Forbedre IoT-utrustninger med allsidige, kompakte antenner

Valget av riktig antenne kan være avgjørende for suksessen til en trådløs utrustning for tingenes Internett (IoT – Internet of Things). Ved å velge en antenne som gir høy ytelse og har fleksibiliteten som trengs for å støtte ulike nettverk, kan den kommersielle appellen til elektroniske utrustninger forbedres.

Produktutviklere kan se på antenner som en passiv komponent, men etter hvert som de innlemmer nye funksjoner for å dra nytte av IoT-økosystemer, blir de i økende grad en vesentlig del av suksessen til elektroniske utrustninger. Antenner som støtter flere trådløse nettverk kan levere kritisk redundans, motstandsdyktighet og dekningsoptimalisering, spesielt i utrustninger for det industrielle tingenes Internett (IIoT – industrial IoT).

I tillegg til å støtte Wi-Fi-bruksområder, er det et økende behov for å innlemme mobilantenner som gir de kritiske funksjonene som trengs for å sikre IoT-suksess. Spektral virkningsgrad er viktig for å motvirke interferens forårsaket av stadig mer utvidet trådløs trafikk. Energieffektivitet for å forlenge batterilevetiden er et annet viktig krav. Mange IoT-utrustninger må fungere i tøffe miljøer, for eksempel utendørs ladestasjoner, der det er behov for robuste antenner som kan motstå ekstreme værforhold eller hærverk.

Svært effektive antenner er nødvendig for å sikre at signalytelsen ikke påvirkes vesentlig av fysiske konstruksjonsmaterialer som betong eller metall. Ren overføring uten interferens blir stadig viktigere for å unngå interferens og signalstøy når trådløse tjenester konkurrerer om tilgang. Økende etterspørsel etter industrielle 5G-utrustninger vil motivere konstruktører til å innlemme mikroceller og små celler for å få bukt med 5Gs manglende evne til å trenge gjennom vinduer og vegger.

Ulike nettverk utmerker seg på bestemte områder, slik at produktutviklere som bruker mer effektive antenner kan oppnå bredere dekning, enten innendørs eller utendørs, for å møte kundenes behov. Det er også viktig at produktkonstruktører kan fremtidssikre utrustningene sine med tilpasningsmulighetene som støtte for flere nettverk kan tilby.

Støtten for flere nettverk kan gjøre det mulig for leverandører og kunder å standardisere for én type antenne for å levere konnektivitet i ulike miljøer, i stedet for å administrere kompleksiteten forbundet med å ha en lagerbeholdning av flere antenner. Den gjør det også mulig å kombinere ulike konnektivitetstyper for å balansere nettverksbelastninger og distribuere datatrafikk på tvers av flere baner, for å forhindre overbelastning og optimalisere ytelsen ved å velge det beste nettverksalternativet for en gitt oppgave. Kunder kan velge det mest kostnadseffektive nettverket basert på datakrav, og unngå mobildata når Wi-Fi er tilstrekkelig.

Møte behovene for utfordrende miljøer

Trådløs konnektivitet er ofte oppgavekritisk i et bredt spekter av miljøer som byr på mange utfordringer for produktutviklere.

Smarte fabrikker, for eksempel, krever pålitelig kommunikasjon mellom fabrikkutstyr, sensorer og sentrale styringssystemer, ofte i tøffe industrimiljøer. I store lagerhus, der Wi-Fi og mobilnettverk eksisterer side om side, kan antenner for flere nettverk sikre sømløs konnektivitet for lagersporing og logistikkadministrasjon.

Antenner med høy ytelse gjør det mulig å distribuere sensorer på avsidesliggende steder for å innhente data fra værstasjoner og overvåkingsutstyr for luftkvalitet, samt spore ressurser eller implementere smarte utrustninger for bygninger. I landbruksindustrier kan de gi viktig informasjon om jordfuktighet, avlingshelse og drift av vanningssystemer.

Andre fremvoksende bruksområder omfatter ladestasjoner for elektriske kjøretøy som må kommunisere med backend-systemer uavhengig av vær; digital skilting som gir visninger og kunngjøringer i sanntid; sikre lagringsløsninger som krever sanntidsovervåking og tilgangskontroll; og mobile billettsystemer og passasjerinformasjonssystemer.

Hver IoT-utrustning har unike krav, og produktutviklere må tilpasse seg spesifikke brukstilfeller, i tillegg til krav forbundet med miljø og kommunikasjon. IoT-enheter er virksomme på tvers av forskjellige frekvensbånd som kan påvirke ytelsen. Den begrensede plassen for enheter kan også gjøre det utfordrende å integrere antenner uten at det går på bekostning av andre komponenter.

Noen av faktorene du må ta hensyn til når du skal velge riktig antenne for en IoT-utrustning, er ytelse, størrelse, kostnader og kompatibilitet. Disse kan lett få konstruktører til å integrere forskjellige antenner for å imøtekomme kundebehov, noe som kan skape komplekse kundestøtte- og forsyningskjedeproblemer.

Flere nettverksprotokoller

LPWAN-protokoller (LPWAN – Low Power Wide Area Network) med lav effekt, for eksempel smalbånds IoT (NB-IoT), støtter lave datahastigheter og krever lavt strømforbruk, høy forsterkning og høy virkningsgrad for å opprettholde stabil konnektivitet over lange avstander. Utrustninger krever vanligvis retningsuavhengige antenner som gir et bredt strålingsmønster og dekker store områder.

Wi-Fi-protokoller med kort rekkevidde støtter derimot høye datahastigheter, men de krever lav forsterkning og høy virkningsgrad for å spare strøm og unngå interferens med andre enheter. Antenner bør gi et smalt strålingsmønster for å fokusere signalet.

IoT-protokollen LTE CAT-1 for mobiltelefoni tilbyr moderate datahastigheter og mobil konnektivitet med moderat rekkevidde for IoT-utrustninger. Båndbreddemottak varierer fra 1,4 til 20 MHz, og protokollen støtter øvre nedlinkshastigheter på opptil 10 Mb/s og øvre nedlinkshastigheter på 5 Mb/s. Utrustninger kan dra nytte av full dupleks og lavt strømforbruk.

LTE CAT-M1 streber etter balanse mellom datahastighet og energieffektivitet. De krever svært lavt strømforbruk med antenner som støtter båndbredde på 1,4 MHz og øvre ned- og opplinkshastigheter på 1 Mb/s. Utrustninger kan dra nytte av full eller halv dupleks.

CAT-4 LTE-protokollen muliggjør betydelig høyere datahastigheter og lavere latenstid for mer krevende IoT-utrustninger, inkludert sanntidsbruksområder. Protokollen gir full dupleks med nedlinkshastigheter på opptil 150 Mb/s og opplinkshastigheter på 50 Mb/s.

Allsidige antenner

TE Connectivity (TE) tilbyr IoT-antenner i VersAnte-familien med flere porter, som kommer i en kompakt formfaktor som kan levere kombinasjoner av 4G/5G-mobiltelefoni, Wi-Fi og GNSS-dekning (GNSS – Global Navigation Satellite System). Med muligheten til å integrere forskjellige kommunikasjonsprotokoller i en enkelt antenne, kan teknikere forenkle konstruksjonene sine.

I motsetning til noen antenner som krever et bestemt jordplan for optimal ytelse, er disse antennene jordplanuavhengige, og de kan monteres på enten metalliske eller ikke-metalliske overflater, slik at konstruktører kan plassere dem på steder som optimaliserer signalmottak. Radomene (antennebeskyttelse for radarutstyr) kan males ved hjelp av vanlige ikke-metalliske sprøytemalinger.

VersAnte-antenner fra TE gir 360-graders retningsuavhengig dekning, noe som reduserer behovet for nysending på grunn av svake signaler som kan resultere i strømforbruk. De balanserer forsterkning med strømforbruk, og optimaliserer den totale ytelsen.

Disse kompakte antennene er egnet for utrustninger med begrenset plass, der de kan passe sømløst inn i trange rom, for eksempel små IoT-endepunkter, digitale displayer og ladestasjoner for elbiler. Antennene er robuste for å gi pålitelig ytelse under utfordrende forhold, noe som gjør dem mindre utsatt for skade fra hærverk eller miljøfaktorer.

VersAnte L000321-01 (figur 1) er en 3-ports, puck-formet antenne med lav profil. Den gir dekning for 4G/5G-mobiltelefoni, Wi-Fi og GNSS for å imøtekomme behovene til en rekke bruksområder, fra IoT-endepunkter til smarte terminaler til digital skilting. Med en høyde på 26,00 mm (1,024 tommer) og en diameter på 90,2 mm (3,55 tommer), gir den høy ytelse med svært lite format.

Figur 1: VersAnte L000321-01-puckantenne for mobiltelefoni. (Bildekilde: TE Connectivity)

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

Figur 2: Formfaktoren til VersAnte L000322-01- og L000322-02-antennene. (Bildekilde: TE Connectivity)

Konklusjon

Den økende etterspørselen etter nye trådløse utrustninger åpner opp muligheter for konstruktører, som nå kan integrere flere kommunikasjonsteknologier i produktene sine. VersAnte-antenner fra TE Connectivity er allsidige og robuste, og de støtter flere trådløse teknologier i en kompakt konstruksjon med lav profil. Muligheten til å fungere på både metalliske og ikke-metalliske overflater, kombinert med en IP67- og IP69K-klassifisering, gjør dem svært godt egnet for et bredt spekter av IoT-utrustninger, både innendørs og utendørs, som krever pålitelig konnektivitet med høy ytelse.