Як частота впливає на здатність пересувати об’єкти в передачах РФ?

Чи, можливо, з яких найкращих смуг / модуляцій вибрати, якщо мені потрібно ефективно передати дані по шляху з важкими металевими перешкодами?

Мені потрібно створити ряд пристроїв для періодичної передачі коротких фрагментів даних у велике сховище, повне металевих контейнерів (які або порожні, або сповнені невідомого вмісту). Я виконував тести з приймачами ZigBee (наприклад, ZigBit лінії Atmel) з різним ступенем успіху. У мене були дуже погані результати в діапазонах 2,4 ГГц і дуже прийнятні результати в діапазонах 900 МГц. Однак мені сказали деякі люди, яких я зустрічав, що вони мали протилежний досвід (у їхньому випадку вони використовували модулі XBee 2,4 ГГц / 900 МГц). Я знаю, що 433 МГц - це також звичайний діапазон, і, звичайно, є і 5,8 ГГц.

Отже, головна частина питання полягає в тому, чи є якась діаграма або загальні знання про те, які частоти особливо хороші чи погані для такого виду передачі. Мене цікавлять діапазони, які я можу використовувати на невеликих пристроях (наприклад, за розміром телефону) з потужністю акумулятора. Діапазон 50 ~ 100 метрів / ярдів з перешкодами було б дуже приємно. Крім того, повинен бути якийсь набір мікросхем чи модулів, комерційно доступних для роботи з радіочастотною частиною пристрою (тобто модуляція, радіочастотний фронт, чіткий канал виявлення, виявлення преамбули тощо); Я можу сам займатися протоколами вищого рівня.

В ідеалі це була б смуга, для якої я можу використовувати якусь антену, яка не надто легко виводиться з ладу, якщо її розміщувати дуже близько до великого металевого предмета (1 дюйм / 2,5 см. Від нього). Я тестував здебільшого батоги та гвинтові антени. Мої пристрої повинні бути розміщені впритул до металевих поверхонь, які йому потрібно подолати!

Однак я не можу розраховувати на: спрямованість антени, місцеположення / орієнтацію пристрою, фіксовану локацію приймача тощо. Усі пристрої розміщуватимуться дуже випадковим чином і мало. Мені просто потрібно зробити все можливе. Я можу розраховувати лише на те, що пристрої будуть стояти завжди у вертикальному положенні.

rf xbee zigbee transceiver

— Гільєрмо Пранді
джерело

Поверніться назад і спробуйте описати функціонально те, чого ви намагаєтеся досягти, не згадуючи типи радіо чи передачі.

— Енді ака

@Andy, дякую за інтерес. Подальша інформація про заявку не має значення, оскільки я нічого не можу змінити. Що мені потрібно - це поради щодо типів радіо та радіопередач.

— Гільєрмо Пранді

Я прошу вас описати функціонально те, що вам потрібно - я не прошу вас забути про радіо.

— Енді ака

Мені потрібно встановити якусь "сітчасту" мережу між вузлами з датчиками, встановленими магнітно на дверях металевих контейнерів. Кожен датчик працює від акумулятора і повинен передавати дані на базову антену (яка, до речі, повинна мати ту саму електроніку, що і вузли, і розміщується в одному куті приміщення). Дані передаються кожні 4 хвилини, а кількість вузлів може переходити від кількох до пари тисяч. Існує протокол (вже перевірений у програмному моделюванні), який може обробляти таку кількість вузлів, за умови, що час пакету даних tx знаходиться нижче певних меж; видимість вузла - це ключ. Чи допомагає це?

— Гільєрмо Пранді

Чи планується, щоб датчики дверей були "лише передачами", тобто лише сліпими передавачами, і так, ваш опис функціональності сприяє навантаженню. Якщо тільки для передачі, то я можу сказати, що я зробив подібну систему і змусив її працювати в менш ідеальних РЧ умовах, я використовував кілька приймачів, стратегічно розміщених на фантомному RS485, що подає блок збору даних. Подумайте про це як про стільникову систему, де спочатку кращий приймач для даного передавача був встановлений процесом налаштування, після чого кожному приймачеві було доручено пересилати лише дані з певних передавачів.

— Енді ака

Відповіді:

Велике правило, яке використовують багато людей, полягає в тому, що нижчі частоти матимуть кращу "проникнення", ніж більш високі частоти. Це правда в деяких випадках, але не у всіх. Це, мабуть, виходить із розрахунку глибини шкіри. Глибина шкіри - це те, наскільки глибоко в матеріал може проникати електромагнітна хвиля певної частоти. Рівняння, яке використовується, коли матеріал є хорошим провідником, є:

δ = \sqrt{\frac{2 ρ}{ω мк}}

$\delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}}\$

де ρ - питомий опір, а µ - проникність матеріалу. Що ви повинні помітити, це частота ( $\omega$ ) збільшується, глибина шкіри стає меншою. Ось практичний приклад того, що це означає: ваша мікрохвильова піч вистрілює радіохвилі на частоті 2,4 ГГц. Якщо ви помістите туди гігантський товстий стейк, і ми виміряємо його питомий опір і проникність, ми можемо обчислити максимальну товщину стейка, який ви можете готувати в мікрохвильовій печі. Все глибше, ніж глибина шкіри, не готується, тому що вся енергія мікрохвильової печі вже була поглинена.

Такими, як ви згадали, є такі діаграми про те, наскільки добре різні матеріали поглинають радіохвилі, але вони не є лінійними або передбачуваними, тому насправді не існує простого правила, яке легко застосувати. Ось як добре кожен елемент таблиці періодів поглинає фотони (електромагнітне випромінювання). Енергія на вісь Y пропорційна частоті:

введіть тут опис зображення

Але ця діаграма поглинання заліза (за різними механізмами) показує, як речі стають гіршими при збільшенні:

Але у вашій програмі є ще один фактор, який, мабуть, має більший ефект. Коли ваш передавач почне працювати у вашому великому об'єкті, він посилає електромагнітну хвилю в усіх напрямках (якщо ви не використовуєте спрямовану антену). Ці хвилі будуть мандрувати повітрям, поки вони не зустрінуться з іншим середовищем, як метал у контейнерах. Коли хвиля потрапляє в цей контейнер, частина енергії поглинається в контейнер, а частина відбивається від контейнера. Частина, яка відбивається, буде подорожувати, поки не потрапить на щось інше, а потім деякі будуть поглинені, а частина знову відобразиться. Це називається багатостороннім. Ваша приймальна антена може отримати купу копій спочатку переданого сигналу, який трохи затримався. Ось '

введіть тут опис зображення

Оскільки багатопроменеві ефекти можуть призвести до того, що хвилі руйнівно заважають одне одному, ймовірно, тому ви отримуєте суперечливі результати. Положення антени, передавача та контейнерів сильно змінить продуктивність, і якщо все буде рухатися в приміщенні, ви можете отримати чудовий сигнал одного моменту, і раптом це буде жахливо.

Розібратися з мультипутком важко, але ось кілька речей, які можна спробувати. Зробіть приймальну антену спрямованою, так що, сподіваємось, вона буде мати низьку чутливість до відбитих сигналів. Якщо ви можете підняти антени вище над контейнерами, це теж може допомогти. Я б експериментував із передавачем 433 МГц (є купа компаній, які виробляють модулі), тому що я думаю, ви отримаєте кращу продуктивність порівняно з 2,4 ГГц або 5,8 ГГц.

— aloishis89
джерело

Спасибі за вашу відповідь! Дійсно, це кошмарний сценарій передачі РФ. Антена не дуже спрямована, тому що я не можу передбачити положення кожного датчика. Це класичний 1/4 хвильовий дипольний батон, тому він "більше горизонтальний, ніж вертикальний", що добре для мене. Я згоден з вами, що багатопроменева проблема є великою проблемою. Налаштування антен теж є проблемою; Я не є експертом з антен, тому мені важко передбачити, як впливатиме на нього середовище (або навіть випадок пристрою!). Якісь натяки на це?

— Гільєрмо Пранді

Добре, якщо він сидить поверх заземленої металевої поверхні, це добре для продуктивності. Очевидно, не кладіть антену всередину металевого корпусу. Щоб переконатися, що вся енергія випромінюється, ви можете використовувати вимірювач SWR.

— aloishis89

Це не поверх металевої поверхні: це поруч! Металеві контейнери висотою 2,5 метри, а пристрій розміщується на середній висоті. Вибачте, що я цього не уточнив.

— Гільєрмо Пранді

Це доставить вам проблеми, оскільки стінки контейнера, паралельні антені, самі почнуть випромінюватися (ефект зображення) та скасовувати хвилі від антени. Антена також з'єднається з металевими стінками, і імпеданс зміниться, тому ви отримаєте більший VSWR (що погано). Тому спробуйте використовувати вертикально поляризовану антену (відносно металевих стінок) і використовуйте метр SWR, щоб переконатися, що антена збігається (тобто вся енергія від передавача випромінюється через антену, а не відбивається назад в ланцюзі передавача).

— aloishis89

Вертикальний "відносно металевих стін" був би перпендикулярним або паралельним їм? (пристрій встановлено на стіні, біля його центру). Я робив випробування батогами, розміщеними вертикально (як, стоячи від підлоги, паралельно стінкам контейнерів). Я також пробував із гвинтовими антенами, також у вертикальному положенні. До речі, як я можу визначити поляризацію такого типу антени? digikey.com/product-detail/uk/W3012/553-1676-1-ND/2543337

— Гільєрмо

Більш високі частоти, як правило, більше заломлюються і більш різко реагують на гострі кути, як при поширенні краю ножа. Іноді це може бути добре, оскільки дозволяє вашому сигналу дістатися до місць, до яких він інакше не міг дістатися. Можливо, вам доведеться змінити свою антену після її монтажу, оскільки металеві контейнери впливатимуть на резонанс антени, але змінивши їх, щоб знизити обертання після їх встановлення, ви можете протидіяти цьому чималому. Ви не хочете, щоб випромінювана частота була занадто високою або занадто низькою, або вона не буде добре реагувати у високому металевому середовищі. Десь у районі 150-1000 МГц, певно, спрацювало б добре.
Щоб знайти полярність цієї антени, ви могли на деякій відстані підключити її до передавача і прослухати переданий сигнал на іншому радіо. Спробуйте нахилити антену на приймальному радіо назад і назад між вертикально вирівняними та горизонтальними. Коли сигнал найсильніший, це поляризація передавальної антени. Сила сигналу може бути до 90% падінням, коли полярність двох антен відрізняється.

— Delta1X
джерело