Funkeigenschaften der Homematic-Zentrale CCU verbessern

Die Kernkomponente des Homematic-Systems ist das Funkmodul, das in fast allen Komponenten verwandt wird. Das Wunderding ist etwa so groß wie eine 2-EUR-Münze. Wer sich eine Homematic-Komponente als Bausatz zulegt, bekommt es einzeln in die Hand – samt der vielleicht 7 cm langen Antenne. Auch in der Zentrale ist so ein Transceiver (Transmitter + Receiver, also Sender und Empfänger) drin. Und genau hier ist das eindeutig zu wenig.

Dazu etwas Theorie: Das Homematic-System kommuniziert auf 868 MHz. Das entspricht einer Wellenlänge von 34,5 cm. Eine gute Antenne ist in aller Regel eine halbe Wellenlänge lang, in diesem Fall also etwa 17 cm (minus einen Verkürzungsfaktor, der hier nicht weiter erläutert werden soll). Der Draht am Homematic-Transceiver ist also viel zu kurz, um eine gute Antenne zu sein. Bei den im Haus verteilten Komponenten geht das nicht anders, weil die Komponenten eben nicht großer sein dürfen. Aber in der Zentrale gilt das nicht und genau hier ist eine gute Antenne besonders wichtig: Sie wirkt auch beim Empfang.

Offiziell gibt es bei Problemen mit der Funkverbindung, wie ich sie schon beschrieben habe, zwei Möglichkeiten:

Man kann die Zentrale per LAN mit zwei HomeMatic LAN Konfigurations-Adaptern verbinden – Kostenpunkt 200 EUR plus die Netzwerk-Installation. Zwei müssen es sein, weil der Einsatz eines HomeMatic LAN Konfigurations-Adapters das Funkmodul der Zentrale deaktiviert. Die beiden LAN Konfigurations-Adapter verteilt man dann strategisch so, dass alle Komponenten erreicht werden können. Ach ja: Suchen sie mal nach der entsprechenden Einstellmöglichkeit in der Bedieneroberfläche der Homematic-Zentrale.
Seit einiger Zeit gibt es einen Repeater. Dieses Gerät, übrigens im gleichen Gehäuse wie der Steckdosen-Zwischenstecker mit Schalter, empfängt die Telegramme der Homematic-Zentrale und und sendet die Telegramme für bestimmte Geräte wieder aus. In der entgegengesetzten Richtung funktioniert das natürlich auch.

So kann man aus seiner eigenen Unfähigkeit sogar noch Gewinn schlagen...

Der Homematic-Zentrale eine vernünftige Antenne verpassen

Der hier beschriebene Umbau der Homematic-Zentrale hat mir bei meinen Verbindungsproblemen geholfen. Plakatives Beispiel: Mein Keymatic-Handsender funktionierte ursprünglich nur innerhalb des Hauses – ziemlich unsinnig, denn da konnte ich gleich den entsprechenden Knopf am Keymatic betätigen. Nach dem Umbau kann ich die Haustür auch noch 10 m vor der Haustür auf- und zusperren – also beispielsweise vom Auto aus, ehe ich mir meine Einkäufe auflade. Der Bewegungssensor 2 m außerhalb der Haustür hatte das Problem nicht, weil er eine bessere Antenne besitzt als der Handsender. Mit dem Umbau ist natürlich auch die Gewährleistung hinüber.

Die Original-Verhältnisse lassen sich so beschreiben:

Der erwähnte Draht am Funkmodul arbeitet als Marconi-Antenne. Der Draht sollte am besten ein Viertel der Wellenlänge lang sein. Das ist er auch, aber das ist nur die halbe Miete (bzw. Antenne):
Den Antennenstrom holt sich das Funkmodul auf der anderen Seite aus den leitenden Teilen der restlichen Elektronik. Die Strombeschaffung aus der restlichen Zentrale hat auf der Empfangsseite den Nachteil, dass sich der Empfänger so leicht Störungen einsammelt.

Das Problem habe ich so gelöst, dass ich in der Zentrale die Antenne von der Elektronik isoliert habe:

Als Antennenmaterial benutzte ich 25 cm Koaxkabel RG-174 (im Elektronikhandel leicht zu bekommen, ca. 1 EUR/m) und 20 cm Kupfer-Lack-Draht (CuL) mit 1,2 mm Drahtdicke. Die Stärke wählte ich aus schnöden mechanischen Gründen: Der Draht soll hinreichend steif sein. Wer nur Klingeldraht hat, kann auch den nehmen.
Weiter habe ich einen kleinen Ferritring eingesetzt, wie man ihn zu Entstörzwecken benutzt. Duchmesser vielleicht 1 cm.
Nach dem obersten Bild von einen Ende des Kaxkabels den äußeren Mantel und die Abschirmung entfernen. Von der Abschirmung muss ein guter cm stehen bleiben.
Die Mitte des CuL-Drahtes mit Zange oder so abisolieren und an die Abschirmung anlöten. Achtung, das Dielektrikum schmilzt leicht! Das ist Polyetylen, also fast das gleiche Material wie bei Einkaufstüten.
Draht entsprechend dem obersten Bild abschneiden.
Das Koaxkabel 2-3mal durch den Ringkern fädeln.
Das andere Ende des Kaoxkabels 2 cm hinter dem Ringkern abschneiden.
Koaxkabel kurz abisolieren, Abschirmung verdrillen und Ende des Innenleiters abisolieren.
Beide Enden verzinnen.
Den Innenleiter an Stelle der bisherigen Antenne anlöten, die Abschirmung daneben am Abschirmblech des Funkmoduls.
Ins Gehäuse-Vorderteil eine kleine Vertiefung hinein feilen, damit einer der beiden anderen Drähte aus dem Gehäuse geführt werden kann.
Alles zurecht biegen, einsetzen und das Gehäuse wieder zuschrauben.

Wie diese Antenne an der Homematic-Zentrale funktioniert

Dieser Abschnitt ist nur für die, die gerne die Funktion einer Bastelei begreifen wollen und im Physikunterricht aufgepasst haben. Die Antenne funktioniert auch so :-)

Die Kirchhoffsche Knotenregel gilt auch für Hochfrequenz und das haben die ELV-Entwickler vergessen: Der Strom, der aus der Antenne heraus kommt, muss auch irgendwo hin. (Auch für die Antenne selbst gilt das, aber hier sind die Verhältnisse etwas komplizierter.) Anders ausgedrückt: Der Strom kann nicht einfach aus dem Funkmodul heraus kommen, sondern da nur durchfließen. Die Hochfrequenzströme vagabundieren also in der ganzen Zentrale herum und auch noch auf den angeschlossenen Leitungen. Das hat einen unschönene Effekt: Weil da, wo Hochfrequenz raus kommt, auch Hochfrequenz rein geht, fängt sich das Funkmodul so Störungen aus der ganzen Digitalelektronik der Zentrale ein. Ganz nebenbei vereiert dieser Effekt auch das Strahlungsdiagramm der Antenne: Es gibt zwangsweise Minima, d.h. aus bestimmten Richtungen empfängt die Zentrale ausgesprochen schlecht.

Die Aufgabe ist jetzt, die Antenne von der Elektronik der Zentrale zu isolieren. Genau das macht der Ringkern:

Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, entsteht um den Leiter herum ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld ändert seinen Energieinhalt, wenn sich der Strom verändert. Dieser Energiebedarf führt dazu, dass längs des Drahtes eine Spannung abfällt.
Der Ringkern sorgt dafür, dass das Magnetfeld viel mehr Energie aufnehmen kann als bei einem blanken Leiter. Dadurch wird der Spannungsabfall erhöht. Anders ausgedrückt: Der Ringkern erhöht den (Wechselstrom-) Widerstand.
Würde man nur einen Draht um den Ringkern wickeln, wäre die Antenne praktisch vom Funkmodul isoliert.
Die beiden Drähte wirken jetzt so zusammen, dass insgesamt kaum ein Magnetfeld entsteht, d.h. das Magentfeld auch keine Energie aufnimmt. So etwas nennt man eine bifilare Wicklung. Die Ströme in den beiden Drähten werden betragsmäßig gleich groß und haben entgegengesetzte Richtung. Ergebnis: Das Funkmodul kann sich seinen Ausgleichsstrom nur aus der Antenne holen.
Natürlich muss jetzt die Antenne die Ausgleichsströme liefern. Dazu dienen die beiden horizontalen Drähte, die als Radials bezeichnet werden.

So eine Antenne bezeichnet man übrigens als Groundplane. Meist haben Groundplanes mehr als zwei Radials. Die Antenne ist mir aber auch so gut genug und ich wollte aus meiner Homematic-Zentrale auch keinen Igel mit Stacheln machen.

Wer bis hier durchgehalten hat, findet vielleicht auch meine Seite über endgespeiste Kurzwellenantennen interessant.

Schlussbemerkungen

Die oben beschriebene, zweite Version der Antenne habe ich gründlich ausgemessen - mittlerweile habe ich Messmittel, die diesen Frequenzbereich beherrschen. Daher ist der Strahler auch kürzer als die beiden Gegengewichte: Die Tülle verstimmt den Strahler um rund 30 MHz nach unten.
Einige Leute haben offensichtlich versucht, die Konstruktion aus der Bauanleitung der ersten Version dieser Antenne rein theoretisch zu verstehen – dafür war diese Schritt-für-Schritt-Anweisung aber nicht gedacht: Genau das machen, was da steht, dann klappt das auch.
In einem Forum fand ich meine Groundplane zum Dipol verschlimmbessert. Ein Dipol ist hier aber nicht sinnvoll: Baut man den Dipol vertikal ein, liegt sein einer Ast direkt über der Digitalelektronik und fängt sich massenweise Störungen ein. Baut man den Dipol horizontal ein, hat er genau in Richtung Digitalelektronik sein Empfangsmaximum und fängt sich deshalb unnötig Störungen ein. Meine Groundplane ist so weit wie möglich von der Digitaöelektronik weg und hat in diese Richtung ein Empfangsminimum.
Noch eine Stufe weiter als ich geht ein anderer Funkamateur.