Aspecten die het bereik van afstandsbedieningen bepalen

afstandsbediening met ontvanger

In dit artikel leest u hoe u het bereik van uw afstandsbediening kunt optimaliseren. Tyro Remotes legt u graag uit waardoor radiogolven negatief kunnen worden beïnvloed en biedt u een aantal suggesties om het maximale uit uw opstelling te halen.

  1. Wat bepaalt het bereik van mijn bediening?
  2. Waardoor worden radiogolven beïnvloed?
  3. Hoe optimaliseer ik het bereik?
  4. 433 MHz of 868 MHz? Smalband of Breedband?
  5. Testen en verificatie

Goed om te weten:

  • De maximaal aangegeven reikwijdte is altijd een indicatie gebaseerd op een meting met zichtverbinding zonder interferentie. De reikwijdte kan niet worden gegarandeerd, omdat deze altijd onderhevig is aan diverse omgevingsfactoren.
  • De illustraties zijn ter indicatie toegevoegd en geven geen exacte weergave van de werkelijkheid.

1. Wat bepaalt het bereik van mijn bediening?

De reikwijdte van radiofrequentie (RF) systemen kan worden beperkt door factoren als afscherming, reflectie en schaduwwerking. Storingsbronnen die aanwezig zijn tussen de zender en de ontvanger hebben een niet voorspelbare invloed op de reikwijdte. Als er een zichtverbinding is tussen de zender en de ontvanger is er een grote kans op optimale reikwijdte, maar het is nog steeds niet 100% zeker dat signalen aankomen.

Radiogolven hebben namelijk slechts een beperkte sterkte, die na een korte afstand afneemt. Men stelt daarbij: de afname van de energie van de radiogolven is omgekeerd evenredig aan het kwadraat van de afstand.

Sterkte van radiogolven
Afb. 1: Het signaal verliest op de eerste meter het grootste deel van zijn energie

Vier factoren bepalen het bereik

Als we reflecties even buiten beschouwing laten, zijn er vier interne factoren die bepalend zijn voor het bereik van RF communicatiesystemen:

  1. Het zendvermogen van de zender
  2. De gevoeligheid van de ontvanger
  3. De versterkingsfactor van de antenne
  4. De verzwakking van het radiosignaal

Het zendvermogen van de zender en de ontvangstgevoeligheid van de ontvanger zijn belangrijke factoren. De ontvanger heeft een minimaal niveausignaal nodig om het bronsignaal weer uit het te ontvangen signaal af te zonderen (demoduleren). Om dit te bereiken is een hoge zendkracht natuurlijk voordelig.

Link marge

De bovenstaande vier factoren worden samengevat de link marge genoemd. De link marge telt zendvermogen en versterking door antenne op en trekt ontvangstgevoeligheid en verzwakking hiervan af.

Link Marge = + Uitgezonden vermogen
– Ontvanger gevoeligheid
+ Versterking door de antennes
– Verzwakking van het radiosignaal
Link Marge = + Uitgezonden vermogen
– Ontvanger gevoeligheid
+ Versterking door de antennes
– Verzwakking van het radiosignaal

Als het vermogen van de zender -/- de gevoeligheid van de ontvanger groter is dan de signaalverzwakking betekent dat een positieve link marge, dus is RF communicatie mogelijk.

Voorkom demping

Het type materiaal bepaalt hoe de radiogolven beïnvloed worden. De demping kan per materiaal enorm verschillen. Een kunststof behuizing of -schakelkast absorbeert nagenoeg geen signalen. De antenne kan zelfs binnenin de kast gemonteerd worden. Daarentegen laat een gewapend beton muur van 20 centimeter dikte bijna geen RF signalen door.

Het lastigste obstakel voor radiosignalen is metaal. Metaal reflecteert de signalen en laat niets door. Daarom raden wij aan om bij gebruik van een metalen schakelkast de ontvanger, of ten minste de antenne, buiten de kast te monteren.

demping van materialen op radiosignalen
Afb. 2: De demping van verschillende materialen, uitgegaan van de meest voorkomende dikte per materiaal.

Storingsbronnen zijn niet altijd zichtbaar (bijvoorbeeld luchtvochtigheid of elektrische velden). Afhankelijk van welke storingsbronnen er in uw omgeving zijn, kan de keuze van de juiste frequentie en/of modulatie ook een effect op het bereik van uw RF systeem hebben. Meer informatie hierover leest u in hoofdstuk 4. 433 MHz of 868 MHz? Smalband of Breedband.

Houd rekening met reflecties

Naast demping is reflectie ook een aandachtspunt. Reflecties kunnen negatief en positief bijdragen. Het komt zelden voor dat een signaal rechtstreeks van de zender naar de ontvanger gaat, zonder dat het signaal ergens gereflecteerd wordt. Zelfs niet als er zichtverbinding is, dus zonder obstakels.

Het signaal van een zendantenne verspreidt zich als een donut. Het wordt door de grond gereflecteerd en komt aan bij de ontvangstantenne. Tussen gebouwen reflecteert het signaal ook via de gevels. Indien er een gebouw of stalen wand tussen zender en ontvanger staat, zal het signaal gebruik maken van deze reflecties. Via reflecties op omliggende structuren kan het de ontvanger bereiken zonder dat er zichtverbinding is. Houd er wel rekening mee dat de signalen eerst gedempt worden voordat ze gereflecteerd worden.

weerkaatsing radiosignalen
Afb. 3 Tussen gebouwen reflecteert het signaal ook via de gevels.

Buitenbereikfunctie

Onze SAFE systemen zijn voorzien van een buitenbereikfunctie. De ontvanger schakelt uit als deze geen continu signaal van de zender meer ontvangt. Dit zorgt ervoor dat het bereik van deze systemen in de praktijk vaak minder is dan systemen zonder deze functie.

2. Waardoor worden radiogolven beïnvloed?

Hoe sterk het signaal beïnvloed wordt, hangt af van diverse omgevingsvariabelen. Er is een groot aantal storingsbronnen dat een negatieve invloed heeft op de reikwijdte van RF systemen.

De meest voorkomende storingsbronnen zijn:

  • Muren
  • Bomen
  • Heuvels
  • Hekwerken
  • Luchtvochtigheid
  • Regen/sneeuw
  • Elektrische velden (bijv. transformatoren, motoren, lichtmasten)
  • Andere RF systemen
reflecties radiosignalen
Afb. 4: Bomen absorberen een deel van de signaalsterkte waardoor de reikwijdte in de bossen minder is.

Op weg van de zender naar de ontvanger kunnen radiogolven te maken krijgen met verschillende invloeden. Een radiofrequentie signaal kan:

  • Verzwakken
  • Oplossen
  • Van richting veranderen
  • In sterkte toenemen

Verzwakken

In tegenstelling tot bijvoorbeeld licht is het voor radiogolven wel mogelijk om tot vast materiaal door te dringen. De genoemde storingsbronnen verzwakken of absorberen een signaal wel, maar in meeste gevallen lost het niet helemaal op. De hoeveelheid energie die verloren gaat, is sterk afhankelijk van de aard en de dichtheid van het materiaal.

Oplossen

Een radiosignaal kan oplossen als de signalen de ontvanger niet hebben kunnen bereiken omdat de afstand te groot is. Ook kunnen signalen oplossen wanneer deze geabsorbeerd worden of als gevolg van de samenstelling van de buitenlucht.

Van richting veranderen

Radiogolven kunnen ook veranderen van richting, oftewel reflecteren. Reflectie treedt op bij alle producten waarin metalen zijn verwerkt zoals spiegels, metalen deurkozijnen, metalen kasten en bouwstaal. Ook isolerend glas of isolatie waarin metalen folies zijn verwerkt, zorgen voor reflectie van radiogolven.

Reflecterend materiaal veroorzaakt een ‘dode plek’ met slechts een aantal zeer kleine radiogolven of zonder radiogolven. Dit wordt ook wel radiogolf schaduw genoemd. De kracht van het signaal kan dus enorm verzwakt worden of volledig reflecteren.

Wateroppervlak reageert bijna hetzelfde als metaal. Daarom is het zeer raadzaam om bereik over water, vanaf schepen of bij sluizen, vooraf goed te testen.

Goed om te weten:

  • Stalen beplating heeft bijna altijd een slechte invloed op het bereik. Als de ontvangstantenne dichtbij stalen beplating wordt gemonteerd, kan het bereik zelfs geminimaliseerd worden. Ook kan het bij montage in een metalen container of kooi voorkomen dat, afwijkend van de specificaties, de systemen niet gelijktijdig kunnen worden bediend. Dit komt omdat er door de reflecties interferentie wordt veroorzaakt. In deze, voor RF signalen extreme omgeving, kan dan niet gelijktijdig naast elkaar gewerkt worden. Tijdig testen voorafgaand aan de definitieve montage is niet alleen raadzaam in een dergelijke omgeving, maar echt noodzakelijk.

In sterkte toenemen

Indien twee signalen (van dezelfde bron afkomstig of afkomstig van twee verschillende bronnen) samenkomen, zouden deze elkaar kunnen versterken. De signalen kunnen elkaar echter ook verzwakken.

Radiosignalen verzwakken
Afb. 5: Obstakels als muren reflecteren en absorberen het RF signaal

3. Hoe optimaliseer ik het bereik?

Naast de juist gekozen afstandsbediening en het voorkomen van storingsbronnen is de locatie van de ontvanger en antenne van groot belang voor het bereik. Houd daarom rekening met de onderstaande punten en optimaliseer zo het bereik van uw systeem:

  • Plaats bij meerdere ontvangers deze minimaal 50 cm uit elkaar.
  • Plaats de ontvanger of antenne nooit rechtstreeks tegen of op een metalen object, maar minimaal 50 cm er vandaan.
  • Monteer de ontvanger of antenne maximaal 3 à 4 meter boven het werkniveau. Het hoger plaatsen of onder het werkniveau monteren, reduceert de reikwijdte.
  • Plaats de ontvanger minimaal 50 cm uit de buurt van motoren of andere apparatuur dat een krachtveld kan genereren.
  • Plaats de ontvanger met antenne nooit in een schakelkast, cabine of vergelijkbare (metalen) behuizing.
  • Moet de ontvanger op een ongunstige plek geplaatst worden? Met een antenneverlengkabel kan de antenne meestal gemakkelijk op een andere plaats worden gemonteerd.
  • Zorg ervoor dat er een zichtverbinding is met de ontvanger tijdens het bedienen. Indien dit niet mogelijk is, zorg dan dat het signaal de kortste weg door het obstakel moet overbruggen (zie afbeelding 6).
  • Bij toepassingen waarbij wordt gewerkt op gelijke hoogte, zoals lieren of assenbesturing, kan de ontvanger met antenne het beste verticaal gemonteerd worden.
  • Bij toepassingen met grote hoogteverschillen, zoals in de lifttechniek, kan de ontvanger met antenne soms beter horizontaal gemonteerd worden.
Verklein de afstand
Afb. 6: Als een zichtverbinding niet mogelijk is, zorg dan dat het signaal de kortste weg door een obstakel moet overbruggen.

Positionering van de zender en ontvanger

Positie zender: Over het algemeen zal de handzender verticaal gepositioneerd moeten zijn om een zo groot mogelijk bereik te hebben. Dit is ook afhankelijk van de antenne-positie van de zender in de behuizing.

Positie ontvanger antenne: Plaats deze altijd verticaal, tenzij de ontvanger ver boven u staat. In dat geval kan het beter zijn dat de antenne horizontaal geplaatst wordt.

Voorbeeld: Veel gebruikers plaatsen een ontvanger met verticale antenne hoog in de nok van een bedrijfshal, het liefst recht boven de te bedienen machine. Men redeneert als volgt: er is dan altijd een zichtverbinding met de handzender. Toch zal dit geen positief effect hebben. Als u om de zender en ontvangstantenne het signaal als een donut zou tekenen, ziet u dat het bereik niet overal goed is. Aan de grond, waar u normaal gesproken loopt en werkt, kan de zender de ontvanger niet bereiken. Het advies is dus om de ontvanger op 2 meter hoogte te plaatsen of om de antenne horizontaal te plaatsen.

Hoe de antenne positioneren?
Afb. 7: Te hoge of te lage plaatsing heeft een negatieve invloed op het bereik. Het signaal gaat in een beperkte hoek om de antenne en juist niet daar waar de top van de antenne naartoe wijst.

Apparaten op dezelfde frequentie

Controleer of er geen draadloze apparatuur in de buurt van de ontvanger op dezelfde frequentie opereert. Dit kan een negatieve invloed hebben op het functioneren en de reikwijdte van uw systeem.

Extreme storingsbronnen

Omdat radiosignalen beïnvloed worden door elektromagnetische velden raden wij u aan de zenders en ontvangers hiervoor af te schermen of op afstand te plaatsen. Denk dan aan frequentieregelaars, omvormers, transformatoren, lichtmasten en huishoudelijke apparatuur zoals bijvoorbeeld een magnetron.

Antenne

Er zijn twee basistypes antennes:

  • de ontvangstantenne die radiofrequente energie ontvangt en omzet in een wisselstroom.
  • de zendantenne die gevoed wordt met een wisselstroom en deze omzet in een radiofrequent veld.

In de meest eenvoudige vorm is een antenne een geleidende, dunne draad. De antenne maakt gebruik van het verschijnsel dat elektromagnetische golven in geleiders een wisselstroom opwekken (bij ontvangen) en omgekeerd dat wisselstroom elektromagnetische golven opwekt (zenden).

De lengte van de antenne is afhankelijk van het gewenste frequentiegebied. Bij de 433 MHz frequentie is dit 16,5 centimeter (vanaf de basis) en bij de 868 MHz frequentie is dit 8,2 centimeter (vanaf de basis) of 13,5 cm (SMA). In principe zijn er geen verschillen tussen een zend- en ontvangantenne. De lengte van de antenne bepaalt niet het bereik van de afstandsbediening.

Een goede en ongestoorde werking van de antenne is van essentieel belang voor de reikwijdte van het radiosignaal. Zaken als corrosie van de draad of een connector, kabelbreuk of een onjuiste plaatsing van de antenne hebben onmiddellijk een negatieve invloed op de reikwijdte.

Montage van de antenne bij schakelkasten

Monteert u een ontvanger in een schakelkast, dan adviseren wij de antenne naar buiten te brengen via een antenneverlengkabel met koppelstuk. Een metalen schakelkast werkt als een kooi van Faraday waardoor er geen signaal doordringt. Maar, ook een verlengkabel heeft een bepaalde demping. Daarom geldt altijd: zo lang als nodig, maar zo kort mogelijk.

Antennemontage op een stalen oppervlakte

Als er een groundplate (geleidende oppervlakte) of een stalen oppervlakte wordt toegepast onder de antenne zal dit ten goede komen aan de antenne-performance. Het is gebleken dat voor een monopool-antenne verticaal op de groundplate fungeert als een vlak om de radiogolven te reflecteren. Om goed te functioneren moet de antenne groundplate ten minste een kwart golflengte groot zijn (gerekend vanaf de basis van de antenne).

4. 433 MHz of 868 MHz? Smalband of Breedband?

433 MHz versus 868 MHz

We leggen u graag het verschil uit tussen de 433 MHz frequentieband en de 868 MHz. Omdat er veel verschillende soorten apparatuur toegestaan zijn op de 433 MHz frequentieband is deze frequentie gevoeliger voor storingen dan de 868 MHz frequentieband.

Wat betreft de transmissie van signalen met langere golflengten leggen deze over het algemeen een grotere afstand af en hebben ze een betere doordringbaarheid dan signalen met kortere golflengten. Hogere frequenties resulteren in kortere golflengten. Technisch gezien kan 433 MHz dus een grotere afstand afleggen dan 868 MHz. Wel kunnen 433 MHz en 868 MHz dezelfde radiofrequentie transmissieprestaties hebben, omdat er vele andere factoren zijn die deze prestaties bepalen.

In het ‘open veld’ is er in principe geen verschil in reikwijdte tussen 433 MHz en 868 MHz. Wel heeft de 433 MHz frequentieband minder last van reflecties en heeft deze band een betere doordringbaarheid.

Smalband versus breedband

In de radiografische communicatie wordt de bandbreedte uitgelegd als het bereik van frequenties die in het betreffende kanaal worden gebruikt. Afhankelijk van de grootte van de band, die wordt aangeduid in termen als kHz, MHz of GHz, en enkele andere eigenschappen kunnen ze worden gecategoriseerd als smalband en breedband.

Breedbandcommunicatie

Breedbandcommunicatie gebruikt, zoals de naam aangeeft, een breder deel van het spectrum. Dit heeft voor- en nadelen. Breedbandcommunicatie zorgt voor een hogere bandbreedte en dus voor een snellere communicatie. Deze communicatie maakt het mogelijk om smalle ruisbronnen in het spectrum uit te filteren. Het is moeilijker om breedbandsignalen te verzenden en te detecteren; er is een hoge signaal/ruis-verhouding voor nodig. De energie van het signaal wordt verdeeld over de breedte van het spectrum waardoor het signaal zwakker wordt naarmate het breder wordt (uitgaande van een bepaald vermogensniveau).

Smalbandcommunicatie

Smalbandcommunicatie gebruikt een smalle bandbreedte. Deze signalen worden veelal gebruikt in een langzamere vorm van communicatie waarbij voornamelijk spraak- of trage datastromen moeten worden verzonden. Smalbandsignalen hebben meestal een veel groter ontvangstbereik, omdat smallere filters kunnen worden gebruikt die ongewenste breedbandruis te niet doen. De uitgezonden energie concentreert zich ook op een kleiner deel van het spectrum. Voor een goede verbinding op langere afstand of bij verstorende omstandigheden (bijv. een metaalrijke omgeving) wordt gebruik gemaakt van smalbandtechnologie.

2,4 GigaHertz

De wereld staat vol met op afstand bediende apparatuur dat werkt op 2,4 GHz. Dat lijkt handig, want de 2,4 GHz is overal ter wereld toe te passen. Bovendien is het de enige radiografische vrije bandbreedte die wereldwijd in alle landen ingezet mag worden. Er is echter een groot nadeel aan  deze frequentie: Het bereik is beperkt en grotere afstanden zijn vrijwel niet realiseerbaar.

Deze bandbreedte is zeer populair en wordt voor veel (veelal niet-professionele) toepassingen gebruikt zoals modelbouw bij boten, auto’s en vliegtuigjes en voor drones en WiFi routers.

Tyro Remotes past deze bandbreedte niet toe omdat de stabiliteit en het bereik onder normale omstandigheden niet gewaarborgd kan worden.

LBT en AFA

Bij verschillende smalbandsystemen wordt er gebruik gemaakt van de LBT/AFA techniek (Listen Before Talk / Adaptive Frequency Agility). Bij deze technieken wordt er eerst gekeken of het kanaal vrij is. Als dit het geval is, wordt de verbinding op dit kanaal opgezet. Is dit niet het geval dan wordt gekeken of het volgende kanaal vrij is.

5. Testen en verificatie

Al onze systemen zijn ontwikkeld om bij normale omstandigheden een optimaal bereik te halen.  Zoals beschreven zijn er nogal wat externe invloeden die dit bereik zowel positief als negatief kunnen beïnvloeden. Daarom adviseren wij in situaties waarbij reflecties, demping of externe storingsbronnen aanwezig zijn eerst te testen of het bereik in deze gevallen voldoende is voor uw toepassing.