Îmbunătățirea aplicațiilor IoT cu ajutorul antenelor versatile și compacte

Alegerea antenei potrivite poate fi esențială pentru succesul unei aplicații wireless din cadrul Internetului lucrurilor (IoT). Selectarea unei antene care oferă performanțe ridicate și flexibilitatea de a susține diferite rețele poate crește atractivitatea comercială a aplicațiilor electronice.

Designerii de produse pot vedea antenele ca pe o componentă pasivă, dar pe măsură ce încorporează noi caracteristici pentru exploatarea ecosistemelor IoT, acestea contribuie ce în ce mai la succesul aplicațiilor electronice. În special în cazul aplicațiilor IoT industrial (IIoT), antenele care acceptă mai multe rețele wireless pot oferi redundanță critică, reziliență și optimizarea acoperirii.

Pe lângă susținerea aplicațiilor Wi-Fi, există o nevoie tot mai mare de a încorpora antene celulare care să ofere caracteristicile esențiale necesare pentru a asigura succesul IoT. Eficiența spectrală este esențială pentru contracararea interferențelor create de creșterea traficului wireless. Eficiența energetică pentru prelungirea duratei de viață a bateriei este o altă cerință cheie. Multe aplicații IoT trebuie să funcționeze în medii dificile, cum ar fi stațiile de încărcare în aer liber, unde sunt necesare antene robuste pentru a rezista condițiilor meteorologice severe sau vandalismului.

Sunt necesare antene foarte eficiente pentru a garanta că performanța semnalului nu este afectată în mod considerabil de materialele fizice de construcție, cum ar fi betonul sau metalul. Transmisia curată și fără interferențe este din ce în ce mai importantă pentru a evita interferențele și zgomotul de semnal, pe măsură ce serviciile wireless concurează pentru acces. Cererea tot mai mare de aplicații industriale 5G îi va impulsiona pe proiectanți să încorporeze microcelule și celule mici pentru a depăși incapacitatea 5G de a penetra ferestrele și pereții.

Diferite rețele excelează în anumite zone, astfel ca proiectanții de produse care utilizează antene mai eficiente să poată obține o acoperire mai largă, în interior sau în exterior, pentru a satisface nevoile clienților. La fel de importantă este și posibilitatea ca designerii de produse să își poată proteja aplicațiile pentru viitor cu adaptabilitatea oferită de suportul pentru rețele multiple.

Suportul pentru rețele multiple poate permite furnizorilor și clienților să standardizeze pe un singur tip de antenă pentru a furniza conectivitate în medii separate, în loc să gestioneze complexitatea unui inventar de antene multiple. De asemenea, permite combinarea diferitelor tipuri de conectivitate pentru a echilibra sarcinile de rețea și a distribui traficul de date pe mai multe căi pentru a preveni congestionarea și a optimiza performanța prin selectarea celei mai bune opțiuni de rețea pentru o anumită sarcină. Clienții pot opta pentru cea mai rentabilă rețea în funcție de cerințele de date, evitând datele celulare atunci când Wi-Fi este suficient.

Îndeplinirea cerințelor din medii dificile

Conectivitatea wireless este adesea esențială într-o gamă largă de medii care prezintă numeroase provocări pentru proiectanții de produse.

De exemplu, fabricile inteligente necesită o comunicare fiabilă între echipamentele din fabrică, senzori și sistemele centrale de gestionare, adesea în medii industriale dificile. În depozitele mari, unde rețelele Wi-Fi și celulare coexistă, antenele multi-rețea pot asigura o conectivitate fără întreruperi pentru urmărirea stocurilor și gestionarea logisticii.

Antenele de înaltă performanță fac posibilă implementarea de senzori în locații îndepărtate pentru a colecta date de la stații meteorologice, monitoare de calitate a aerului și pentru a urmări active sau a implementa aplicații pentru clădiri inteligente. În agricultură, acestea pot furniza informații esențiale privind umiditatea solului, sănătatea culturilor și funcționarea sistemelor de irigații.

Alte aplicații emergente includ stațiile de încărcare a vehiculelor electrice care trebuie să comunice cu sistemele back-end indiferent de vreme; semnalizarea digitală care oferă afișaje și anunțuri în timp real; soluții de stocare securizate care necesită monitorizare în timp real și control al accesului; și sisteme mobile de ticketing și informare a pasagerilor.

Fiecare aplicație IoT are cerințe unice, iar designerii de produse trebuie să se adapteze la cazuri de utilizare specifice, împreună cu cerințele de mediu și de comunicare. Dispozitivele IoT funcționează în diferite benzi de frecvență care pot afecta performanța; de asemenea, spațiul limitat pentru dispozitive poate face dificilă integrarea antenelor fără a compromite alte componente.

Unii dintre factorii care trebuie luați în considerare în alegerea antenei potrivite pentru o aplicație IoT includ performanța, dimensiunea, costul și compatibilitatea. Acestea i-ar putea determina cu ușurință pe proiectanți să integreze diferite antene pentru a satisface nevoile clienților lor, creând probleme complexe legate de asistență și lanțul de aprovizionare.

Protocoale de rețea multiplă

Protocoalele de rețea de mare distanță și cu consum redus de energie (LPWAN), cum ar fi IoT cu bandă îngustă (NB-IoT), acceptă viteze mici de transfer al datelor și necesită un consum redus de energie, un câștig ridicat și o eficiență ridicată pentru a menține o conectivitate stabilă pe distanțe lungi. De obicei, aplicațiile necesită antene omnidirecționale care să ofere un model de radiație răspândit, care să acopere zone mari.

În schimb, protocoalele Wi-Fi cu rază scurtă de acțiune suportă viteze mari de date, dar necesită un câștig redus și o eficiență ridicată pentru a economisi energie și a evita interferențele cu alte dispozitive. Antenele trebuie să ofere un model de radiație îngust pentru a focaliza semnalul.

Protocolul celular IoT LTE CAT-1 oferă viteze de date moderate și conectivitate celulară de rază medie pentru aplicațiile IoT. Lățimea de bandă de recepție variază de la 1,4 MHz la 20 MHz, iar protocolul acceptă viteze downlink de vârf de până la 10 Mbit/s și viteze uplink de vârf de până la 5 Mbit/s. Aplicațiile pot profita de funcția full duplex și de consumul redus de energie.

LTE CAT-M1 vizează un echilibru între viteza de transfer al datelor și eficiența energetică. Acestea necesită un consum foarte redus de energie, cu antene care suportă o lățime de bandă de 1,4 MHz și viteze de vârf de 1 Mbit/s pentru downlink și uplink. Aplicațiile pot beneficia de capacitatea full sau half duplex.

Protocolul CAT-4 LTE permite viteze de transfer al datelor semnificativ mai mari și latență mai mică pentru aplicații IoT mai solicitante, inclusiv aplicații în timp real. Protocolul asigură full duplex cu viteze downlink de până la 150 Mbit/s și uplink de până la 50 Mbit/s.

Antene versatile

TE Connectivity (TE) oferă familia VersAnte de antene IoT multi-port într-un factor de formă compact care poate oferi combinații de acoperire celulară 4G/5G, Wi-Fi și pentru sistemul global de navigație prin satelit (GNSS). Inginerii își pot simplifica proiectele datorită capacității de a integra diferite protocoale de comunicare într-o singură antenă.

Spre deosebire de unele antene care necesită un plan de masă specific pentru o performanță optimă, aceste antene sunt independente de planul de masă și pot fi montate pe suprafețe metalice sau nemetalice, permițând proiectanților să le plaseze în locații care optimizează recepția semnalului. Radomurile pot fi vopsite folosind vopsele spray nemetalice, disponibile în mod obișnuit.

Antenele VersAnte de la TE oferă o acoperire omnidirecțională de 360°, reducând nevoia de retransmisii ca urmare a semnalelor slabe care pot duce la consum de putere. Acestea echilibrează câștigul cu consumul de energie, optimizând performanța generală.

Aceste antene compacte sunt potrivite pentru aplicații cu spațiu limitat în care se pot integra perfect în spații înguste, cum ar fi puncte finale IoT mici, afișaje digitale și stații de încărcare EV. Antenele sunt consolidate pentru a oferi performanțe fiabile în condiții dificile, ceea ce le face mai puțin predispuse la deteriorări cauzate de vandalism sau factori de mediu.

VersAnte L000321-01 (Figura 1) este o antenă cu 3 porturi, cu profil redus, în formă de puc. Acesta oferă acoperire celulară 4G/5G, Wi-Fi și GNSS pentru a îndeplini cerințele unei varietăți de aplicații, de la puncte finale IoT la terminale inteligente și semnalizare digitală. Oferă performanțe ridicate într-o amprentă foarte mică, având o înălțime de 26,00 mm (1,024 inch) și un diametru de 90,2 mm (3,55 inch).

Figura 1: Antena celulară tip puc VersAnte L000321-01. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

În plus, TE oferă antenele tip dom cu 2 porturi L000322-01 și cu 3 porturi L000322-02 (Figura 2), fiecare cu două porturi celulare 4G/5G și un port GNSS opțional. Fiecare variantă măsoară 150 x 1,77 x 1,97 mm (5,90 x 1,77 x 1,97 inch).

Figura 2: Factorul de formă al antenelor VersAnte L000322-01 și L000322-02. (Sursa imaginii: TE Connectivity)

Concluzie

Cererea tot mai mare de noi aplicații wireless oferă proiectanților oportunități de a integra mai multe tehnologii de comunicații în produsele lor. Antenele VersAnte de la TE Connectivity sunt versatile și robuste și suportă mai multe tehnologii wireless într-un design compact și cu profil redus. Capacitatea lor de a funcționa atât pe suprafețe metalice, cât și nemetalice, combinată cu o clasificare IP67 și IP69K, le face foarte potrivite pentru o gamă largă de aplicații IoT în medii interioare și exterioare care necesită conectivitate fiabilă și de înaltă performanță.