Comment la fréquence affecte-t-elle la capacité de traverser des objets dans les transmissions RF?

Ou peut-être, quelles sont les meilleures bandes / modulations parmi lesquelles choisir si j'ai besoin de transmettre efficacement des données dans un chemin avec des obstacles de métaux lourds?

J'ai besoin de construire un certain nombre d'appareils pour transmettre périodiquement de courtes rafales de données dans une grande installation de stockage pleine de conteneurs métalliques (qui sont soit vides soit remplis de contenu inconnu). J'ai effectué des tests avec des émetteurs-récepteurs ZigBee (par exemple la ligne ZigBit d'Atmel) avec différents degrés de succès. J'ai eu de très mauvais résultats dans les bandes 2,4 GHz et des résultats très acceptables dans les bandes 900 MHz. Cependant, certaines personnes que j'ai rencontrées m'ont dit qu'elles avaient eu exactement l'expérience inverse (dans leur cas, elles utilisaient des modules XBee 2,4 GHz / 900 MHz). Je sais que 433 MHz est également une bande commune, et il y a bien sûr 5,8 GHz également.

Donc, la partie principale de la question est de savoir s'il existe une sorte de graphique ou de connaissances communes sur les fréquences particulièrement bonnes ou mauvaises pour ce type de transmission. Je m'intéresse aux bandes que je peux utiliser dans les petits appareils (par exemple de la taille d'un téléphone) avec une batterie. Une gamme de 50 ~ 100 mètres / yards avec des obstacles serait très agréable. De plus, il devrait y avoir une sorte de chipset ou de module disponible dans le commerce pour gérer la partie RF de l'appareil (c.-à-d. Modulation, frontal RF, détection de canal clair, détection de préambule, etc.); Je peux gérer moi-même les protocoles de niveau supérieur.

Idéalement, ce serait une bande pour laquelle je peux utiliser une sorte d'antenne qui ne se désaccorderait pas trop facilement si elle était placée très près d'un gros objet métallique (à 2,5 cm.). J'ai testé principalement avec des antennes fouet et hélicoïdales. Mes appareils doivent être placés très près des surfaces métalliques à surmonter!

Je ne peux cependant pas compter sur: la directionnalité de l'antenne, l'emplacement / l'orientation de l'appareil, les emplacements fixes de l'émetteur-récepteur, etc. Tous les appareils seront placés de manière très aléatoire et à peine. J'ai juste besoin de faire de mon mieux. Une seule chose sur laquelle je peux compter est que les appareils resteront toujours en position verticale.

La règle d'or que beaucoup de gens utilisent est que les fréquences plus basses auront une meilleure "pénétration" que les fréquences plus élevées. C'est vrai dans certains cas, mais pas dans tous. Ceci est probablement dérivé du calcul de la profondeur de peau des matériaux. La profondeur de la peau est à quel point profondément dans un matériau une onde électromagnétique d'une fréquence particulière peut pénétrer. L'équation utilisée lorsque le matériau est un bon conducteur est:

$\omega$ ) augmente, plus la profondeur de la peau diminue. Voici un exemple pratique de ce que cela signifie: votre micro-ondes émet des ondes radio à 2,4 GHz. Si vous y mettez un steak épais géant et que nous mesurons sa résistivité et sa perméabilité, nous pouvons calculer l'épaisseur maximale de steak que vous pouvez faire cuire au micro-ondes. Tout ce qui est plus profond que la profondeur de la peau ne sera pas cuit, car toute l'énergie du micro-ondes aura déjà été absorbée.

Il existe des tableaux comme vous l'avez mentionné sur la façon dont différents matériaux absorbent les ondes radio, mais ils ne sont pas linéaires ou prévisibles, il n'y a donc pas vraiment de règle de base facile à appliquer. Voici comment chaque élément du tableau des périodes absorbe bien les photons (rayonnement électromagnétique). L'énergie sur l'axe Y est proportionnelle à la fréquence:

Mais ce tableau de l'absorption du fer (selon différents mécanismes) montre comment les choses se compliquent lorsque vous zoomez:

Mais dans votre application, il y a un autre facteur en jeu, qui a probablement un effet plus important. Lorsque votre émetteur commence à entrer dans votre grande installation, il émet une onde électromagnétique dans toutes les directions (en supposant que vous n'utilisez pas d'antenne directionnelle). Ces vagues voyageront dans l'air jusqu'à ce qu'elles rencontrent un autre médium, comme le métal dans les conteneurs. Lorsque l'onde frappe ce conteneur, une partie de l'énergie est absorbée dans le conteneur et une partie est réfléchie par le conteneur. La partie réfléchie se déplacera jusqu'à ce qu'elle frappe quelque chose d'autre, puis certaines seront absorbées et d'autres seront reflétées à nouveau. C'est ce qu'on appelle les trajets multiples. Votre antenne de réception peut obtenir un tas de copies du signal transmis à l'origine, le tout légèrement retardé. Ici'

Parce que les effets de trajets multiples peuvent provoquer des interférences destructives entre les vagues, c'est probablement pourquoi vous obtenez des résultats contradictoires. La position de l'antenne et de l'émetteur et des conteneurs changera beaucoup les performances, et si les choses bougent dans l'installation, vous pouvez obtenir un bon signal un moment, puis tout d'un coup, ce sera terrible.

La gestion des trajets multiples est difficile, mais voici quelques choses que vous pouvez essayer. Rendez l'antenne de réception directionnelle afin qu'elle ait, espérons-le, une faible sensibilité aux signaux réfléchis. Si vous pouvez placer les antennes au-dessus des conteneurs, cela peut aussi aider. J'expérimenterais avec un émetteur 433 MHz (il y a un tas d'entreprises qui fabriquent des modules) parce que je pense que vous obtiendrez de meilleures performances par rapport à 2,4 GHz ou 5,8 GHz.

Les fréquences plus élevées ont tendance à se réfracter davantage et à répondre de façon plus spectaculaire aux angles aigus, comme dans la propagation des arêtes des couteaux. Cela peut être bon parfois, car il permet à votre signal d'atteindre des endroits qu'il ne pourrait pas atteindre autrement. Vous devrez peut-être modifier votre antenne une fois qu'elle est montée, car les conteneurs métalliques affecteront la résonance de l'antenne, mais en les modifiant pour abaisser le swr après qu'ils soient en place, vous pouvez contrer beaucoup de cela. Vous ne voulez pas que la fréquence émise soit trop élevée ou trop basse, ou elle ne répondra pas bien dans un environnement à forte teneur en métal. Quelque part dans la zone 150-1000 MHz, cela fonctionnerait probablement bien.
Pour trouver la polarité de cette antenne, vous pouvez la connecter à un émetteur et écouter le signal transmis sur une autre radio à une certaine distance. Essayez d'incliner l'antenne de la radio réceptrice d'avant en arrière entre l'alignement vertical et l'alignement horizontal. Lorsque le signal est le plus fort, c'est la polarisation de l'antenne d'émission. Il peut y avoir jusqu'à une baisse de 90% de la force du signal lorsque la polarité des deux antennes est différente.