Ein professionelles Landmobilfunkgerät (Land Mobile Radio, LMR) ist kein Verbraucher-Handfunkgerät. Es muss auf Knopfdruck senden, über eine ganze Schicht hinweg empfangen und in der stillen Zeit zwischen den Anrufen mit minimalem Strom bereitstehen, und das oft in Regen, Staub, Fahrzeugen und explosionsgefährdeten Bereichen. Wer die Batterie richtig auslegen will, muss zuerst verstehen, wohin der Strom überhaupt fließt. Dieser Beitrag ist der erste Teil einer neuen Reihe über professionelle Funkgeräte: Er beschreibt den Signalweg vom Mikrofon zum Antennenstecker, die drei elektrischen Zustände Bereitschaft, Empfang und Senden, den in der Branche üblichen 5-5-90-Arbeitszyklus, die drei digitalen Standards P25, TETRA und DMR sowie die Anforderungen an Robustheit und Eigensicherheit. Am Ende grenzen wir die Rolle der versiegelten Nickel-Metallhydrid-Packs (NiMH) ehrlich gegen Nickel-Cadmium (NiCd) und Lithium-Ionen (Li-ion) ab. Die Stromwerte stammen aus den technischen Unterlagen namentlich genannter Geräte; jede hochgerechnete Laufzeit ist als illustrativ gekennzeichnet, und ein Wert lässt sich nicht von einem Funkgerät auf ein anderes übertragen.
Fakt 1. Ein LMR-Handgerät kennt drei elektrische Zustände mit sehr unterschiedlicher Stromaufnahme. Die Bereitschaft ist der Ruhezustand zwischen den Anrufen, in dem das Gerät nur den Kanal überwacht und auf eine Sendung oder eine Signalisierung wartet; der Empfang treibt den Empfänger, den Lautsprecher und die Anzeige; und das Senden liefert den Hochstromimpuls zum Endverstärker, wenn die Sprechtaste (Push-to-Talk, PTT) gedrückt ist. Die Zahlen unten sind Einzelgeräte aus den Herstellerunterlagen, keine allgemeingültigen Werte.
Fakt 2. Der 5-5-90-Arbeitszyklus ist der branchenübliche Bezugspunkt für die Batterielaufzeit: 5 Prozent Senden, 5 Prozent Empfang und 90 Prozent Bereitschaft. Hytera, Icom, Motorola und Kenwood verwenden dieses Profil in ihren Erklärungen zur Batterie, und es taucht auch in der akademischen Literatur auf. Bevor man zwei Herstellerangaben vergleicht, muss man denselben Arbeitszyklus und dieselbe Temperatur bestätigen, sonst ist der Vergleich bedeutungslos.
Fakt 3. Drei digitale Standards dominieren den professionellen Funk: P25 (TIA-102) in der nordamerikanischen öffentlichen Sicherheit, TETRA (ETSI EN/TS 300 392) als netzwerkzentrierter Bündelfunk vor allem in Europa und DMR (ETSI TS 102 361) als kostengünstigerer Standard, der vorhandene Schmalbandanlagen wiederverwendet. Der ältere Analogfunk ist nach wie vor in einfachen konventionellen Netzen im Einsatz.
Fakt 4. Robustheit und Eigensicherheit sind eigene Anforderungsebenen. Die Schutzart nach IEC 60529 reicht bis IP67 (staubdicht und zeitweiliges Untertauchen) und IP68 (dauerhaftes Untertauchen, beispielsweise beim Hytera PT890Ex mit 2 m für 4 Stunden); MIL-STD-810 deckt Temperatur, Sturz, Vibration und weitere Umgebungsbeanspruchungen ab. Für explosionsgefährdete Bereiche kommen ATEX und IECEx (IEC 60079) mit Zündschutzarten wie Ex ib hinzu.
Fakt 5. Die Batterieebene folgt eigenen Normen. Versiegelte NiMH-Zellen werden nach IEC 61951-2 auf Leistung und nach IEC 62133-1 (dem Nickel-Teil) auf Sicherheit qualifiziert; die Packs werden als UN 3496 (Batterien mit stark alkalischem Elektrolyt) versandt, und die IATA-Sondervorschrift A199 bestätigt, dass NiMH nicht als Lithium-Fracht beschränkt ist. Weijiang baut versiegelte NiMH-Zellen und NiMH-Packs, produziert weder NiCd- noch Lithium-Zellen und behauptet nicht, jede Originalbatterie eines Funkgeräteherstellers zu ersetzen.
Wenn ein Einsatzkräftiger spricht, wandelt das Mikrofon den Schall in ein schwaches elektrisches Signal. Die Sprachschaltung verstärkt und filtert es, der Modulator prägt es auf den Träger auf, und der Sender-Endverstärker (Power Amplifier, PA) hebt es auf die Sendeleistung an, die über das Antennenanpassungsnetz zur Antenne geht. Genau dieser Endverstärker ist das Bauteil, das beim Senden den hohen Strom zieht; der Rest der Kette kommt mit relativ wenig Energie aus. Beim Empfang kehrt sich der Weg um: Die Antenne nimmt das Hochfrequenzsignal auf, ein Eingangsfilter und der rauscharme Vorverstärker bereiten es auf, der Demodulator gewinnt die Sprache zurück, und die Audioendstufe treibt den Lautsprecher.
Im Bereitschaftszustand ist keiner der beiden Wege voll aktiv. Der Empfänger läuft in einem sparsamen Überwachungsmodus weiter, damit eine ankommende Sendung oder eine Signalisierung des Systems das Gerät aufwecken kann, während Sender, Display, Hintergrundbeleuchtung und der größte Teil der Verarbeitung abgeschaltet oder getaktet sind. Deshalb ist die Bereitschaftsstromaufnahme klein, aber nicht Null - und weil sie 90 Prozent der Zeit anfällt, bestimmen schon kleine Unterschiede hier mit über die Gesamtlaufzeit.
Dazu kommt, dass die Stromaufnahme kein Zustand ist, den ein Hersteller frei festlegen kann. Sie hängt von der Sendeleistung (1 W, 2,5 W, 5 W oder 6 W), der Lautstärke, der Displaybeleuchtung, der digitalen oder analogen Betriebsart und davon ab, ob das Gerät im konventionellen Direktmodus (Direct Mode, DMO) oder über ein gebündeltes Netz (Trunked Mode, TMO) arbeitet. Die folgenden Werte sind deshalb immer an das jeweilige Gerät und seine Betriebsbedingungen gebunden.
| Zustand | Stromaufnahme (Einzelgerät) | Was in diesem Zustand arbeitet |
|---|---|---|
| Bereitschaft | 300 mA (Icom IP-M60); 100 mA (Standard Horizon HX210E, 7,4 V); bis 65 mA (Retevis RA85) | Empfänger im Überwachungsmodus, System-Signalisierung; Sender und Display weitgehend abgeschaltet |
| Empfang | 520 mA bei maximaler Lautstärke (Icom IP-M60); 330 mA (HX210E); bis 450 mA (RA85) | Empfänger, Demodulator, Audioendstufe und Lautsprecher, Display und Hintergrundbeleuchtung |
| Senden, hohe Leistung | 1,6 A bei 5 W (Icom IP-M60); 1,6 A bei 6 W (HX210E); ca. 2,0 A bei einem typischen 7,4-V-Kenwood-Handgerät | Sender-Endverstärker liefert Hochfrequenzleistung; Antennenanpassung und Modulator aktiv |
| Senden, mittlere Leistung | 1,0 A bei 2,5 W (HX210E) | Endverstärker mit reduziertem Strom; gleiche Signalkette, niedrigere Ausgangsleistung |
| Senden, niedrige Leistung | 0,7 A bei 1 W (HX210E) | Endverstärker im Sparmodus; geeignet für kurze Entfernungen und Innenbetrieb |
| Bereitschaft, allgemeines Muster | Im Bereich von zehn bis wenigen hundert mA, je nach Gerät | Nur Überwachung und Signalisierung; kleinster Dauerzustand, aber über die lange Zeitdauer einflussreich |
| Senden, allgemeines Muster | Kurze Impulse von 1 bis 2 A, aber nur etwa 5 Prozent der Zeit | Höchste Momentanstromaufnahme, zeitlich kurz; die Packimpedanz muss den Spannungseinbruch begrenzen |
Der 5-5-90-Arbeitszyklus ist eine vereinbarte Mischung, kein physikalisches Gesetz. Er geht davon aus, dass ein typischer Nutzer in einer Bezugsstunde 5 Prozent der Zeit (3 Minuten) sendet, 5 Prozent empfängt und die restlichen 90 Prozent (54 Minuten) in Bereitschaft verbringt. Das Profil stammt aus der Praxis von Behörden und Betriebsfunk und wird von den großen Herstellern als gemeinsame Sprache verwendet, damit Batterieangaben überhaupt vergleichbar werden. Hytera weist ausdrücklich darauf hin, dass man vor dem Vergleich von Datenblattwerten denselben Arbeitszyklus und dieselbe Temperatur prüfen muss.
Der gebündelte Betrieb verändert das Bild. In einem TETRA- oder anderen Bündelnetz tauscht das Gerät ständig Signalisierung mit der Infrastruktur aus, etwa für die An- und Abmeldung, die Zellenwahl und die Zuweisung von Verkehrszeitlagen. Dieser Overhead fehlt im Direktmodus ohne Infrastruktur, deshalb ist die Laufzeit im TMO oft kürzer als im DMO, wobei die Richtung nicht für jedes Gerät garantiert ist. Ein einzelnes Beispiel: Hytera gibt für das PT890Ex unter 5-5-90 eine TMO-Laufzeit von 22 Stunden und eine DMO-Laufzeit von 20 Stunden an; das zeigt, dass man die jeweilige Herstellerangabe lesen und nicht verallgemeinern muss.
Alle drei Standards digitalisieren die Sprache und nutzen Schmalbandkanäle, aber sie unterscheiden sich in der Netzarchitektur, der Kanalaufteilung und dem typischen Einsatzumfeld. P25 ist ein Standard der US-amerikanischen Telecommunications Industry Association (TIA-102) und auf die nordamerikanische öffentliche Sicherheit ausgerichtet: Phase I arbeitet mit FDMA in 12,5-kHz-Kanälen, Phase II nutzt zwei Zeitlagen pro Träger (TDMA), um die Spektrumseffizienz zu steigern. TETRA stammt von ETSI (EN/TS 300 392), packt vier Zeitlagen in einen 25-kHz-Kanal, moduliert mit pi/4-DQPSK und ist von Grund auf netzwerkzentriert und bündelorientiert; das macht es leistungsfähig, aber auch aufwendig und teurer. DMR (ETSI TS 102 361) teilt einen 12,5-kHz-Kanal in zwei Zeitlagen (6,25 kHz äquivalent), kommt in drei Ausprägungen (Tier I lizenzfrei, Tier II gewerblich und öffentliche Sicherheit, Tier III gebündelt) und kann vorhandene Schmalbandanlagen nutzen, was die Migration kostengünstig macht.
| Standard | Kanal- und Netzmodell | Typisches Einsatzumfeld |
|---|---|---|
| P25 (TIA-102) | Phase I FDMA 12,5 kHz; Phase II 2 Zeitlagen TDMA; konventionell und gebündelt | Öffentliche Sicherheit in Nordamerika, Behördenfunk, Interoperabilität zwischen Organisationen |
| TETRA (ETSI EN/TS 300 392) | 4 Zeitlagen TDMA in 25 kHz, pi/4-DQPSK; netzwerkzentrierter Bündelfunk | Behörden und Organisationen in Europa und vielen weiteren Regionen, Sprach- und Datendienste mit hoher Verfügbarkeit |
| DMR (ETSI TS 102 361) | 2 Zeitlagen TDMA in 12,5 kHz (6,25 kHz äquivalent); Tier I/II/III | Gewerblicher und betrieblicher Funk, kostengünstige Migration auf vorhandenen Schmalbandanlagen |
| Analog (älter) | Einzelne Schmalbandkanäle, keine Zeitlagen; überwiegend konventionell | Einfache Bestandsnetze und Rückwärtskompatibilität; wird schrittweise durch digitale Standards abgelöst |
Ein Funkgerät für Feuerwehr, Rettungsdienst oder Industrie muss überleben, was ein Bürogerät nie sieht. Die Schutzart nach IEC 60529 beschreibt das Eindringen von Staub und Wasser: IP67 bedeutet staubdicht und Schutz bei zeitweiligem Untertauchen, IP68 dauerhaftes Untertauchen unter festgelegten Bedingungen, etwa beim Hytera PT890Ex mit 2 m Wassertiefe für 4 Stunden. MIL-STD-810 ist eine Sammlung militärischer Prüfverfahren, unter anderem für Temperaturwechsel, Feuchte, Sturz, Vibration, Staub und Sprühregen; die jeweils angewandte Methode und deren Schärfe hängen vom Hersteller ab und sollten im Datenblatt geprüft werden.
In explosionsgefährdeten Bereichen wie Öl- und Gasanlagen, Chemie oder Bergbau reicht ein robustes Gehäuse nicht: Das Gerät selbst darf keine zündfähige Funken oder Oberflächentemperatur erzeugen. ATEX (Europa) und IECEx (international, IEC 60079) regeln die Eigensicherheit, etwa mit der Zündschutzart Ex ib, mit Gasgruppen IIA, IIB und IIC sowie der Bergbauklasse M2/Mb; in Brasilien kommt zusätzlich INMETRO zum Tragen. Die Funkgeräte, etwa das Motorola MOTOTRBO R7Ex oder die ATEX-Geräte von Hytera, werden als komplette eigensichere Einheit zusammen mit der zugelassenen Batterie zertifiziert. Die elektromagnetische Verträglichkeit des Funkgeräts folgt unter anderem EN 301 489.
Nickel-Cadmium ist die älteste der drei Chemien. Die NiCd-Zelle wurde bereits 1899 entwickelt, verträgt tiefe Entladung und einen weiten Temperaturbereich, hat eine lange Lebensdauer, ist kostengünstig und sehr robust, leidet aber unter dem starken Gedächtniseffekt und enthält das giftige Schwermetall Cadmium. In der Europäischen Union sind NiCd-Zellen für Verbraucheranwendungen weitgehend verboten, mit Ausnahmen unter anderem für medizinische Geräte, Alarm- und Notbeleuchtung sowie akkubetriebene Werkzeuge. Nickel-Metallhydrid nutzt eine negativ Elektrode aus einer wasserstoffabsorbierenden Legierung, bietet im gleichen Volumen das Zwei- bis Dreifache der NiCd-Kapazität, hält die Spannung von 1,2 V bis nahe der Entladeschlussspannung nahezu konstant und ist umweltfreundlicher; der Gedächtniseffekt ist geringer, aber nicht verschwunden, die Robustheit reicht nicht ganz an NiCd heran, das Laden ist anspruchsvoller, und ältere Zellen haben eine höhere Selbstentladung.
Lithium-Ionen haben die höchste Energiedichte, sind am leichtesten, kennen keinen Gedächtniseffekt und haben eine monatliche Selbstentladung von etwa 5 Prozent, reagieren aber empfindlich auf hohe Temperaturen und brauchen ein Sicherheitsmanagement. Hier ist die Position von Weijiang wichtig: Wir stellen nur versiegelte NiMH-Zellen und NiMH-Packs her, keine Funkgeräte und keine NiCd- oder Lithium-Zellen (Lithium bauen wir lediglich als Pack zusammen). Wir behaupten nicht, jede Originalbatterie eines Herstellers zu ersetzen. Weil NiCd und NiMH beide eine Nennspannung von 1,2 V haben, kann ein versiegeltes NiMH-Pack dort, wo Funkgerät, Ladegerät und mechanische Form es zulassen, eine cadmiumfreie Alternative sein; ob es im Einzelfall passt, prüfen wir gemeinsam mit dem Kunden.
Es ist das branchenübliche Referenzprofil für die Batterielaufzeit: 5 Prozent Senden, 5 Prozent Empfang und 90 Prozent Bereitschaft. Es stammt aus der Praxis von Behörden und Betriebsfunk und wird von Herstellern wie Hytera, Icom, Motorola und Kenwood verwendet. Weil es eine vereinbarte Mischung ist, müssen beim Vergleich zweier Angaben derselbe Arbeitszyklus und dieselbe Temperatur zugrunde liegen.
Beim Senden muss der Sender-Endverstärker Hochfrequenzleistung erzeugen, typischerweise 1 bis 6 W; das erfordert kurze Stromimpulse von etwa 1 bis 2 A. In der Bereitschaft läuft nur der Empfänger im Überwachungsmodus, damit das Gerät auf Signalisierung reagieren kann, und die Stromaufnahme liegt im Bereich von zehn bis wenigen hundert mA. Die hohen Sendeimpulse dauern aber nur etwa 5 Prozent der Zeit.
P25 (TIA-102) ist vor allem in der nordamerikanischen öffentlichen Sicherheit verbreitet und arbeitet mit FDMA (Phase I) beziehungsweise TDMA (Phase II). TETRA (ETSI) nutzt vier Zeitlagen in 25 kHz, ist von Grund auf netzwerkzentriert und bündelorientiert und ist in Europa stark vertreten. DMR (ETSI) teilt 12,5 kHz in zwei Zeitlagen, kommt in drei Ausprägungen und kann vorhandene Schmalbandanlagen kostengünstig weiterverwenden.
Im konventionellen Betrieb arbeiten die Nutzer auf fest zugewiesenen Kanälen; beim gebündelten Betrieb verwaltet eine Steuerung die Kanäle und weist über einen Kontrollkanal dynamisch einen freien Kanal zu. Im Direktmodus (DMO) kommunizieren Geräte ohne Infrastruktur direkt miteinander, im gebündelten Modus (TMO) läuft die Verbindung über das Netz. Die ständige Signalisierung im TMO kann die Laufzeit beeinflussen.
Für Staub und Wasser gilt IEC 60529 mit IP67 (staubdicht, zeitweiliges Untertauchen) und IP68 (dauerhaftes Untertauchen). MIL-STD-810 deckt Temperatur, Sturz, Vibration und weitere Umgebungsbeanspruchungen. Für explosionsgefährdete Bereiche sind ATEX und IECEx (IEC 60079) mit Zündschutzarten wie Ex ib, Gasgruppen IIA/IIB/IIC und der Bergbauklasse M2/Mb relevant; in Brasilien kommt INMETRO hinzu.
NiCd und NiMH haben beide eine Nennspannung von 1,2 V. Ein versiegeltes NiMH-Pack kann daher dort, wo Funkgerät, Ladegerät und mechanische Form es zulassen, eine cadmiumfreie Alternative mit meist höherer Kapazität im gleichen Volumen sein. Weijiang stellt keine NiCd-Zellen her und prüft die Eignung im Einzelfall gemeinsam mit dem Kunden, statt einen Ersatz für jede Originalbatterie zu versprechen.
Arbeitszyklus und Stromprofile: Hytera (Erklärung zum Lesen von Lautsprecherleistung und Batterie-Datenblättern vor der Bestellung), das Icom-Weißbuch zur Funkgeräte-Batterietechnik und eine akademische Untersuchung zum Stromverbrauch tragbarer Funkgeräte, die den 5-5-90-Arbeitszyklus beschreiben; Geräte-Stromwerte von Icom (IP-M60), Standard Horizon (HX210E), Retevis (RA85) und Kenwood. Standards und Netzmodelle: der Hytera-Vergleich von P25, TETRA, DMR, LTE und PTT, das DMR-Association-Weißbuch zu privaten digitalen PMR-Netzen, die DMR-Standardseite der DMR Association, die ETSI-Seite zu mobilem Funk und die Anritsu-Beschreibung zu Land Mobile Radio.
Robustheit und Eigensicherheit: die Hytera-Seite zu ATEX-Funkgeräten, die Motorola-Seite und das Broschürenmaterial zum MOTOTRBO R7Ex; Batterie- und Pack-Beispiele von RS Components, PKCELL und Alibaba; der Chemievergleich NiCd gegen NiMH gegen Li-ion sowie die Hytera-Hinweise zum Laden von Funkgeräten und zur Verlängerung der Batterielebensdauer. Die Stromwerte sind den technischen Unterlagen der genannten Geräte entnommen, alle hochgerechneten Laufzeiten und Pack-Zahlen sind illustrative Ingenieurbeispiele, und die bindenden Werte sind die im jeweiligen Datenblatt und auf den Zertifikaten gedruckten Angaben.
Weijiang Power liefert versiegelte NiMH-Packs für professionelle Landmobilfunkgeräte im OEM-Bereich, ausgelegt auf die hohen, kurzen Sendeimpulse und den langen Bereitschaftsbetrieb, mit Zellen, die nach IEC 61951-2 und IEC 62133-1 qualifiziert sind und als UN 3496 mit dem IATA-A199-Pfad versandt werden. Wir produzieren keine NiCd- oder Lithium-Zellen und behaupten nicht, jede Originalbatterie zu ersetzen; wir prüfen die Eignung als cadmiumfreie Alternative im Einzelfall. Nennen Sie uns Ihr Funkgerätemodell, die Sendeleistung, den Arbeitszyklus, die geforderte Schichtlaufzeit, die Schutzart und die Ladeanordnung, und wir erarbeiten die Zellzahl, Kapazität und Auslegung für den Impulsbetrieb und unterstützen die Nachweise vor der Zertifizierung. Siehe die Weijiang NiMH-Produktpalette für Standard-Pack-Formate, oder kontaktieren Sie unser OEM-Team mit Ihrer Gerätespezifikation.
