Produttore di antenne LoRa

Introduzione

Questo articolo si propone di discutere le antenne LoRa, che sono un elemento di spicco della tecnologia LoRa. LoRa è una rete ad ampio raggio con un consumo energetico inferiore rispetto ad altre reti ad ampio raggio come il Wi-Fi. Le reti LoRaWAN sono diffuse in molte applicazioni e le applicazioni IoT sono il settore più importante. Altri ambiti applicativi che utilizzano la LoRa WAN sono le reti elio, la comunicazione machine-to-machine e le applicazioni di rilevamento. Le antenne LoRa sono il principale facilitatore di queste reti WAN. Trasmettono e ricevono segnali LoRa nelle seguenti bande di frequenza.

• 915 MHz - USA
• 868 MHz - Europa
• 433 MHz

In questo articolo parleremo dei tipi di antenne LoRa e del loro funzionamento. Inoltre, illustreremo alcune delle applicazioni delle antenne LoRa e i diversi fattori da considerare quando si sceglie, si testa e si installa un'antenna LoRa nella propria applicazione.

Che cos'è LoRa?

LoRa è l'acronimo di comunicazione a basso consumo a lungo raggio. Si basa sulle bande di frequenza ISM ed è diventato ampiamente popolare con l'aumento dei dispositivi IoT. Poiché i dispositivi IoT devono funzionare in condizioni di basso consumo, è fondamentale considerare la trasmissione dei dati a basso consumo. Si basa sulla tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS), in cui le informazioni sono incorporate come impulsi chirp nei segnali radio prima della trasmissione. La tecnologia LoRa è quindi adatta alla trasmissione di piccole porzioni di dati a bassa velocità. Ora possiamo riassumere alcune caratteristiche della tecnologia LoRa come segue:

• Basso consumo energetico
• A lungo raggio
• Adatto per piccoli bit di dati
• Basse velocità di trasmissione dati

Analizziamo ora alcune delle applicazioni più comuni della LoRa WAN. Alcune applicazioni includono:

• Sistemi di monitoraggio intelligenti basati su IoT
• Sistemi di monitoraggio degli asset
• Sistemi di supporto medico intelligenti
• Applicazioni basate sull'IoT nelle città intelligenti
• Sistemi di monitoraggio della catena di approvvigionamento

Il ruolo delle antenne nei sistemi LoRa

Le antenne sono un elemento cruciale nei sistemi LoRa, in quanto sono responsabili della trasmissione e della ricezione di segnali radio via etere. Queste antenne sono anche responsabili del mantenimento delle prestazioni di queste reti LoRaWAN. Il corretto posizionamento, il corretto tipo di antenna e la corretta gamma di frequenza con il guadagno richiesto dell'antenna LoRa determinano le prestazioni della rete LoRa WAN. Inoltre, le antenne LoRa determinano la durata del sistema LoRa e la durata della batteria, soprattutto nei dispositivi IoT che utilizzano la tecnologia LoRa WAN. Un altro aspetto importante della scelta dell'antenna corretta per le reti LoRa WAN riguarda l'adattamento delle impedenze con gli elementi RF front-end. Questo aspetto è importante perché garantisce il massimo trasferimento di potenza tra gli elementi RF e l'antenna.

Tipi di antenne LoRa

Ora discutiamo alcuni dei tipi di antenne LoRa disponibili sul mercato. Ogni tipo di antenna è specializzato in diverse applicazioni e risponde a specifiche diverse. Di seguito sono elencati alcuni tipi di antenne LoRa e i loro vantaggi e svantaggi:

• Antenne a dipolo: Sono i tipi di antenna più semplici e vengono utilizzati soprattutto nei sistemi IoT modulari progettati come prototipi. Sono costituite da due elementi conduttivi di uguale lunghezza posti uno di fronte all'altro e alimentati con una sorgente bilanciata. I vantaggi di queste antenne LoRa a dipolo sono il design semplice e la facilità di installazione. Inoltre, queste antenne possono operare in un'ampia gamma di frequenze. Tuttavia, queste antenne a dipolo non possono funzionare a frequenze elevate, aumentando la lunghezza degli elementi dell'antenna.
• Antenne monopolo: Rispetto alle antenne a dipolo, queste antenne hanno un solo elemento conduttivo legato a un piano di massa. Il design semplice delle antenne a monopolo le rende ideali per casi d'uso semplici nelle applicazioni IoT e per una facile integrazione. Tuttavia, il principale svantaggio delle antenne a monopolo è che non sono in grado di soddisfare applicazioni ad alto guadagno. Inoltre, richiedono un piano di massa per un funzionamento efficiente, il che rende difficile la loro integrazione in alcune applicazioni.
• Antenne direzionali: Queste antenne sono disponibili in diverse sottocategorie, tuttavia le antenne LoRa più importanti sono le antenne a tromba e le antenne elicoidali. Anche le antenne patch stanno diventando popolari in diverse applicazioni IoT. I vantaggi delle antenne direzionali includono un elevato guadagno, un'ampia gamma di operazioni e una minore suscettibilità alle interferenze. Tuttavia, le antenne direzionali comportano anche alcuni svantaggi, come una progettazione complessa e una copertura limitata.
• Antenne omnidirezionali: Le antenne omnidirezionali LoRa sono un'ampia categoria di antenne che comprende sia antenne a dipolo che a monopolo. Tuttavia, possono fornire una copertura a 360 gradi, ma con un raggio di copertura compromesso. Un altro svantaggio significativo delle antenne omnidirezionali è la loro grande suscettibilità alle interferenze.

Come funzionano le antenne LoRa?

Le antenne LoRa operano in tre gamme di frequenza principali:

• 915 MHz per gli Stati Uniti e il Nord America
• 868 MHz per l'UE
• 433 MHz per altre regioni

Le antenne LoRa trasmettono segnali radio creati da segnali elettrici immessi in un sintetizzatore di frequenza che opera in una o più delle gamme di frequenza sopra indicate. Le antenne LoRa sono anche in grado di ricevere segnali radio che vengono poi inviati agli elementi di ricezione RF che decodificano con successo le informazioni incorporate nel segnale radio. Tuttavia, ci sono molti fattori che influenzano le prestazioni delle antenne LoRa:

• Frequenza operativa: Le antenne LoRa devono essere in grado di operare fedelmente nelle gamme di frequenza sopra indicate.
• Livello richiesto di guadagno e direttività: È essenziale mantenere la giusta quantità di guadagno e direttività per una trasmissione efficiente.
• Posizionamento dell'antenna: Questo aspetto è importante quando la trasmissione è prevista in un ambiente congestionato.
• Condizioni ambientali: Queste condizioni possono imporre alcune interferenze inaspettate nelle reti LoRa WAN, tuttavia, grazie alla tecnologia CSS, questo non è un problema maggiore, a meno che non si tratti di uno scenario grave.
• Corretto adattamento dell'impedenza: garantisce il massimo trasferimento di potenza tra gli elementi del sistema RF e l'antenna.

Selezione dell'antenna LoRa giusta

Nella scelta di un'antenna LoRa per la vostra applicazione LoRa WAN occorre tenere conto di tre fattori cruciali. Essi sono:

• Banda di frequenza compatibile nella regione in cui si opera
• Requisiti di portata previsti per l'applicazione
• Fedeltà prevista delle informazioni trasmesse e condizioni ambientali diverse

Ad esempio, la maggior parte dei sistemi embedded utilizza antenne LoRa a patch o a microstriscia, rendendole facili da integrare nel sistema. Tuttavia, nelle applicazioni di monitoraggio della catena di approvvigionamento si intende utilizzare antenne a dipolo o direzionali, comprendendo le aree di installazione per ottenere un raggio d'azione esteso con un'elevata fedeltà.

Installazione e posizionamento delle antenne LoRa

Per un funzionamento ottimale della rete LoRaWAN è essenziale considerare la corretta installazione e collocazione delle antenne LoRa. Di seguito sono elencati alcuni dei fattori importanti da considerare,

• Assicurare la corretta messa a terra degli elementi dell'antenna, soprattutto nelle antenne a monopolo.
• Assicurare il corretto cablaggio degli elementi dell'antenna.
• Assicurarsi di rispettare gli standard di protezione dalle intemperie previsti in base alle condizioni ambientali per proteggere gli elementi dell'antenna.
• Assicurare il corretto orientamento e posizionamento in altezza dell'antenna per ottenere una trasmissione ottimale con il grado di visibilità previsto.

Test e ottimizzazione delle prestazioni dell'antenna LoRa

Un altro aspetto importante della rete LoRa WAN è garantire pratiche di manutenzione adeguate per un funzionamento ottimale e duraturo. Ciò richiede test e ottimizzazioni. Le prestazioni delle antenne LoRa vengono valutate con diversi mezzi, quali:

• Test di gamma
• Test del modello di radiazione e della polarizzazione
• Misura dell'intensità di campo

Per effettuare questi test e queste misure si utilizzano diverse apparecchiature, come analizzatori di spettro, analizzatori di antenna e analizzatori di rete. Inoltre, con la diffusione delle radio definite dal software, la popolarità dei test e delle misure basati sul software è in aumento.

Tendenze future delle antenne LoRa

Come già menzionato, con la crescente popolarità delle radio e delle reti basate su software, si prevede una tendenza futura per le reti LoRaWAN basate su software. Inoltre, con la crescente quantità di dispositivi IoT, LoRa WAN offre un'alternativa a basso costo per un funzionamento ottimale in termini di potenza senza compromettere il raggio d'azione. Inoltre, tecniche come la diversità di antenna consentono di ottimizzare le reti LoRaWAN esistenti. Inoltre, facilitano l'opportunità di operare in più gamme di frequenza.

Conclusione

Abbiamo discusso alcuni tipi di antenne LoRa e i loro casi d'uso. Sono stati poi analizzati i principi di base del funzionamento delle antenne LoRa e sono state evidenziate alcune tecniche di test e ottimizzazione per aiutarvi a realizzare la vostra prossima applicazione LoRa.