Làm thế nào tần số ảnh hưởng đến khả năng truyền qua các đối tượng trong truyền RF?


9

Hoặc có lẽ, các dải / điều chế tốt nhất để lựa chọn là gì nếu tôi cần truyền dữ liệu hiệu quả trong một đường dẫn có chướng ngại vật kim loại nặng?

Tôi cần xây dựng một số thiết bị để định kỳ truyền các đợt dữ liệu ngắn trong một cơ sở lưu trữ lớn chứa đầy các thùng chứa kim loại (có thể trống hoặc chứa đầy nội dung không xác định). Tôi đã thực hiện các thử nghiệm với các bộ thu phát ZigBee (ví dụ dòng ZigBit của Atmel) với nhiều mức độ thành công khác nhau. Tôi đã có kết quả rất kém ở các băng tần 2,4 GHz và kết quả rất chấp nhận được ở các băng tần 900 MHz. Tuy nhiên, tôi đã được một số người nói rằng tôi đã gặp rằng họ có trải nghiệm hoàn toàn ngược lại (trong trường hợp của họ, họ đang sử dụng các mô-đun XBee 2,4 GHz / 900 MHz). Tôi biết rằng 433 MHz cũng là một băng tần phổ biến và tất nhiên cũng có 5,8 GHz.

Vì vậy, phần chính của câu hỏi là nếu có một loại biểu đồ hoặc kiến ​​thức phổ biến về tần số nào đặc biệt tốt hay xấu đối với loại truyền này. Tôi quan tâm đến các băng tần tôi có thể sử dụng trong các thiết bị nhỏ (ví dụ như kích thước điện thoại) với nguồn pin. Tầm bắn 50 ~ 100 mét / thước với chướng ngại vật sẽ rất đẹp. Ngoài ra, cần có một số loại chipset hoặc mô-đun có sẵn trên thị trường để xử lý phần RF của thiết bị (ví dụ: điều chế, mặt trước RF, phát hiện kênh rõ ràng, phát hiện tiền mở đầu, v.v.); Tôi có thể tự mình đối phó với các giao thức cấp cao hơn.

Lý tưởng nhất, đó sẽ là một dải mà tôi có thể sử dụng một loại ăng-ten không dễ bị hỏng nếu đặt rất gần một vật kim loại lớn (cách nó 1 inch / 2,5 cm). Tôi đã thử nghiệm chủ yếu với roi và ăng ten xoắn ốc. Các thiết bị của tôi phải được đặt rất gần với bề mặt kim loại cần khắc phục!

Tuy nhiên, tôi không thể tin vào: hướng ăng-ten, vị trí / hướng của thiết bị, vị trí thu phát cố định, v.v. Tất cả các thiết bị sẽ được đặt rất ngẫu nhiên và hiếm. Tôi chỉ cần làm cho tốt nhất có thể. Chỉ có một điều tôi có thể tin tưởng là các thiết bị sẽ luôn đứng ở vị trí thẳng đứng.


Bước lại và thử và mô tả chức năng những gì bạn đang cố gắng đạt được mà không đề cập đến các loại radio hoặc truyền dẫn.
Andy aka

@Andy, cảm ơn bạn đã quan tâm. Thông tin ứng dụng khác là không liên quan vì tôi không thể thay đổi bất cứ điều gì về nó. Những gì tôi cần là tư vấn về các loại radio và truyền dẫn.
Guillermo Prandi

1
Tôi đang yêu cầu bạn mô tả chức năng những gì bạn cần - Tôi không yêu cầu bạn quên radio.
Andy aka

Tôi cần thiết lập một mạng lưới "lưới" giữa các nút với các cảm biến được cài đặt từ tính trên các cửa của các thùng chứa kim loại. Mỗi cảm biến được cung cấp năng lượng từ pin và phải truyền dữ liệu đến ăng ten cơ sở (tình cờ phải có cùng thiết bị điện tử với các nút và được đặt trên một góc của cơ sở). Dữ liệu được truyền cứ sau 4 phút và số lượng nút có thể tăng từ vài đến vài nghìn. Có một giao thức (đã được thử nghiệm trong các mô phỏng phần mềm) có thể xử lý nhiều nút đó, với điều kiện thời gian gói dữ liệu tx nằm dưới giới hạn nhất định; khả năng hiển thị của nút là chìa khóa. cái đó có giúp ích không?
Guillermo Prandi

Có phải kế hoạch cho các cảm biến cửa là "chỉ truyền" tức là chỉ các máy phát mù và vâng, mô tả chức năng của bạn giúp tải. Nếu chỉ truyền thì tôi có thể nói rằng tôi đã thực hiện một hệ thống tương tự và để làm cho nó hoạt động trong điều kiện RF không lý tưởng, tôi đã sử dụng nhiều máy thu được đặt một cách chiến lược trên RS485 được cấp nguồn ảo cho một đơn vị thu thập dữ liệu. Hãy nghĩ về nó giống như một hệ thống di động, nơi ban đầu máy thu tốt nhất cho một máy phát nhất định được thiết lập bởi một quy trình thiết lập, sau đó mỗi máy thu được hướng dẫn chỉ chuyển tiếp dữ liệu từ một số máy phát nhất định.
Andy aka

Câu trả lời:


9

Nguyên tắc mà nhiều người sử dụng là tần số thấp hơn sẽ có "sự thâm nhập" tốt hơn tần số cao hơn. Điều đó đúng trong một số trường hợp, nhưng không phải tất cả. Điều này có lẽ bắt nguồn từ việc tính toán độ sâu của da. Độ sâu của da chỉ là cách sâu vào một vật liệu mà sóng điện từ có tần số cụ thể có thể xuyên qua. Phương trình được sử dụng khi vật liệu là một chất dẫn tốt là:

δ= =2ρωμ 

ω

Có những biểu đồ như bạn đã đề cập về việc các vật liệu khác nhau hấp thụ sóng radio tốt như thế nào, nhưng chúng không phải là tuyến tính hoặc có thể dự đoán được, vì vậy thực sự không có quy tắc nào dễ áp ​​dụng. Dưới đây là cách mọi phần tử trong bảng chu kỳ hấp thụ photon (bức xạ điện từ). Năng lượng trên trục Y tỷ lệ thuận với tần số:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Nhưng biểu đồ về sự hấp thụ của Iron (theo các cơ chế khác nhau) cho thấy mọi thứ trở nên rắc rối hơn khi bạn phóng to:

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

Nhưng trong ứng dụng của bạn, có một yếu tố khác đang diễn ra, có lẽ có tác động lớn hơn. Khi máy phát của bạn bắt đầu đi vào cơ sở lớn của bạn, nó sẽ phát ra một sóng điện từ theo mọi hướng (giả sử bạn không sử dụng ăng-ten định hướng). Những sóng đó sẽ truyền trong không khí cho đến khi chúng gặp một phương tiện khác, như kim loại trong các thùng chứa. Khi sóng chạm vào vật chứa đó, một phần năng lượng được hấp thụ vào vật chứa và một phần năng lượng bị phản xạ khỏi vật chứa. Phần được phản ánh sẽ di chuyển cho đến khi nó chạm vào một thứ khác và sau đó một số sẽ được hấp thụ và một số sẽ được phản ánh lại. Điều này được gọi là đa đường. Ăng ten thu của bạn có thể nhận được một loạt các bản sao của tín hiệu được truyền ban đầu, tất cả đều bị trễ một chút. Đây'

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Vì các hiệu ứng đa đường có thể khiến các sóng giao thoa triệt tiêu lẫn nhau, đó có thể là lý do khiến bạn nhận được kết quả mâu thuẫn. Vị trí của ăng-ten và máy phát và thùng chứa sẽ thay đổi hiệu suất rất nhiều, và nếu mọi thứ đang di chuyển trong cơ sở, bạn có thể nhận được tín hiệu tuyệt vời trong giây lát và đột nhiên nó sẽ rất tệ.

Đối phó với đa đường là khó, nhưng đây là một vài điều bạn có thể thử. Làm cho ăng ten thu được định hướng, do đó hy vọng nó sẽ có độ nhạy thấp đối với tín hiệu phản xạ. Nếu bạn có thể đặt ăng-ten lên cao trên các thùng chứa, điều đó cũng có thể giúp ích. Tôi sẽ thử nghiệm với một máy phát 433 MHz (có một loạt các công ty sản xuất mô-đun) bởi vì tôi nghĩ bạn sẽ có hiệu suất tốt hơn so với 2,4 GHz hoặc 5,8 GHz.


Cảm ơn bạn vì câu trả lời! Quả thực đó là một kịch bản ác mộng đối với truyền RF. Ăng-ten không được định hướng nhiều vì tôi không thể dự đoán vị trí của từng cảm biến. Đó là một lưỡng cực 1/4 sóng cổ điển, vì vậy nó "ngang hơn dọc", rất tốt cho tôi. Tôi đồng ý với bạn về việc đa đường là một vấn đề lớn. Anten bắt sóng cũng là một vấn đề; Tôi không phải là chuyên gia về ăng-ten nên tôi rất khó dự đoán môi trường (hoặc thậm chí cả vỏ thiết bị!) Sẽ ảnh hưởng đến nó như thế nào. Bất kỳ gợi ý cho điều đó?
Guillermo Prandi

Chà, nếu nó ngồi trên bề mặt kim loại được nối đất, điều đó tốt cho hiệu suất. Rõ ràng không đặt ăng-ten bên trong vỏ kim loại. Để đảm bảo tất cả năng lượng đang được tỏa ra, bạn có thể sử dụng máy đo SWR.
aloishis89

Nó không nằm trên bề mặt kim loại: nó ở bên cạnh! Các thùng chứa kim loại cao 2,5 mét và thiết bị được đặt ở độ cao trung bình. Xin lỗi tôi đã không làm rõ điều đó.
Guillermo Prandi

Điều đó sẽ cung cấp cho bạn các vấn đề vì các bức tường chứa song song với ăng-ten sẽ tự bắt đầu phát ra (hiệu ứng hình ảnh) và hủy sóng khỏi ăng-ten. Ăng-ten cũng sẽ ghép với các bức tường kim loại và trở kháng của nó sẽ thay đổi, vì vậy bạn sẽ nhận được một VSWR lớn hơn (rất tệ). Vì vậy, hãy thử sử dụng ăng-ten phân cực theo chiều dọc (so với tường kim loại) và sử dụng đồng hồ đo SWR để đảm bảo ăng-ten được khớp (tức là tất cả năng lượng từ máy phát đang được phát qua ăng-ten, không bị phản xạ trở lại vào mạch phát).
aloishis89

Dọc "tương đối với các bức tường kim loại" sẽ vuông góc hoặc song song với chúng? (thiết bị được cài đặt trên tường, gần trung tâm của nó). Tôi đã làm các bài kiểm tra với roi da được đặt theo chiều dọc (như khi đứng trên sàn, song song với các bức tường của container). Tôi cũng đã thử với ăng ten xoắn ốc, cũng ở vị trí thẳng đứng. Nhân tiện, làm thế nào tôi có thể xác định sự phân cực của loại ăng ten này? digikey.com/product-detail/en/W3012/553-1676-1-ND/2543337
Guillermo Prandi

1

Tần số cao hơn có xu hướng khúc xạ nhiều hơn và phản ứng mạnh hơn với các góc nhọn, như trong lan truyền cạnh dao. Điều này đôi khi có thể tốt, vì nó cho phép tín hiệu của bạn đến được những nơi mà nó không thể đến được. Bạn có thể cần phải sửa đổi ăng-ten của mình sau khi được gắn, vì các hộp kim loại sẽ ảnh hưởng đến sự cộng hưởng của ăng-ten, nhưng bằng cách sửa đổi chúng để hạ thấp swr sau khi chúng được đặt, bạn có thể chống lại rất nhiều thứ đó. Bạn không muốn tần số phát ra quá cao hoặc quá thấp hoặc nó sẽ không đáp ứng tốt trong môi trường kim loại cao. Một nơi nào đó trong khu vực 150-1000 MHz có thể sẽ hoạt động tốt.
Để tìm cực tính của ăng ten đó, bạn có thể kết nối nó với một máy phát và nghe tín hiệu truyền trên một đài phát thanh khác ở một khoảng cách nào đó. Hãy thử nghiêng ăng-ten trên radio thu qua lại giữa căn chỉnh theo chiều dọc và căn chỉnh theo chiều ngang. Khi tín hiệu mạnh nhất, đó là sự phân cực của anten phát. Có thể giảm tới 90% cường độ tín hiệu khi độ phân cực của hai ăng ten khác nhau.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.