Fabricante de antenas LoRa

Introdução

Este artigo tem como objetivo discutir as antenas LoRa, que são um elemento proeminente na tecnologia LoRa. LoRa é uma rede de área ampla com menor consumo de energia em comparação com outras redes de área ampla, como Wi-Fi. As redes LoRaWAN são populares entre muitas aplicações, sendo as aplicações IoT o domínio mais proeminente. Outros domínios de aplicação que utilizam a LoRa WAN são as redes de hélio, a comunicação máquina-a-máquina e as aplicações de deteção. As antenas LoRa são o principal facilitador dessas redes WAN. Elas transmitem e recebem sinais LoRa nas seguintes bandas de frequência.

• 915 MHz - EUA
• 868 MHz - Europa
• 433 MHz

Neste artigo, discutiremos os tipos de antenas LoRa, e como eles operam. Além disso, descreveremos algumas das aplicações das antenas LoRa e diferentes fatores a serem considerados ao selecionar, testar e instalar uma antena LoRa em sua aplicação.

O que é LoRa?

LoRa significa comunicação de longo alcance de baixa potência. Baseia-se em bandas de frequência ISM e tornou-se amplamente popular com o aumento dos dispositivos IoT. Uma vez que os dispositivos IoT precisam de funcionar em condições de baixa potência, é vital considerar a transmissão de dados de baixa potência. Baseia-se na tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS), em que a informação é incorporada como impulsos chirp nos sinais de rádio antes da transmissão. Assim, a tecnologia LoRa é adequada para a transmissão de pequenos pedaços de dados a baixas taxas de dados. Agora podemos summar algumas caraterísticas da tecnologia LoRa como segue:

• Baixo consumo de energia
• Longo alcance
• Adequado para pequenos fragmentos de dados
• Taxas de dados baixas

Agora vamos investigar algumas das aplicações common da LoRa WAN. Algumas aplicações incluem:

• Sistemas de monitorização inteligentes baseados na IoT
• Sistemas de monitorização de activos
• Sistemas inteligentes de apoio médico
• Aplicações baseadas na IoT em cidades inteligentes
• Sistemas de monitorização da cadeia de abastecimento

O papel das antenas nos sistemas LoRa

As antenas são um elemento crucial nos sistemas LoRa, pois são responsáveis pela transmissão e receção de sinais de rádio pelo ar. Essas antenas também são responsáveis por manter o desempenho dessas redes LoRaWAN. A colocação correta, o tipo correto de antena e a faixa de frequência correta com o ganho necessário da antena LoRa determinam o desempenho da rede LoRa WAN. Além disso, as antenas LoRa determinam a durabilidade do sistema LoRa e a duração da bateria, especialmente em dispositivos IoT que utilizam a tecnologia LoRa WAN. Além disso, outro aspeto importante da escolha da antena correta para redes LoRa WAN envolve a correspondência das impedâncias com os elementos de RF front-end. Isso é importante, pois garante a máxima transferência de energia entre os elementos de RF e a antena.

Tipos de antenas LoRa

Agora vamos discutir alguns dos tipos de antenas LoRa disponíveis no mercado. Cada tipo de antena é especializado em diferentes aplicações, atendendo a diferentes especificações. Alguns dos tipos de antenas LoRa e suas vantagens e desvantagens estão listados abaixo:

• Antenas dipolo: Estes são os tipos de antena mais simples e são maioritariamente utilizados em sistemas IoT modulares concebidos como protótipos. Consistem em dois elementos condutores de igual comprimento colocados ponta a ponta alimentados por uma fonte balanceada. As vantagens dessas antenas dipolo LoRa são seu design simples e sua fácil instalação. Além disso, essas antenas podem operar em uma ampla gama de freqüências. No entanto, essas antenas dipolo não podem operar em altas freqüências, aumentando o comprimento dos elementos da antena.
• Antenas monopolo: Em comparação com as antenas dipolo, estas antenas têm um elemento condutor ligado a um plano de terra. O design simples das antenas monopolo torna-as ideais para casos de utilização simples em aplicações IoT e de fácil integração. No entanto, a principal desvantagem das antenas monopolo é que não são capazes de atender a aplicações de alto ganho. Além disso, requerem um plano de terra para um funcionamento eficiente, o que tornaria a sua integração em determinadas aplicações um desafio.
• Antenas direcionais: Essas antenas estão disponíveis em diferentes subcategorias, no entanto, as antenas LoRa mais proeminentes são as antenas de chifre e helicoidais. As antenas de patch também estão se tornando populares em diferentes aplicações de IoT. As vantagens das antenas direcionais incluem alto ganho, maior alcance de operação e menor suscetibilidade a interferências. No entanto, as antenas direcionais também apresentam algumas desvantagens, como uma conceção complexa e uma cobertura limitada.
• Antenas omnidirecionais: As antenas omnidirecionais LoRa são uma ampla categoria de antenas que consistem em antenas dipolo e monopolo. No entanto, elas podem fornecer uma cobertura de 360, mas com um alcance de cobertura comprometido. Outra desvantagem significativa das antenas omnidirecionais é sua grande suscetibilidade a interferências.

Como funcionam as antenas LoRa?

As antenas LoRa operam em três faixas principais de frequência:

• 915 MHz para os EUA e as Américas do Norte
• 868 MHz para a UE
• 433 MHz para outras regiões

As antenas LoRa transmitem sinais de rádio criados por sinais eléctricos alimentados por um sintetizador de frequências que opera numa ou em várias das gamas de frequências acima referidas. As antenas LoRa também são capazes de receber sinais de rádio que são então alimentados aos elementos receptores de RF que decodificarão com sucesso a informação embutida no sinal de rádio. No entanto, há uma infinidade de fatores que afetam o desempenho das antenas LoRa, são eles:

• Frequência de operação: As antenas LoRa devem ser capazes de operar fielmente nas faixas de frequência acima
• Nível necessário de ganho e de directividade: É essencial manter a quantidade adequada de ganho e directividade para uma transmissão eficiente.
• Colocação da antena: Este aspeto é importante quando a transmissão se destina a um ambiente congestionado.
• Condições ambientais: Essas condições podem impor algumas interferências inesperadas nas redes LoRa WAN, porém, devido à tecnologia CSS, isso não é uma preocupação maior, a não ser em um cenário grave.
• Correspondência correta da impedância: Garante a máxima transferência de potência entre os elementos do sistema de RF e a antena.

Selecionando a antena LoRa correta

Há três fatores cruciais a serem considerados ao selecionar uma antena LoRa para sua aplicação LoRa WAN. São eles:

• Banda de frequência compatível na sua região de funcionamento
• Requisitos de gama pretendidos para a sua aplicação
• Fidelidade esperada da informação transmitida e diferentes condições ambientais

Por exemplo, a maioria dos sistemas incorporados utiliza antenas LoRa patch ou microstrip, o que facilita a sua integração no sistema. No entanto, em aplicações de monitoramento da cadeia de suprimentos, eles pretendem usar antenas dipolo ou direcionais, compreendendo áreas de instalação para obter uma faixa estendida de operação com alta fidelidade.

Instalação e colocação de antenas LoRa

É essencial considerar a instalação e o posicionamento adequados das antenas LoRa para o funcionamento ideal da rede LoRaWAN. Alguns dos fatores importantes a serem considerados estão listados abaixo,

• Assegurar uma ligação à terra correta dos elementos da antena, especialmente nas antenas monopolo
• Assegurar a cablagem correta dos elementos da antena.
• Assegurar o cumprimento das normas de impermeabilização previstas em função das condições ambientais para proteger os elementos da antena.
• Assegurar a orientação adequada da antena e a sua colocação em altura para obter uma transmissão óptima com o grau esperado de linha de visão

Testando e otimizando o desempenho da antena LoRa

Outro aspeto importante da rede LoRa WAN é garantir práticas de manutenção adequadas para uma operação ideal e duradoura. Isso requer testes e otimização. O desempenho da antena LoRa é avaliado por diferentes meios, como:

• Teste de alcance
• Teste de padrão de radiação e polarização
• Medição da intensidade de campo

Para efetuar estes testes e medições, são utilizados diferentes equipamentos, como analisadores de espetro, analisadores de antenas e analisadores de rede. Além disso, com a popularidade dos rádios definidos por software, verifica-se uma popularidade crescente dos testes e medições baseados em software.

Tendências futuras das antenas LoRa

Como mencionado acima, com a crescente popularidade de rádios e redes baseadas em software, há uma tendência futura em redes LoRaWAN baseadas em software. Além disso, com o aumento da quantidade de dispositivos IoT, a LoRa WAN oferece uma alternativa de baixo custo para uma operação otimizada em termos de energia, sem comprometer o alcance da operação. Além disso, técnicas como a diversidade de antenas oferecem espaço para a otimização das redes LoRaWAN existentes. Isso também facilita a oportunidade de operar em várias faixas de frequência.

Conclusão

Discutimos alguns dos tipos de antenas LoRa e seus casos de uso. Além disso, algumas das diferentes técnicas de teste e otimização foram destacadas para ajudar na sua próxima aplicação LoRa.