Producent anten LoRa

Wprowadzenie

Niniejszy artykuł ma na celu omówienie anten LoRa, które są ważnym elementem technologii LoRa. LoRa to sieć rozległa o niższym zużyciu energii w porównaniu do innych sieci rozległych, takich jak Wi-Fi. Sieci LoRaWAN są popularne w wielu zastosowaniach, z których najważniejszą domeną są aplikacje IoT. Inne domeny aplikacji, które wykorzystują LoRa WAN, to sieci helowe, komunikacja maszyna-maszyna i aplikacje wykrywające. Anteny LoRa są głównym ułatwieniem dla takich sieci WAN. Nadają i odbierają sygnały LoRa w następujących pasmach częstotliwości.

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

W tym artykule omówimy rodzaje anten LoRa i sposób ich działania. Ponadto przedstawimy niektóre zastosowania anten LoRa i różne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze, testowaniu i instalowaniu anteny LoRa w aplikacji.

Czym jest LoRa?

LoRa to skrót od low-power long range communication. Jest ona oparta na pasmach częstotliwości ISM i stała się popularna wraz z rozwojem urządzeń IoT. Ponieważ urządzenia IoT muszą działać w warunkach niskiego poboru mocy, ważne jest, aby wziąć pod uwagę transmisję danych o niskiej mocy. Opiera się ona na technologii Chirp Spread Spectrum (CSS), w której informacje są osadzane jako impulsy chirp w sygnałach radiowych przed transmisją. W związku z tym technologia LoRa jest odpowiednia do przesyłania małych fragmentów danych przy niskich prędkościach transmisji danych. Teraz możemy summarize niektóre cechy technologii LoRa w następujący sposób:

• Niski pobór mocy
• Daleki zasięg
• Odpowiedni dla małych bitów danych
• Niskie szybkości transmisji danych

Przyjrzyjmy się teraz niektórym z zastosowań sieci LoRa WAN. Niektóre aplikacje obejmują:

• Inteligentne systemy monitorowania oparte na IoT
• Systemy monitorowania zasobów
• Inteligentne systemy wsparcia medycznego
• Aplikacje oparte na IoT w inteligentnych miastach
• Systemy monitorowania łańcucha dostaw

Rola anten w systemach LoRa

Anteny są kluczowym elementem systemów LoRa, ponieważ są odpowiedzialne za nadawanie i odbieranie sygnałów radiowych w powietrzu. Anteny te są również odpowiedzialne za utrzymanie wydajności tych sieci LoRaWAN. Prawidłowe umieszczenie, prawidłowy typ anteny i prawidłowy zakres częstotliwości z wymaganym zyskiem anteny LoRa określają wydajność sieci LoRa WAN. Co więcej, anteny LoRa określają trwałość systemu LoRa i jego żywotność baterii, zwłaszcza w urządzeniach IoT wykorzystujących technologię LoRa WAN. Co więcej, innym ważnym aspektem wyboru odpowiedniej anteny dla sieci LoRa WAN jest dopasowanie impedancji do elementów RF front-end. Jest to ważne, ponieważ zapewnia maksymalny transfer mocy między elementami RF a anteną.

Rodzaje anten LoRa

Omówmy teraz niektóre z typów anten LoRa dostępnych na rynku. Każdy typ anteny jest wyspecjalizowany w różnych zastosowaniach i spełnia różne specyfikacje. Poniżej wymieniono niektóre typy anten LoRa oraz ich zalety i wady:

• Anteny dipolowe: Są to najprostsze typy anten i są najczęściej używane w modułowych systemach IoT zaprojektowanych jako prototypy. Składają się one z dwóch elementów przewodzących o równej długości, umieszczonych obok siebie i zasilanych zrównoważonym źródłem. Zaletą tych dipolowych anten LoRa jest ich prosta konstrukcja i łatwa instalacja. Co więcej, anteny te mogą pracować w szerokim zakresie częstotliwości. Anteny dipolowe nie mogą jednak działać na wysokich częstotliwościach, co zwiększa długość elementów anteny.
• Anteny monopolowe: W porównaniu do anten dipolowych, anteny te mają jeden element przewodzący połączony z płaszczyzną uziemienia. Prosta konstrukcja anten monopolowych sprawia, że są one idealne do prostych przypadków użycia w aplikacjach IoT i łatwej integracji. Jednak główną wadą anten monopolowych jest to, że nie są one w stanie zaspokoić potrzeb aplikacji o dużym zysku. Co więcej, wymagają one płaszczyzny uziemienia do wydajnego działania, co utrudnia ich integrację w niektórych zastosowaniach.
• Anteny kierunkowe: Anteny te są dostępne w różnych podkategoriach, jednak najbardziej znanymi antenami LoRa są anteny tubowe i spiralne. Anteny Patch również stają się popularne w różnych aplikacjach IoT. Zalety anten kierunkowych obejmują wysoki zysk, rozszerzony zakres działania i mniejszą podatność na zakłócenia. Jednak anteny kierunkowe mają również pewne wady, takie jak złożona konstrukcja i ograniczony zasięg.
• Anteny dookólne: Anteny dookólne LoRa to szeroka kategoria anten składająca się zarówno z anten dipolowych, jak i monopolowych. Mogą one jednak zapewnić pokrycie 360, ale z ograniczonym zasięgiem. Inną istotną wadą anten dookólnych jest ich duża podatność na zakłócenia.

Jak działają anteny LoRa?

Anteny LoRa działają w trzech głównych zakresach częstotliwości:

• 915 MHz dla USA i Ameryki Północnej
• 868 MHz dla UE
• 433 MHz dla innych regionów

Anteny LoRa transmitują sygnały radiowe tworzone przez sygnały elektryczne podawane do syntezatora częstotliwości działającego w jednym lub wielu z powyższych zakresów częstotliwości. Anteny LoRa są również w stanie odbierać sygnały radiowe, które są następnie podawane do elementów odbiornika RF, które z powodzeniem dekodują informacje zawarte w sygnale radiowym. Istnieje jednak wiele czynników wpływających na wydajność anten LoRa, są to:

• Częstotliwość pracy: Anteny LoRa powinny być w stanie wiernie działać w powyższych zakresach częstotliwości
• Wymagany poziom wzmocnienia i kierunkowości: Niezbędne jest utrzymanie odpowiedniego poziomu wzmocnienia i kierunkowości w celu zapewnienia wydajnej transmisji.
• Umiejscowienie anteny: Ten aspekt jest ważny, gdy transmisja ma odbywać się w zatłoczonym środowisku.
• Warunki środowiskowe: Warunki te mogą powodować pewne nieoczekiwane zakłócenia w sieciach LoRa WAN, jednak ze względu na technologię CSS nie ma to większego znaczenia, chyba że w poważnym scenariuszu.
• Właściwe dopasowanie impedancji: Zapewnia to maksymalny transfer mocy między elementami systemu RF a anteną.

Wybór odpowiedniej anteny LoRa

Istnieją trzy główne czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze anteny LoRa do aplikacji LoRa WAN. Są to:

• Zgodne pasmo częstotliwości w regionie działania
• Wymagania dotyczące zasięgu aplikacji
• Oczekiwana wierność przekazywanych informacji i różne warunki środowiskowe

Na przykład większość systemów wbudowanych wykorzystuje anteny LoRa typu patch lub mikropaskowe, co ułatwia ich integrację z systemem. Jednak w aplikacjach do monitorowania łańcucha dostaw zamierzają używać anten dipolowych lub kierunkowych, obejmując obszary instalacji, aby uzyskać rozszerzony zasięg działania z wysoką wiernością.

Instalacja i rozmieszczenie anten LoRa

Aby zapewnić optymalne działanie sieci LoRaWAN, należy wziąć pod uwagę prawidłową instalację i rozmieszczenie anten LoRa. Poniżej wymieniono niektóre z ważnych czynników, które należy wziąć pod uwagę,

• Zapewnienie prawidłowego uziemienia elementów anteny, zwłaszcza w przypadku anten monopolowych.
• Zapewnić prawidłowe okablowanie elementów anteny.
• W celu ochrony elementów anteny należy przestrzegać przewidywanych standardów ochrony przed warunkami atmosferycznymi w zależności od warunków środowiskowych.
• Zapewnienie odpowiedniej orientacji i wysokości anteny w celu uzyskania optymalnej transmisji z oczekiwanym stopniem linii wzroku.

Testowanie i optymalizacja wydajności anteny LoRa

Innym ważnym aspektem sieci LoRa WAN jest zapewnienie odpowiednich praktyk konserwacyjnych dla optymalnego i trwałego działania. Wymaga to testowania i optymalizacji. Wydajność anteny LoRa jest oceniana za pomocą różnych środków, takich jak:

• Testowanie zasięgu
• Testowanie wzorca promieniowania i polaryzacji
• Pomiar natężenia pola

Do przeprowadzania tych testów i pomiarów wykorzystywane są różne urządzenia, takie jak analizatory widma, analizatory anten i analizatory sieci. Co więcej, wraz z popularnością radiotelefonów definiowanych programowo, rośnie popularność testów i pomiarów opartych na oprogramowaniu.

Przyszłe trendy w antenach LoRa

Jak wspomniano powyżej, wraz z rosnącą popularnością radiotelefonów i sieci opartych na oprogramowaniu, istnieje przyszły trend w sieciach LoRaWAN opartych na oprogramowaniu. Co więcej, wraz z rosnącą liczbą urządzeń IoT, LoRa WAN stanowi tanią alternatywę dla optymalnego działania pod względem mocy bez wpływu na zasięg działania. Co więcej, techniki takie jak różnorodność anten zapewniają miejsce na optymalizację istniejących sieci LoRaWAN. Ułatwia to również możliwość pracy w wielu zakresach częstotliwości.

Wnioski

Omówiliśmy niektóre rodzaje anten LoRa i ich przypadki użycia. Następnie zbadano podstawową zasadę działania anten LoRa, a także podkreślono niektóre z różnych technik testowania i optymalizacji, aby pomóc w następnej aplikacji LoRa.