Radiosender und Empfänger Information

Wie wähle ich den richtigen Transmitter/Receiver?

Aufgabe von Sender und Empfänger

Der Funksender (Transmitter/TX) überträgt ein Radiosignal kabellos an den Funkempfänger (Receiver/RX). Der Receiver leitet das Signal dann an den Flight Controller(FC) weiter, welcher die Motoren ansteuert. Der Transmitter und der Receiver haben also die Aufgabe, die Befehle des Piloten an die Drohne zu senden, damit sie weiß was sie zu tun hat. Vorne rein möchte ich anmerken, dass es sich lohnt sich gut über Radio-Transmitter zu informieren, da man einen gut überlegten Kauf machen sollte. Der Radio-Transmitter hat nämlich im Vergleich zu den anderen Komponenten einer Drohne keinen wirklichen Verschleiß und muss deshalb nicht ständig ausgewechselt werden. Die Anschaffung ist zudem nicht immer günstig. Eine gute Kaufentscheidung kann einem jahrelang Freude bescheren und Probleme ersparen. 

Gimbals

Ein Gimbal ist ein Aufhängung von zwei sich schneidenden Achsen. Bei einem Radiotransmitter wird das Gimbal dazu verwendet die Drohne zu steuern. Die Qualität der Gimbals ist ausschlaggebend für die Qualität des Transmitters. Gimbals sind das einzige am Transmitter, was einem Verschleiß unterliegt. Ein Radio-Transmitter hat immer genau zwei Gimbals. Beide haben jeweils zwei Achsen, wodurch man vier verschiedene Parameter verändern kann. Die Drohne lässt sich also durch die Veränderung von vier verschiedenen Werten steuern (Throttle, Yaw, Roll und Pitch). 

Mit den kleinen Stäben, welche aus dem Gimbal herausstehen, kann man dieses mit den Händen sehr präzise bewegen und somit die Drohne steuern. 

 

Es gibt zwei Arten von Gimbals.

Hall Effect Gimbal:

Sind digitale Gimbals, welche über magnetische Sensoren die Eingabe wahrnehmen. Die Vorteile von Hall Gimbals sind ihre Langlebigkeit und ihre Präzision. Dafür sind sie meist teurer. 

Potentiometer Gimbal:

Sind analoge Gimbals. Sie registrieren die Eingabe des Piloten über einen mechanischen Sensor, nämlich ein Potentiometer. Der Nachteil dieser Gimbals ist, dass sie sich über die Zeit abnutzen und irgendwann ausgetauscht werden müssen. Man muss hier aber nicht gleich einen neuen Transmitter kaufen. Die Gimbals kann man meist separat bestellen und relativ leicht auswechseln. 

Gimbal Aufsätze:

Am Ende der Gimbal-Sticks befinden sich Aufsätze, welche man austauschen kann. Manche Menschen legen ihre Daumen auf die beiden Sticks drauf. Andere wiederum packen die beiden Sticks jeweils mit Daumen und Zeigefinger. Wieder andere machen eine Mischung aus beidem. Welcher Typ du bist, musst du durch Probieren herausfinden. Je nachdem welcher Typ du bist oder welche Präferenzen du hast, kannst du andere Aufsätze kaufen, um die Bedienung des Transmitters angenehmer zu machen. 

Modes

Wie vorhin schon erwähnt braucht es vier Parameter um eine Drohne zu steuern (Throttle, Yaw, Roll und Pitch). Jedes Gimbal hat zwei Achsen. Insgesamt gibt es also vier Achsen. Die Modes sind verschiedene Weisen diese Achsen zu belegen. Man legt also fest welche Achse beispielsweise Throttle regelt und welche Achse Yaw regelt. Das ist reine Präferenz. Generell gibt es vier verschiedene Modes. Die häufigst verwendeten sind unten dargestellt:





Die Belegung ändert man normalerweise am Flightcontroller. Hier ein Artikel wie man den Mode beim Flightcontroller einstellt

Kanäle

Die Signale werden vom Transmitter über Kanäle an den Receiver gesendet. Man kann sich die Kanäle wie Kabel vorstellen. Jedes Kabel überträgt Informationen für ein bestimmte Funktion. Bei einem Quadrocopter muss jeder Transmitter mindestens auf 4 Kanälen senden können, damit die Grundfunktionen abgedeckt sind. Diese sind Throttle (Gas), Yaw (Seitenruder), Pitch (Höhenruder) und Roll (Querruder). Es macht aber Sinn mehr als 4 Kanäle zu haben, um noch zusätzliche Funktionen verwenden zu können. Jeder Knopf und Schalter an einem Transmitter nutzt seinen eigenen Kanal um Informationen zum Receiver zu senden. Mit 6 Kanälen kann man zum Beispiel neben der notwendigen Grundsteuerung, noch zusätzlich die Drohne „armen“ und den Flugmodus per Schalter wechseln. Transmitter welche mit mehr als 6-Channels senden können sind meist auch um einiges teurer, als Transmitter welche nur auf 4 oder 6 Kanäle senden können. 

Man muss zudem darauf achten, dass auch der Receiver genug Kanäle empfangen kann. Wenn ich einen Transmitter habe, welcher auf 16 Kanälen sendet und einen Receiver, welcher 8 Kanäle empfängt, dann kann ich auch nur über insgesamt 8 Kanäle senden. Wie viele Kanäle ein Transmitter senden und ein Receiver empfangen kann, sollte immer beim Online-Händler dabei stehen. Die Anzahl der möglichen Kanäle hängt auch von den TX- und RX-Protokollen ab. Dazu weiter unten mehr.

Die Funktion der einzelnen Channel am FlightController bzw. am Transmitter eingestellt werden. Hier ein Artikel wie man den Transmitter/Receiver mit einem Flightcontroller konfiguriert

Protokolle und Frequenz

Protokolle:

Protokolle haben mich, als ich damals in das Hobby eingestiegen bin sehr verwirrt und hier muss man beim Kauf auch aufpassen. Es gibt sogenannte TX und RX Protokolle. Die Protokolle sind wie eine Sprache, durch welche sich die einzelnen Bauteile miteinander verständigen.

Das TX-Protokoll ist die Sprache, welche zwischen Radio-Transmitter (Funksender) und dem Radio Receiver (Funkempfänger) gesprochen wird. Das RX-Protokoll ist die Sprache, welche zwischen dem Radio Receiver und dem Flight Controller gesprochen wird.

Es gibt viele verschiedene TX und RX Protokolle. Weil jeder Hersteller seine eigenen TX-Protokolle verwendet ist eine Kreuzkompatibilität von Sender und Empfänger in den meisten Fällen nicht möglich. Beim Kauf muss also darauf geachtet werden, dass Receiver und Transmitter dieselbe Sprache verstehen. Beim RX Protokoll ist zu beachten, dass auch hier Receiver und Flight Controller dieselbe Sprache sprechen. Das ist meist aber unproblematischer, weil es hier meist einheitliche und universelle Protokolle gibt. Am häufigsten verwendet man hier PCM, PWM, PPM oder SBUS. Aber auch hier gibt es Hersteller eigene Protokolle wie zum Beispiel IBUS (Flysky) oder CRSF Crossfire (Team Black Sheep).





Frequenzen:

Neben Protokollen gibt es dann noch Frequenzen. Gängige Frequenzen für Funksender sind 900MHz, 1.3Ghz und 2.4Ghz. Die niederen Frequenzen werden vor allem für Long-Range Flüge verwendet, wohingegen die höheren Frequenzen, vor allem 2.4Ghz für Short-range eingesetzt werden. 

Wichtig ist hier, dass Transmitter und Receiver mit derselben Frequenz arbeiten sollten. Achtung in den meisten Fällen kann man die Frequenz des Senders und des Empfängers nicht ändern. Man muss also schon beim Kauf darauf achten, dass Transmitter und Receiver auf derselben Frequenz arbeiten.

2.4Ghz hat sich bei Drohnen als gängige Frequenz durchgesetzt. Unter anderem weil die Antennen mit sinkender Frequenz immer größer werden. Bei 2.4Ghz hat man eine Antenne, welche man noch recht gut verstauen kann. Des Weiteren ermöglicht 2.4Ghz das sogenannte “Channel hopping”. Dabei können mehrere Transmitter gleichzeitig auf 2.4Ghz senden, ohne sich gegenseitig zu stören. Dafür untersucht der Transmitter die Frequenzen in der Umgebung und wählt automatisch das beste Band zum Senden. 

Ein kleines Beispiel zum Verständnis:

Ich kaufe mir einen 2.4Ghz Transmitter welcher mit dem TX-Protokoll D16 arbeitet. Der passende Receiver muss dann ebenfalls das D16 Protokoll verstehen und auch mit 2.4GHz arbeiten. Mein Receiver sendet Daten mit dem “SBUS” RX-Protokoll an den Flight Controller. Also muss ich einen Flight Controller kaufen, welcher das “SBUS” RX-Protokoll versteht.

Reichweite

Wenn es um Drohnen geht, dann kommt unweigerlich die Frage der Reichweite auf. Bei FPV-Drohnen wird die Reichweite von drei Dingen vorgeschrieben

  • Das Gesetz, welches nur Line Of Sight (also Flug in Sichtweite) zulässt, was mehrere Kilometer Reichweite sowieso schon ausschließt. Außer du hast Adleraugen oder ein gutes Teleskop. 
  • Die Reichweite des FPV-Video-Feed
  • Die Reichweite deines Radio-Transmitters / -Receivers 
Dabei wird die tatsächliche Reichweite vom schwächsten Glied der Kette bestimmt. In den allermeisten Fällen ist der FPV-Video-Feed. Wenn es aber doch um die Reichweite des Transmitters geht, dann hier eine Liste von möglichen Optimierungen und Tipps:
 
  • Die Sendeleistung des Transmitters ist unveränderlich (außer man setzt ein externes Modul ein. Dazu weiter unten mehr)
  • Antennen sind wichtiger als man vielleicht denkt. Aber da das Thema Antennen sehr umfangreich und kompliziert ist, habe ich hier einen ganzen Artikel über Antennen geschrieben. 
  • Ein Receiver mit Diversity-Funktion (Zwei Antennen gleichzeitig) kann das Signal in gewissen Situationen verbessern
  • Geringere Sendefrequenzen haben eine höhere Reichweite (1.3GHz hat eine höhere Reichweite als 2.4GHz)

Bitte bleibe bei der Umsetzung meiner Ratschläge immer im legalen Rahmen. Sendeleistungen sind in Deutschland strikt geregelt. 

Externe Module

Das RF-Modul ist für das Senden und Empfangen von Funksignalen zuständig. Transmitter haben integrierte RF-Module. Manche Transmitter aber unterstützen aber noch zusätzlich externe Module. Ein externes Modul kann zum Beispiel die Kompatibilität des Transmitters mit einem Receiver einer anderen Marke ermöglichen. Auch die Frequenz und die Sendeleistung sind durch ein externes Modul änderbar. Externe Module müssen aber extra gekauft werden. Oft kann man sie einfach an einen dafür vorgesehenen Steckplatz nach Bedarf einstecken. 

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Telemetrie

Es gibt Transmitter und Receiver, welche mit Telemetrie Daten arbeiten können. Dabei sendet der Receiver Informationen welche er von der Drohne bekommt an den Radio-Transmitter zurück. Die gesendeten Informationen sind dann meist auf dem Display des Transmitters abzulesen oder werden als Audiosignal ausgegeben. So kann man zum Beispiel die Batteriespannung der Drohne oder die Signalstärke während des Fluges überwachen. Für Long-Range Flüge ist es eigentlich unerlässlich Telemetriedaten zur Signalstärke zu empfangen. Andere Telemetriedaten wie Batteriespannung oder Stromverbrauch müssen nicht unbedingt an den Transmitter zurückgesendet werden. Diese können auch per OSD ausgegeben werden (Falls du nicht weißt was ein OSD ist, dann kannst du dir meinen Artikel über Flightcontroller durchlesen). Die Ausgabe der Telemetrie über ein Audiosignal kann aber auch sehr nützlich sein. Dann gibt der Transmitter eine akustische Warnung von sich, wenn beispielsweise die Batteriespannung unter einen gewissen Wert fällt. Das kann sich dann wie folgt anhören:





Antennen

Was viele anfangs nicht wissen ist, dass es für verschiedene Frequenzen verschiedene Antenne gibt. Wenn ein Transmitter auf 5.8Ghz sendet , dann brauche er auch eine 5.8 GHz Antenne. Genauso ist es auch mit dem Receiver.

Transmitter haben meistens abschraubbare Antennen. So werden der Transport und der Antennenaustausch um einiges leichter. Receiver aber haben oft angelötete Antennen. Der Nachteil hier ist, dass eine Reparatur der Antenne bei Beschädigung nicht immer ganz leicht ist. Viel praktischer sind Receiver, welche Steckverbindungen für die Antenne besitzen. So können Antenne wie Legosteine an- und abgesteckt werden.

Auch gut sind Receiver, welche anstatt einer Antenne, gleich zwei Stück verwenden. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst bei der Verdeckung oder dem Ausfall einer Antenne, weiterhin ein Signal besteht.

Antennen sollten so weit wie möglich vom Rahmen entfernt sein. Der Rahmen kann die elektromagentischen Wellen der Antennen aufnehmen und das Signal negativ beeinflussen. Das ist nur leider nicht immer leicht, da die Antennen leichter abbrechen oder einfach herunterhängen, wenn sie offen liegen. Dafür gibt es aber kleine Plastikstäbchen, welche die Antennen vor Crashs schützen. 

 

Auf diese Weise kann man die Antennen sicher und in einem gewissen Abstand zum Frame befestigen. 

Transmitter mit Receiver verbinden (Pairing / Binding)

Das Verbinden muss nur einmal geschehen, nämlich wenn man den Transmitter und den Receiver das erste mal verwendet. Jedes weitere mal verbinden sich die beiden Geräte automatisch. Diese Verbindung ist aber nicht endgültig und kann wieder aufgehoben werden (ähnlich wie eine Bluethooth-Verbindung). 

Der genaue Ablauf variiert von Hersteller zu Hersteller und sollte in den jeweiligen Anleitungen von Transmitter und Receiver dokumentiert sein. Normalerweise geht man am Transmitter in den “Bind-Modus” und auf dem Receiver muss meist ein kleiner Knopf gedrückt werden. 

Wenn man mehrere Drohnen hat, dann kann man alle mit einem einzigen Transmitter verbinden. Man muss also nicht jedes mal den Transmitter neu mit dem Receiver verbinden, wenn man mal eine andere Drohne fliegt. 

  • Transmitter kann mit mehreren Receivern gepaired werden
  • Receiver kann nur mit einem einzigen Transmitter gepaired werden

Firmware

Auf dem Radiosender läuft eine Firmware, mit welcher man alles mögliche Einstellen kann. Bei vielen Transmittern kann man die Firmware wechseln, also eine Wunsch-Firmware installieren. 

Open TX:

Einer der besten Firmwares auf dem Markt ist OpenTX. Diese Firmware ist eine open source Firmware und mit vielen Transmittern kompatibel (Stand 2020):

  • FlySky Nirvana
  • FlySky 9X
  • FrSky Horus X12S
  • FrSky Horus X10 Express
  • FrSky Horus X10
  • FrSky Taranis X9D+
  • FrSky Taranis X9E
  • FrSky Taranis X9D
  • FrSky Taranis X-Lite PRO
  • FrSky Taranis X-Lite
  • FrSky Taranis X9 Lite 
  • FrSky Taranis QX7
  • Jumper T12
  • Jumper T16
  • Jumper T18
  • Turnigy 9XR
  • Turnigy 9XR PRO
  • Radiomaster TX16S
Die aktuelle Auflistung ist unter folgendem Link auffindbar -> Transmitter mit Open TX Unterstützung

 

OpenTX ist stark individualisierbar und bietet Optionen für Multicopter, Helicopter und Flugzeuge. Mit OpenTX kann man verschiedene Konfigurationen für verschiedene Drohnen speichern. Durch LUA-Skripts kann man viele Funktionen einprogrammieren, welche nicht einmal durch den Flightcontroller einstellbar sind. 

FAQ

In diesem Abschnitt gebe ich kurze Antworten zu den meist gestelltesten Fragen

Wie viel Geld sollte ich für einen Radio-Transmitter ausgeben?

Wie oben im Artikel schon erwähnt ist der Radio-Transmitter eine Komponente, welche keinem wirklichen Verschleiß unterliegt. Auch die Technologie schreitet in diesem Bereich nicht so schnell voran, dass es sich lohnen würde, alle 2 Jahre einen neuen Transmitter zu kaufen. Aus diesem Grund tendiere ich dazu zu sagen, dass es sich lohnt viel Geld für den Transmitter auszugeben. Man hält ihn schließlich ständig in der Hand und wenn der Transmitter bzw. die Gimbals nichts taugen, dann macht das Fliegen auch weniger Spaß. Man sollte aber sein Geld auch nicht zum Fenster rausschmeißen. Man sollte nichts kaufen was man nicht braucht. Ein wirklich guter Transmitter, welcher auf über Jahre hinweg reicht und auch Möglichkeiten zur Erweiterung bietet kostet wahrscheinlich im Moment zwischen 150-300 Euro.