In che modo la frequenza influisce sulla capacità di attraversare oggetti nelle trasmissioni RF?

O forse, quali sono le migliori bande / modulazioni tra cui scegliere se devo trasmettere in modo efficiente i dati in un percorso con ostacoli di metalli pesanti?

Devo costruire un numero di dispositivi per trasmettere periodicamente brevi raffiche di dati in una grande struttura di archiviazione piena di contenitori metallici (che sono vuoti o pieni di contenuti sconosciuti). Ho eseguito test con i ricetrasmettitori ZigBee (ad esempio la linea ZigBit di Atmel) con vari gradi di successo. Ho avuto risultati molto scarsi nelle bande da 2,4 GHz e risultati molto accettabili nelle bande da 900 MHz. Tuttavia, alcune persone che ho incontrato mi hanno detto di aver avuto esattamente l'opposto (nel loro caso, stavano usando i moduli XBee a 2,4 GHz / 900 MHz). Sono consapevole che anche 433 MHz è una banda comune e ovviamente ci sono anche 5,8 GHz.

Quindi, la parte principale della domanda è se c'è qualche tipo di grafico o conoscenza comune su quali frequenze sono particolarmente buone o cattive per questo tipo di trasmissione. Sono interessato alle bande che posso usare in piccoli dispositivi (ad es. Dimensioni del telefono) con alimentazione a batteria. Una gamma di 50 ~ 100 metri / iarde con ostacoli sarebbe molto bella. Inoltre, dovrebbe esserci un qualche tipo di chipset o modulo disponibile in commercio per gestire la parte RF del dispositivo (ad es. Modulazione, front-end RF, rilevamento di canali liberi, rilevamento di preamboli, ecc.); Sono in grado di gestire personalmente i protocolli di livello superiore.

Idealmente, sarebbe una banda per la quale posso usare una sorta di antenna che non si bloccherebbe troppo facilmente se posizionata molto vicino a un grande oggetto metallico (1 pollice / 2,5 cm da esso). Ho testato principalmente con frusta e antenne elicoidali. I miei dispositivi devono essere posizionati molto vicino alle superfici metalliche che devono superare!

Tuttavia, non posso contare su: direzionalità dell'antenna, posizione / orientamento del dispositivo, posizioni fisse del ricetrasmettitore, ecc. Tutti i dispositivi verranno posizionati in modo molto casuale e scarsamente. Devo solo fare il meglio che posso. Solo una cosa su cui posso contare è che i dispositivi rimarranno sempre in posizione verticale.

La regola empirica che molte persone usano è che le frequenze più basse avranno una "penetrazione" migliore delle frequenze più alte. Questo è vero in alcuni casi, ma non tutti. Ciò è probabilmente derivato dal calcolo della profondità della pelle dei materiali. La profondità della pelle è la profondità con cui un'onda elettromagnetica di una particolare frequenza può penetrare in un materiale. L'equazione utilizzata quando il materiale è un buon conduttore è:

$\omega$

Ci sono grafici come quelli che hai menzionato su quanto materiali diversi assorbono bene le onde radio, ma non sono lineari o prevedibili, quindi non esiste una regola empirica che sia facile da applicare. Ecco come ogni elemento nella tabella dei periodi assorbe i fotoni (radiazione elettromagnetica). L'energia sull'asse Y è proporzionale alla frequenza:

Ma questo diagramma dell'assorbimento di Iron (in base a diversi meccanismi) mostra come le cose diventano più disordinate quando si ingrandisce:

Ma nella tua applicazione, c'è un altro fattore in gioco, che probabilmente ha un effetto maggiore. Quando il trasmettitore inizia a funzionare nella tua grande struttura, emette un'onda elettromagnetica in tutte le direzioni (supponendo che non stai usando un'antenna direzionale). Quelle onde viaggeranno attraverso l'aria fino a quando incontreranno un altro mezzo, come il metallo nei contenitori. Quando l'onda colpisce quel contenitore, parte dell'energia viene assorbita nel contenitore e parte viene riflessa dal contenitore. La parte che viene riflessa viaggerà fino a quando non colpisce qualcos'altro, quindi alcuni verranno assorbiti e altri verranno riflessi di nuovo. Questo si chiama multipath. L'antenna ricevente potrebbe ricevere un sacco di copie del segnale originariamente trasmesso, tutte leggermente ritardate. Qui'

Poiché gli effetti multipath possono causare interferenze distruttive tra loro, è probabilmente per questo che si ottengono risultati contrastanti. La posizione dell'antenna, del trasmettitore e dei contenitori cambierà molto le prestazioni e se le cose si muovono all'interno della struttura, potresti ricevere un segnale eccezionale un momento e all'improvviso sarà terribile.

Gestire il multipath è difficile, ma qui ci sono un paio di cose che puoi provare. Rendi l'antenna di ricezione direzionale, quindi si spera che abbia una bassa sensibilità ai segnali riflessi. Se riesci a mettere le antenne in alto sopra i contenitori, anche questo potrebbe aiutare. Sperimenterei un trasmettitore a 433 MHz (ci sono un sacco di aziende che creano moduli) perché penso che otterrai prestazioni migliori rispetto a 2,4 GHz o 5,8 GHz.

Le frequenze più alte tendono a rifrarre di più e rispondere in modo più drammatico agli angoli acuti, come nella propagazione del filo del coltello. Questo può essere utile a volte, poiché consente al segnale di raggiungere luoghi che altrimenti non potrebbero raggiungere. Potrebbe essere necessario modificare l'antenna una volta montata, poiché i contenitori metallici influiranno sulla risonanza dell'antenna, ma modificandoli per abbassare il swr dopo che sono in posizione, è possibile contrastare molto di ciò. Non si desidera che la frequenza di emissione sia troppo alta o troppo bassa, o non risponderà bene in un ambiente metallico elevato. Da qualche parte nell'area di 150-1000 MHz probabilmente funzionerebbe bene.
Per trovare la polarità di quell'antenna, è possibile collegarlo a un trasmettitore e ascoltare il segnale trasmesso su un'altra radio a una certa distanza. Prova a inclinare l'antenna sulla radio ricevente avanti e indietro tra allineato verticalmente e allineato orizzontalmente. Quando il segnale è più forte, questa è la polarizzazione dell'antenna trasmittente. Può esserci un calo fino al 90% dell'intensità del segnale quando la polarità delle due antenne è diversa.