Bagaimana frekuensi mempengaruhi kemampuan untuk melintasi objek dalam transmisi RF?

Atau mungkin, band / modulasi apa yang terbaik untuk dipilih jika saya perlu mentransmisikan data secara efisien di jalur dengan rintangan logam berat?

Saya perlu membangun sejumlah perangkat untuk secara berkala mengirimkan data singkat di fasilitas penyimpanan besar yang penuh dengan wadah logam (yang kosong atau penuh dengan konten yang tidak diketahui). Saya telah melakukan tes dengan transceiver ZigBee (mis. Atmel's ZigBit line) dengan berbagai tingkat keberhasilan. Saya memiliki hasil yang sangat buruk di pita 2,4 GHz dan hasil yang sangat dapat diterima di pita 900 MHz. Namun, saya telah diberitahu oleh beberapa orang yang saya temui bahwa mereka memiliki pengalaman yang berlawanan (dalam kasus mereka, mereka menggunakan modul XBee 2.4GHz / 900MHz). Saya sadar bahwa 433 MHz juga merupakan band yang umum, dan tentu saja ada 5,8 GHz juga.

Jadi, bagian utama dari pertanyaan adalah apakah ada semacam grafik atau pengetahuan umum tentang frekuensi apa yang baik atau buruk untuk jenis transmisi ini. Saya tertarik pada pita yang dapat saya gunakan pada perangkat kecil (mis. Ukuran ponsel) dengan daya baterai. Kisaran 50 ~ 100 meter / meter dengan rintangan akan sangat bagus. Juga, harus ada semacam chipset atau modul yang tersedia secara komersial untuk menangani bagian RF perangkat (yaitu, modulasi, ujung depan RF, deteksi saluran yang jelas, deteksi pembukaan, dll.); Saya dapat menangani protokol tingkat yang lebih tinggi sendiri.

Idealnya, itu akan menjadi sebuah band di mana saya dapat menggunakan beberapa jenis antena yang tidak akan terlalu mudah dinyalakan jika ditempatkan sangat dekat dengan benda logam besar (1 inci / 2,5 cm dari itu). Saya telah menguji sebagian besar dengan antena cambuk dan heliks. Perangkat saya harus ditempatkan sangat dekat dengan permukaan logam yang harus diatasi!

Saya tidak bisa, bagaimanapun, mengandalkan: arah antena, lokasi / orientasi perangkat, lokasi transceiver tetap, dll. Semua perangkat akan ditempatkan secara acak dan hampir tidak ada. Saya hanya perlu melakukan yang terbaik yang saya bisa. Hanya satu hal yang dapat saya andalkan adalah bahwa perangkat akan selalu berdiri dalam posisi vertikal.

rf xbee zigbee transceiver

— Guillermo Prandi
sumber

Mundur dan coba dan jelaskan secara fungsional apa yang ingin Anda capai tanpa menyebutkan jenis radio atau transmisi.

— Andy alias

@Andy, terima kasih atas minat Anda. Informasi aplikasi lebih lanjut tidak relevan karena saya tidak dapat mengubah apa pun tentangnya. Yang saya butuhkan adalah saran tentang jenis radio dan transmisi.

— Guillermo Prandi

Saya meminta Anda untuk menjelaskan secara fungsional apa yang Anda butuhkan - Saya tidak meminta Anda untuk melupakan radio.

— Andy alias

Saya perlu membuat semacam jaringan "jala" antara node dengan sensor yang dipasang secara magnetis di pintu wadah logam. Setiap sensor bertenaga baterai dan harus mengirimkan data ke antena dasar (yang notabene harus memiliki elektronik yang sama dengan node dan ditempatkan di salah satu sudut tempat). Data ditransmisikan setiap 4 menit dan jumlah node dapat berubah dari beberapa menjadi beberapa ribu. Ada protokol (sudah diuji dalam simulasi perangkat lunak) yang dapat menangani banyak node, asalkan paket data tx waktu di bawah batas tertentu; visibilitas simpul adalah kuncinya. Apakah itu membantu?

— Guillermo Prandi

Apakah rencana sensor pintu menjadi "hanya mengirimkan" yaitu pemancar buta saja dan ya, deskripsi fungsi Anda membantu memuat. Jika hanya mentransmisikan, saya dapat mengatakan saya telah melakukan sistem yang sama dan membuatnya bekerja dalam kondisi RF yang kurang ideal. Saya menggunakan beberapa penerima yang ditempatkan secara strategis pada phantom powered RS485 yang memberi makan unit pengumpulan data. Anggap saja seperti sistem seluler di mana awalnya penerima terbaik untuk pemancar yang diberikan dibentuk oleh proses pengaturan kemudian setelah itu masing-masing penerima diperintahkan untuk meneruskan hanya data dari pemancar tertentu.

— Andy alias

Jawaban:

Aturan praktis yang banyak digunakan orang adalah frekuensi yang lebih rendah akan memiliki "penetrasi" yang lebih baik daripada frekuensi yang lebih tinggi. Itu benar dalam beberapa kasus, tetapi tidak semua. Ini mungkin berasal dari perhitungan kedalaman bahan kulit. Kedalaman kulit adalah seberapa dalam suatu bahan gelombang elektromagnetik dari frekuensi tertentu dapat menembus. Persamaan yang digunakan saat material adalah konduktor yang baik adalah:

δ = \sqrt{\frac{2 ρ}{ω μ}}

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

$\omega$

Ada grafik seperti yang Anda sebutkan tentang seberapa baik berbagai bahan menyerap gelombang radio, tetapi mereka tidak linier atau dapat diprediksi, sehingga sebenarnya tidak ada aturan praktis yang mudah diterapkan. Berikut ini seberapa baik setiap elemen dalam tabel periode menyerap foton (radiasi elektromagnetik). Energi pada sumbu Y sebanding dengan frekuensi:

masukkan deskripsi gambar di sini

Tetapi bagan penyerapan Besi ini (menurut mekanisme yang berbeda) menunjukkan bagaimana segala sesuatu menjadi berantakan ketika Anda memperbesar:

Namun dalam aplikasi Anda, ada faktor lain yang berperan, yang mungkin memiliki efek lebih besar. Ketika pemancar Anda mulai masuk ke fasilitas besar Anda, itu mengirimkan gelombang elektromagnetik ke segala arah (dengan asumsi Anda tidak menggunakan antena directional). Gelombang-gelombang itu akan bergerak di udara sampai mereka menemukan medium lain, seperti logam dalam wadah. Ketika gelombang mengenai wadah itu, sebagian energi diserap ke dalam wadah, dan sebagian dipantulkan dari wadah. Bagian yang dipantulkan akan melakukan perjalanan hingga menyentuh sesuatu yang lain dan kemudian sebagian akan diserap dan sebagian akan dipantulkan lagi. Ini disebut multipath. Antena penerima Anda mungkin mendapatkan banyak salinan sinyal yang semula ditransmisikan, semua sedikit tertunda waktu. Sini'

masukkan deskripsi gambar di sini

Karena efek multipath dapat menyebabkan gelombang saling mengganggu satu sama lain, mungkin itulah sebabnya Anda mendapatkan hasil yang bertentangan. Posisi antena dan pemancar dan wadah akan banyak mengubah kinerjanya, dan jika segala sesuatunya bergerak di dalam fasilitas, Anda mungkin mendapatkan sinyal yang bagus suatu saat dan kemudian tiba-tiba itu akan mengerikan.

Berurusan dengan multipath sulit, tetapi di sini ada beberapa hal yang bisa Anda coba. Buat antena penerima terarah, sehingga diharapkan memiliki sensitivitas rendah terhadap sinyal yang dipantulkan. Jika Anda bisa mendapatkan antena yang tinggi di atas wadah, itu bisa membantu juga. Saya akan bereksperimen dengan pemancar 433 MHz (ada banyak perusahaan yang membuat modul) karena saya pikir Anda akan mendapatkan kinerja yang lebih baik dibandingkan 2,4 GHz atau 5,8 GHz.

— aloishis89
sumber

Terima kasih atas jawaban Anda! Memang itu adalah skenario mimpi buruk untuk transmisi RF. Antena ini tidak terlalu terarah karena saya tidak dapat memprediksi posisi masing-masing sensor. Ini adalah dipol cambuk 1/4 gelombang klasik, jadi "lebih horizontal daripada vertikal", yang bagus untuk saya. Saya setuju dengan Anda tentang multipath menjadi masalah besar. Penyetelan antena juga merupakan masalah; Saya bukan ahli antena sehingga sulit bagi saya untuk memprediksi bagaimana lingkungan (atau bahkan casing perangkat!) Akan memengaruhinya. Ada petunjuk untuk itu?

— Guillermo Prandi

Nah, jika itu duduk di atas permukaan logam yang dibumikan, itu bagus untuk kinerja. Jelas jangan meletakkan antena di dalam kotak logam. Untuk memastikan semua energi terpancar, Anda dapat menggunakan SWR meter.

— aloishis89

Itu tidak di atas permukaan logam: itu di samping! Wadah logam setinggi 2,5 meter dan perangkat berada di ketinggian menengah. Maaf saya tidak mengklarifikasi itu.

— Guillermo Prandi

Itu akan memberi Anda masalah karena dinding wadah sejajar dengan antena akan mulai memancarkan (efek gambar) dan membatalkan gelombang dari antena. Antena juga akan berpasangan dengan dinding logam dan impedansinya akan berubah, sehingga Anda akan mendapatkan VSWR yang lebih besar (yang buruk). Jadi coba gunakan antena terpolarisasi vertikal (relatif terhadap dinding logam) dan gunakan SWR meter untuk memastikan antena cocok (yaitu semua energi dari pemancar semakin terpancar melalui antena, tidak dipantulkan kembali ke sirkuit pemancar).

— aloishis89

Vertikal "relatif terhadap dinding logam" akan tegak lurus atau sejajar dengan mereka? (perangkat dipasang di dinding, dekat pusatnya). Saya telah melakukan tes dengan cambuk ditempatkan secara vertikal (seperti berdiri dari lantai, sejajar dengan dinding wadah). Saya juga sudah mencoba dengan antena heliks, juga dalam posisi vertikal. Omong-omong, bagaimana saya bisa menentukan polarisasi antena semacam ini? digikey.com/product-detail/en/W3012/553-1676-1-ND/2543337

— Guillermo Prandi

Frekuensi yang lebih tinggi cenderung membiaskan lebih banyak dan merespons secara lebih tajam terhadap sudut yang tajam, seperti pada perambatan tepi pisau. Terkadang ini bagus, karena memungkinkan sinyal Anda mencapai tempat yang tidak dapat dijangkau. Anda mungkin perlu memodifikasi antena setelah dipasang, karena wadah logam akan memengaruhi resonansi antena, tetapi dengan memodifikasi mereka untuk menurunkan swr setelah terpasang, Anda dapat menangkal banyak hal. Anda tidak ingin frekuensi yang dipancarkan terlalu tinggi atau terlalu rendah, atau tidak akan merespon dengan baik di lingkungan logam tinggi. Suatu tempat di daerah 150-1000 MHz mungkin akan bekerja dengan baik.
Untuk menemukan polaritas antena itu, Anda dapat menghubungkannya ke pemancar dan mendengarkan sinyal yang ditransmisikan pada radio lain pada jarak tertentu. Cobalah memiringkan antena di radio penerima bolak-balik antara selaras vertikal dan horizontal. Ketika sinyal terkuat, itu adalah polarisasi antena pemancar. Mungkin ada hingga 90% penurunan kekuatan sinyal ketika polaritas kedua antena berbeda.

— Delta1X
sumber