Forbedring af IoT-applikationer med alsidige, kompakte antenner

At vælge den rigtige antenne kan være afgørende for, om en trådløs IoT-applikation (Internet of Things) bliver en succes. Hvis man vælger en antenne med høj ydeevne og fleksibilitet til at understøtte forskellige netværk, kan det gøre elektroniske applikationer mere attraktive.

Produktdesignere ser måske antenner som en passiv komponent, men efterhånden som de indarbejder nye funktioner for at udnytte IoT-økosystemer, bliver de i stigende grad en integreret del af elektroniske applikationers succes. Især med industrielle IoT-applikationer (IIoT) kan antenner, der understøtter flere trådløse netværk, give kritisk redundans, modstandsdygtighed og dækningsoptimering.

Ud over at understøtte Wi-Fi-applikationer er der et voksende behov for at indarbejde mobilantenner, der giver de kritiske funktioner, der er nødvendige for at sikre IoT-succes. Spektraleffektivitet er afgørende for at modvirke den interferens, der skabes af den voksende trådløse trafik. Energieffektivitet for at forlænge batteriets levetid er et andet vigtigt krav. Mange IoT-applikationer skal fungere i barske miljøer, som f.eks. udendørs ladestationer, hvor der er brug for robuste antenner, der kan modstå hårde vejrforhold eller hærværk.

Der er brug for højeffektive antenner for at sikre, at signalydelsen ikke påvirkes væsentligt af fysiske byggematerialer som beton eller metal. Ren, interferensfri transmission er i stigende grad afgørende for at undgå interferens og signalstøj, når trådløse tjenester konkurrerer om adgang. Den stigende efterspørgsel efter industrielle 5G-applikationer vil anspore designere til at indarbejde mikroceller og små celler for at overvinde 5G's manglende evne til at trænge igennem vinduer og vægge.

Forskellige netværk udmærker sig i bestemte områder, så produktdesignere, der bruger mere effektive antenner, kan opnå bredere dækning, både indendørs og udendørs, for at imødekomme kundernes behov. Lige så vigtigt er det, at produktdesignere kan fremtidssikre deres applikationer med den tilpasningsevne, som understøttelse af flere netværk giver.

Understøttelse af flere netværk kan gøre det muligt for leverandører og kunder at standardisere på én type antenne til at levere forbindelse i forskellige miljøer i stedet for at skulle håndtere kompleksiteten ved at have flere antenner på lager. Det giver også mulighed for at kombinere forskellige typer forbindelser for at afbalancere netværksbelastningen og fordele datatrafikken på flere veje for at forhindre overbelastning og optimere ydeevnen ved at vælge den bedste netværksmulighed til en given opgave. Kunderne kan vælge det mest omkostningseffektive netværk baseret på datakrav og undgå mobildata, når Wi-Fi er tilstrækkeligt.

Opfylder behovene i udfordrende miljøer

Trådløs forbindelse er ofte missionskritisk i en lang række miljøer, der giver mange udfordringer for produktdesignere.

Intelligente fabrikker kræver f.eks. pålidelig kommunikation mellem fabriksudstyr, sensorer og centrale styringssystemer, ofte i barske industrielle miljøer. I store lagerbygninger, hvor wi-fi- og mobilnetværk eksisterer side om side, kan multinetværksantenner sikre problemfri forbindelse til lagersporing og logistikstyring.

Højtydende antenner gør det muligt at placere sensorer på fjerntliggende steder for at høste data fra vejrstationer, luftkvalitetsmålere og for at spore aktiver eller implementere intelligente bygningsapplikationer. I landbruget kan de give vigtige oplysninger om jordens fugtighed, afgrødernes sundhed og driften af vandingssystemer.

Andre nye anvendelser omfatter ladestationer til elbiler, der skal kommunikere med backend-systemer uanset vejret; digital skiltning, der giver realtidsvisninger og -meddelelser; sikre opbevaringsløsninger, der kræver realtidsovervågning og adgangskontrol; og mobile billet- og passagerinformationssystemer.

Hver IoT-applikation har unikke krav, og produktdesignere skal tilpasse sig specifikke brugsscenarier sammen med miljø- og kommunikationskrav. IoT-enheder opererer på tværs af forskellige frekvensbånd, der kan påvirke ydeevnen; desuden kan den begrænsede plads til enheder gøre det udfordrende at integrere antenner uden at gå på kompromis med andre komponenter.

Nogle af de faktorer, man skal overveje, når man vælger den rigtige antenne til en IoT-applikation, er ydeevne, størrelse, pris og kompatibilitet. Det kan nemt få designere til at integrere forskellige antenner for at opfylde deres kunders behov, hvilket skaber komplekse support- og forsyningskædeproblemer.

Flere netværksprotokoller

LPWAN-protokoller (Low Power Wide Area Network) som f.eks. NB-IoT (narrow band IoT) understøtter lave datahastigheder og kræver lavt strømforbrug, høj forstærkning og høj effektivitet for at opretholde en stabil forbindelse over lange afstande. Applikationer kræver typisk rundstrålende antenner med et bredt udstrålingsmønster, der dækker store områder.

Wi-Fi-protokoller med kort rækkevidde understøtter derimod høje datahastigheder, men kræver lav forstærkning og høj effektivitet for at spare strøm og undgå interferens med andre enheder. Antennerne skal have et smalt udstrålingsmønster for at fokusere signalet.

Den cellulære IoT-protokol LTE CAT-1 tilbyder moderate datahastigheder og cellulær forbindelse med moderat rækkevidde til IoT-applikationer. Båndbredden varierer fra 1,4 MHz til 20 MHz, og protokollen understøtter peak downlink-hastigheder på op til 10 Mbit/s og peak uplink-hastigheder på op til 5 Mbit/s. Applikationer kan drage fordel af fuld duplex og lavt strømforbrug.

LTE CAT-M1 stræber efter en balance mellem datahastighed og strømeffektivitet. De har et meget lavt strømforbrug med antenner, der understøtter en båndbredde på 1,4 MHz og en maksimal downlink- og uplink-hastighed på 1 Mbit/s. Applikationer kan drage fordel af fuld eller halv duplex-kapacitet.

CAT-4 LTE-protokollen giver mulighed for betydeligt højere datahastigheder og lavere ventetid til mere krævende IoT-applikationer, herunder realtidsapplikationer. Protokollen giver fuld duplex med downlink-hastigheder på op til 150 Mbit/s og uplink på 50 Mbit/s.

Alsidige antenner

TE Connectivity (TE) tilbyder VersAnte-familien af multi-port IoT-antenner i en kompakt formfaktor, der kan levere kombinationer af 4G/5G-mobil-, Wi-Fi- og GNSS-dækning (Global Navigation Satellite System). Med muligheden for at integrere forskellige kommunikationsprotokoller i en enkelt antenne kan ingeniører forenkle deres design.

I modsætning til andre antenner, der kræver et bestemt jordplan for at fungere optimalt, er disse antenner uafhængige af jordplanet og kan monteres på både metalliske og ikke-metalliske overflader, hvilket giver designerne mulighed for at placere dem på steder, der optimerer signalmodtagelsen. Radomerne kan males med almindeligt tilgængelige, ikke-metalliske spraymalinger.

TE's VersAnte-antenner giver 360° retningsbestemt dækning, hvilket reducerer behovet for genudsendelser på grund af svage signaler, der kan resultere i strømforbrug. De afbalancerer forstærkning med strømforbrug og optimerer den samlede ydelse.

Disse kompakte antenner er velegnede til applikationer med begrænset plads, hvor de kan passe problemfrit ind i snævre rum, såsom små IoT-slutpunkter, digitale skærme og ladestationer til elbiler. Antennerne er robuste for at give pålidelig ydeevne under udfordrende forhold, hvilket gør dem mindre tilbøjelige til at blive beskadiget af vandalisme eller miljømæssige faktorer.

VersAnte L000321-01 (figur 1) er en 3-ports, lavprofileret, puckformet antenne. Den giver 4G/5G-mobil-, Wi-Fi- og GNSS-dækning for at opfylde behovene i en række applikationer, fra IoT-slutpunkter til smarte terminaler og digital skiltning. Med en højde på 26,00 mm (1,024 in.) og en diameter på 90,2 mm (3,55 in.) giver den høj ydeevne på et meget lille fodaftryk.

Figur 1: VersAnte-mobilpuck-antennen L000321-01. (Billedkilde: TE Connectivity))

TE tilbyder også 2-port L000322-01 og 3-port L000322-02 kuppelantenner (figur 2), hver med to 4G/5G-mobilporte og en valgfri GNSS-port. Hver variant måler 150 x 45 x 50 mm (5,90 x 1,77 x 1,97 in.).

Figur 2: Formfaktoren for VersAnte L000322-01- og L000322-02-antennerne. (Billedkilde: TE Connectivity))

Konklusion

Den voksende efterspørgsel efter nye trådløse applikationer giver muligheder for designere, der kan integrere flere kommunikationsteknologier i deres produkter. VersAnte-antennerne fra TE Connectivity er alsidige og robuste og understøtter flere trådløse teknologier i et kompakt design med lav profil. Deres evne til at fungere på både metalliske og ikke-metalliske overflader kombineret med en IP67- og IP69K-klassificering gør dem yderst velegnede til en bred vifte af IoT-applikationer i både indendørs og udendørs miljøer, der kræver pålidelig og højtydende forbindelse.