich diese Aufladungen durch einen überspringenden Funken zwischen den Metallteilen. Dieser Funke hat auch meistens noch hochfrequente Energieanteile und stört deshalb den Empfänger.

Elektromotoren
In Elektromotoren werden hohe Ströme über die Bürsten zum Kollektor übertragen und erzeugen dabei starke Funken, das sogenannte Bürstenfeuer und stört dadurch den Empfänger. Die Störstrahlung kann durch Motorentstörung nur verringert, nie aber ganz beseitigt werden.

Stromversorgung mit BEC
Bei den meisten Reglern können über die Versorgungsleitung Störungen zum Empfänger übertragen werden. Die Motorleistung wird durch getaktete Leistungsregler gesteuert, die auf die BEC-Stromversorgung zurückwirken können. Sind die Probleme durch Anstecken eines separaten Empfänger-Akkus beseitigt, liegt die Ursache am BEC des Reglers.

Motorzündung
Hervorgerufen durch die Funkenzündung mit Zündkerze werden starke Störenergien, die jede Frequenz erzeugen können, über alle in Verbindung mit der Zündung stehenden Teile abgestrahlt. Dies gilt vor allem für den Kerzenstecker und die Zündkabel. Diese müssen entstört und "geerdet" sein. Häufig ist das Zündkabel oder der Kerzenstecker unter der Isolierung defekt, es entstehen Funkenübersprünge, die den Motor im Betrieb zwar noch nicht beeinträchtigen, aber den Empfänger empfindlich stören. Auf dem Zündungsakku liegen die Störspitzen der Zündung, diese werden vom Akku und dessen Kabel abgestrahlt. Deshalb darf der Empfängerakku in keinem Fall gleichzeitig als Versorgungsakku für die Zündung verwendet werden. Bei Zündungsproblemen kann Abhilfe meist nur durch systematischen Austausch von Teilen erfolgen.

Radiosender
Diese können 35 MHz Frequenzen stören, obwohl sie nicht auf 35 MHz senden. Warum? Es gibt sog. harmonische Frequenzen und Nebenempfangsstellen im Empfänger. Fernsteuerempfänger arbeiten durch Überlagerung von Frequenzen, um letztlich die in der abgestrahlten HF vom Sender enthaltenen Informations-Signale auszufiltern. Es wird immer die sog. Zwischenfrequenz (ZF) überlagert. Bei Einfachsuper-Fernsteuerempfängern beträgt diese ZF 455 kHz. Der Aufdruck auf den Empfängerquarzen entspricht daher meistens der Sendefrequenz minus der ZF. Beispiel Kanal 66 = Sendefrequenz 35,060 MHz. Abzüglich ZF 455 kHz ergibt Empfängerquarzfrequenz (Aufdruck) von 34,605 MHz. Bei der Überlagerung der ZF können neben der gewollten Mischfrequenz auch Frequenzen entstehen, die einer harmonischen Frequenz der Ausgangsfrequenz entsprechen, also bei 35 MHz z.B. 70 MHz (35MHz x 2) oder bei 105 MHz (35MHz x 3).
Auf 105 MHz arbeiten in Europa UKW-Sender z.T. mit sehr hohen Leistungen. Bewegen wir uns in der Nähe eines UKW-Senders, ergeben sich dann bei sog. Einfachsuper-Empfängern Überlagerungsfrequenzen auf einer "Harmonischen". Der Einfachsuper-Fernsteuerempfänger überlagert durch seine Nebenempfangsstellen dann auch die Signale vom UKW Sender, eine Störung des Fernsteuersendersignals kann entstehen. Davor kann man sich durch die Verwendung von Doppelsuper-Empfängern schützen. Diese können systembedingt auf Grund von 2-facher Überlagerung solche Störungen von UKW-Sendern ausfiltern. Außerdem ergibt sich theoretisch ein weniger verrauschtes Signal, was die Empfangseigenschaften weiter verbessert.
Eine einfache Methode um festzustellen, ob ein UKW-Sender einen bestimmten Kanal einer Fernsteuerung stören kann besteht darin, dies einfach auszurechnen.
Wir senden auf Kanal 66=Frequenz 35,060 MHz. Empfangsfrequenz also 34,605 MHz. Wir multiplizieren 34,605 MHz mit 3 und erhalten 103,815 MHz. Daraus ergeben sich nun 2 mögliche, störende UKW-Frequenzen. "Plus-ZF und Minus ZF".
Wir ziehen also unsere Zwischenfrequenz 455 kHz von 103,815 MHz ab, ergibt sich eine störende UKW-Frequenz für Minus-ZF von 103,360 MHz, addieren wir unsere ZF, erhalten wir die störende UKW-Frequenz von 104,270 MHz.
Wenn Sie nun ausrechnen, wie dies bei 40MHz-Empfängern ist, werden Sie keine UKW-Frequenz finden, die einen 40MHz Empfänger stören kann.

CB-Funk
Obwohl der CB-Funk andere Bereiche des 27 MHz Bandes verwendet kommt es immer wieder zu Problemen. Dies liegt zumeist an unzulässigen Sendeanlagen, die zum Teil mit einem Vielfachen der erlaubten Leistung arbeiten. Bei Verdacht auf den Betrieb solcher Anlagen, hilft es nur noch, den Störungsdienst der deutschen Telekom einzuschalten.

Einstrahlung durch hohe Leistung
Dieses Problem entsteht dann, wenn Leiterbahnlängen auf der Platine des Empfängers oder Kabellängen in der Empfangsanlage ausgerechnet eine Länge haben, die der Wellenlänge eines Störsenders entsprechen. Dieses kann nicht vorher gesehen werden und ist daher nur dadurch zu vermeiden, dass in direkter Nähe von starken Sendern nicht gefahren wird. Das gilt auch für Richtfunkstrecken.

Nachbarkanalstörungen
Diese Probleme dürften eigentlich nie auftreten, denn alle angebotenen Empfänger werden ja für 10KHz Kanalabstand angeboten, was soviel heißt, dass ein Empfänger bei gleichzeitigem Betrieb aller Nachbar-Kanäle ohne Probleme arbeitet. Treten trotzdem Nachbarkanalprobleme auf, kann dies mehrere Ursachen haben.
Als Maß gilt, wenn der Abstand des eigenen Senders zum Modell z.B. 100 Meter beträgt und der Abstand des Nachbarkanalsenders 10 Meter oder weniger, dann kann Betriebssicherheit nicht garantiert werden. Dies ist bei praktisch allen, auch hochwertigen Empfängern der Grenzbereich (Stör- Nutzverhältnis 10:1).

Einstrahlungen durch hohe Leistungen
Eventuell kann es auch vorkommen, daß Fremd-Sender, die nicht auf dem Nachbarkanal senden, sondern zwei oder mehr Kanäle entfernt, bei geringem Abstand zum eigenen Modell eine Störung erzeugen. Dies hat dann weniger mit dem Nachbarkanal zu tun als mit der sog. Übersteuerungsfestigkeit. Hier gibt es unter den im Markt befindlichen Empfängern große Unterschiede, aber es gibt genauso große Unterschiede bei den abgestrahlten Leistungen einzelner Senderfabrikate.  

Frequenzen

Damit es nicht zu gegenseitigen Störungen von Fernsteuerungen kommt, gibt es eine klare Frequenzordnung, die vorschreibt, auf welchem Frequenzband welche Arten von Modellen zugelassen sind. In Deutschland gibt es 3 Frequenzbänder, auf denen Modellfahrzeuge ferngesteuert werden dürfen.

27 MHz Band
Auf diesem Frequenzband dürfen Modelle aller Art betrieben werden. Fernsteuerungen auf diesem Frequenzband besitzen eine allgemeine Zulassung und müssen nicht angemeldet werden.

35 MHz Band
Auf diesem Frequenzband dürfen ausschließlich Flugmodelle betrieben werden. Fernsteueranlagen auf diesem Frequenzband sind anmeldepflichtig.

40 MHz Band
Auf diesem Frequenzband dürfen Modelle aller Art ohne Einzelanmeldung betrieben werden. Allerdings sind die Kanäle 54 bis 92 ausschließlich für Autos und Schiffe zugelassen.

Frequenztabelle für Deutschland