Die Funkfernsteuerung (engl. radio control oder RC) ist der Einsatz von Funksignalen zur Steuerung einer technischen Vorrichtung aus der Ferne. Der Begriff wird meist verwendet, um die Steuerung von Modellautos, -booten, -flugzeugen oder -hubschraubern mit einem vom Piloten gehaltenen Steuergerät zu bezeichnen.
Entwicklung
Die Möglichkeit der Radiofernbedienung wurde fast nach der Erfindung des Radios durchgeführt; Nikola Tesla patentierte einen Entwurf für eine Funkfernsteuerung schon 1899, und verschiedene ferngesteuerte Schiffe wurden für die Zielübungen bei der Marine bis in die 1920er Jahre verwendet.
Im 2. Weltkrieg
Während des Zweiten Weltkrieges wurde die Funkfernsteuerung, hauptsächlich in Deutschland, für eine Reihe von Flugobjekten verwendet. Das Ziel war insbesondere die Entwicklung funkgesteuerter Flugkörper und Gleitbomben für den Einsatz gegen Schiffsverbände, die anders nur schwierig und gefährlich anzugreifen waren. Gegen Ende des Krieges hatte die Luftwaffe ähnliche Fragestellungen beim Angriff auf Bomberverbände, und es wurden zahlreiche ferngesteuerte Flugkörper entwickelt, die aber nicht mehr eingesetzt werden konnten. Dabei kamen vor allem elektropneumatische Systeme zum Einsatz.
Nur für die ballistische V2-Rakete wurden bei 20 Flügen erstmals Fernsteuerungen in Form von Radarstrahlen angewendet. Aber auch hier war es nur möglich, 1 Bit (1 Kanal An/Aus) zu übertragen. Derartige Systeme wurden bis in die sechziger Jahre verwendet. Erst dann ermöglichte der Transistor proportionale Steuerungen.
Auch die Briten und die USA entwickelten Funksteuersysteme, um die Gefährdung der Besatzungen beim Einsatz gegen stark verteidigte Ziele zu verringern. Jedoch erwies sich keines dieser Systeme als in der Praxis verwendbar. Ein Gerät, Projekt Aphrodite, erwies sich als gefährlicher für seinen Benutzern als für das Ziel. Funksteuersysteme dieser Ära waren im allgemeinen elektromechanischer Natur. So wurde ein Radiogerät in einen Flugkörper eingebaut, das vom Steuerpult übertragene Signal wurde demoduliert und einem kleinen Lautsprecher zugeführt. Vor dem Lautsprecher waren einige kleine Metallzungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen angebracht und durch deren Schwingen wurden die Steuerimpulse für die Ruder ausgelöst.
Aktuelle Technik
Der Einsatz der Mikroelektronik erlaubte bald die Übertragung sehr komplexer Signale. Während frühe Steuersysteme zwei oder drei Befehle in der Modulation haben konnten, schließen moderne Systeme 20 oder mehr verwendende Modulationsfrequenzen ein. Typische Radiosteuersysteme für funkgesteuerte Modelle setzen Pulsbreitenmodulation (PWM), einige auch Pulslagenmodulation (PPMS) ein, und betätigen die verschiedenen Steuergrößen mit Servomotoren. Diese RC-Systeme ermöglichen eine proportionale Steuerung, d.h. die Steuergröße im gesteuerten Fahrzeug, etwa die Stellung eines Ruders, ist stets proportional zur Position des Steuerknüppels auf dem Sender.
Seit kurzem sind Funkfernsteuerungen mit "Digital-proportionaler" Arbeitsweise im Einsatz. Vorteile sind die Möglichkeit, den Datenstrom auf Fehler zu prüfen. Herausragens ist aber die möglichkeit, Servos direkt zu programmieren. In Analogen Systemen haben Servos feste ´Drehwinkel die nur über Mischfunktionen erweitert wurden. Das Digitalsystem ermöglicht aber, den Servo direkt zu Programmieren. Einbauwinkel und z.B.Ruderstelungen können in nachhinein digital eingestellt werden. Der Servo meldet in modernen Systemen nicht nut den Potentiometer wert zurück, sondern wird direkt nach u.a. nach dem Schema der Schrittschaltmotoren betrieben. Desweiteren ist die Signalübertragung vom Sender bis zum Servo um ei vielfaches Schneller (wichtig z.B. bei Hubschraubermodellen). Daneben ist digitale Signalübertragung wesentlich Störunanfälliger und damit der Betrieb sicherer geworden.
Funktion
Signalaufbau
Bei den heute im Modellbau verwendeten Systemen ist die Pulsweitenmodulation am weitesten verbreitet. Die Impulsdauer beträgt dabei zwischen 920 µs und 2120 µs, 1520 µs bezeichnen somit die Mittelstellung. Der Impuls wird nach 14 bis 20 Millisekunden wiederholt. Diese Technik ist seit den 1970er Jahren verbreitet.
Eine Funkfernsteuerung ist konzeptionell und meist auch im Aufbau in die Komponenten Sender, Empfänger und Servos oder Steller gegliedert:
Sender
Gängige Sender haben zwei Steuerknüppel, die jeweils nach recht/links und oben/unten bewegt werden können. Eine Steuerfunktion (z.B. Höhenruder) wird auch als "Kanal" oder Funktion bezeichnet, aus den Steuerknüppeln ergeben sich somit vier Funktionen. Weitere Kanäle werden ggf. über Dreh- und Schieberegler oder Schalter realisiert.
Bei der Handhabung wird unterschieden zwischen Handsendern, wobei die Daumen i.a. auf den Steuerknüppeln aufliegen, und Pultsendern, die an einem Gurt getragen werden, und bei denen die Betätigung der Knüppel mit den Fingern bei aufliegendem Handballen erfolgt.
Zu Steuerung von Auto- und Schiffsmodellen wird teils eine spezielle "Pistolen"-Bauform eingesetzt, wobei ein Drehring für das Ruder und ein Hebel für Gas/Motor genutzt wird.
Die Stellung der Hebel oder Regler wird intern durch Potentiometer abgenommen, in Pulsweitenmodulierte Signale umgesetzt und in der HF-Stufe auf die Sendefrequenz moduliert. Dabei sind in Europa die Frequenzbänder 27, 35, und 40 MHz, in den USA auch 72 MHz für Fernsteuerungen zugelassen, wobei die genaue Frequenz durch Quarze festgelegt wird.
Programmierbare, sog. Computersender, meist mit LCD-Display, ermöglichen die Einstellung der Servo-Parameter sowie Mischungen von Kanälen, die vor allem für Hubschrauber- und Flugmodelle gebraucht werden. Meist können Parameter-Sätze für eine Reihe von Modellen abgespeichert und schnell gewechselt werden. Weitere Funktionen hochwertiger Sender sind wählbare Modulationsverfahren (SPCM, PCM, PPM), Doppel-Superhet-Technik, austauschbare HF-Module für die unterschiedlichen Bänder oder auch eine Funktion zum Scannen freier Kanäle.
Empfänger
Der Empfänger soll geringes Gewicht und zuverlässigen Empfang kombinieren. Er hat ein zur Sendefrequenz passendes Quarz und Anschlüsse für Antenne, Batterie und Servos oder Steller.
Servos / Steller
Die Servomotoren verarbeiten die Impulsfolgen mit integrierten (Chip-)Decodern. Ein Potentiometer oder Linearregler misst den Ist-Wert, der mit dem von dem Sender vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird. Der Motor wird nun angefahren, bis der Soll-Wert erreicht ist.
Servos werden i.a. nach Gewicht klassifiziert, davon abhängig auch nach Stellzeit (z.B. 0,15 Sekunden pro 60 Grad) und -Kraft (z.B. 25 Ncm). Hochwertige bzw. hochbelastete Modelle haben Metall-Kugellager oder auch Metallgetriebe.
Andere Anwendungen
Heute wird die Funkfernsteuerung auch in der Industrie für die Steuerung von z.B. Laufkränen sowie Rangier- und Kleinlokomotiven verwendet. Funkgesteuerte Roboter werden z.B. für das Entschärfen von Bomben benutzt.