Transponder

Allgemein

Ein Transponder ist ein – meist drahtloses – Kommunikations-, Anzeige- oder Kontrollgerät, das eingehende Signale aufnimmt und automatisch darauf antwortet. Der Begriff Transponder ist zusammengesetzt aus den Begriffen Transmitter und Responder. Transponder können passiv oder aktiv sein.

Unter passiven Transpondern versteht man Systeme, die die zur Kommunikation und zur Abarbeitung interner Prozesse benötigte Energie ausschließlich aus dem Feld der Schreib-/Leseeinheit beziehen. Passive Transponder arbeiten also eigenenergielos. Aktive Systeme verfügen dagegen über eine eigene Energieversorgung oft in Form einer Batterie. Dadurch sind mit aktiven Transpondern nicht nur größere Kommunikationsreichweiten möglich, auch die Verwaltung größerer Datenspeicher bzw. der Betrieb integrierter Sensorik wird realisierbar. Neben den Reinformen passiver bzw. aktiver Systeme existieren semiaktive Transponder.

Ein passiver Transponder erlaubt es, ein Objekt zu identifizieren. Haustierregistrierungs-Chips sind Beispiele hierfür. Ein aktiver Sensor (in Verbindung mit dem Computer) liest und decodiert die Daten, die der passive Transponder enthält.

Einfache aktive Transponder werden zum Beispiel bei der Lokalisierung, Identifizierung und Navigation von Flugzeugen verwendet: Der im Flugzeug eingebaute Transponder empfängt ein kodiertes Signal einer Überwachungs- und Kontrollstelle und beantwortet dieses Signal auf einer vorgegebenen Frequenz mit den erforderlichen Daten, ebenfalls in kodierter Form (eingestellter Transpondercode und Höhe in Fuß/Flightlevel). Dieses Antwortsignal wird von der Überwachungsstelle empfangen und mit dem Radarecho zusammen dargestellt.

Fernsehsatelliten benutzen Transponder, die einfach das auf einer Frequenz empfangene Signal auf einer anderen Frequenz wieder zurückstrahlen.

Flugfunktransponder

Radarantenna.png Der Flugfunktransponder ist ein Sekundärradar-Transponder, der zur Identifizierung von Flugzeugen dient. Dies geschieht über einen vierstelligen Oktalzahl-Code, den sogenannten Transpondercode oder auch Squawk genannt, welcher durch den Piloten am Transponder nach Aufforderung durch die Luftraumüberwachung eingestellt wird.

Obwohl die Transponderdaten zusammen mit den Primärradardaten auf den Radarschirmen der Flugüberwachung dargestellt werden, handelt es sich hierbei um ein eigenständiges System. Meist ist allerdings die Richtantenne für die Transponderabfrage fest an der sich drehenden Primärradarantenne der Bodenstation montiert. Durch einen geringfügigen Versatz zur Primärradarantenne werden Primärradarsignal und Transpondersignal voneinander zeitlich getrennt und gegenseitige Störungen vermieden.

Man unterscheidet in der Avionik zwischen "Mode Alpha" (Mode A), "Mode Charlie" (Mode C) und den neuen "Mode Sierra" (Mode S) Transpondern. Die Buchstaben A, C und S stehen hier für die verschiedenen Fähigkeiten des Transponders, an ihn gerichtete Anfragen zu beantworten.

Die Abfrage des Transponders wird über ein amplitudenmoduliertes Trägersignal der Frequenz 1.030 MHz eingeleitet. Es enthält den Abfragetyp, der die vom Transponder zu übermittelnde Information beschreibt:

Abfrage A: Übermittelung der vierstelligen Oktalzahl des Transpondercodes
Abfrage C: Übermittelung der Flughöhe in 100 Fuß Auflösung

Für Mode Alpha/Charly Transponder gibt es weltweit feste Transpondercodes.

Neuere Mode S Transponder übertragen außerdem:

Eine weltweit eindeutige 24-Bit-Seriennummer des Transponders
Den Status des Flugzeuges (Flugzeug in der Luft / am Boden)
Das Flugzeugkennzeichen
Die Höheninformation mit 25 ft Genauigkeit (vs. 100 ft Genauigkeit bei Mode A/C)
Die Ausweichempfehlung des TCAS (falls vorhanden)

Entgegen der landläufigen Meinung kann ein Flugfunktransponder jeweils nur eine Information übertragen (Ausnahme Modus Sierra bei neueren Geräten). Daher erfolgt durch die Bodenstation eine alternierende Auslesung von A oder C bei jeder Umdrehung.

Je nach dem, welcher Betriebsmodus am Transponder durch den Piloten gewählt wurde, antwortet der Transponder nur auf die Transpondercodeanfrage (Betriebsmodus A - Mode "Alpha") oder auf die Transpondercodeanfrage und die Höhenanfrage (Betriebsmodus A/C - Mode "Charlie").

Die Antwort erfolgt als modulierter Burst auf der Frequenz 1.090 MHz. Er enthält folgende Bits:

StartBit - C1 - A1 - C2 - A2 - C3 - A3 - X - B1 - D1 - B2 - D2 - B3 - B4 - StopBit - I * A1..A3 -> Bits der 1. Oktalzahl A1=2^0, A2=2^1, A3=2^2 * B1..B3 -> Bits der 2. Oktalzahl B1=2^0, B2=2^1, B3=2^2 * C1..C3 -> Bits der 3. Oktalzahl C1=2^0, C2=2^1, C3=2^2 * D1..D3 -> Bits der 4. Oktalzahl D1=2^0, D2=2^1, D3=2^2 * X -> ohne Verwendung * I -> 1 wenn in den letzten 10 Sekunden die Ident-Taste am Transponder gedrückt wurde

Bei Antwort auf die Höhenabfrage (Abfrage C) werden die Bits A1..A3, B1..B3, C1..C3, D1..D3 für die Übertragung der Höheninformation verwendet.

Die Berechnung der Flughöhe selbst ist immer gleich. Hierzu wird mit Hilfe des gemessen Luftdruckes, der barometrischen Höhenformel und unter Annahme des Standardluftdruckes von 1.013,2 hPA in 0 Fuß MSL die Höhe ermittelt. Um bei Hochdruckwetterlagen negative Höhenwerte zu vermeiden wird zusätzlich ein (willkürlicher) Offset von 1.200 Fuß hinzuaddiert. Danach erfolgt eine Rundung auf 100 Fuß und eine Division durch 100. Der so erhaltene Zahlenwert wird übermittelt und kann bei Kenntnis der aktuellen Luftdruckverhältnisse wieder in eine Höhe rückgerechnet werden.

Diese Berechnung findet entweder in dem Transponder selbst statt, falls er mit einen Druckmessvorrichtung ausgestattet ist, oder er bezieht diese Information selbst in elektronischer Form von einem anderen Gerät (wie z.B. alle Transponder der Firma Garmin).

Satellitentransponder

Ein Satellitentransponder stellt Übertragungskapazitäten für Datensignale (TV, Hörfunk, Datendienste etc.) zur Verfügung. Im Ku-Band beträgt die Bandbreite eines Transponders typischerweise 40 MHz, entsprechend einer Übertragungskapazität von einem analogen oder ca. 8 digitalen Fernsehprogrammen. Die Anzahl der gleichzeitig abgestrahlten Programmen hängt von der Symbolrate des Transponders ab, die dann auf die jeweiligen Programme aufgeteilt wird. Ein Transponder mit einer Symbolrate von 27.500 MSymb/s ergibt bei QPSK eine Nettobitrate ca. 38 Mbit/s (Bruttobitrate: 55 Mbit/s).

Ein großer Satellit mit einer elektrischen Leistung von 10 kW kann ca. 50 Transponder betreiben und ca. 500 Fernsehprogramme ausstrahlen. Satellitenanbieter vermieten Transponderkapazitäten für ca. 4000 EUR pro MHz im Monat, entsprechend ca. 2 Millionen € pro Jahr für einen Transponder mit 40 MHz Bandbreite.

Für Übertragungen wie z.B für Liveschaltungen in Nachrichtensendungen werden von Drittanbietern Slots auf Transpondern von etwas älteren oder nicht so populären Satelliten angeboten. Die Kosten für diese Feeds liegen je nach Bandbreite bei ca. 3 EUR (4.5 Mhz Slot) pro Minute.

Kartentransponder

Diese passiven Transponder in der Größe von Kreditkarten dienen dazu, Gebühren zu erheben oder Zugangskontrollen zu ermöglichen. Im ersteren Fall werden meist vorher Guthaben an den Ausgeber gezahlt, die dann bei Nutzung einer Leistung von der Karte abgebucht werden. Ähnliche Modelle wie bspw. bei einer Maut buchen die Beträge erst nach Inanspruchnahme ab.

Tierchips

Zur Kennzeichnung von Tieren werden oft Transponderchips mittels einer Spritze und einer Kanüle in das Tier implantiert. Diese auch Injektat, Mikrochip oder Tierchip genannten Transponder sind nach der Norm FDX-B nach DIN/ISO 11784 / 11785 hergestellt und mit preiswerten Handlesegeräten einfach auslesbar. Der Informationstausch zwischen Lesegerät und Transponder basiert auf einer Frequenz von 134,2 kHz. Der maximal mögliche Leseabstand ist abhängig vom Lesegerät und von der Orientierung des Tieres zum Reader, größere Abstände als 10 cm sind selten möglich. Der Chip kann im Tier wandern und dadurch kann trotz genormter Injektionsstelle (linke Nackenseite) eine Suche nach dem Transponderchip nötig werden. Es gibt Hunde, in denen der Chip bis zum Knie hinunter gewandert ist. Tierheime, Ordnungsämter und Grenzkontrollstellen können die Identität des Tieres anhand der weltweit einmaligen Transpondernummer feststellen. In Verbindung mit dem EU-Heimtierausweis kann die Impfung eines bestimmten Tieres damit nachgewiesen werden. Auch die aufgrund mancher Hundegesetze vorgeschriebene Haltungsgenehmigung und Befreiung von der Leinenpflicht für einen Hund bezieht sich auf einen konkreten Hund, der aufgrund der Transpondernummer identifizierbar ist. Organisationen wie Tasso (Tierregister) unterhalten Datenbanken mit Nummern der Tierchips, um entlaufene oder ausgesetzte Tiere dem Besitzer zuordnen zu können. Hundesportvereine lassen nur gekennzeichnete Hunde zu Wettbewerben (beispielsweise Turnierhundesport) zu. Siehe auch RFID.

Weblinks

Blockschaltbild eines Radar-Transponders