Hallo zusammen, In meiner Uni-Zeit habe ich das Thema Frequenzen & Antennen leider nur rudimentär mitbekommen. Ich weiß natürlich dass die Frequenzen Unterschiede in Reichweite, Materialdurchdringung und Übertragungsgeschwindigkeit aufweisen. Laut Wikipedia ist die Reichweite von HF/RF ca. 0,5m. UHF hingegen zwischen 3-6m (0,3-3GHz). Die Anwendung die ich im Kopf habe benötigt eine ungefähre Reichweite zwischen 0,3 und 1,5 Meter. Gleichzeitig sollen auch Textilien durchdrungen werden können. Genutzt werden sollen passive Tags und die Übertragungsgeschwindigkeit kann vernachlässigt werden. Wie müsste eine passende Antenne ungefähr dimensioniert werden und bin ich mit UHF auf der richtigen Fährte? Vielen Dank im Voraus und ich freu mich auf eure Anregungen.
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Rob W. schrieb: > Ich weiß natürlich dass die Frequenzen Unterschiede in Reichweite, > Materialdurchdringung und Übertragungsgeschwindigkeit aufweisen. Letzteres eher nicht, nur indirekt, da bei höheren Frequenzen in der Regel mehr Bandbreite für die Übertragung verfügbar ist. > Laut Wikipedia ist die Reichweite von HF/RF ca. 0,5m. > UHF hingegen zwischen 3-6m (0,3-3GHz). Das ist in dieser Pauschalität Unfug, scheint sich jedoch darauf zu beziehen, dass du von RFID sprichst (das wird aber erst weiter unten klar). Kurzwelle (was hier wahrscheinlich mit „HF“ gemeint ist) hat bereits mit der Bodenwelle einige Kilometer an Reichweite, mit der Raumwelle einige 1000 bis 10000 km. UHF ist quasioptisch. Mit ein paar 100 mW auf einem Berg kommt man problemlos über 100 km und mehr (430 MHz Amateurfunk). > Die Anwendung die ich im Kopf habe benötigt eine ungefähre Reichweite > zwischen 0,3 und 1,5 Meter. Was erstmal nicht das große Problem wäre. > Gleichzeitig sollen auch Textilien > durchdrungen werden können. Sofern sie nicht aus elektrisch leitfähigen Fasern sind, ist das auch kein Thema. > Genutzt werden sollen passive Tags Ah, da liegt der Hase im Pfeffer! Dafür muss man entweder so viel Energie in den Tag einkoppeln können, dass er damit aktiv antworten kann, oder aber er muss sich im so genannten reaktiven Nahfeld befinden, damit eine Rückwirkung des Empfängers auf den Sender am Sender noch nachweisbar ist. > Wie müsste eine passende Antenne ungefähr dimensioniert werden Eine optimale Antenne, die wirklich EM-Feld abstrahlt, ist wenigstens in einer Dimension lambda/2 groß. Alles, was kleiner ist, ist weniger effizient. Bei vorwiegend magnetischer Übertragung (wie sie bei RFID auf 13 oder 27 MHz üblich ist) kannst du davon ausgehen, dass die Reichweite ungefähr den Abmessungen der Sendeantenne entspricht.
Bis zu 1m kann man mit RFID im 13,56 MHz Bereich überbrücken. Hier wird die magnetische Komponente des Feldes genutzt. Transponder und Reader haben Spulen als Antenne. Vorteil: Viele Materialien werden problemlos "durchleuchtet", Metall natürlich nicht. Nachteil: die Antenne des Readers muss verhältnismassig groß sein. Und die Reichweite hängt auch stark von der Grösse des Transponders ab. Je mehr Durchmesser die Antennenspule hat, desto besser. Einen 13,56 MHz Transponder im EC Kartenformat kann man u.U auch 1m weit lesen. UHF RFID bei 866 MHz kann mit passiven (!) Transpondern bis zu 10m überbrücken. Aber die Reichweite ist extrem davon abhängig, an was ( Material ) der Transponder angebracht ist. Metalle reflektieren die "Strahlung" in alle Richtungen. Andere Materialien absorbieren die Energie ( feuchtes Holz, Beton, dickes Gummi... sind oft ungünstig. Auch der menschliche Körper ist bei UHF sehr kritisch. Liegt der Transponder zu nah an der Haut, ist die Reichweite schnell mal nahe Null. Bei UHF wird das E-Feld genutzt. Daher haben Transponder prinzipiell einen Dipol als Antenne. Reader haben oft eine ( Luft ) Patchantenne
Hallo Jörg, Vielen Dank für deine umfassende Antwort. Diese Infos allein sind schon eine riesige Hilfe für mein weiteres Vorgehen. Vielleicht wird alles klarer wenn ich den Anwendungsfall weiter konkretisiere: Aktuell ist die Idee die Antenne in einen Teppich oder einen Bilderrahmen zu integrieren. Man stellt sich dann davor oder darauf und lässt die Tags scannen die man am Körper trägt. Wichtig dabei ist aber das möglichst nur die 'Tags' erkannt werden die man am Körper trägt und sich nicht 2 Meter weiter befinden. Ist so eine gerichtete Signalerkennung möglich? Wenn die Antenne platt auf dem Boden liegt oder an der Wand hängt kann vielleicht sogar die Antenne dahingehend optimiert werden da nur in eine Richtung (ca. 90 Grad) gesendet/empfangen werden muss. Vielleicht denke ich da auch einfach nur zu naiv.
Rob W. schrieb: > Ist so eine gerichtete Signalerkennung möglich? Eher schlecht. Bei UHF könntest du natürlich davon profitieren, dass der Körper selbst stark dämpft. Wenn du also den Leser in einem Bilderrahmen hast und die Person, die davorsteht, einen Tag auf der dem Rahmen zugewandten Seite trägt, dann passt das viel besser als auf der abgewandten Seite. Ggf. könnte man noch versuchen, die Signalstärke mit einzubeziehen, das ist aber 'ne ziemliche Hausnummer, weil die auch durch destruktive Interferenzen (vom Fußboden reflektierte Welle kommt mit lambda/2 Versatz rein) ziemlich starke Einbrüche haben kann und damit eine große Entfernung vortäuscht.
Rob W. schrieb: > nur in eine > Richtung (ca. 90 Grad) gesendet/empfangen werden muss. Das geht schon, aber nur mit UHF. Dort gibt es aber wie gesagt das Problem, wenn Transponder am Körper getragen werden. Man muss dabei genau definieren wo der Tag am Körper getragen wird. In der Hosentasche geht z.B. nicht. Sowas wie eine ID Karte mit Band um den Hals getragen schon eher. Alle anderen ( tieferen ) RFID Frequenzen sind nicht gerichtet. Es gibt dort eher sowas wie eine kugelförmige Ausbreitung mit Einschnürungen rund um die Antenne.
Vielen Dank Stefan und vielen Dank Jörg. Durch die beschränkte Reichweite der Antenne kann ich vielleicht auf die Signalrichtung verzichten. Die Dämpfung durch den Körper stellt allen Anschein nach ein Problem da, da ich Tags die in der Gesäß-Hosentasche und Vorne befinden in einem Rutsch erkennen möchte. Vermutlich wäre dann der Versuch "von unten" / Teppichvariante zu senden, da so möglichst wenig Körpermasse durchdrungen werden müsste. Nochmal zur Antenne: @Jörg: Du hast geschrieben: > Bei vorwiegend magnetischer Übertragung (wie sie bei RFID auf 13 oder > 27 MHz üblich ist) kannst du davon ausgehen, dass die Reichweite > ungefähr den Abmessungen der Sendeantenne entspricht. Bedeutet das für mich dass die Abmessung (Diagonale) der gewünschte Sende/Empfängerreichweite entsprechen muss? In meinem Fall demnach 1,5 Meter? Und wie sieht die notwendige Transponder Größe aus. Da ich bei einer Antenne einen größeren Spielraum habe als bei dem Transponder hoffe ich dass ich das so vielleicht kompensieren kann. Die Auswertung der Signalstärke brauche ich auch nicht wirklich, da ich im Prinzip nur eine binäre Aussage à la "Unique ID xyz ist in Reichweite: da/nicht da" benötige. Gibt es noch irgendwelche Punkte wo ich Probleme seht? Ich hoffe das ungefähr klar geworden ist wie der Anwendungsfall aussieht.
Rob W. schrieb: > Bedeutet das für mich dass die Abmessung (Diagonale) der gewünschte > Sende/Empfängerreichweite entsprechen muss? Ja. Denk einfach mal an die Warensicherungsetiketten in den Kaufhäusern und Supermärkten mit ihren großen rechteckigen Antennen. Ist eine Art sehr primitives RFID.
Stimmt natürlich, daran habe ich noch gar nicht gedacht. Jetzt kommt natürlich die Frage: Wie komme ich an so eine Art Antenne? Kann ich das selber bauen/bauen lassen? Was würde so eine Antenne kosten? Reichen Transponder von "der Stange"? Kann ich das ganze über z.B. einen Rasperry PI ansteuern? Eventuell mit sowas http://www.dx.com/de/p/dmdg-13-56mhz-pn532-on-board-antenna-nfc-rfid-module-with-smart-card-for-raspberry-pi-and-arduino-327954?tc=EUR&gclid=CKK2vpDL7sYCFTDLtAodxOIMSQ#.Va94FmPBLh0 Nur das ich dann z.B. den verwendeten PN532-Chip mit meiner eigenen Custom-Antenne verwende? Zumindest natürliche erstmal für einen Proof of Concept und um mit der Software-Seite starten zu können.
Zu den Details kann ich dir auch nicht so viel sagen. Selbst bauen kann man so eine Antenne bestimmt, aber wenn man ein schönes Gehäuse etc. haben möchte, dann wird man wohl eher was Fertiges nehmen wollen.
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