433 MHz Funkübertragung

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Funkmodule

Maximale Sendeleistung üblicher Funkmodule: 10 mW. Bekannter Hersteller: Aurel (http://www.aurel.it), Bezugsquellen: Conrad und funkmodul.com. Sehr beliebt ist auch das RFM12 von Pollin.

AM

Arbeiten mit On-Off-Keying, d.h. das HF-Signal wird zur Übertragung von 1/0 einfach an/abgeschaltet. Dies ist die einfachste (billigste) Lösung.

Statt AM wird dafür auch die Abkürzung ASK benutzt. Sie steht für "amplitude shift keying".

Dieses Verfahren wird gern in Funksteckdosen angewandt. Der Sender ist dabei ein Oszillator mit einem SAW-Resonator. Die Anschwingzeit liegt bei ca. 30µs. Um diese Zeit wird ein "1"-Impuls verkürzt. Die Sendefrequenz hat eine Toleranz von ca. +/- 100 kHz. Ein Vorteil für den Batteriebetrieb besteht darin, dass der Sender nur beim Senden der Impulse Energie benötigt. In den Pausen ist der Sender abgeschaltet und spart Strom. Der Empfänger ist als Pendelaudion aufgebaut. Dazu sind nur wenige Bauteile erforderlich. Die entstehende Störstrahlung erzwingt einen Mindestabstand von ca. 1 m zwischen zwei Empfängern. Das Pendelaudion arbeitet als relativ breitbandiger Empfänger und verträgt sich deshalb gut mit dem SAW-Resonator, der relativ große Toleranzen der Sendefrequenz mit sich bringt. Die Kombination beider Techniken bietet dann eine Reichweite von bis zu 30m innerhalb von Gebäuden, bzw. bis zu 300m außerhalb.

FM (FSK)

Teurer, und besser.

Besser bedeutet hier eine höhere Datenrate und eine größere Reichweite bei gleicher Sendeleistung. Der Bauteilaufwand und die Kosten sind jedoch größer als bei den einfachen AM-Baugruppen. Der Energiebedarf ist ebenfalls höher.

Der Grund liegt in der geringeren Bandbreite, auf die die Sendeenergie konzentriert wird. Der Sender arbeitet jedoch im Dauerbetrieb und benötigt deshalb zur Datenübertragung mehr Energie. Der Empfänger ist prinzipiell schmalbandiger und deshalb störunempfindlicher. Letztlich sorgt das für eine höhere Reichweite.

Antennen und Antennenanpassung

\lambda/4 Antenne

In der Praxis sieht diese z. B. so aus.

Die einfachste Antenne ist ein Draht der Länge \lambda/4 (bei 433 MHz entspricht das 17 cm). Zu beachten ist dabei, dass diese Antenne für eine optimale Wirkung eine leitfähige Grundfläche auf der die Antenne senkrecht steht, mit mindestens \lambda/4 Radius benötigt. In der Praxis funktioniert die Antenne natürlich auch wenn weniger Fläche vorhanden ist, allerdings ist die Anpassung dann nicht ideal, was den Wirkungsgrad und somit die Reichweite beeinträchtigt.

\lambda/4 Antenne aus Koaxkabel

Um einen Gegenpol erweiterte \lambda/4 Antenne.

Um diese für die Praxis meist zu große Grundplatte zu vermeiden, kann man eine einfache Antenne aus einem Stück Koaxkabel (z. B. RG58) bauen: Dazu isoliert man die obersten \lambda/4 ab. Dies stellt die eigentliche \lambda/4 Antenne dar. Die darunter liegende Abschirmung stellt den erforderlichen Gegenpol da. Da dieser eigentlich auch nur \lambda/4 lang sein dürfte, ist diese Antenne nicht perfekt, stelle aber in der Praxis meist eine einfache, günstige und bessere Lösung dar, als eine \lambda/4 Antenne mit viel zu kleiner Grundplatte. Zusätzlich hat man hier den Vorteil, dass die Zuleitung zur Antenne quasi schon integriert ist.















Planar Antenne

Splatch Planar Antenne.

Eine weitere, sehr kompakte Lösung stellen Planar Antennen, wie hier auf dem Foto eine Splatch Antenne vom Hersteller LINX. Trotz der sehr kompakten Abmessungen erreichen diese Antennen ähnlich gute Werte wie eine \lambda/4 Antenne. Ideal sind diese Antennen für die direkte Bestückung auf eine Platine. Dabei ist zu beachten, dass die Fläche unter der Antenne frei von leitfähigen Gegenständen ist. Die restliche Platine sollte aber eine Massefläche als Gegenpol haben. Auch freistehend ist diese Antenne eine kompakte Alternative zu \lambda/4 Antennen.













Allgemeine Hinweise

Allgemeine Hinweise zur Anpassung, Vergleichstabellen verschiedener Antennenformen bei 433 MHz, ...:

Codierung

Bei kurzen Reichweiten und geringen Datenraten kann man oft ohne Fehlerkorrektur auskommen. Um Fehler bei der Übertragung in gewissen Grenzen reparieren zu können verwendet man Kanalcodierung. Dabei wird in das Sendesignal Redundanz eingefügt, die am Empfänger zur Korrektur von Bitfehlern genutzt werden kann. Also: Nutzdatenrate wird kleiner, Zuverlässigkeit wird größer. Einfache und beliebte Codierungsverfahren sind z. B. BCH-Codes. Um darüber hinaus Fehler zuverlässig erkennen zu können, verwendet man eine Prüfsumme (z. B. CRC). Eine einfache Variante ist, die Übertragung einfach mehrmals zu wiederholen.

Durch lange Codes (>100 Bit für ein Datenbit) lassen sich auch mit billigen Funkmodulen große Reichweiten auf Kosten der Übertragungsrate erreichen, siehe Artikel Codierte Übertragung.