ความถี่ส่งผลต่อความสามารถในการเคลื่อนที่ของวัตถุในการส่งสัญญาณ RF อย่างไร

หรือบางทีสิ่งที่ดีที่สุดในการเลือกวงดนตรี / การปรับถ้าฉันต้องการส่งข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพในเส้นทางที่มีอุปสรรคโลหะหนักคืออะไร?

ฉันต้องสร้างอุปกรณ์จำนวนหนึ่งเพื่อส่งข้อมูลสั้น ๆ เป็นระยะในสถานที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยภาชนะโลหะ (ซึ่งว่างเปล่าหรือเต็มไปด้วยเนื้อหาที่ไม่รู้จัก) ฉันทำการทดสอบกับตัวรับส่งสัญญาณ ZigBee (เช่นสาย ZigBit ของ Atmel) ด้วยความสำเร็จหลายระดับ ฉันมีผลลัพธ์ที่แย่มากในช่วงความถี่ 2.4 GHz และผลลัพธ์ที่ยอมรับได้มากในย่านความถี่ 900 MHz อย่างไรก็ตามมีคนบอกฉันว่าฉันได้พบว่าพวกเขามีประสบการณ์ตรงข้ามแน่นอน (ในกรณีของพวกเขาพวกเขาใช้โมดูล 2.4GHz / 900MHz XBee) ฉันรู้ว่า 433 MHz เป็นวงดนตรีทั่วไปและก็มีแน่นอน 5.8 GHz ด้วย

ดังนั้นคำถามหลักคือถ้ามีแผนภูมิหรือความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับความถี่ที่ดีหรือไม่ดีสำหรับการส่งสัญญาณประเภทนี้ ฉันสนใจในวงดนตรีที่ฉันสามารถใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็ก (เช่นขนาดโทรศัพท์) ด้วยพลังงานแบตเตอรี่ ระยะ 50 ~ 100 เมตร / หลาพร้อมอุปสรรคจะดีมาก นอกจากนี้ควรมีชิปเซ็ตหรือโมดูลบางประเภทที่ใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อจัดการกับส่วน RF ของอุปกรณ์ (เช่นการปรับ, ส่วนหน้าของ RF, การตรวจจับช่องสัญญาณที่ชัดเจน, การตรวจจับล่วงหน้าเป็นต้น); ฉันสามารถจัดการกับโปรโตคอลระดับสูงกว่าได้ด้วยตัวเอง

จะเป็นการดีที่มันจะเป็นวงดนตรีที่ฉันสามารถใช้เสาอากาศบางชนิดที่จะไม่รบกวนได้ง่ายหากวางไว้ใกล้กับวัตถุโลหะขนาดใหญ่ (1 นิ้ว / 2.5 ซม. จากมัน) ฉันได้ทำการทดสอบกับเสาอากาศแส้และเกลียวเป็นส่วนใหญ่ อุปกรณ์ของฉันจะต้องวางไว้ใกล้กับพื้นผิวโลหะที่จะต้องเอาชนะ!

อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถนับได้ว่า: ทิศทางของเสาอากาศ, ตำแหน่ง / ทิศทางของอุปกรณ์, ตำแหน่งตัวรับส่งสัญญาณคงที่ ฯลฯ อุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกวางแบบสุ่มและแทบจะไม่มาก ฉันแค่ต้องทำให้ดีที่สุดเท่าที่จะทำได้ สิ่งเดียวที่ฉันวางใจได้คืออุปกรณ์จะอยู่ในตำแหน่งแนวตั้งเสมอ

กฎของหัวแม่มือที่คนจำนวนมากใช้คือความถี่ที่ต่ำกว่าจะมี "การรุก" ที่ดีกว่าความถี่ที่สูงขึ้น นั่นเป็นเรื่องจริงในบางกรณี แต่ไม่ใช่ทั้งหมด นี่อาจมาจากการคำนวณความลึกของวัสดุ ความลึกของผิวหนังคือความลึกของวัสดุที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นความถี่หนึ่งสามารถแทรกซึมได้ สมการที่ใช้เมื่อวัสดุเป็นตัวนำที่ดีคือ:

โดยที่ρคือความต้านทานและμคือการซึมผ่านของวัสดุ สิ่งที่คุณควรสังเกตคือความถี่ ($\omega$) ยิ่งใหญ่ความลึกของผิวหนังก็ตื้นขึ้น นี่คือตัวอย่างการใช้งานจริงของความหมาย: ไมโครเวฟของคุณยิงคลื่นวิทยุที่ 2.4 GHz หากคุณใส่สเต็กหนายักษ์เข้าไปในนั้นและเราวัดความต้านทานและการซึมผ่านได้เราสามารถคำนวณความหนาสูงสุดของสเต็กที่คุณสามารถปรุงในไมโครเวฟของคุณ สิ่งที่ลึกกว่าความลึกของผิวจะไม่สุกเพราะพลังงานทั้งหมดของไมโครเวฟจะถูกดูดซับไปแล้ว

มีแผนภูมิอย่างที่คุณพูดถึงวัสดุต่าง ๆ ที่ดูดซับคลื่นวิทยุได้ดีเพียงใด แต่ก็ไม่เชิงเส้นหรือคาดเดาได้ดังนั้นจึงไม่มีกฎง่ายๆที่ใช้งานได้ง่าย นี่คือองค์ประกอบทุกอย่างในตารางธาตุที่ดูดซับโฟตอนได้ดี (รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า) พลังงานบนแกน Y เป็นสัดส่วนกับความถี่:

แต่แผนภูมิการดูดซึมของ Iron (ตามกลไกที่แตกต่างกัน) นี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งต่าง ๆ น่าเล่นเมื่อคุณซูมเข้า:

แต่ในแอปพลิเคชันของคุณมีอีกปัจจัยที่เล่นซึ่งอาจมีผลกระทบที่ใหญ่กว่า เมื่อเครื่องส่งสัญญาณของคุณเริ่มต้นในสถานที่ขนาดใหญ่ของคุณมันจะส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปทุกทิศทาง (สมมติว่าคุณไม่ได้ใช้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทาง) คลื่นเหล่านั้นจะเดินทางผ่านอากาศจนกว่าจะพบตัวกลางอื่นเช่นโลหะในภาชนะ เมื่อคลื่นกระทบกับภาชนะนั้นพลังงานบางส่วนจะถูกดูดซึมเข้าสู่ภาชนะและบางส่วนก็ถูกสะท้อนออกจากภาชนะ ส่วนที่สะท้อนจะเดินทางจนกว่าจะเจอสิ่งอื่นจากนั้นบางส่วนจะถูกดูดซับและบางส่วนจะได้รับการสะท้อนอีกครั้ง สิ่งนี้เรียกว่า multipath เสาอากาศที่รับสัญญาณของคุณอาจได้รับสำเนาสัญญาณที่ส่งมาจำนวนมากซึ่งล่าช้าเล็กน้อยทั้งหมด นี่'

เนื่องจากเอฟเฟ็กต์หลายเส้นทางสามารถทำให้คลื่นรบกวนการทำลายซึ่งกันและกันซึ่งอาจเป็นสาเหตุที่คุณได้รับผลลัพธ์ที่ขัดแย้ง ตำแหน่งของเสาอากาศและเครื่องส่งสัญญาณและตู้คอนเทนเนอร์จะเปลี่ยนประสิทธิภาพเป็นจำนวนมากและหากสิ่งต่าง ๆ กำลังเคลื่อนที่ไปมาในอาคารคุณอาจได้รับสัญญาณที่ยอดเยี่ยมสักครู่หนึ่งและทันใดนั้นมันก็แย่มาก

การจัดการกับ multipath นั้นยาก แต่ต่อไปนี้เป็นสองสิ่งที่คุณสามารถลองได้ ทำให้ทิศทางเสาอากาศรับสัญญาณนั้นหวังว่าจะมีความไวต่ำต่อสัญญาณที่สะท้อนกลับ หากคุณสามารถทำให้เสาอากาศสูงขึ้นเหนือตู้คอนเทนเนอร์นั่นอาจช่วยได้เช่นกัน ฉันจะทดลองใช้เครื่องส่งสัญญาณ 433 MHz (มีหลาย บริษัท ที่ทำโมดูล) เพราะฉันคิดว่าคุณจะได้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับ 2.4 GHz หรือ 5.8 GHz

ความถี่ที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะหักเหได้มากขึ้นและตอบสนองต่อมุมที่คมชัดยิ่งขึ้นเช่นเดียวกับการแพร่กระจายของคมมีด สิ่งนี้สามารถทำได้ดีในบางครั้งเนื่องจากช่วยให้สัญญาณของคุณไปถึงสถานที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ คุณอาจจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนเสาอากาศของคุณเมื่อติดตั้งแล้วเนื่องจากภาชนะโลหะจะมีผลต่อการกำทอนของเสาอากาศ แต่โดยการปรับเปลี่ยนเพื่อลด swr หลังจากที่อยู่ในตำแหน่งคุณสามารถตอบโต้สิ่งเหล่านั้นได้มาก คุณไม่ต้องการให้ความถี่ที่ปล่อยออกมาสูงหรือต่ำเกินไปหรือไม่ตอบสนองได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เป็นโลหะสูง บางแห่งในพื้นที่ 150-1000 MHz อาจทำงานได้ดี
หากต้องการค้นหาขั้วของเสาอากาศนั้นคุณสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณและฟังสัญญาณที่ส่งผ่านวิทยุอื่นได้ในระยะหนึ่ง ลองเอียงเสาอากาศบนวิทยุที่รับไปมาระหว่างแนวตั้งและแนวนอน เมื่อสัญญาณแข็งแกร่งที่สุดนั่นคือโพลาไรเซชันของเสาอากาศที่ส่งสัญญาณ อาจมีความแรงของสัญญาณลดลงถึง 90% เมื่อขั้วของเสาอากาศทั้งสองนั้นแตกต่างกัน