Wie wirkt sich die Frequenz auf die Fähigkeit aus, Objekte in HF-Übertragungen zu durchlaufen?

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Oder vielleicht, aus welchen Bändern / Modulationen kann ich am besten wählen, wenn ich Daten auf einem Pfad mit Schwermetallhindernissen effizient übertragen möchte?

Ich muss eine Reihe von Geräten bauen, um regelmäßig kurze Datenmengen in einem großen Speicher mit Metallbehältern (die entweder leer oder voller unbekannter Inhalte sind) zu übertragen. Ich habe Tests mit ZigBee-Transceivern (z. B. der ZigBit-Linie von Atmel) mit unterschiedlichem Erfolg durchgeführt. Ich hatte sehr schlechte Ergebnisse in den 2,4-GHz-Bändern und sehr akzeptable Ergebnisse in den 900-MHz-Bändern. Einige Leute, denen ich begegnet bin, haben mir jedoch gesagt, dass sie genau das Gegenteil erlebt haben (in ihrem Fall verwendeten sie 2,4-GHz / 900-MHz-XBee-Module). Mir ist bewusst, dass 433 MHz auch ein allgemeines Band ist, und es gibt natürlich auch 5,8 GHz.

Der Hauptteil der Frage ist also, ob es eine Art Diagramm oder allgemeines Wissen darüber gibt, welche Frequenzen für diese Art der Übertragung besonders gut oder schlecht sind. Ich interessiere mich für die Bänder, die ich in kleinen Geräten (z. B. in Telefongröße) mit Batteriestrom verwenden kann. Eine Reichweite von 50 bis 100 Metern mit Hindernissen wäre sehr schön. Es sollte auch eine Art Chipsatz oder Modul im Handel erhältlich sein, die sich mit dem HF-Teil des Geräts befasst (dh Modulation, HF-Frontend, Klarkanalerkennung, Präambelerkennung usw.). Ich kann mich selbst mit den übergeordneten Protokollen befassen.

Idealerweise wäre es ein Band, für das ich eine Art Antenne verwenden kann, die sich nicht zu leicht verstimmen lässt, wenn sie sehr nahe an einem großen Metallgegenstand (2,5 cm von ihm entfernt) platziert wird. Ich habe hauptsächlich mit Peitschen- und Wendelantennen getestet. Meine Geräte müssen sehr nahe an den Metalloberflächen platziert werden, die überwunden werden müssen!

Ich kann mich jedoch nicht auf Folgendes verlassen: Antennenrichtung, Gerätestandort / -ausrichtung, feste Transceiverpositionen usw. Alle Geräte werden sehr zufällig und kaum platziert. Ich muss nur das Beste geben, was ich kann. Ich kann mich nur darauf verlassen, dass die Geräte immer in vertikaler Position stehen.

Guillermo Prandi
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Treten Sie zurück und versuchen Sie, funktional zu beschreiben, was Sie erreichen möchten, ohne die Funk- oder Übertragungstypen zu erwähnen.
Andy aka
@ Andy, danke für dein Interesse. Weitere Anwendungsinformationen sind irrelevant, da ich daran nichts ändern kann. Was ich brauche, ist Beratung über Funk- und Übertragungstypen.
Guillermo Prandi
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Ich bitte Sie, funktional zu beschreiben, was Sie brauchen - ich bitte Sie nicht, das Radio zu vergessen.
Andy aka
Ich muss eine Art "Mesh" -Netzwerk zwischen Knoten mit Sensoren herstellen, die magnetisch an den Türen von Metallbehältern installiert sind. Jeder Sensor ist batteriebetrieben und muss Daten an eine Basisantenne übertragen (die im Übrigen dieselbe Elektronik wie die Knoten haben muss und sich an einer Ecke des Geländes befindet). Die Daten werden alle 4 Minuten übertragen und die Anzahl der Knoten kann von einigen auf einige Tausend steigen. Es gibt ein Protokoll (bereits in Softwaresimulationen getestet), das so viele Knoten verarbeiten kann, vorausgesetzt, die Sendezeit des Datenpakets liegt unter bestimmten Grenzen. Knotensichtbarkeit ist der Schlüssel. Hilft das?
Guillermo Prandi
Ist geplant, dass die Türsensoren "nur senden", dh nur blinde Sender, und ja, Ihre Beschreibung der Funktionalität hilft beim Laden. Wenn nur gesendet wird, kann ich sagen, dass ich ein ähnliches System verwendet habe und dass es mehrere Empfänger verwendet hat, die strategisch auf phantomgespeistem RS485 angeordnet sind und eine Datenerfassungseinheit speisen, damit es unter nicht idealen HF-Bedingungen funktioniert. Stellen Sie sich ein zellulares System vor, bei dem zunächst der beste Empfänger für einen bestimmten Sender durch einen Einrichtungsprozess ermittelt wurde. Anschließend wurde jeder Empfänger angewiesen, nur die Daten von bestimmten Sendern weiterzuleiten.
Andy aka

Antworten:

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Die Faustregel, die viele Leute verwenden, ist, dass niedrigere Frequenzen eine bessere "Penetration" haben als höhere Frequenzen. Das stimmt in einigen Fällen, aber nicht in allen. Dies ergibt sich wahrscheinlich aus der Berechnung der Hauttiefe von Materialien. Die Hauttiefe gibt an, wie tief eine elektromagnetische Welle einer bestimmten Frequenz in ein Material eindringen kann. Die Gleichung, die verwendet wird, wenn das Material ein guter Leiter ist, lautet:

δ=2ρωμ 

Dabei ist ρ der spezifische Widerstand und μ die Permeabilität des Materials. Was Sie jedoch beachten sollten, ist das als Frequenz (ω

Es gibt Diagramme, wie Sie bereits erwähnt haben, wie gut verschiedene Materialien Radiowellen absorbieren, aber sie sind nicht linear oder vorhersehbar. Daher gibt es keine Faustregel, die einfach anzuwenden ist. So gut absorbiert jedes Element im Periodensystem Photonen (elektromagnetische Strahlung). Die Energie auf der Y-Achse ist proportional zur Frequenz:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diese Tabelle der Eisenabsorption (nach verschiedenen Mechanismen) zeigt jedoch, wie die Dinge beim Vergrößern unordentlicher werden:

http://forums.solidsignal.com/content.php/190-What-is-multipath-and-what-can-I-do-about-it

In Ihrer Anwendung spielt jedoch noch ein weiterer Faktor eine Rolle, der wahrscheinlich einen größeren Effekt hat. Wenn Ihr Sender in Ihrer großen Einrichtung in Betrieb geht, sendet er eine elektromagnetische Welle in alle Richtungen aus (vorausgesetzt, Sie verwenden keine Richtantenne). Diese Wellen bewegen sich durch die Luft, bis sie auf ein anderes Medium treffen, wie das Metall in den Behältern. Wenn die Welle auf diesen Behälter trifft, wird ein Teil der Energie vom Behälter absorbiert und ein Teil vom Behälter reflektiert. Der Teil, der reflektiert wird, bewegt sich, bis er auf etwas anderes trifft, und dann werden einige absorbiert und einige werden wieder reflektiert. Dies wird als Mehrweg bezeichnet. Ihre Empfangsantenne erhält möglicherweise eine Reihe von Kopien des ursprünglich gesendeten Signals, die alle leicht zeitverzögert sind. Hier'

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Da Mehrwegeffekte dazu führen können, dass sich Wellen destruktiv gegenseitig stören, erhalten Sie wahrscheinlich widersprüchliche Ergebnisse. Die Position der Antenne, des Senders und der Container wird die Leistung stark verändern. Wenn sich die Dinge in der Einrichtung bewegen, erhalten Sie möglicherweise einen Moment lang ein großartiges Signal, und dann wird es plötzlich schrecklich.

Der Umgang mit Multipath ist schwierig, aber hier sind ein paar Dinge, die Sie ausprobieren können. Richten Sie die Empfangsantenne so aus, dass sie hoffentlich eine geringe Empfindlichkeit gegenüber reflektierten Signalen aufweist. Wenn Sie die Antennen hoch über den Containern platzieren können, kann dies ebenfalls hilfreich sein. Ich würde mit einem 433-MHz-Sender experimentieren (es gibt eine Reihe von Unternehmen, die Module herstellen), weil ich denke, dass Sie im Vergleich zu 2,4 GHz oder 5,8 GHz eine bessere Leistung erzielen.

aloishis89
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Vielen Dank für Ihre Antwort! In der Tat ist es ein Alptraumszenario für die HF-Übertragung. Die Antenne ist nicht sehr gerichtet, da ich die Position jedes Sensors nicht vorhersagen kann. Es ist ein klassischer 1/4-Wellen-Peitschendipol, also "eher horizontal als vertikal", was gut für mich ist. Ich stimme Ihnen zu, dass der Mehrweg ein großes Problem darstellt. Das Antennen-Tuning ist ebenfalls ein Problem. Ich bin kein Antennenexperte, daher ist es für mich schwierig vorherzusagen, wie sich die Umgebung (oder sogar das Gerätegehäuse!) Auf sie auswirken wird. Irgendwelche Hinweise dafür?
Guillermo Prandi
Wenn es auf einer geerdeten Metalloberfläche sitzt, ist das gut für die Leistung. Legen Sie die Antenne natürlich nicht in ein Metallgehäuse. Um sicherzustellen, dass die gesamte Energie abgestrahlt wird, können Sie ein SWR-Messgerät verwenden.
Aloishis89
Es ist nicht oben auf der Metalloberfläche: es ist daneben! Die Metallbehälter sind 2,5 Meter hoch und das Gerät befindet sich in mittlerer Höhe. Entschuldigung, das habe ich nicht geklärt.
Guillermo Prandi
Dies führt zu Problemen, da die Behälterwände parallel zur Antenne selbst zu strahlen beginnen (Bildeffekt) und die Wellen von der Antenne aufheben. Die Antenne wird auch an die Metallwände gekoppelt und ihre Impedanz ändert sich, sodass Sie ein größeres VSWR erhalten (was schlecht ist). Verwenden Sie daher eine vertikal polarisierte Antenne (relativ zu den Metallwänden) und verwenden Sie ein SWR-Messgerät, um sicherzustellen, dass die Antenne übereinstimmt (dh die gesamte Energie des Senders wird durch die Antenne abgestrahlt und nicht in die Senderschaltung zurückreflektiert).
Aloishis89
Vertikal "relativ zu den Metallwänden" wäre senkrecht oder parallel zu ihnen? (Das Gerät wird an der Wand nahe der Mitte installiert.) Ich habe Tests mit vertikal platzierten Peitschen durchgeführt (wie beim Stehen vom Boden parallel zu den Wänden der Container). Ich habe es auch mit Wendelantennen versucht, ebenfalls in vertikaler Position. Wie kann ich übrigens die Polarisation dieser Art von Antenne bestimmen? digikey.com/product-detail/de/W3012/553-1676-1-ND/2543337
Guillermo Prandi
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Höhere Frequenzen neigen dazu, stärker zu brechen und auf scharfe Winkel dramatischer zu reagieren, wie bei der Messerkantenausbreitung. Dies kann manchmal gut sein, da Ihr Signal Orte erreichen kann, die es sonst nicht erreichen könnte. Möglicherweise müssen Sie Ihre Antenne nach der Montage modifizieren, da die Metallbehälter die Resonanz der Antenne beeinflussen. Wenn Sie sie jedoch so modifizieren, dass der SWR nach dem Einsetzen verringert wird, können Sie dem sehr entgegenwirken. Sie möchten nicht, dass die emittierte Frequenz zu hoch oder zu niedrig ist, oder sie reagiert in einer Umgebung mit hohem Metallgehalt nicht gut. Irgendwo im Bereich von 150-1000 MHz würde das wahrscheinlich gut funktionieren.
Um die Polarität dieser Antenne zu ermitteln, können Sie sie an einen Sender anschließen und das übertragene Signal in einiger Entfernung auf einem anderen Funkgerät abhören. Kippen Sie die Antenne des Empfangsradios zwischen vertikal und horizontal ausgerichtet hin und her. Wenn das Signal am stärksten ist, ist dies die Polarisation der Sendeantenne. Wenn die Polarität der beiden Antennen unterschiedlich ist, kann die Signalstärke um bis zu 90% abnehmen.

Delta1X
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