2,4-GHz-Funkfernsteuertechnik

Ganz am Anfang der Funkfernsteuerung standen die amplitudenmodulierten Systeme auf 27 MHz, die dann von frequenzmodulierten Systemen auf den 35-MHz-Bändern abgelöst wurden. Graupner führte dann die PCM-Technik ein, mit der man die Übertragung noch unempfindlicher gegen Störungen machente. Doch die ganze 35-MHz-Fernsteuertechnik ist technisch gesehen keinesfalls mehr Stand der Technik. So haben sich die Hersteller Gedanken gemacht und seit dem Jahr 2007 bieten verschiedenste Firmen nun Fernsteuerlösungen im 2,4 GHz Frequenzband an. Für die Anwender stellt sich nun die Frage umsteigen oder warten und was bringt die neue Technik überhaupt für Vorteile?

Technik

Alle Anbieter haben sich zunächst für das 2,4-GHz-Band entschieden. Dieses Band wird u. a. für WLAN-Anwendungen und Bluetooth eingesetzt, kommt aber auch für viele andere Industrie- und Privatanwendungen zum Einsatz, wie ZigBee (wartungsfreie drahtlose Funkschalter oder Sensoren), Drahtloskameras und auch Mikrowellenherde. Es handelt sich um ein sogenanntes ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical). Es gibt mehrere dieser Bänder, so z. B. auch bei 868 MHz und 5,7 GHz. Auch hier ließen sich Modellfernsteuersysteme betreiben. Mit Graupner gibt es auch schon einen Hersteller, der angekündigt hat, für das 868-MHz-Band in Zukunft Systeme alternativ zu 2,4 GHz anzubieten. Dieses Band bietet unter bestimmten Voraussetzungen Vorteile gegenüber dem Frequenzbereich um 2,4 GHz.

Die neuen 2,4-GHz-Systeme bieten eine ganze Reihe von Vorteilen, wie z. B.:

• durch hohe Frequenz ergibt sich eine kleine Wellenlänge und somit auch:
  • deutlich kleinere Antennen, die zudem symmetrisch ausgeführt sind (Dipol),
  • dadurch auch bessere Abstrahlbedingungen und Masseverhältnisse,
  • geringere Probleme durch Beeinträchtigungen durch Gegenstände in oder auf dem Boden, wie z. B. Metallplatten etc., auch bei geringer Flughöhe,
• in dem Frequenzbereich 2,4 GHz gibt es keine beeinträchtigen Überreichweiten,
• unempfindlich gegenüber stationären, schmalbandigen Störungen,
• unempfindlicher gegenüber Impulsstörungen von Motoren oder Regler,
• durch entsprechende Schutzmechanismen wie Fehlerkorrektur, weitere Verbesserung der Übertragungsgüte,
• keine Frequenzwahl nötig,
• schnellere Übertragungszeit und hohe Auflösung für einen Servokanal,
• der Rückkanal lässt sich auch für Telemetrieübertrragung nutzen.

Zu einigen Punkten hier nun noch einige Erläuterungen. Der Frequenzbereich um 35 MHz kann durch troposphärische Überreichweiten durchaus stark beeinträchtigt werden. So werden in Frankreich in diesem Frequenzband Bündelfunkanwendungen mit einigen Watt Leistung betrieben, die den Modellfunk bei entsprechenden Wetterlagen (Inversionsschichten) stark beeinträchtigen können. Weiter sind im sogenanntem Sonnenfleckenmaximum auch Überreichweiten aus Übersee möglich, wo ganz andere Funkdienste diesen Frequenzbereich nutzen.

Ein ganz wichtiger Faktor ist die deutlich kleinere Wellenlänge des 2,4-GHz-Bandes. Bei 35 MHz beträgt die Wellenlänge über acht Meter während sie bei 2,4 GHz lediglich zwölf Zentimeter beträgt. Das bedeutet z. B. für Funkanwendungen von 35 MHz, das metallische Gegenstände je nach Größe selbst bei einem Abstand von 20 Metern noch einen deutlichen Einfluss auf die Übertragungsgüte haben. Auch sind die Masseverhältnisse elektrisch bei so großer Wellenlänge sehr schwierig in den Griff zu bekommen. Jeder Antenne benötigt bei unsymmetrischem Aufbau (wie eben bei einer Stabantenne) ein entsprechendes elektrisches "Gegengewicht", was gerade bei Pultsendern nur bedingt existiert, da die Gerätemasse viel zu klein ist und der menschliche Körper durch Handkontakt das Gegengewicht darstellt. Bei 2,4 GHz ist das kein Problem. Die Wellenlänge ist in den Abmessungen deutlich kleiner als eine Kantenbreite des Sender und die Antennen lassen sich zudem symmetrisch ausführen, was die Masseproblematik weiter verringert. Das gleiche gilt natürlich auch erst recht beim Empfänger. Hier waren bisher im elektrischen Sinne korrekte Masseverhältnisse beim Betrieb mit 35-MHz-Anlagen so gut wie gar nicht realisierbar. Ein Dipol ist symmetrisch und in der Regel als Halbwellendipol ausgeführt, das heisst die Länge der gesammten Antenne beträgt lediglich sechs Zentimeter. Ein weiterer positiver Effekt der deutlich höheren Frequenz ist, dass Funkenstörung Breitbandstörungen sind, die zu den höhen Frequenzen hin an Intensität abnehmen. Daher sind die 2,4-GHz-Sendestrecken auch hier gegenüber 35-MHz-Systemen im Vorteil.

Nachteile

Nach dem man den vorherigen Abschnitt gelesen hat, könnte man annehmen, es gibt keine Nachteile gegenüber dem Fernsteuerbetrieb im 35-MHz-Band. Wenn auch die Vorteile überwiegen gibt es einige Nachteile, auf die man hinweisen muss.

Bei 2,4 GHz ist die Polarisation des Funksignals ausgeprägter. Das heißt, es macht sich die sogenannte Polarisationsdämpfung bemerkbar. Jede elektrische Welle, wie übrigens auch Lichtwellen, sind polarisiert (vertikal, horizontal oder eben dazwischen). Nur wenn Sender und Empfänger exakt die gleiche Polarisation haben, wird das Signal mit der maximalen Signalstärke (exakter gesagt Feldstärke) empfangen. Ist die Polarisation zwischen Empfänger und Sender um 180 Grad gedreht (also z. B. vertikale Polarisation am Sender und horizontale am Empfänger), dann wird das Signal (zumindest theoretisch) ausgelöscht. Dieser Zustand tritt durch Reflexionen in der Praxis aber nie auf. Trotzdem können durch gedrehte Polarisation Dämpfungen von 30 dB und mehr auftrteten. Aus diesem Grund benutzt man das sogenannte Antennen-Diversity. Es werden zwei Antennen eingesetzt, die möglichst unterschiedliche Polarisation aufweisen sollten. So kann der Effekt dem Effekt der Polarisationsdämpfung entgegengewirkt werden.

Die Sendeleistung bei 35-MHz-Fernsteueranlagen beträgt 100 mW - genauer gesagt die Strahlungsleistung (Abk.: EIRP - Equivalent Isotropic Radiated Power). Unter Strahlungsleistung versteht man die Sendeleistung multipliziert mit dem Gewinnfaktor der Antenne bezogen auf ein Rundstrahler (Isotropenstrahler). Ein Dipol hat bereits ein Gewinn von 2 dB gegenüber dem Isotropenstrahler. Bei den 2,4-GHz-Anlagen ist eine maximaler EIRP von 100 mW zulässig. Da hier Dipole zum Einsatz kommen ist die zulässige Sendeleistung also geringer als 100 mW. Man könnte jetzt also davon ausgehen, da beide Systeme mit 100 mW EIRP arbeiten, die Reichweiten identisch sind. Dies ist aber nicht der Fall. denn die sogenannte Freiraumdämpfung macht einem hier einen Strich durch die Rechnung. Die Feldstärke von Hochfrequenzwellen nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Wie groß die nominale Feldstärke in einer bestimmten Entfernung ist, wird durch die Freiraumdämpfung bestimmt. Die Freiraumdämpfung ist um so größer um so höher die Frequenz ist. Da nun 2,4 GHz deutlich höher als 35 MHz ist, ist auch die Freuraumdämpfung deutlich höher. Jedoch macht sich die Dämpfung in der Praxis nicht so stark bemerkbar wie man annehmen müsste, da andere positive Faktoren, wie die bessere Abstrahlung etc., diese zum Teil kompensieren.

Bei 2,4 GHz ist die Dämfung durch Abschattung ebenfalls deutlich größer als bei 35 MHz. Dies ist aber sowohl ein Vor- als auch ein Nachteil. Ein Nachteil, wenn plötzlich durch ein Hinderniss keine Sichtverbindung zum Modell mehr existiert oder wenn sich jemand unmittelbar vor den Sender stellt. Dies kann fatale Folgen haben. Auf der anderen Seite werden durch die Dämpfung der Wände eines Hauses aber auch u. U. störende WLAN-Ausstrahlungen stark gedämpft.

Systeme

Seit 2008 stieg die Zahl der Anbieter ständig. Hier eine Übersicht einiger Anbieter:

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