Funkanwendungen mit ISM-Frequenzen

 
Die Abkürzung ISM steht für "Industrial Scientific and Medical", also für Hochfrequenzgeräte in Industrie, Wissenschaft und Medizin.
Die dafür international zugewiesenen ISM-Frequenzen waren ursprünglich für leistungsstarke Geräte wie Funkenerosionsmaschinen, Mikrowellenherde oder für die Hochfrequenzbestrahlung in der Medizin (Diathermie) gedacht, werden zunehmend jedoch auch für andere Funkübertragungssysteme mit geringer Sendeleistung des täglichen Gebrauchs wie Funkfernbedienungen oder Funkkopfhörer verwendet.
Vorteil dieser Anwendungen bei ISM-Frequenzen ist der Wegfall der Anmeldepflicht und der gebührenfreie Betrieb; sie benötigen alleine eine gerätespezifische Prüfung und Zulassung (CE-Zeichen).

 

Anwendungen

Die Palette von Anwendungen, die mit ISM-Frequenzen arbeiten ist sehr vielfältig, wobei den Geräten mit großen Leistungen bis einige hundert Watt wie Amateurfunkgeräte, Mikrowellenherde oder Diathermiegeräte auf der anderen Seite Geräte mit sehr kleinen Sendeleistungen gegenüber stehen.
Nachfolgend werden einige solche Anwendungen mit kleiner Sendeleistung mit ihrren typischen Frequenzen, Sendeleistungen und Immissionen kurz beschrieben

Babyphon

Die gegenwärtig am Markt erhältlichen Babyphons arbeiten zumeist in einem der ISM-Frequenzbereiche um 40 MHz, 446 MHz, 860 MHz oder 2,45 GHz. Die angebotenen Produkte arbeiten teilweise mit stark unterschiedlichen HF-Sendeleistungen, wobei vor allem im Bereich um 446 MHz teilweise Geräte mit bis zu 500 mW Sendeleistung angeboten werden. Als Antennen kommen teilweise externe Helixantennen, teilweise auch im Geräteinneren liegende Antennenstrukturen (z.B. im 2,45 GHz Band) zur Anwendung.

Gerätetyp Hersteller
Frequenz
[MHz]
Sendeleistung
[mW]
E (1m)
V/m
E (3m)
V/m
Grenzwert
[V/m]
BM30 Vivanco
40,68
max. 10
0,04
0,03
28,0
BM1000 Vivanco
446
max. 500
1,086
0,412
29,0
BM800 Vivanco
864,7
max. 10
0,447
0,139
40,4
Babystar Bob Home
2450
k.A.
0,397
0,109
61,0

Hochfrequenztechnische Daten und gemessene Immissionen von Babyphones in 1 und 3 Meter Abstand [Ref. 1]

  max. SAR 1g [W/kg]
max. SAR 10g [W/kg]
Situation 1
0,201
0,133
Situation 2
0,146
0,074

Gemessene SAR-Werte für das Babyphon BM1000 (446 MHz, 500mW) bei direktem Kontakt in zwei verschiedenen Positionen [Ref. 1]

 

Bluetooth

Bluetooth (benannt nach dem Wikingerkönig Harald Blauzahn) ist eine international standardisierte Datenschnittstelle mit Funkübertragung. für kurze Enfernungen, die im 2,4-GHz Band arbeitet.
Mehr Information zu Bluetooth

 

Drahtlose Steuerungen und Überwachungsanlagen

Hier gibt es eine ganze Reihe von Steuer- und Überwachungssystemen bei denen die Kommunikation zwischen Zentralstation und Sensoren bzw. Aktoren funktechnisch erfolgt. Neben der Fernsteuerung bzw. der Fernabfrage einzelner, spezieller Komponenten (z.B. Garagentoröffner) sind zunehmend auch komplexere, vernetzte Systeme am Markt erhältlich, die eine umfassende Überwachung und/oder Steuerung diverser Parameter im Haushalt ermöglichen (z.B. Alarmanlage).
Gemeinsam ist diesen Anwendungen, dass üblicherweise nur von Zeit zu Zeit sehr geringe Datenmengen gesendet werden, was bedeutet, dass nur vereinzelt kurze Hochfrequenz-Pakete innerhalb von Sekundenbruchteilen absetzt werden und damit im zeitlichen Mittel keine nennenswerten Immissionen auftreten.

 

Drahtlose Maus und Tastatur

Bei der drahtlosen Computerperipherie wie Maus und Tastatur sind gegenwärtig zwei grundsätzlich unterschiedliche Technologien auf dem Markt. Einige Produkte verwenden Bluetooth zur Kommunikation. Die zweite gängige Art dieser Produkte arbeitet mit generischen Übertragungsprotokollen im 27 MHz Band. Beiden Produkttypen ist jedoch gemeinsam, dass die Sendeleistungen extrem gering sind (< 10 mW). Die Antennen sind meist in den Geräten direkt als gedruckte Schaltung realisiert.
Bei einem Beispiel einer solchen Anwendung, de Tastatur "Precision" von Logitech im 27 MHz-Band wurde im Abstand von einem Meter eine elektr. Feldstärke von 0,012 V/m und in drei Meter Abstand 0,004 V/m gemessen [Ref. 1].
Messergebnisse an weiteren drahtlosen Computerperipherie-Geräten ergaben maximale elektrische Feldstärken von weniger als 10 V/m in 5 cm Abstand und an der Position der Hand und der Finger. SAR-Messergebnisse lagen demnach unterhalb des messbaren Bereiches (< 0,005 W/kg) [Ref. 2].

 

Drahtlose Videoübertragung

Die am weitesten verbreiteten Anwendungen für die nichtprofessionelle drahtlose Videoübertragung (Heim-Videoübertragungssysteme und drahtlose Webcams) arbeiten praktisch alle im 2,45 GHz Frequenzband mit Sendeleistungen bis zu 100 mW. Die verwendeten Antennenformen reichen von einfachen Drahtantennen bis zu Patch-Antennenstrukturen mit größerer Richtwirkung.
Bei einem Beispiel einer solchen Anwendung, dem MD 4687 von Tevion, das bei 2,45 GHz arbeitet, wurde im Abstand von einem Meter eine elektr. Feldstärke von 1,66 V/m und in drei Meter Abstand 0,47 V/m gemessen [Ref. 1].

 

Funkkopfhörer

Für solche Anwendungen werden neben Infrarotsystemen auch HF-Systeme (Frequenzmodulation) angeboten, bei denen im Gegensatz zu Infrarotsystemen keine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig ist. Zur Übertragung wird meist der Frequenzbereich um 860 MHz genutzt. Der Kopfhörer stellt dabei nur eine Empfangsstation dar (sendet also nicht). Die Sendestation, per Kabel mit der Audioquelle (z.B. Stereoanlage) verbunden und üblicherweise in deren Nähe aufgestellt, enthält üblicherweise sehr einfache Drahtantennen (Monopole) und sendet mit Leistungen im Bereich von etwa 10 mW.
Bei zwei untersuchten Geräten von AKG und Philips wurden im Abstand von einem Meter zum Sender elektr. Feldstärken zwischen 0,14 und 0,35 V/m gemessen, in drei Meter Abstand waren es zwischen 0,04 und 0,1 V/m [Ref. 1].

 

Handfunkgeräte

Hier gibt es verschiedene Arten von lizenzfreien Fungeräten, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen mit unterschiedlichen Sendeleistungen arbeiten.
Mehr Information zu Handfunkgeräten

 

Wireless-LAN

Wireless Local Area Networks sind lokale Datennetze, die über Funk oder Infrarot drahtlose Datenübertragungen zwischen Geräten wie PC's, Servern und Druckern, aber auch digitale Geräte der Unterhaltungselektronik vornehmlich innerhalb von Gebäuden ermöglichen.
Mehr Information zu Wireless-LAN

 

ISM-Frequenzen und Sendeleistungen

Die komplette Liste der ISM-Frequenzen und die beispielhaft für Funkanwendungen geringer Reichweite (Short Rage Devices, SRD) jeweils erlaubten Sendeleistungen ist wie folgt:

Frequenzbereich Maximale Sendeleistung für SRD's  

6765,0 - 6975 kHz

42dBµA/m in 10 m Entfernung

= Magnetische Feldstärke

13,553 - 13,567 MHz

42dBµA/m in 10 m Entfernung

26,957 - 27,283 MHz

42dBµA/m in 10 m Entfernung oder 10 mW ERP

40,660 - 40,700 MHz

10 mW ERP

Info zu ERP und EIRP: siehe hier

433,05 - 434,79 MHz

10 mW ERP

868,000 - 868,600 MHz
25 mW ERP
868,700 - 869,200 MHz
25 mW ERP
869,300 - 869,400 MHz
10 mW ERP
869,400 - 869,650 MHz
500 mW ERP
869,700 - 870,000 MHz
5 mW ERP

2400,0 - 2483,5 MHz

10 mW EIRP

5725,0 - 5875,0 MHz

25 mW EIRP

24,000 - 24,250 GHz

100 mW EIRP

61,000 - 61,500 GHz
100 mW EIRP
122 - 123 GHz
100 mW EIRP
244 - 246 GHz
100 mW EIRP

Für manche, besonders definierte Anwendungen bestehen eigene Definitionen für die maximalen Sendeleistungen (z. B. Wireless-LAN's oder Mikrowellenherde). Für die Frequenzbereiche im 860 MHz-Band bestehen auch Einschränkungen der Frequenzbelegungsdauer. Details sind in in den jeweiligen Allgemeinzuteilungen der Bundesnetzagentur nachzulesen.

 

Störungen

Bedingt durch eine zunehmende Flut von ISM-Geräten (alleine in Deutschland mehrere Millionen) ist eine gegenseitige Beeinflussung bzw. Störung unvermeidbar: Die jeweiligen Empfänger empfangen ja nicht nur die eigenen, gewünschten Signale, sondern auch die von anderen, in der Nachbarschaft betriebenen Geräten.
Anders als z. B. beim Mobilfunk findet auch keine kontrollierte Aufstellung oder Kontrolle der vorhandenen Sendeanlagen und deren Frequenzen statt.
Die Hersteller versuchen die dadurch entstehenden Probleme zwar durch entsprechende Bauweise wie etwa Codierung der geräteeigenen Signale zu vermindern, doch dies hilft (besonders bei einfach & preiswert zu fertigenden Geräten) nur in begrenzem Maß.

So kann z. B. eine Funk-Alarmanlage ihren Dienst versagen, weil der Nachbar gerade seine neueste CD mit einem Funkkopfhörer genießt oder ein Auto lässt sich nicht mehr öffnen, weil in der Arztpraxis daneben zur gleichen Zeit eine Diathermiebehandlung stattfindet.

Nicht ohne Grund steht in den Nutzungsbestimmungen der in Deutschland gültigen Frequenzbereichszuweisungsplanverordnung zu den ISM-Frequenzen:

"Funkdienste, die innerhalb dieser Frequenzbereiche wahrgenommen werden, müssen Störungen, die durch diese Anwendungen gegebenenfalls verursacht werden, hinnehmen."

Der Einsatz von Geräten, welche mit ISM-Frequenzen arbeiten ist also nur dann sinnvoll, wenn es nicht so sehr auf eine störungsfreie Funkverbindung ankommt, bzw. Störungen nur vorübergehend auftreten und hingenommen werden können und nur kurze Entfernungen zu überbrücken sind.
Dies ist der Preis, der dafür zu zahlen ist, daß auf Wunsch der Verbraucher und Hersteller mit den ISM-Frequenzen die Möglichkeit geschaffen wurde, mit preiswerten Geräten ohne große Formalitäten einfache Funkübertragungen zu realisieren.

 

Mehr Information und Referenzen

Allgemeinzuteilungen der Bundesnetzagentur

Referenzen:

[1]
Abschlussbericht zu dem Forschungsvorhaben Bestimmung der Exposition bei Verwendung kabelloser Übermittlungsverfahren in Haushalt und Büro aus dem Deutschen Mobilfunk-Forschungsprogramm (2005)
[2]
Kühn S, Lott U, Kramer A, Kuster N: Assessment of Human Exposure to Electromagnetic Radiation from Wireless Devices in Home and Office Environments; Presentation at the WHO Workshop on Base Stations & Wireless Networks: Exposure and Health Consequences, 15. June 2005, Geneva:
http://www.who.int/peh-emf/meetings/archive/bsw_kuster.pdf (960 kB)


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Zuletzt geändert: 19.02.06