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

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.

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:

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

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:

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

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'

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.

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.