الشركة المصنعة لهوائي LoRa

مقدمة

تهدف هذه المقالة إلى مناقشة هوائيات LoRa التي تعد عنصرًا بارزًا في تقنية LoRa. LoRa عبارة عن شبكة واسعة النطاق ذات استهلاك أقل للطاقة مقارنة بشبكات أخرى واسعة النطاق مثل Wi-Fi. تحظى شبكات LoRaWAN بشعبية بين العديد من التطبيقات مع كون تطبيقات إنترنت الأشياء هي المجال الأبرز. مجالات التطبيق الأخرى التي تستخدم شبكات LoRa WAN هي شبكات LoRa WAN، الاتصال من آلة إلى آلة، وتطبيقات الاستشعار. هوائيات LoRa هي الميسر الرئيسي لشبكات WAN هذه. تقوم بإرسال واستقبال إشارات LoRa في نطاقات التردد التالية.

• 915 MHz - الولايات المتحدة الأمريكية
• 868 MHz - أوروبا
• 433 MHz

في هذه المقالة، سنناقش في هذه المقالة أنواع هوائيات LoRa، وكيف تعمل. علاوة على ذلك، سنقوم بتوضيح بعض تطبيقات هوائيات LoRa والعوامل المختلفة التي يجب مراعاتها عند الاختيار، اختبار، وتركيب هوائي LoRa في تطبيقك.

ما هو LoRa؟

يرمز LoRa إلى الاتصالات طويلة المدى منخفضة الطاقة. يعتمد على نطاقات تردد ISM وأصبح شائعًا على نطاق واسع مع ظهور أجهزة إنترنت الأشياء. نظرًا لأن أجهزة إنترنت الأشياء تحتاج إلى العمل في ظل ظروف منخفضة الطاقة، فمن الضروري النظر في نقل البيانات منخفضة الطاقة. وهي تعتمد على تقنية الطيف الترددي المنتشر (CSS) حيث يتم تضمين المعلومات كنبضات غرد في إشارات الراديو قبل الإرسال. وبالتالي، فإن تقنية LoRa مناسبة لنقل أجزاء صغيرة من البيانات بمعدلات بيانات منخفضة. يمكننا الآن تلخيص بعض خصائص تقنية LoRa على النحو التالي:

• استهلاك منخفض للطاقة
• بعيد المدى
• مناسبة للقطع الصغيرة من البيانات
• معدلات بيانات منخفضة

دعونا الآن نتحقق من بعض التطبيقات الشائعة لشبكة LoRa WAN. تتضمن بعض التطبيقات ما يلي:

• أنظمة المراقبة الذكية القائمة على إنترنت الأشياء
• أنظمة مراقبة الأصول
• أنظمة الدعم الطبي الذكية
• التطبيقات القائمة على إنترنت الأشياء في المدن الذكية
• أنظمة مراقبة سلسلة التوريد

دور الهوائيات في أنظمة LoRa

تعد الهوائيات عنصرًا حاسمًا في أنظمة LoRa، لأنها مسؤولة عن إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية عبر الأثير. هذه الهوائيات مسؤولة أيضًا عن الحفاظ على أداء شبكات LoRaWAN هذه. الموضع الصحيح, نوع الهوائي الصحيح, ونطاق التردد الصحيح مع الكسب المطلوب لهوائي LoRa يحدد أداء شبكة LoRa WAN. علاوة على ذلك، تحدد هوائيات LoRa متانة نظام LoRa وعمر بطاريته خاصة في أجهزة إنترنت الأشياء التي تستخدم تقنية LoRa WAN. علاوة على ذلك، جانب آخر مهم لاختيار الهوائي الصحيح لشبكات LoRa WAN يتضمن مطابقة المعاوقات مع عناصر التردد اللاسلكي الأمامية. هذا مهم لأنه يضمن أقصى قدر من نقل الطاقة بين عناصر التردد اللاسلكي والهوائي.

أنواع هوائيات LoRa

دعونا الآن نناقش بعض أنواع هوائيات LoRa المتوفرة في السوق. كل نوع هوائي متخصص في تطبيقات مختلفة تلبي مواصفات مختلفة. فيما يلي بعض أنواع هوائيات LoRa ومزاياها وعيوبها:

• الهوائيات ثنائية القطب: هذه هي أبسط أنواع الهوائيات وتستخدم في الغالب في أنظمة إنترنت الأشياء المعيارية المصممة كنماذج أولية. وهي تتألف من عنصرين موصلين متساويين في الطول يوضعان من طرف إلى طرف ويتم تغذيتهما بمصدر متوازن. تتمثل مزايا هوائيات LoRa ثنائية القطب هذه في تصميمها البسيط وسهولة تركيبها. علاوة على ذلك، يمكن أن تعمل هذه الهوائيات في نطاق واسع من الترددات. ومع ذلك، لا يمكن لهذه الهوائيات ثنائية القطب أن تعمل بترددات عالية، مما يزيد من طول عناصر الهوائي.
• هوائيات أحادية القطب: بالمقارنة مع الهوائيات ثنائية القطب، تحتوي هذه الهوائيات بدلاً من ذلك على عنصر موصل واحد مرتبط بمستوى أرضي. إن التصميم البسيط للهوائيات أحادية القطب يجعلها مثالية لحالات الاستخدام البسيطة في تطبيقات إنترنت الأشياء وسهولة التكامل. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي للهوائيات أحادية القطب هو أنها غير قادرة على تلبية التطبيقات ذات الكسب العالي. وعلاوة على ذلك، فإنها تتطلب مستوى أرضي للتشغيل الفعال، مما يجعل تكاملها في بعض التطبيقات أمراً صعباً.
• الهوائيات الاتجاهية: تتوفر هذه الهوائيات في فئات فرعية مختلفة، ومع ذلك، فإن أبرز هوائيات LoRa هي الهوائيات ذات البوق والهوائيات الحلزونية. كما أصبحت هوائيات الرقعة شائعة أيضاً مع تطبيقات إنترنت الأشياء المختلفة. تشمل مزايا الهوائيات الاتجاهية الكسب العالي ونطاق التشغيل الممتد وقابلية أقل للتداخل. ومع ذلك، تفرض الهوائيات الاتجاهية أيضاً بعض العيوب مثل التصميم المعقد والتغطية المحدودة.
• هوائيات متعددة الاتجاهات: هوائيات LoRa متعددة الاتجاهات هي فئة واسعة من الهوائيات التي تتكون من هوائيات ثنائية القطب وأحادية القطب. ومع ذلك، يمكن أن توفر تغطية 360 ولكن مع نطاق تغطية ضعيف. ومن العيوب المهمة الأخرى للهوائيات متعددة الاتجاهات قابليتها الكبيرة للتداخل.

كيف تعمل هوائيات LoRa؟

تعمل هوائيات LoRa في ثلاثة نطاقات تردد رئيسية:

• 915 MHz للولايات المتحدة الأمريكية وأمريكا الشمالية
• 868 MHz للاتحاد الأوروبي 868 MHz للاتحاد الأوروبي
• 433 MHz للمناطق الأخرى

تقوم هوائيات LoRa بإرسال الإشارات اللاسلكية التي يتم إنشاؤها بواسطة إشارات كهربائية يتم تغذيتها في مركب تردد يعمل في واحد أو أكثر من نطاقات التردد المذكورة أعلاه. كما أن هوائيات LoRa قادرة على استقبال الإشارات اللاسلكية التي يتم تغذيتها بعد ذلك إلى عناصر استقبال الترددات اللاسلكية التي ستقوم بفك تشفير المعلومات المضمنة في إشارة الراديو بنجاح. ومع ذلك, هناك العديد من العوامل التي تؤثر على أداء هوائيات LoRa, هم:

• تردد التشغيل: يجب أن تكون هوائيات LoRa قادرة على العمل بأمانة في نطاقات التردد المذكورة أعلاه
• المستوى المطلوب من الكسب والاتجاهية: من الضروري الحفاظ على المقدار المناسب من الكسب والاتجاهية للإرسال الفعال.
• وضع الهوائي: هذا الجانب مهم عندما يكون الإرسال مقصوداً في بيئة مزدحمة.
• الظروف البيئية: يمكن أن تفرض هذه الظروف بعض التداخلات غير المتوقعة في شبكات LoRa WAN، ومع ذلك، نظرًا لتقنية CSS، فإن هذا لا يمثل مصدر قلق كبير إلا في سيناريو شديد.
• مطابقة المعاوقة المناسبة: يضمن ذلك أقصى قدر من نقل الطاقة بين العناصر مع نظام التردد اللاسلكي والهوائي.

اختيار هوائي LoRa المناسب

هناك ثلاثة عوامل رئيسية حاسمة يجب مراعاتها عند اختيار هوائي LoRa لتطبيق LoRa WAN الخاص بك. وهي:

• نطاق التردد المتوافق في منطقة التشغيل الخاصة بك
• متطلبات النطاق المقصود لتطبيقك
• الدقة المتوقعة للمعلومات المنقولة والظروف البيئية المختلفة

على سبيل المثال، تستخدم معظم الأنظمة المدمجة إما هوائيات LoRa ذات الرقعة أو الهوائيات المجهرية الشريطية، مما يسهل دمجها في النظام. ومع ذلك، في تطبيقات مراقبة سلسلة التوريد، فإنهم يعتزمون استخدام هوائيات ثنائية القطب أو الهوائيات الاتجاهية من خلال تضمين مناطق التثبيت لتحقيق نطاق تشغيل ممتد بدقة عالية.

تركيب هوائيات LoRa ووضعها في أماكنها

من الضروري مراعاة التركيب الصحيح لهوائيات LoRa ووضعها في مكانها الصحيح من أجل التشغيل الأمثل لشبكة LoRaWAN. فيما يلي بعض العوامل المهمة التي يجب مراعاتها,

• تأكد من التأريض المناسب لعناصر الهوائي، خاصة في الهوائيات أحادية القطب
• تأكد من توصيل الكابلات المناسبة لعناصر الهوائي.
• تأكد من الالتزام بمعايير مقاومة الطقس المتوقعة حسب الظروف البيئية لحماية عناصر الهوائي.
• تأكد من التوجيه المناسب للهوائي ووضع الهوائي على ارتفاع مناسب لتحقيق الإرسال الأمثل مع درجة خط الرؤية المتوقعة

اختبار أداء هوائي LoRa وتحسينه

جانب آخر مهم لشبكة LoRa WAN هو ضمان ممارسات الصيانة المناسبة للتشغيل الأمثل والدائم. وهذا يتطلب الاختبار والتحسين. يتم تقييم أداء هوائي LoRa بوسائل مختلفة مثل:

• اختبار المدى
• اختبار نمط الإشعاع والاستقطاب
• قياس قوة المجال

ولإجراء هذه الاختبارات والقياسات يتم استخدام معدات مختلفة مثل أجهزة تحليل الطيف وأجهزة تحليل الهوائي وأجهزة تحليل الشبكات. وعلاوة على ذلك، ومع انتشار أجهزة الراديو المعرفة بالبرمجيات، تزداد شعبية الاختبارات والقياسات القائمة على البرمجيات.

الاتجاهات المستقبلية في هوائيات LoRa

كما ذكر أعلاه، مع تزايد شعبية أجهزة الراديو والشبكات القائمة على البرامج، هناك اتجاه مستقبلي في شبكات LoRaWAN القائمة على البرامج. علاوة على ذلك، مع تزايد عدد أجهزة إنترنت الأشياء، توفر شبكة LoRa WAN بديلاً منخفض التكلفة للتشغيل الأمثل من حيث الطاقة دون أن يشمل نطاق التشغيل. علاوة على ذلك، توفر تقنيات مثل تنوع الهوائي مجالاً لتحسين شبكات LoRaWAN الحالية. كما أنها تسهل فرصة التشغيل في نطاقات تردد متعددة.

الخاتمة

ناقشنا بعض أنواع هوائيات LoRa وحالات استخدامها. بعد ذلك، تم بحث مبدأ العمل الأساسي لهوائيات LoRa، علاوة على ذلك، تم تسليط الضوء على بعض تقنيات الاختبار والتحسين المختلفة للمساعدة في تطبيق LoRa التالي.