Lange Kabel

Wirkung langer Servo- oder Stromversorgungskabel

Mögliche Probleme beim Einbau der Empfangsanlage

Die Anordnung der Bestandteile der Empfangsanlage ist entscheidender Faktor für den sicheren Betrieb eines Modells. Der Empfänger besitzt zwar eine Antenne, aber nicht nur diese wirkt als solche, sondern das ganze Gebilde Empfangsanlage mit allen Kabeln, Servos, Schaltern usw., zusätzlich wirken noch Einflüsse von elektrisch leitenden Einbauten wie Anlenkungsdrähte oder Kohlerümpfe.

Da in der Produktion diese Vielfalt nicht nachgestellt werden kann, muß der Empfänger für die häufigste Anordnung, die in der Praxis vorkommt, in der Produktion nachgestellt und darauf abgestimmt werden, denn die mögliche Anwendungs-Vielfalt kann in einem Labor oder in der Produktion niemals nachgestellt werden. Also nimmt man die häufigste Anwendung. Natürlich versucht man, seine Produkte so zu konstruieren, daß auch Änderungen der normalen Anordnung nicht größere Auswirkungen haben, aber garantieren kann hier niemand, daß der Empfänger immer in allen Situationen, die der Anwender in seinem Modell hat, auch wirklich einwandfrei arbeitet.

Daher bilden die Antennenlitze mit den Servo- und Akkuleitungen,eine Einheit, welche insgesamt als Antenne für unser Modellflugzeug wirken, zusätzlich müssen alle Einbauteile die elektrisch leitend sind und als Abschirmung wirken können dem HF-Gebilde Empfangsanlage zugeordnet werden. Dass dieses von Modell zu Modell unterschiedlich ist, liegt auf der Hand und erklärt die Schwierigkeiten, die bei manchen Einbaulagen entstehen können.

Das gilt auch für den Vergleich von Empfängern. Was in einem Fall mit einem bestimmten Empfänger funktioniert, muß nicht notwendigerweise auch mit einem anderen Empfänger so sein, ohne dass der andere Empfänger deshalb schlechter wäre.

Unsere „Empfängerantenne“ , bestehend aus Antenne und Minusleitungen, entspricht weitgehend einer Dipol-Antenne. Die normale Dipol-Antenne besteht aus zwei Antennenstäben, die in entgegengesetzte Richtung weisen. Dabei haben beide Teilantennen eine Länge von einem Viertel der Wellenlänge. Bezogen auf 35 MHz sind das ca. 214 cm. ´

Setzt man einen Empfänger zwischen die beiden Dipole, dann fließt der sogenannte Antennenstrom zwischen den Dipolstäben. Im Eingangskreis eines Empfängers wird dann aus dem Antennenstrom eine Antennenspannung erzeugt. Eine Länge von ca. 214 cm für Antenne und Servoleitungen ist im Flugmodell nicht praktikabel. Fernsteuer-Empfänger sind deshalb so abgestimmt, dass die Antennenlitze, je nach Typ, eine Länge von etwa 90-100 cm haben. Aber auch der 2te Dipol, unsere Servo- und Akkuleitungen, müssen definiert sein, damit sich das nötige Antennen-Gegengewicht einstellen kann. Die Empfänger (aller Hersteller) sind daher für ca. 30 cm lange Servoleitungen ausgelegt.

Hier wird klar, daß nicht nur die Verlegung der Empfänger-Antenne einen Einfluss auf den Empfang hat, sondern auch die Verlegung der Servo- und Akkuleitungen.

Vielen Anwendern ist nicht bewusst, dass sie hier den Teil eines Antennengebildes verlegen, weswegen sie dabei selten auf Länge und Geometrie achten.

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, Zusatzgeräte wie Kreisel und was es sonst noch gibt, 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, was durch Einbau oder Änderung des „HF-Gebildes Empfangsanlage“ ins Modell erzeugt wird, wirkt sich im Grunde immer als Reduzierung der Reichweite aus vor allem aber in Richtwirkungen.

Das bedeutet, daß ein Empfänger im Modell in bestimmten Positionen zum Sender Probleme bzw. sog. Signalauslöschungen hat, u.U. auch ganz in der Nähe, obwohl in der Ferne alles einwandfrei arbeitet. Deshalb ist der Reichweiten- und Richtungstest (s.u.) nach wie vor die beste Methode, um Probleme aufzuspüren und zu beseitigen, und zwar vor dem ersten Einsatz. 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.

Verlegung der Empfangsantenne
Generell gilt, daß jede hier gemachte Angabe eine Information ist, was u.U. zu Problemen führen könnte und durch einen Reichweitentest geprüft werden kann. Auch Anordnungen, die hier als nicht empfehlenswert beschrieben sind, können durchaus ohne Probleme funktionieren, dies kann durch einen Reichweiten- und Richtungstest ermittelt werden.

Bei Problemen dieser Art stürzt u.U. ein Modell ab, an der Absturzstelle wieder alles zusammengesteckt funktioniert die Fernsteueranlage einwandfrei und ohne Probleme. Viele kleine Störquellen zusammen sorgen dafür , daß sich zum Schluß eine fatale Störung ergab.

Einzeln sind dese Störquellen harmlos, und sie würden einzeln lediglich einen geringen Reichweitenverlust verursachen. Aber mehrere kleine Störquellen können sich während des Flugbetriebes schnell zu einer richtigen Störung summieren. Die große Vielfalt an Modellen und Fernsteuerkomponenten macht es jedoch unmöglich, für alle eine bestimmte Abhilfe zu empfehlen.

Richtcharakteristik
Eine alte Modellfliegerregel sagt, dass man nicht mit der Senderantenne direkt auf das Modell zielen soll. In Längs-Richtung der Antenne liegt die geringste Abstrahl-Leistung, Die Senderantenne hat also ein Richtwirkung.

Was weniger bekannt ist, - das gilt auch für die Empfängerantenne.

Sie empfängt praktisch keine Signale/Energie von Sendern, die sich in Verlängerung der Antenne befinden. Sender, die zur Empfängerantenne im rechten Winkel stehen, werden dagegen am besten empfangen, da iist die Empfindlichkeit des Antenneneingangs am größten. In der Praxis empfängt zwar unser Empfänger auch noch Signale unseres Senders, wenn die Empfängerantenne vom Sender aus nur ”als Punkt” sichtbar ist, das liegt z.T daran, dass die HF-Energie, die unser Sender abstrahlt, irgendwo reflektiert werden. Außerdem ist unser „Antennengebilde“ hoffentlich nie völlig gerade, so gibt es keine Richtung, in der die Empfängerantenne nicht ein abstimmte Wirkung hat. Umgekehrt bedeutet das aber, dass keine Einbaulage der Antenne immer einen optimalen Empfang gewährleistet. Wir müssen uns überlegen, wie wir die Antenne verlegen, damit Fluglagen in denen die Empfängerantenne schlecht wirkt, so selten und so kurz wie möglich auftreten.

Oft wird die Empfängerantenne im oder am Rumpf nach hinten verlegt. Die Empfangs-Leistung ist hier prinzipiell sehr gut, da sich der bereits genannte Dipol mit Servos auf der einen Seite und der Antennenlitze auf der an- deren Seite, am besten ausprägt. Leider ist in dieser Anordnung aber auch die Richtcharakteristik am stärksten. Schlechten Empfang hat man dann, wenn man in gro8er Entfernung und geringer Höhe direkt auf sich zu oder von sich weg fliegt. Diese Fluglage sollte man je- doch allein deshalb schon vermeiden, weil man dabei das Modell kaum sehen kann. Es gibt aber Fälle in welchen sich das kaum ver meiden lässt, zum Beispiel wenn man mit seinem Modell an einer Hangkante entlang segelt oder wenn man ein Modell mit einem guten Gleitwinkel landen möchte und dabei von weitem anfliegt. Ein weiterer Problempunkt wäre Kreisen in niedriger Höhe und großer Entfernung. Bei allen diesen Beispielen kann es zu kurzen Aussetzern in der Übertragung kommen. Wer also sein Modell so einsetzt, dass es häufig genau von vorne oder hinten zu sehen ist, der sollte über eine andere Einbaulage der Antenne nachdenken.

Hier bietet sich eine nach oben zeigende Stabantenne aus Stahldraht an. Leider hat auch sie eine Schwachstelle, obwohl sie allgemein als ideale Lösung gepriesen wird. Einmal abgesehen davon, dass man diese bei einem Leistungssegler schon aufgrund des Luftwiderstandes nicht verwenden möchte, ist sie sehr unempfindlich für Sender, die sich direkt unter dem Modell befinden. Wenn unser Modell waagerecht in großer Höhe über uns fliegt, hat die Stabantenne das Potenzial, Störungen von weit her gut zu empfangen, und dabei die Signale des Senders zu überhören. Für Modelle die häufig in großer Höhe unterwegs sind, wie zum Beispiel Thermiksegler, eignet sich eine Stabantenne daher kaum. Daher, wenn schon Stabantenne, dann aufgeteilt in eine horizontale und eine vertikale Einbaulage.

Es gibt zwar noch viele weitere Einbaumöglichkeiten der Antennenlitze, anhand obiger Beispiele können Sie diese jetzt jedoch sicher selbst beurteilen. Berücksichtigen Sie dabei stets auch ihre Fluggewohnheiten.

Einzige Abhilfe hier ist Diversity-Betrieb mit 2 Empfängern und zwei Antennen.

Abschirmeffekte
Lange Bauteile aus elektrisch leitenden Materialien, wie zum Beispiel Metallstäbe, Kohlerovings oder Leitungen, die parallel zu unserer Antenne eingebaut werden, können abschirmend wirken. Je genauer das Bauteil in Länge und Parallelität mit der Antenne übereinstimmt, desto stärker wirkt es abschirmend. Der abgeschirmte Bereich ist umso größer, je näher das Bauteil der Antenne ist. Wenn wir also durchgehend metallische Bowdenzüge in geringer Entfernung zur Antennenlitze verlegen, kann das zu einer geringen Dämpfung des Sendersignals führen. In Realität ist diese Dämpfung jedoch weitaus kleiner als zum Beispiel die Dämpfung durch die Richtcharakteristik.

Mit einer starken Abschirmwirkung müssen wir dagegen rechnen, wenn die komplette Antenne innerhalb eines Rumpfes aus elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Kohlefaser, liegt. Daher Merke: Immer daran denken, daß die Empfängerantenne soweit entfernt wie möglich von durchgehend metallischen Bowdenzügen oder ähnlichen Teilen verlegt werden soll und dass, wenn möglich, die Antenne nicht parallel zu Bowdenzügen, sondern in einem möglichst großen Winkel dazu verlegt werden soll.

Besonders schwierig fällt das natürlich in den langen und dünnen Rümpfen von Leistungsseglern. In Kohlefaserrümpfen hat eine Antenne jedoch nichts verloren. Wenn der Rumpf dagegen nur Kohlerovings enthält, dann gilt für diese das gleiche wie für Metallteile, nämlich Abstand halten.

Ferritkerne
Bisher ging es um den Einbau von Fernsteuerkomponenten im Rumpf. Doch auch in den Tragflächen sind Servos und damit sind auch lange Servoleitungen im Modell eingebaut. Damit diese Servoleitungen nicht als Teil des Antennengebildes (Antennengegengewicht) wirken, können wir Ferritkerne einbauen. Ein Ferritkern bildet zusammen mit der herumgewickelten Servoleitung eine Spule. Einfach betrachtet ist eine Spule für Gleichstrom passierbar, für Wechselstrom ist sie dagegen ein Hindernis. Die Ferritkerne aus dem Modellbaugeschäft haben zusätzlich eine ganz besondere Eigenschaft. Sie haben eine sogenannte geringe Güte. Dadurch sind sie in der Lage, Energie aus Wechselströmen aufzunehmen und in Wärme umzusetzen. Warum stören diese aber die Nutzsignale auf der Servoleitung nicht, obwohl doch der Servo-Impuls auch ein Wechselstrom ist? In diesen Fall handelt es sich um einen in sich geschlossenen Stromkreis. Ein Strom der durch die Impuls-Leitung zum Servo fließt, wird durch die Minus-Leitung wieder zurück fließen. Da wir aber stets alle drei Adern der Servoleitung parallel durch den Ferritkern fädeln, heben sich die Felder der hin- und rückfließenden Ströme gegenseitig auf. Die Spule sieht also Nutzströme zwischen Empfänger und Servo gar nicht. Ströme, die in Summe nur in eine Richtung fließen, und das können nur Antennenströme sein, werden dagegen durch die Ferritkernspule gedämpft.

Wir haben einmal versucht das messtechnisch bei 35MHz zu erfassen:

Wie zu erwarten, ist die Verstärkung stets kleiner 1 bzw. kleiner 100 Prozent. Das Messergebnis zeigt, dass die Antennenströme selbst dann bedämpft werden, wenn man die Servoleitung lediglich durch den Ferritkern durch- steckt (Anzahl Windungen = 0). Brauchbare Dämpfungen erhält man bei drei bis fünf Windungen pro Ferritkern, mehr als fünf Windungen ergeben keine zusätzliche Dämpfung. Wickelt man die Servoleitung fünfmal um einen Ferritkern, dann sinkt dadurch der störende Antennenstrom in der Servoleitung auf ca. 8 Prozent gegenüber einer Leitung ohne Ferritkern. Nachdem die Wirkung der Ferritkerne nachgewiesen ist, kann man sich vorstellen, dass die Servoleitung vom Empfänger aus gesehen, nur bis zum jeweils ersten Ferritkern als Teil des Antennengebildes wirkt.

 Verdrillte Leitungen
Elektro-magnetische Wellen, also jegliche Arten von Funk, besitzen ein wechselndes Magnetfeld und sie können einen Strom in einer Schleife verursachen. Eine nicht verdrillte Leitung bildet eine Leiterschleife. Wird die Schleife von einem Feld durchdrungen, wird ein umlaufender Strom induziert. Dieser sog. Maschenstrom fließt ebenfalls durch den Empfänger und das Servo und er kann dadurch das Nutzsignal für das Servo stören. Typisch für diese Art der Störung ist, dass die Flächenservos eher wie zufällig, von Zeit zu Zeit in irgendeine Endposition laufen. Da der Maschenstrom im Kreis fließt, können Ferritkerne hier auch keine Abhilfe schaffen (siehe letzter Abschnitt). Schon besser sieht es dagegen bei verdrillten Leitungen aus. Die Maschenströme heben sich gegenseitig auf, weil die entstehenden Leiterschleifen mit jedem Drill der Leitung entgegengesetzt wirken. Wir empfehlen daher bei längeren Servoleitungen ausschließlich verdrillte Leitungen.

Fazit
Jede Störquelle bedeutet einen Verlust an  Reichweite und damit einen Verlust an Sicherheit. Nun wissen Sie vielleicht wieder etwas besser, wie Sie potentielle Störquellen in Ihrem Flugmodell mit geringem Aufwand selbst beseitigen können. Die bisher so unkalkulierbare Gefahr durch Störungen lässt sich,  dadurch zwar einschränken, Fernsteuerbetrieb völlig ohne Störungen kann man jedoch nie garantieren. Deshalb überfliegen Sie mit ihrem Modell nie Personen in geringer Höhe und halten Sie Abstand zu bewohnten Gebieten. Bislang ist auch nicht vollständig geklärt ob Mobilfunktelefone unsere Fernsteuerungen stören können. Daher empfehle ich Mobiltelefone am Pilotenstandplatz abzuschalten. Glauben Sie auch nicht, dass Ihnen nichts passieren kann, wenn Sie den tollsten und den teuersten Empfänger benutzen, Die hier beschriebenen Störquellen sind auf physikalische Effekte zurückzuführen und insofern unabhängig von Typ und Hersteller der Fernsteuerung.

Ringkerne
Nach wie vor empfehlen wir bei langen Servoleitungen die Verwendung von Ringkernen. Immer da wo die Servos direkt an den Rudern eingebaut werden, ergeben sich lange Zuleitungen zum Empfänger. Damit diese Servoleitungen nicht als Teil des Antennengebildes (Antennengegengewicht) wirken, sollten Ringkerne einbauen. Ein Ringkern aus Ferrit bildet zusammen mit der herumgewickelten Servoleitung eine Spule. Einfach betrachtet ist eine Spule für Gleichstrom passierbar, für Wechselstrom ist sie dagegen ein Hindernis.

Sicher sind Ringkerne nicht in jedem Anwendungsfall notwendig, wir gehen sogar davon aus, dass in 85-90% aller Fälle Rinkerne nicht notwendig sind. Nur, das weiß man nie voher, sondern immer erst nachher........ Was ist ein Modell wert im Verhältnis zum Ringkern-Aufwand?

Ringkerne
Zur Entstörung langer Servokabel.
Best.Nr. 95 5005, Innen-Durchmesser 8mm,
€ 0,90 (3-4 Windungen mit 0,17mm Kabel)
Best.Nr. 95 5005, Innen-Durchmesser 9,5mm,
€ 1,10 (3-4 Windungen mit 0,33mm Kabel)
Best.Nr. 95 5005, Innen-Durchmesser 15mm,
€ 0,90 (3-4 Windungen mit 4x 0,25mm Kabeln)

Einsparung langer Servoleitungen
Ganz bewußt werden beim DSL-System 2 komplette, voneinander getrennte Empfänger eingesetzt. Dadurch wird das Empfangssignal 2x empfangen und 2 x komplett verarbeitet, es sind immer 2 Empfänger im Einsatz. Es entsteht der sog. Voll-Diversity-Empfang mit Rauschabstandsgewinn,  im Gegensatz zur Diversity-Antennenumschaltung, bei dem lediglich ein Empfänger im Einsatz sein kann und Umschaltzeiten entstehen.

Neben den erheblich besseren Diversity-Eigenschaften ergibt sich durch die getrennte Bauweise zusätzlich die Möglichkeit, die Empfänger nahe zu den Servos zu bauen, z.B. ein Empfänger im Rumpf, ein Empfänger im Flügel. Dadurch sind nur 4 Zuleitungen zum Flügel notwendig (Plus, Minus und 2-Datenleitungen).

So lassen sich erhebliche Mengen an Kabeln und Steckverbindungen einsparen. Außerdem lassen sich die beiden Antennen einfacher und weitab von Kabeln oder anderen Störquellen verlegen.