Потери в дальней зоне и многолучевое распространение

В дальней зоне антенн излученные электромагнитные волны распространяются в окружающей среде. Напряженность поля убывает пропорционально 1/ r , что, собственно, обуславливает большую дальность взаимодействия. Следствием свободного распространения и слабого спадания интенсивности является повышенная чувствительность систем RFID в дальней зоне к отражениям, рассеянию или дифракции собственного излучения или излучения других источников.

Потери в дальней зоне можно характеризовать крупномасштабными или мелкомасштабными неоднородностями. Крупномасштабные неоднородности проявляются в виде изменения напряженности поля на больших расстояниях. Мелкомасштабные неоднородности обычно проявляются в виде многолучевого распространения, когда волны, распространяющиеся от источника к приемнику различными путями, могут интерферировать и вызывать большие изменения интенсивности поля в точке приема. Мелкомасштабные неоднородности характеризуются быстрыми флуктуациями на небольших расстояниях. Потери, обусловленные как мелкомасштабными, так и крупномасштабными неоднородностями, описываются соответствующими моделями.

Модели крупномасштабных потерь описывают затухание мощности сигнала с расстоянием от передатчика. Они модифицируют обычный закон обратного квадрата в уравнении для свободного пространства и описывают затухание, обусловленное атмосферой и взаимодействием с материалами. Полагая затухание равным

PL (R) = (λ/4пR) ⁿ,

где n равно 2 для свободного пространства, уравнение передачи преобразуется к виду:

P_r = p P_t G_t G_r PL (R).

Обычно используемая модель для оценки потерь распространения в пространстве внутри помещений задается логарифмической моделью:

PL(R) [дБ] = PL(R_σ) + 10 n log (R/R₀) + X_σ

где n зависит от свойств помещений, а X_σ - нормально распределенная переменная со стандартным отклонением σ, определенным в децибелах. Величина R₀ является фиксированным расстоянием, на котором проводятся измерения, и обычно выбирается равным 1 метру в условиях распространения поля внутри помещений. Таблица 2.1 показывает значения n и σ в различных условиях распространения поля и на различных частотах. Меньшие значения а соответствуют более точной модели.

Явления многолучевого распространения описывают маломасштабные фединговые модели. Многолучевое распространение на небольших расстояниях может вызывать сильные флуктуации и амплитуды и фазы, случайные частотные модуляции и временную дисперсию, обусловленную задержками. В пространстве, содержащем металлические предметы и отражающие объекты, может иметь место многолучевое распространение и интерференция сигналов.

Для описания многолучевого распространения используются различные статистические модели, а общей мерой является среднеквадратическое отклонение (СКО) задержки распространения. Здания с небольшим числом металлических фрагментов и плотной планировкой обычно имеют небольшое СКО задержки распространения в пределах от 30 до 60 нс. Большие здания с большим числом металлических фрагментов и открытыми боковыми пристройками могут иметь задержки распространения, достигающие 400 нс. Технологиями, которые позволяют минимизировать эффект многолучевого распространения, являются эквалайзинг, многоканальность и канальное кодирование. В случае RFID в считывателях используется эквалайзинг и антенная многоканальность. В метках из-за жестких ограничений размеров, сложности и стоимости такие способы не используются.