2,4 GHz, Segen für den Modellflug?

Das Problem von gegenseitigen Störungen wegen Doppelbelegung von Kanälen, wie es auf 35 und 40 MHz möglich war, ist mit den auf 2,4 GHz benutzten Übertragungsverfahren eliminiert. Solche Protokolle haben sich in der Industrie schon lange bewährt. Telemetriefähigkeit, wie es bei der neusten Generation Fernsteuerungen angeboten wird, bringt zusätzliche Sicherheit, was die Reichweite der Funkverbindung anbetrifft, da der Pilot gewarnt wird, wenn die Funkverbindung zu schwach wird. Die Reaktionszeit der Übertragung ist wesentlich kürzer, als sie früher bei der Pulsbreitenübertragung der Servopulse der Fall war.

Temporäre Signalfehler werden durch die digitale Verschlüsselung der Steuerbefehle im Empfänger erkannt, korrigiert oder eliminiert, sodass keine Fehlfunktionen auftreten. Fremde Sender werden vom Empfänger erkannt und ignoriert.

Mikrowellensignale verhalten sich fast wie Licht. Es kann also nur auf Sicht geflogen werden. Fliegt man, gewollt oder nicht, hinter Gebäude, Hügel oder andere Hindernisse, wird die Funksignalstärke sehr stark reduziert bzw. kann ganz ausfallen (Reflexionen helfen manchmal positiv). Das 2,4-GHz-Band ist ein sogenanntes ISM-Band. Wir haben dieses Frequenzband, das wir mit Frequenzhopping und Spread-Spectrum vollumfänglich ausnützen, mit anderen Diensten der Industrie, Wissenschaft und Medizin zu teilen. Das heisst für uns, die Übertragung kann grundsätzlich von anderen Benützern belegt sein. Frequenzbänder können mit Störsignalen belegt sein (z.B. undichter Mikrowellenofen mit bis zu 1 Kilowatt).

Auch starke kommerzielle Sender, die nicht auf dem ISM-Band senden, können Fernsteuerempfänger durch die Präsenz von starken elektromagnetischen Feldern beeinträchtigen. Dies gilt grundsätzlich für alle Funkübertragungen.

• Defekte am eigenen Sender und Empfänger oder Fehler bei der Handhabung
• Fremde Benützer des 2,4-GHz-ISM-Bandes
• Präsenz von starken Elektromagnetischen Feldern
• Mischung von verschiedenen Frequenzen im Empfänger

Jede mögliche Störung der Fernsteuer-Funkverbindung muss ernst genommen werden, da sie zum Absturz unseres Modells führen kann.

Der vorderste Teil der Empfangsantennen ist der aktive Teil der Antenne. Der graue oder schwarze Teil ist Abschirmung (Koaxialkabel), aus dem die Antenne gefertigt ist. Der Innenleiter (den wir auf ca. 3 cm sehen) besteht aus 7 feinen Drähten mit einer Dicke von nur 0,06 mm, also etwa Haaresdicke. Mehrfaches Abknicken kann innerhalb der Polyethylenhülle zum Drahtbruch führen, was schlecht sichtbar ist. In diesem Fall hat diese Antenne keinen Empfang mehr, bei zwei Antennen wäre nur noch eine aktiv. Dies könnte Empfangslücken verursachen. Innerhalb des Empfängers ist das Kabel mit einem Miniatur-

stecker verbunden. Diese Stecker haben eine begrenzte Zugfestigkeit des Kabels. Wird zu stark am Antennenkabel gezogen, kann es aus der Kontaktierung gerissen werden, auch ohne dass dies optisch sichtbar ist.

Will man kein Risiko von Antennendämpfung eingehen, sollten die Antennen aus dem Modellrumpf schauen. Kohlefasern, Metall und gewisse Farbpigmente absorbieren Hochfrequenzsignale. Glasfaserepoxy ist jedoch für Hochfrequenz durchlässig.

Zur optimalen Empfangsqualität sollen die Empfehlungen der Hersteller, die zwei Antennen in einem Winkel von 90° und möglichst weit voneinander zu platzieren, beherzigt werden. Es kommt nicht aufs Grad an. Zwei parallel geführte Antennen verfehlen aber ihren Zweck. Failsafe sollte bei Flächenmodellen eingeschaltet sein, aus Sicherheitsgründen auf jeden Fall auf der Motor-drossel.

Falsche Antennenstellung am Sender

Alle Stabantennen stellen einen Herzschen Dipol dar, dessen Abstrahlung radial in einem Winkel von 90° zur Stabachse erfolgt. In Stabachse haben wir minimale Ausbreitung. Dies kann die Reichweite um mehrere Faktoren reduzieren. Dies veranschaulicht auch, warum die beiden Empfangsantennen um 90° zueinander stehen sollen.

Die Sender-Stabantenne soll also niemals auf das Modell zeigen. (Module, die keine sichtbare Antenne haben, benützen eine Patch-Antenne, die andere Abstrahlungseigenschaften aufweisen.)

Wer hat heute nicht ein Handy in seiner Jacke, auch beim Fliegen? Da sich viele Fluggelände abseits von Agglomerationen befinden, ist der Handyempfang dort oft sehr schwach. Das Handy versucht die Verbindung

aufrecht zu erhalten (auch ohne dass telefoniert wird) und sendet alle paar Minuten kurze, aber sehr starke Signale. Diese können unter Umständen unseren Sender beeinflussen.

Bluetooth und W-LAN benutzen das gleiche Frequenzband wie unsere 2,4-GHz-Anlagen. W-LAN hat zudem mehr Leistung. Wenn viele parallel betriebene W-LAN existieren, wie dies in Industrieumgebung sein kann, können diese das zur Verfügung stehende Übertragungsband vollständig belegen und unsere Funkverbindung zum Modell beeinträchtigen. Je weiter sich der Empfänger von uns entfernt befindet und je näher der Empfänger sich dem Fremdsender nähert, umso grösser die Gefahr von Störungen. Solche fremden Geräte sollten auf dem Flugplatz ausgeschaltet sein, um das Risiko von Eigenstörungen zu vermeiden (auch wenn Frequenzhopping und Spread-Spectrum mit solchen Störsignalen leben könnten). Wir sollen in eigenem Interesse das Glück nicht herausfordern.

Fremdsender mit sehr starker Leistung können unsere Empfänger durch die Präsenz von grosser elektromagnetischer Strahlung beeinträchtigen. Rundfunksender arbeiten unterhalb von 1 GHz, jedoch mit Leistungen von einigen 10 Watt bis über 100 Kilowatt. Wenn unser Modell in die Nähe solcher Sender gelangt, kann die Eingangsstufe des Empfängers «zugestopft» werden, sodass das Fernsteuersignal nicht mehr gehört und decodiert werden kann.

Handy-Antennenanlagen haben ebenfalls unterschiedliche Sendeleistungen. Sie variieren zwischen 10 und > 1000 Watt. Die Frequenzen liegen zwischen 900 und 2200 MHz. Es

kann der gleiche Effekt auftreten.

Es können sich am Empfängereingang Mischprodukte von mehreren Sendesignalen bilden, die dann in das ISM-Band fallen.

Auf zwei Modellflugplätzen, auf denen Störungen auftraten, konnten keine störenden Signale auf 2,4 GHz gemessen werden. Jedoch waren in der Nähe Handy-Antennen und Rundfunkanlagen vorhanden. Eine Spektrum-Analyse zeigte auf, welche Signale mit welcher Feldstärke zum Zeitpunkt der Messung vorhanden waren. Im Labor wurden die gemessenen Signale einzeln reproduziert. Es konnte allerdings keine Störung am Empfänger festgestellt werden. Erst als zwei Fremdsignale gleichzeitig appliziert wurden, meldete der Empfänger Fail Safe.

Es gibt zwei charakteristische Typen von Sendemasten.

Das Bundesamt für Kommunikation BAKOM stellt im Internet Karten und Daten zur Einsicht zur Verfügung.

• http://map.funksender.admin.ch/bakom.php

Aus der Karte lassen sich die Standorte von Sendeanlagen und deren Charakteristika entnehmen. Jeder Anlage ist eine Tabelle mit den aufgebauten Diensten und deren abgestrahlte Leistung zu finden.

Damit der Empfang unseres Modells nicht gestört wird, soll der Abstand zu Sendeanlagen möglichst gross sein.

• Abstand zu Digital-TV-Sender, z.B. Rigi Kulm (112 kW) auf Antennenhöhe: > 8 km

• Abstand zu Umsetzer (10 kW): > 2 km
• Abstand zu GSM-Anlagen (1 kW): > 500 m

Dies soll nicht heissen, dass innerhalb solcher Distanzen nicht geflogen werden darf. Es ist aber angebracht, allfällige Störungen so früh wie möglich zu erkennen und aus der Gefahrenzone zu entfliehen.

Störsignale, die ausserhalb des 2,4-GHz-Bandes sind, können mit entsprechenden Filtern unterdrückt werden. Ein mögliches Filter, das speziell für 2,4

GHz entwickelt wurde, hat eine Grösse von $5 \times 3 \times 1,5$ mm und kann in die Antennenleitung eingebaut werden, ohne dass wesentliche Durchgangsverluste entstehen. Es könnte von den Herstellern von 2,4-GHz-Empfängern implementiert werden.

Für eine Analyse ist wichtig zu wissen:

• Zeitpunkt der Störung (möglichst genau)
• Richtung, Distanz und Höhe des Störauftritts
• Welche Sender und Empfänger waren im Einsatz? →

Die neue Technik, mit 2,4 GHz Modelle zu steuern, hat sich etabliert und man kann ihr durchaus vertrauen. Wir müssen uns aber bewusst sein, dass jede noch so gute Technologie auch ihre Grenzen hat, die nicht ohne Folgen überschritten werden können. Wer physikalische Grenzen überschreitet, geht erhöhte Risiken ein.

Wer also die Grenzen kennt, wird sie auch beherzigen. ■

*Ressort Infrastruktur des SMV,
Paul Rudolf*