Drohnen: Akkus und Frequenzbauteile

Dieser Artikel befasst sich mit zwei wichtigen Bauteilen jeder Drohne: dem Akkupack und den Schwingquarzen.

• Der Akkupack bestimmt, wie lange die Drohne fliegen kann, wie viel sie tragen kann und in welchem Temperaturbereich sie einsatzfähig ist.
• Schwingquarze dienen als Taktreferenz für die digitale Elektronik. Sie sind auf dem Flugsteuerungsrechner, dem GNSS-Modul, dem Funkmodul und der Kamera verbaut und liefern den Takt, den jedes dieser Teilsysteme für seinen einwandfreien Betrieb benötigt. Ohne einen stabilen Takt kann der Autopilot seinen Regelkreis nicht ausführen, der GNSS-Empfänger kann das Satellitensignal nicht demodulieren und die Videoübertragung verliert die Synchronisation.

Telcona arbeitet mit je einem Hersteller für diese zwei Bauteilklassen zusammen: Honcell für Lithium-Akkupacks und Hong Kong Crystal für Schwingquarze und Quarzoszillatoren.

Was ist eine Drohne

Eine Drohne, auch Unmanned Aerial Vehicle (UAV) genannt, ist ein Luftfahrzeug, das ohne Piloten an Bord fliegt. Sie wird entweder von einem Fernbediener am Boden gesteuert oder von einem bordeigenen Autopiloten, der eine vorprogrammierte Mission abfliegt. Drohnen gibt es in vielen Größen. Die kleinsten Consumer-Quadcopter wiegen unter 250 Gramm. Industrielle Multicopter wiegen mehrere Kilogramm und können Sprühtanks oder Wärmebildkameras tragen. Festflügler sind größer und werden für Langstreckenflüge über weite Gebiete eingesetzt.

Einsatzbereiche

Drohnen werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel:

• Luftfotografie und Filmproduktion — Handgehaltene und professionelle Drohnen für visuelle Aufnahmen.
• Kartierung, Photogrammetrie und Vermessung — Drohnen mit Bildnutzlasten und GNSS-getaggter Datenerfassung.
• Inspektion — Stromleitungen, Windturbinen, Pipelines, Brücken und Gebäudefassaden.
• Landwirtschaft — Drohnen zur Feldüberwachung und Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln.
• Erkundung — Einsatz in abgelegenen oder gefährlichen Umgebungen.
• Lieferung und Logistik — Kurzstreckenlieferung von Paketen und medizinischen Proben.
• Allgemeiner Zivil- und Gewerbebetrieb — Hobby-, Bildungs- und Einstiegsanwendungen im Profibereich.

Jeder Einsatzbereich setzt andere Prioritäten bei denselben zwei grundlegenden Teilsystemen: dem Akkupack, der den Antrieb versorgt, und den Quarztaktreferenzen, die die Elektronik synchronisieren.

Hauptkomponenten

Unabhängig von Größe und Typ enthält jede moderne Drohne dieselben Kernteilsysteme.

• Rahmen: Das Strukturgestell der Drohne. Es hält die Motoren in ihren festen Positionen und beherbergt weitere Komponenten.
• Bürstenlose Motoren, Fahrtregler und Propeller: Zusammen bilden diese das Antriebssystem. Der Flugsteuerungsrechner gibt das Drehmoment jedes Motors vor; der ESC (Electronic Speed Controller) treibt den Motor an; der Propeller wandelt die Rotation in Schub um.
• Flugsteuerungsrechner: Ein Autopilot-Mikrocontroller.
• GNSS-Modul: Position und Satellitenzeit.
• Funkverbindung: Die Funkverbindung zwischen der Drohne und dem Piloten.
• Kamera und Gimbal: Die Nutzlast. Der Bildsensor benötigt einen Pixeltakt zum Auslesen der Zeilen und Bilder. Der Gimbal-Mikrocontroller stabilisiert die Kamera mechanisch gegenüber den Bewegungen des Rahmens. Beide laufen auf eigenem Takt.
• Akkupack: Antriebsenergiequelle. Bei den meisten Drohnen ist dies das volumenmäßig und gewichtsmäßig größte Elektronikbauteil. Er bestimmt, wie lange die Drohne fliegen kann, wie viel sie tragen kann, wie schnell sie steigen kann und bei welchen Temperaturen sie eingesetzt werden kann.

Schauen wir uns nun zwei dieser Teilsysteme genauer an: den Akkupack und die Schwingquarze.

Akkus

Der Akku ist eine der wichtigsten Designentscheidungen bei Drohnen. Die Chemie, das Zellenformat und die Pack-Architektur bestimmen gemeinsam, wie lange die Drohne fliegt, wie viel sie heben kann, in welchem Temperaturbereich sie funktioniert und wie viele Flüge sie übersteht, bevor sie ausgemustert wird. Honcell, einer der Batterielieferanten von Telcona, entwickelt und produziert lithiumbasierte Zellen und Akkupacks für Drohnenanwendungen. Das Sortiment umfasst Luftfotografie-Drohnen, Kartierungsdrohnen, Erkundungsdrohnen, Inspektionsdrohnen, Agrardrohnen und Lieferdrohnen.

Die folgende Tabelle zeigt eine repräsentative Auswahl der drohnenspezifischen Modelle von Honcell, von 50-mAh-Einzelzellen-Hilfspacks bis hin zu einem 22,2-V-8000-mAh-6S2P-Pack:

Dieselbe Produktlinie deckt die meisten Drohnenkonstruktionen ab. Für Anforderungen außerhalb des Katalogs – wie ungewöhnliche Formfaktoren, Tieftemperaturleistung oder spezifische BMS-Konfigurationen – kann Honcell auch kundenspezifische Packs entwickeln und liefern. Dies macht sie sowohl für die Prototypenentwicklung als auch für die Serienproduktion geeignet.

Schwingquarze und Quarzoszillatoren

Jedes digitale Teilsystem in einer Drohne benötigt einen Takt. Der Flugsteuerungsrechner, der GNSS-Empfänger, das Funkmodem, der Videosender, der Bildsensor und der Gimbal-Mikrocontroller laufen alle auf ihrer eigenen Quarztaktreferenz. Die Qualität dieses Takts beeinflusst direkt das Verhalten des jeweiligen Teilsystems. Hong Kong Crystal (Hong Kong X'tals Limited) liefert Quarzresonatoren und Quarzoszillatoren mit Frequenzen, die auf die Anforderungen der Drohnen-Teilsysteme abgestimmt sind.

• Flugsteuerungsrechner-MCU — Drohnen-Flugsteuerungen basieren auf Mikrocontrollern, die von Standard-MHz-Frequenzen wie 16, 24, 32, 40 und 48 MHz getaktet werden. Sie werden in keramischen SMD-4-Gehäusen geliefert: 1612SX, 2016SX und 3225SX. Die Standard-Lastkapazität beträgt 8 pF.
• GNSS-Modul — GNSS-Empfänger benötigen alle einen stabilen lokalen Oszillator zur Demodulation des Satellitensignals und zur Aufrechterhaltung der Kohärenz zwischen den Ortungsimpulsen. Für Drohnen-GNSS ist die typische Wahl 26 MHz, erhältlich in denselben keramischen SMD-4-Familien 1612SX / 2016SX / 3225SX.
• Funkkommunikationsverbindung — Unabhängig davon, ob die Drohne Wi-Fi, Bluetooth oder LTE verwendet, wird die PHY-Schicht des Funkmoduls durch einen Schwingquarz mit Frequenzen von 25, 26, 32, 38,4, 40, 48 und 52 MHz referenziert, verfügbar in denselben keramischen SMD-4-Resonatorgehäusen. Für Konstruktionen, die eine fertige Frequenzquelle anstelle eines diskreten Schwingquarzes benötigen, bieten die Quarzoszillatoren 2016XO, 2520XO und 3225XO einen Takt mit einer Frequenzstabilität von ±50 ppm bei einer 3,3-V-Versorgungsspannung.
• Kamera und Gimbal — Bildsensoren werden typischerweise mit einem kleinen Satz von Standardfrequenzen getaktet, üblicherweise 24 MHz oder 27,12 MHz. Quarzoszillatoren der Familien 2016XO, 2520XO und 3225XO in keramischen SMD-4-Gehäusen decken diesen Bereich ab.

Beide Lieferanten über Telcona

Der Akkupack und die Schwingquarze sind beide wichtige Bauteilentscheidungen in der Stückliste einer Drohne. Einer liefert die Hochleistungsantriebsenergie. Der andere versorgt die Niederleistungs-Taktreferenzen. Beide müssen dieselbe Vibrations-, Temperatur- und Schockumgebung überstehen wie der Rest des Luftfahrzeugs.

Über Telcona sind beide Lieferanten unter einem einzigen europäischen Vertrag erhältlich: Honcell für lithiumbasierte Drohnenakkus und Hong Kong Crystal für Quarzresonatoren und Oszillatoren.

👉 Für Musteranfragen, kundenspezifisches Pack-Design, Frequenzauswahl oder vollständige Stücklistenanalyse für ein Drohnenprogramm wenden Sie sich an Telcona unter +41 44 861 02 40 oder senden Sie uns eine Nachricht.