Tether-Kabel nur für Strom oder mit Glasfaser: Welche Architektur braucht Ihr UAV?

Kurzantwort: Verwenden Sie ein Tether-Kabel für die Stromversorgung ohne Glasfaser, wenn das Fluggerät seine vorhandenen Funkverbindungen für Steuerung und Daten weiter nutzen kann. Ein Hybridkabel für Strom und Glasfaser eignet sich, wenn die Mission einen kabelgebundenen optischen Datenweg für Video, Ethernet oder andere Kommunikation erfordert. Glasfaser kann die Abhängigkeit von Funkverbindungen verringern, bringt aber optische Schnittstellen, einen komplexeren Windenaufbau und zusätzliche Anforderungen an die Handhabung mit sich.

Das Tether-Kabel ist ein zentrales Element eines kabelgebundenen UAV-Systems: Es überträgt Energie und ist zugleich eine mechanische Last, die am Fluggerät hängt. Bei manchen Systemen erfüllt es noch eine dritte Aufgabe und überträgt optische Daten.

Die Entscheidung zwischen einem Tether-Kabel nur für die Stromversorgung und einem Hybridkabel für Strom und Glasfaser sollte deshalb bei den Kommunikationsanforderungen des Einsatzes beginnen. Mehr Funktionen sind nicht automatisch besser.

Was ist ein Tether-Kabel nur für die Stromversorgung?

Ein Tether-Kabel nur für die Stromversorgung enthält die elektrischen Leiter und die tragenden Elemente, die nötig sind, um Gleichstrom mit hoher Spannung von der Bodenstromversorgung zum luftseitigen Modul zu übertragen. Das Fluggerät nutzt seine normalen Funkverbindungen für Steuerung, Telemetrie und Video weiter.

• Einfacherer Kabelaufbau und weniger Schnittstellen.
• Keine optischen Transceiver oder optische Drehübertragung erforderlich.
• Geeignet, wenn die vorhandenen Funkverbindungen die Anforderungen des Einsatzes erfüllen.
• Spannung, Widerstand, Isolierung, Festigkeit, Gewicht und Biegeverhalten müssen dennoch sorgfältig ausgelegt werden.

Was ist ein Hybridkabel für Strom + Glasfaser?

Ein Hybridkabel verbindet elektrische Leiter mit einer oder mehreren Glasfasern. Die Energie wird weiterhin elektrisch übertragen; ausgewählte Daten laufen über den optischen Pfad. Je nach System können darüber Video, Ethernet oder andere umgesetzte Schnittstellen zwischen Fluggerät und Bodenausrüstung übertragen werden.

• Strom und Daten nutzen denselben physischen Kabelweg.
• Die optischen Daten sind elektrisch von den Hochspannungsleitern isoliert.
• Das System kann kabelgebundene Datenübertragung mit hoher Bandbreite unterstützen.
• Für ausgewählte Funktionen kann es die Abhängigkeit von drahtlosen Datenverbindungen verringern.

Wann ein Tether-Kabel nur für Strom meist ausreicht

• Im Einsatz wird die normale Steuerverbindung des Fluggeräteherstellers verwendet.
• Drahtloses Video und Telemetrie funktionieren in der vorgesehenen Einsatzhöhe zuverlässig.
• Das Kabel dient in erster Linie zur Verlängerung der Flugzeit und nicht zur Änderung der Kommunikationsarchitektur.
• Der Kunde möchte die möglichst einfache Kabel- und Windenkonfiguration.
• Es wird weder eine optische Datenausgabe noch ein kabelgebundener Datenweg zur Leitstelle benötigt.

Wann sich eine Prüfung der Glasfaser lohnt

• Der Kunde benötigt hochauflösendes Video mit hoher Bandbreite über eine Kabelverbindung vom Fluggerät zum Boden.
• Im Projekt müssen Ethernet, serielle Kommunikation oder eine andere Datenschnittstelle über Glasfaser übertragen werden.
• Die Einsatzumgebung spricht dafür, die Abhängigkeit von der drahtlosen RF-Datenübertragung zu verringern.
• Eine Leitstelle benötigt einen physischen Datenweg von der luftseitigen Nutzlast.
• Der Systemintegrator entwickelt rund um die kabelgebundene Plattform eine umfassendere Kommunikations-, Überwachungs- oder Relaisarchitektur.

Glasfaser macht nicht die gesamte Drohne „störfest“

Über einen Glasfaserpfad können ausgewählte Daten ohne Funkverbindung übertragen werden. Ein kabelgebundenes UAV kann trotzdem drahtlose Teilsysteme, GNSS-Empfänger, Fernsteuerverbindungen oder Funkgeräte der Nutzlast enthalten. Daher ist es genauer, zu sagen, dass Glasfaser die Funkabhängigkeit für die über den optischen Pfad geführten Funktionen verringern kann. Das gesamte Fluggerät sollte nicht als stör- oder jammingfest beschrieben werden.

Was ändert sich durch Glasfaser?

1. Kabelaufbau

Das Tether-Kabel muss sowohl die Stromleiter als auch die Glasfaser schützen und dabei leicht und flexibel genug für den Flugbetrieb und wiederholtes Auf- und Abwickeln bleiben.

2. Winde und Drehübertragung

Eine Winde, die nur elektrische Energie überträgt, nutzt einen elektrischen Drehübertragungsweg. Ein Hybridkabel benötigt in der Regel zusätzlich eine optische Drehübertragung, damit Daten durch die rotierende Windeneinheit laufen können, während das Kabel ab- oder aufgewickelt wird.

3. Luftseitige und bodenseitige Schnittstellenelektronik

Eine Glasfaser lässt sich nicht direkt an jede Nutzlast anschließen. Auf der Luft- und Bodenseite können Medienkonverter oder Schnittstellenmodule erforderlich sein. Je nach integrierter Ausrüstung kommen im Projekt beispielsweise Ethernet oder serielle Kommunikation infrage.

4. Pflege der Steckverbinder und Handhabung im Einsatz

Optische Steckverbinder reagieren empfindlicher auf Verschmutzung und Schäden an der Stirnfläche als gewöhnliche elektrische Steckverbinder. Einsatzverfahren sollten Schutz und Reinigung der Steckverbinder sowie die Kontrolle des Biegeradius vorsehen.

5. Kosten und Integrationsaufwand

Glasfaser bringt zusätzliche Hardware und Integrationsschritte mit sich. Wenn der Einsatz keine kabelgebundenen Daten erfordert, kann ein Tether-Kabel nur für die Stromversorgung die einfachere technische Lösung sein.

Die Kabelauswahl bleibt eine elektrische und mechanische Aufgabe

Unabhängig davon, ob Glasfaser enthalten ist, müssen die Stromleiter auf die vollständigen Betriebsanforderungen ausgelegt werden:

• Übertragungsspannung und Dauerleistung.
• Erwarteter maximaler Strom.
• Kabelwiderstand und zulässiger Spannungsabfall.
• Gesamte Tether-Länge.
• Kabelmasse pro Meter und hängende Masse.
• Zugfestigkeit und Zugentlastung.
• Windlast und Nutzlastreserve des Fluggeräts.
• Windendurchmesser, Biegeverhalten und Rückholverfahren.
• Umweltschutz und Anforderungen an die Steckverbinder.

Eine einfache Entscheidungstabelle

Diese Angaben sollten Sie dem Lieferanten nennen

• Modell des Fluggeräts und der Nutzlast.
• Benötigte Tether-Länge und Einsatzhöhe.
• Dauer- und Spitzenleistung.
• Ob die vorhandene RF-Verbindung weiter genutzt wird.
• Welche Daten durch das Tether-Kabel übertragen werden müssen.
• Erforderliche Schnittstelle: Ethernet, seriell, Video oder eine andere.
• Gewünschter Ausgang auf der Bodenseite für die Leitstelle.
• Vorhandene optische Konverter oder Schnittstellenausrüstung.

Häufig gestellte Fragen

Kann dasselbe Tether-Kabel Strom und Glasfaser führen?

Ja. Ein Hybridkabel kann Hochspannungsleiter und Glasfaser in einem Kabel verbinden, wenn der Einsatz sowohl kontinuierliche Stromversorgung als auch kabelgebundene optische Daten erfordert.

Beseitigt Glasfaser Funkstörungen?

Glasfaser ist entlang des optischen Datenpfads unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Das gesamte Fluggerät kann jedoch weiterhin RF- oder GNSS-Systeme nutzen. Die Abhängigkeit von Funk wird nur für Funktionen verringert, die über die Glasfaser geführt werden.

Lassen sich Ethernet- oder serielle Daten über Glasfaser übertragen?

Ja, mit geeigneten Schnittstellenkonvertern. Die konkreten Schnittstellen und Datenraten sollten für die Nutzlast sowie die luft- und bodenseitige Ausrüstung des jeweiligen Projekts bestätigt werden.

Besprechen Sie Ihr kabelgebundenes UAV-Projekt

Wir entwickeln Stromversorgungssysteme für kabelgebundene UAVs passend zum Fluggerät, zur Nutzlast, zur Einsatzhöhe und zur verfügbaren Stromversorgung am Boden. Für eine erste Prüfung senden Sie uns bitte das Fluggerätemodell oder seine elektrischen Daten, den Bedarf an Dauer- und Spitzenleistung, die benötigte Tether-Länge, den Einsatzbereich und das Zielland.