Fabricante de antenas LoRa

Introducción

El objetivo de este artículo es hablar de las antenas LoRa, que son un elemento destacado de la tecnología LoRa. LoRa es una red de área amplia con un menor consumo de energía en comparación con otras redes de área amplia como Wi-Fi. Las redes LoRaWAN son populares entre muchas aplicaciones, siendo las aplicaciones IoT el dominio más destacado. Otros dominios de aplicación que utilizan LoRa WAN son las redes helio, la communicación máquina a máquina y las aplicaciones de detección. Las antenas LoRa son el principal facilitador de estas redes WAN. Transmiten y reciben señales LoRa en las siguientes bandas de frecuencia.

• 915 MHz - EE.UU.
• 868 MHz - Europa
• 433 MHz

En este artículo hablaremos de los tipos de antenas LoRa y de cómo funcionan. Además, esbozaremos algunas de las aplicaciones de las antenas LoRa y diferentes factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar, probar e instalar una antena LoRa en su aplicación.

¿Qué es LoRa?

LoRa son las siglas de communicación de largo alcance y baja potencia. Se basa en bandas de frecuencia ISM y se ha hecho muy popular con el auge de los dispositivos IoT. Dado que los dispositivos IoT necesitan funcionar en condiciones de baja potencia, es vital tener en cuenta la transmisión de datos de baja potencia. Se basa en la tecnología Chirp Spread Spectrum (CSS), en la que la información se embebe como pulsos chirp en las señales de radio antes de la transmisión. Por tanto, la tecnología LoRa es adecuada para transmitir pequeños fragmentos de datos a baja velocidad. A continuación podemos summar algunas características de la tecnología LoRa:

• Bajo consumo de energía
• Largo alcance
• Adecuado para pequeñas cantidades de datos
• Velocidades de datos bajas

Investiguemos ahora algunas de las aplicaciones commónicas de LoRa WAN. Algunas aplicaciones incluyen:

• Sistemas de supervisión inteligentes basados en IoT
• Sistemas de vigilancia de activos
• Sistemas inteligentes de asistencia médica
• Aplicaciones basadas en IoT en ciudades inteligentes
• Sistemas de control de la cadena de suministro

El papel de las antenas en los sistemas LoRa

Las antenas son un elemento crucial en los sistemas LoRa, ya que se encargan de transmitir y recibir señales de radio por el aire. Estas antenas también son responsables de mantener el rendimiento de estas redes LoRaWAN. La colocación correcta, el tipo de antena correcto y el rango de frecuencia correcto con la ganancia requerida de la antena LoRa determinan el rendimiento de la red LoRa WAN. Además, las antenas LoRa determinan la durabilidad del sistema LoRa y la duración de su batería, especialmente en los dispositivos IoT que utilizan la tecnología LoRa WAN. Además, otro aspecto importante de la elección de la antena correcta para las redes WAN LoRa es la adaptación de las impedancias con los elementos de RF frontales. Esto es importante porque garantiza la máxima transferencia de potencia entre los elementos de RF y la antena.

Tipos de antenas LoRa

Hablemos ahora de algunos de los tipos de antenas LoRa disponibles en el mercado. Cada tipo de antena está especializado en diferentes aplicaciones que atienden a diferentes especificaciones. A continuación se enumeran algunos de los tipos de antena LoRa y sus ventajas e inconvenientes:

• Antenas dipolo: Son los tipos de antena más sencillos y se utilizan sobre todo en sistemas IoT modulares diseñados como prototipos. Constan de dos elementos conductores de igual longitud colocados uno al lado del otro y alimentados con una fuente equilibrada. Las ventajas de estas antenas dipolo LoRa son su diseño sencillo y su fácil instalación. Además, estas antenas pueden funcionar en una amplia gama de frecuencias. Sin embargo, estas antenas dipolo no pueden funcionar a altas frecuencias, lo que aumenta la longitud de los elementos de la antena.
• Antenas monopolares: En comparación con las antenas dipolo, estas antenas tienen un solo elemento conductor unido a un plano de tierra. El sencillo diseño de las antenas monopolares las hace ideales para casos de uso sencillos en aplicaciones IoT y de fácil integración. Sin embargo, la principal desventaja de las antenas monopolo es que no pueden utilizarse en aplicaciones de alta ganancia. Además, requieren un plano de tierra para un funcionamiento eficiente, lo que dificultaría su integración en determinadas aplicaciones.
• Antenas direccionales: Estas antenas están disponibles en diferentes subcategorías, sin embargo, las antenas LoRa más destacadas son las antenas de bocina y helicoidales. Las antenas de parche también se están haciendo populares en diferentes aplicaciones IoT. Las ventajas de las antenas direccionales incluyen una alta ganancia, un rango de operación extendido y una menor susceptibilidad a las interferencias. Sin embargo, las antenas direccionales también presentan algunas desventajas, como un diseño complejo y una cobertura limitada.
• Antenas omnidireccionales: Las antenas omnidireccionales LoRa son una amplia categoría de antenas que consta de antenas dipolo y antenas monopolo. Sin embargo, pueden proporcionar una cobertura de 360, pero con un alcance de cobertura comprometido. Otra desventaja significativa de las antenas omnidireccionales es su gran susceptibilidad a las interferencias.

¿Cómo funcionan las antenas LoRa?

Las antenas LoRa funcionan en tres rangos de frecuencia principales:

• 915 MHz para EE.UU. y América del Norte
• 868 MHz para la UE
• 433 MHz para otras regiones

Las antenas LoRa transmiten señales de radio creadas por señales eléctricas alimentadas a un sintetizador de frecuencia que opera en uno o varios de los rangos de frecuencia mencionados. Las antenas LoRa también son capaces de recibir señales de radio que, a continuación, se envían a los elementos receptores de RF que descodificarán con éxito la información incorporada en la señal de radio. Sin embargo, hay una multitud de factores que afectan al rendimiento de las antenas LoRa, son:

• Frecuencia de funcionamiento: Las antenas LoRa deben ser capaces de funcionar fielmente en los rangos de frecuencia indicados anteriormente
• Nivel necesario de ganancia y directividad: Es esencial mantener la cantidad adecuada de ganancia y directividad para una transmisión eficaz.
• Colocación de la antena: Este aspecto es importante cuando se pretende transmitir en un entorno congestionado.
• Condiciones ambientales: Estas condiciones pueden imponer algunas interferencias inesperadas en las redes LoRa WAN, sin embargo, debido a la tecnología CSS esto no es de mayor preocupación a menos que en un escenario severo.
• Adaptación de impedancias adecuada: garantiza la máxima transferencia de potencia entre los elementos del sistema de RF y la antena.

Selección de la antena LoRa adecuada

Hay tres factores cruciales a tener en cuenta a la hora de seleccionar una antena LoRa para su aplicación LoRa WAN. Estos son:

• Banda de frecuencia compatible en su región de operación
• Requisitos de alcance de su aplicación
• Fidelidad esperada de la información transmitida y diferentes condiciones ambientales

Por ejemplo, la mayoría de los sistemas integrados utilizan antenas LoRa de parche o microstrip, lo que facilita su integración en el sistema. Sin embargo, en las aplicaciones de monitorización de la cadena de suministro pretenden utilizar antenas dipolo o direccionales comprendiendo zonas de instalación para lograr un rango de funcionamiento ampliado con alta fidelidad.

Instalación y colocación de antenas LoRa

Es esencial tener en cuenta la correcta instalación y colocación de las antenas LoRa para un funcionamiento óptimo de la red LoRaWAN. A continuación se enumeran algunos de los factores importantes que deben tenerse en cuenta,

• Asegurar la correcta conexión a tierra de los elementos de la antena, especialmente en antenas monopolo.
• Asegúrese de que el cableado de los elementos de antena es correcto.
• Asegúrese de cumplir las normas de resistencia a la intemperie previstas en función de las condiciones ambientales para proteger los elementos de la antena.
• Garantizar la orientación y la altura adecuadas de la antena para lograr una transmisión óptima con el grado previsto de línea de visión.

Pruebas y optimización del rendimiento de la antena LoRa

Otro aspecto importante de la red WAN LoRa es garantizar unas prácticas de mantenimiento adecuadas para un funcionamiento óptimo y duradero. Esto requiere pruebas y optimización. El rendimiento de la antena LoRa se evalúa por diferentes medios, como:

• Pruebas de alcance
• Pruebas de diagrama de radiación y polarización
• Medición de la intensidad de campo

Para llevar a cabo estas pruebas y mediciones se utilizan distintos equipos, como analizadores de espectro, analizadores de antena y analizadores de red. Además, con la popularidad de las radios definidas por software, aumentan las pruebas y mediciones basadas en software.

Tendencias futuras en antenas LoRa

Como se ha mencionado anteriormente, con la creciente popularidad de las radios y redes basadas en software, existe una tendencia futura en las redes LoRaWAN basadas en software. Además, con la creciente cantidad de dispositivos IoT, LoRa WAN proporciona una alternativa de bajo coste para un funcionamiento óptimo en términos de potencia sin comprender el rango de funcionamiento. Además, técnicas como la diversidad de antenas permiten optimizar las redes LoRaWAN existentes. También facilita la oportunidad de operar en múltiples rangos de frecuencia.

Conclusión

Hablamos de algunos de los tipos de antenas LoRa y sus casos de uso. A continuación, se investigó el principio básico de funcionamiento de las antenas LoRa. Además, se destacaron algunas de las diferentes técnicas de prueba y optimización para ayudarle con su próxima aplicación LoRa.