Warum sich die Reichweite eines Autoschlüssels erhöht, wenn man ihn an den Kopf hält

• Das Phänomen, dass ein Autoschlüssel mit Fernbedienung an der Reichweiten-Grenze wieder funktioniert, wenn man ihn an den Kopf oder die Brust hält, ist ein Zusammenspiel aus Kopplung des menschlichen Körpers mit dem RF-Signal, veränderter Antennenausrichtung sowie Höhen- und Reflexionseffekten.
• Eine verbreitete physikalische Erklärung ist, dass der menschliche Körper bis zu einem gewissen Grad leitfähig ist, sich kapazitiv mit Signalen um 315 MHz koppelt und Kopf oder Brustkorb das Abstrahlmuster des Signals verändern können.
• Bei einer einfachen Messung mit einem Volkswagen GTI von 2009 wurden 6 Positionen, 2 Ausrichtungen und jeweils 3 Klicks verglichen; die Haltung flach an die Schläfe funktionierte am besten.
• Eine andere Erklärung geht davon aus, dass die kleine Loop-Antenne der Fernbedienung magnetisch mit einer größeren Körperschleife (body loop) aus Arm, Schulter und Kopf koppelt und so eine Verbesserung um das 2- bis 3-Fache möglich ist.
• Es ist jedoch schwer, pauschal zu sagen, dass der Kopf immer wie ein „Verstärker“ wirkt; ob es sich um eine echte Verbesserung oder nur um eine Änderung des Abstrahlmusters handelt, lässt sich nur mit kontrollierten Messungen klären.

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Beobachtetes Phänomen an der Reichweiten-Grenze

• Der Fragesteller berichtete, dass sich das Auto öffnete, als er den Sender seitlich an den Kopf hielt, obwohl der Funkschlüssel außerhalb der Reichweite war.
• Bei einer anschließenden einfachen Wiederholung am selben Tag ergab sich:
  • Er entfernte sich vom Auto bis zu dem Punkt, an dem die Fernbedienung nicht mehr funktionierte.
  • Hielt er die Fernbedienung seitlich an den Kopf, funktionierte sie.
  • Hielt er die Fernbedienung an die Brust, funktionierte sie ebenfalls.
  • Hielt er die Fernbedienung an das Bein, funktionierte sie nicht.
• Auch der mögliche Effekt der reinen Höhe wurde geprüft; hielt man die Fernbedienung nur auf Kopf- oder Brusthöhe, ohne sie an den Körper zu drücken, blieb sie außerhalb der Reichweite.
• Als weiteres Beispiel für dasselbe Phänomen wurde auch ein Top-Gear-Demovideo genannt.

Kopplung mit dem Körper und mögliche Resonanz

• Der menschliche Körper ist bis zu einem gewissen Grad leitfähig wie Salzwasser und kann sich daher kapazitiv mit einer RF-Quelle koppeln.
• Systeme für Keyless Entry verwenden typischerweise eine RF-Frequenz von 315 MHz; die Wellenlänge beträgt dabei etwa 1 m.
  • Eine effiziente Antenne kann ungefähr die Länge λ/2, also rund 0,5 m, haben.
• Aus dieser Sicht könnten Teile des Körpers wie Kopf oder Brustkorb gegenüber dem RF-Signal der Fernbedienung wie ein Resonator wirken.
  • „Hohlraum“ bedeutet hier nicht nur leeren Raum, sondern allgemein einen Bereich, in dem elektromagnetische Wellen an Grenzen teilweise reflektiert werden.
  • Auch der vom Gehirn eingenommene Bereich könnte diese Bedingungen erfüllen.
• Es gab auch den Vergleich mit dem Hohlraum einer Gitarre, der den Klang der Saiten verstärkt; später wurde jedoch klargestellt, dass Streichinstrumente auch ohne Resonanzhohlraum allein mit dem Resonanzboden laut klingen können, sodass dieser Vergleich etwas irreführend sein kann.

Direkte Messungen mit einem Volkswagen GTI

• Derselbe Antwortende maß die Reaktion der Fernbedienung in mehreren Haltungen und Ausrichtungen.
• Versuchsbedingungen:
  • Fahrzeug: Volkswagen GTI von 2009
  • Die Fernbedienung wurde an 6 Positionen jeweils in 2 Ausrichtungen getestet.
  • Für jede Positions-/Ausrichtungskombination wurden 3 Klicks ausgeführt und die Reaktionen des Fahrzeugs gezählt.
  • In der Umgebung gab es kaum große Strukturen, allerdings verlief entlang der Messachse über mehrere Kilometer die von Beton umgebene Edelstahl-Vakuumröhre des LIGO Livingston Interferometer.
• Testpositionen und Ausrichtungen:
  • Unteres Bein: in Richtung Fahrzeug oder in Richtung Himmel
  • Arm nach rechts ausgestreckt auf mittlerer Höhe: in Richtung Fahrzeug oder in Richtung Himmel
  • Hohe Position über dem Kopf: in Richtung Fahrzeug oder in Richtung Himmel
  • Kinn: zum Kinn gerichtet oder flach ans Kinn gedrückt
  • Schläfe: zur Schläfe gerichtet oder flach an die Schläfe gedrückt
  • Mitte der Brust: zur Brust gerichtet oder flach an die Brust gedrückt, sodass die Fernbedienung nach oben zeigt
• Messergebnisse:
  • Die Fernbedienung funktionierte tendenziell besser, wenn sie an den Kopf gehalten wurde.
  • Die Verbesserung war jedoch nicht so groß, wie man es nach allgemeinen Suchergebnissen zu diesem Thema erwarten könnte.
  • Die beste Haltung war, die Fernbedienung flach an die Schläfe zu halten.
  • Wenn die Fernbedienung nicht am Kopf war, funktionierte sie besser, wenn sie auf das Fahrzeug zeigte, als wenn sie nach oben zeigte.
  • Wie hoch man die Fernbedienung hielt, schien keine große Rolle zu spielen.
  • An die Brust gehalten war sie schlechter als mit ausgestrecktem Arm.

Erklärung über Loop-Antenne und Körperschleife

• Die kleine Loop-Antenne im Funkschlüssel kann wegen der Größenbeschränkungen ineffizient sein.
  • Die Fernbedienung muss in die Tasche passen und wird daher absichtlich klein gebaut.
  • Es wurde erklärt, dass die interne Loop-Antenne weniger als 10 % der eingespeisten Energie abstrahlt und der Rest in Wärme umgewandelt wird.
• Hält man die Fernbedienung an den Kopf, bilden Arm, Schulter und Kopf eine größere Körperschleifenantenne, die fast 100-mal effizienter sein könnte als die interne Antenne der Fernbedienung.
• Die kleine Schleife und die große Körperschleife sind wie in einem Transformator magnetisch gekoppelt.
  • Die Kopplung ist nicht stark, aber die kombinierte Antenne könnte etwa 2- bis 3-mal besser sein als die Fernbedienung allein, was die Reichweite sichtbar erhöhen kann.
• In den Kommentaren wurde auch eine schnelle Messung mit einer Toyota-Fernbedienung, einem Keithley-RF-Leistungsmesser und einer 1/4-Wellen-Antenne in 1,3 m Abstand erwähnt.
  • Ohne Körperschleife: -59 dBm
  • Mit Körperschleife: -55 dBm
  • Das entspricht etwa 2,5-mal mehr Leistung und rund 1,5-mal mehr Reichweite.
• Gegen diese Erklärung wurde eingewandt, dass der menschliche Körper deutlich weniger leitfähig als Kupfer ist und hohe Verluste hat; zur Untermauerung der Effizienzbehauptung seien daher Daten nötig.

Variablen bei Ausrichtung, Höhe und Versuchsdesign

• Ausrichtung der Fernbedienung

  • Es wurde erklärt, dass die interne Antenne der Fernbedienung eine annähernd kreisförmige Loop-Antenne auf der Platine ist und das Signal am stärksten ist, wenn die Ober- oder Unterseite der Fernbedienung zum Empfänger zeigt.
  • Eine Haltung wie bei einer TV-Fernbedienung, bei der man nach vorn „zielt“, könnte die Fernbedienung um 90 Grad drehen und damit in eine ungünstige Richtung bringen.
  • Hält man sie ans Kinn, ändert sich die Ausrichtung der Fernbedienung, was die Funktion verbessern kann.

• Antennenhöhe und Mehrwegeausbreitung

  • Im Modell der Mehrwegeausbreitung mit ebener Reflexion ist die empfangene Leistung proportional zu (h1 h2 / R^2)^2.
    • h1 und h2 sind die Höhen von Sende- und Empfangsantenne, R ist die Entfernung.
  • In diesem Modell kann die Antennenhöhe einen großen Unterschied für die Empfangsqualität machen.
  • Bei geringer Höhe gibt es mehr Streuung an Objekten in der Umgebung, was in dieser Formel jedoch nicht berücksichtigt ist.

• Frequenz und Einfluss des Körpers

  • Bei üblichen Fernbedienungsfrequenzen gibt es fast keine Absorptionsverluste, und die Wellenlänge bei 450 MHz beträgt etwa 66 cm.
  • Kleine Antennen können in der Nähe von Reflektoren oder Metallobjekten in der Größenordnung einer Wellenlänge verstimmt werden.
  • Der menschliche Körper besteht größtenteils aus Salzwasser und ist daher weder ein guter Strahler noch ein guter Reflektor; der Kopf gilt jedoch als ein deutlich besseres Dielektrikum als der restliche Körper.

• Möglichkeit eines Selection Bias

  • Die Methode, den Schlüssel nur dann an den Kopf zu halten, wenn er nicht funktioniert, und dann einen Erfolg zu beobachten, kann einen Selection Bias erzeugen.
  • In der Nähe des Kopfes oder anderer leitfähiger Objekte kann sich die elektromagnetische Abstrahlung der Fernbedienung deutlich verändern.
  • Ob diese Veränderung aber wirklich besser oder nur anders ist, muss separat überprüft werden.
  • Dafür müsste man umgekehrt einen Punkt finden, an dem die Fernbedienung auch am Kopf scheitert, und dann mit der normalen Nutzung vergleichen.
  • Der Fall von Remcom wurde als Beispiel genannt: Er begann als Versuch, das Phänomen zu widerlegen, zeigte am Ende aber, warum es funktioniert.
  • Link: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html

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Hacker-News-Kommentare

• Die plausiblere Erklärung ist, dass Sender und Antenne der Schlüssel-Fernbedienung darauf abgestimmt sind, das maximale Signal abzugeben, wenn sie sich nah am Körper befinden. Denn genau so werden sie in der Praxis verwendet.
  Wenn man die Fernbedienung abseits vom Körper testet, kann die Abstimmung sogar schlechter passen. Möglich ist auch, dass sie im Werk unter Bedingungen abgestimmt wurde, bei denen sie sich in einem bestimmten Abstand zu einem „Dummy Body“ befindet.
  Bei Funkgeräten ist es ähnlich: Wenn man sie in der Hand hält, ergänzt der Körper die fehlende Massefläche, deshalb muss die Antenne in diesem Zustand abgestimmt werden. Wenn man eine Antenne über einer Massefläche, Koaxkabel, ein SWR-Meter und einen Sender auf 1:1 abstimmt und dann die Hand nahe an die Antenne bringt, sieht man am Messgerät sofort die Verstimmung, sobald die Hand ungefähr innerhalb einer Wellenlänge liegt.

  • Das erinnert mich an ein Projekt aus einer Uni-Vorlesung, bei dem wir eine Pringles-Dosen-WLAN-Hohlleiterantenne gebaut haben. Die meisten haben sie nach Tutorial gebaut, aber ich habe Dachblech zu einem Zylinder gerollt, Länge und Radius passend gemacht und sogar einen Griff aus Aluminium-Flachstange und einem runden Holzstab gebaut.
    Die Leistung war gut, aber die Schwankungen waren auch am größten: Wenn ich nur den Holzgriff hielt, berührte ich kein Metall; sobald ich aber den Daumen auf den Aluminiumteil legte, wurde der Signal-Rausch-Abstand sofort besser. Der Dozent erklärte, dass bei Hochfrequenz die Kapazität des Körpers fast wie ein Kurzschluss wirkt und dass das Berühren des Gehäuses die Qualität der Erdung verbessert.
  • Nicht unbedingt. Antennen werden auf die nach lokalen Vorschriften zulässige maximale abgestrahlte Leistung abgestimmt, und die Unterschiede zwischen EU-, US- und japanischen Vorschriften sind erheblich.
    Zertifizierungstests umfassen keine Bedingung, bei der ein Mensch das Gerät in der Hand hält, weil das zu unvorhersehbar ist und sich von Person zu Person stark unterscheidet. Deshalb werden die Tests in einer kontrollierten Umgebung nur mit einer normgerecht platzierten Empfangsantenne und der Fernbedienung durchgeführt.
    Einen ähnlichen Effekt sieht man auch, wenn man die Fernbedienung neben eine Wasserflasche legt. Als ich früher einmal einen RF-Ingenieur danach fragte, schickte er mir einige peer-reviewte Arbeiten dazu, aber RF- und Antennentheorie gingen so tief, dass sie schwer zu verstehen waren.
  • Vor allem verstehe ich nicht, was daran plausibler sein soll. In den Stack-Exchange-Kommentaren gibt es mindestens drei Theorien, und diese Erklärung wirkt ziemlich überzeugend: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html
  • Verglichen werden die Bedingungen „Fernbedienung in der Hand“ und „Fernbedienung in der Hand, an den Kopf gehalten“. Beide erfüllen bereits die Bedingung nah am Körper, daher erklärt die reine Abstimmungs-Erklärung den konkreten Unterschied der Frage nicht.
  • Noch einfacher: Stelle ein UKW-Radio ein und bring die Hand in die Nähe der Antenne. Je nach Position der Hand und Abstand zur Antenne wird der Ton besser oder schlechter.

• Als Kind hatten wir einen Fernseher, dessen Bild sichtbar besser wurde, wenn man die Antenne berührte, und kurz zuvor hatte ich gehört, dass Menschen zum größten Teil aus Wasser bestehen. Also stellte ich ein Glas Wasser oben auf den Fernseher in die Nähe der Antenne, und das Bild wurde sofort klar.
  Leider wurde ich nach diesem Vorfall zum IT-Support der Familie.

• Die Antwort mit den vielen Experimenten wurde mit einem GTI von 2009 durchgeführt; das erinnerte mich an meinen ersten Wagen, einen Jetta der vorherigen Generation. In der Anleitung gab es eine nette Grafik, die die gesamte erwartete Reichweite der Fernbedienung zeigte.
  https://imgur.com/a/1Pdfyg4
  Offenbar wollte man wirklich zusichern, dass sie nur etwa auf Armlänge vom Auto entfernt funktioniert. In der Praxis war es nicht ganz so schlecht, aber auch nicht viel besser.

  • Eine kurze Reichweite ist nicht unbedingt schlecht. Bei heutigen Autos entriegelt sich die Tür automatisch, wenn man sie öffnen will und sich der Funkschlüssel in Reichweite befindet; bei größerer Reichweite könnte also jemand das Auto öffnen, selbst wenn es außer Sichtweite steht.
    Ich weiß nicht, ob dabei dieselbe Reichweite wie beim Drücken eines Knopfs verwendet wird, aber ich habe von einem Hack gelesen, bei dem Diebe mit Sendern die Reichweite sowohl des Autos als auch des Funkschlüssels verlängern, um das Auto zu öffnen, während der Besitzer außer Sicht ist. Je größer die Reichweite, desto einfacher ist so ein Angriff.
  • Beim GTI von 2001 war es ähnlich: Innerhalb von ungefähr 25 Fuß um das Auto herum funktionierte die Fernbedienung zuverlässig. Die Fernbedienung meines F150 von 2017 funktioniert dagegen noch aus 150 bis 200 Fuß Entfernung, was besonders im Winter beim Vorwärmen per Fernstart wirklich dankbar macht.
  • Mein erster Gedanke war: „Ist in der Zeichnung das Auto maßstabsgetreu oder die Fernbedienung?“
  • Vom vorderen Stoßfänger aus ist es Armlänge, von der Vordertür aus aber etwa die Länge von ein bis zwei Autos.

• Wenn wir beim Verfolgen von Leitungen mit einem Tongenerator herumalberten, hielt ich den Prüfstab an meinen Kopf, befeuchtete die Fingerspitze mit Speichel und strich mit dem Finger über die Kontakte eines 66-Blocks, bis das Summen des Tongenerators zu hören war.
  0 - Ein batteriebetriebener Generator erzeugt einen charakteristischen trillernden Ton, und eine induktive Sonde mit Lautsprecher lässt diesen Ton in der Nähe des richtigen Adernpaares hören; ein Werkzeug zur Fehlersuche und Leitungsidentifikation. Sieht meistens so aus: https://www.grainger.com/product/EXTECH-Tone-and-Probe-Kit-4...
  1 - Eine in Telefonsystemen häufig verwendete Anschlussleiste: https://en.wikipedia.org/wiki/66_block

  • Mit solchen Tonsonden kann man wirklich wunderbar herumspielen. Wenn du 15 Dollar übrig hast, empfehle ich dringend, ein billiges Modell zu kaufen und damit durchs Haus zu laufen.
    Es ist eine kleine Erleuchtung, die sonst unsichtbare Welt elektromagnetischer Strahlung mit den eigenen Ohren wahrzunehmen.

• Dieser Effekt funktioniert zu 100 %. Ich habe ihn über 20 Jahre hinweg bei mehreren Autos viele Male ausprobiert.
  Am besten ist es, die flache Seite der Fernbedienung ans Kinn zu halten.

  • Es ist wirklich lustig, wenn Leute das nicht glauben. Beim ersten Mal wirkt es einfach zu sehr wie ein offensichtlicher „Was für ein leichtgläubiger Idiot“-Streich.
  • Dieser Trick hat mir unzählige Male die Zeit erspart, auf Parkplätzen mein Auto zu suchen.

• Der Gemeinschafts-Theorie kann ich schwer zustimmen; eher scheint es, als würde dein großer Salzwassersack als kapazitive Massefläche für die Antenne dienen.
  Das ist ähnlich wie bei Amateurfunk- oder CB-Antennen am Auto, bei denen das Metall der Karosserie wie eine kapazitive Massefläche wirkt, auch wenn es keinen direkten Kontakt zur tatsächlichen Erde hat. Es ähnelt auch der Methode, bei einer Vertikalantenne sternförmig Erdungsradiale auf dem Boden auszulegen.

  • Wenn das stimmt, müsste es dann nicht schon reichen, sie einfach mit bloßer Hand zu halten?

• Keysight Labs hat das vor ein paar Jahren getestet: https://www.youtube.com/watch?v=AjYyjQKW-pU

  • Ziemlich gutes Material. Die Daten (https://youtu.be/AjYyjQKW-pU?t=198) decken sich auch mit meiner Erfahrung: Je nachdem, wer die Fernbedienung wie hält, gibt es Unterschiede von mehr als ±6 dB.
    Reichweitentests sind nicht besonders gut reproduzierbar, und wenn man anfängt, auf Reproduzierbarkeit zu achten, ist es ohne Kammer besser, einen einfachen Outdoor-Test über 3 m aufzubauen. Der Großteil des „ans Kinn halten“-Effekts ist im Grunde eher „halt sie mal anders“.
  • Ich hätte nicht erwartet, dass der Nachfolger von HPs Prüf- und Messtechniksparte so lockeren YouTube-Content veröffentlicht, aber genau das habe ich hier gesehen.

• Ich habe diesen Trick genutzt, als ich Gebrauchtwagen fotografiert habe. Ich bekam 10 bis 20 Autoschlüssel-Fernbedienungen und musste über ein großes Gelände mit mehr als 300 Autos laufen und Fotos machen.
  Die Fernbedienung ans Kinn zu halten war der Trick, um das passende Auto zu finden – natürlich unter der Voraussetzung, dass die Batterie nicht leer war. Ich nutze diese Methode auch heute noch, um mein Auto zu finden, wenn ich an einem unbekannten Ort geparkt habe.

  • Vor etwa 18 Jahren habe ich bei Copart Auto Auctions als Sachbearbeiter für Bilder gearbeitet. Meine Aufgabe bestand eher darin, Fotos auf die Website zu stellen und neue Fotos anzufordern, wenn sie nicht den Vorgaben entsprachen oder – wegen der Natur von Versicherungsauktionen – Blut zu sehen war, aber ich weiß sehr genau, wie diese Situation ist.
    Es war eine interessante, aber schlecht bezahlte Arbeit.

• Nachdem ich diesen Titel gesehen hatte, habe ich heute versucht, mein Auto abzuschließen, indem ich die Schlüssel-Fernbedienung an meinen Kopf gehalten habe. Es hat nicht funktioniert, also musste ich näher hingehen. Damit habe ich immerhin einen Datenpunkt geliefert; vielleicht habe ich auch etwas falsch gemacht.

  • Ich nutze diesen Trick schon lange. Wenn ich aus größerer Entfernung auf einem Parkplatz prüfen wollte, ob das Auto abgeschlossen ist, hat er gut funktioniert, und bei mir war er ziemlich zuverlässig.
  • „Funktioniert auf meinem Schädel.“
    Normalerweise drücke ich sie fest ans Kinn und habe mehrfach eine größere Reichweite festgestellt. Das galt auch, als ich es vor ein paar Jahren aus Neugier mit einigen Fernbedienungen ausdrücklich getestet habe. Fester drücken oder die Fernbedienung drehen kann helfen.
  • Das ist vielleicht einer der seltenen Fälle, in denen „du hältst es falsch“ ein gültiger Rat ist.
  • Seit ich es zum ersten Mal bei Clarkson in Top Gear gesehen habe, nutze ich es seit Langem bei verschiedenen Autos. Leute sind immer noch überrascht, wenn man ihnen zeigt, wie viel zusätzliche Reichweite dabei herauskommt.
    Bei einem Nissan Qashqai Baujahr 2008 war etwa ein halbes Fußballfeld das beste Beispiel.

• Es funktioniert auch, wenn man sie nicht an den Kopf hält, sondern in der Nähe des Oberkörpers.
  Freunden erzähle ich gern im Scherz, man müsse den Mund öffnen und die Zunge wie eine Satellitenschüssel herausstrecken.
  Weil es auch neben dem Oberkörper funktioniert, dachte ich, dass etwa die Hälfte der abgestrahlten Funkwellen zum Fahrzeug hin reflektiert wird und sich das Signal dadurch ungefähr verdoppelt. Ähnlich wie wenn man eine omnidirektionale Campinglampe nah am Körper hält und dadurch in eine bestimmte Richtung mehr Licht geht.

  • Das dachte ich anfangs auch, aber im Test des Originalartikels nahm die Reichweite nur dann zu, wenn sie an den Kopf gehalten wurde.
  • Man nutzt einfach das Wasser im Körper als Antenne.
    Hält man eine Auto-Fernbedienung an eine Wasserflasche, erzielt man denselben Effekt. Man sieht, dass auch eine Wasserflasche die Reichweite ungefähr so stark erhöht wie ein Kopf.
  • Ich habe dabei den Schlüssel immer hinter den Kopf gehalten, und beim Ausprobieren habe ich bestätigt, dass die Reichweite zunimmt.
    Ich war überzeugt, dass der Kopf das Signal absorbieren würde, aber tatsächlich gab es eindeutig zusätzliche Reichweite.