Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (IoT) έχει επηρεάσει τη ζωή και την εργασία σχεδόν όλων τον τελευταίο καιρό. Για ορισμένους, η ενασχόλησή τους με το IoT είναι τόσο απλή όσο η χρήση ενός έξυπνου ρολογιού για την παρακολούθηση των διατροφικών τους συνηθειών ή της άσκησης. Μπορούν επίσης να επωφεληθούν από τον έξυπνο μετρητή της εταιρείας κοινής ωφέλειας για να εξοικονομήσουν ενέργεια και να διατηρήσουν τους λογαριασμούς υπό έλεγχο. Αυτές οι δεσμεύσεις υπογραμμίζουν τη σημασία της επιλογής ασύρματης σύνδεσης και κεραίας σε εφαρμογές IoT.

Στο άλλο άκρο, έχει καταστεί δυνατή η σύνδεση των πάντων, συμπεριλαμβανομένων των συσκευών, του φωτισμού, της θέρμανσης, των κλειδαριών θυρών και της ασφάλειας και των ηλιακών συλλεκτών, που ελέγχονται και διαχειρίζονται μέσω ενός οικιακού ψηφιακού βοηθού.

Εκτός οικιακών περιβαλλόντων, οι περιπτώσεις βιομηχανικής και επαγγελματικής χρήσης είναι συνήθως πιο διαφορετικές. Αυτά στοχεύουν στην αυτοματοποίηση των κτιριακών συστημάτων για τη βελτίωση της απόδοσης και τη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα. Περιλαμβάνουν επίσης τη συλλογή τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων για τη βελτίωση του ελέγχου διαδικασιών, του επιχειρηματικού σχεδιασμού, της διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων, της συντήρησης εξοπλισμού και πολλά άλλα. Αυτά τα δεδομένα βοηθούν στη βελτίωση της διαχείρισης ενέργειας και απορριμμάτων, ακόμη και στη σύλληψη και σχεδιασμό νέων προϊόντων.

Τελευταία ασύρματα πρωτόκολλα

Οι ασύρματες τεχνολογίες προσφέρουν πολλά εγγενή πλεονεκτήματα για τη σύνδεση συσκευών IoT. Η ευελιξία ξεχωρίζει ως βασικό πλεονέκτημα, η οποία επιτρέπει την ανάπτυξη συσκευών σε διάφορες τοποθεσίες, χωρίς περιορισμούς από φυσική καλωδίωση. Η εγκατάσταση νέων καλωδίων στο σπίτι, το γραφείο ή το εργοστάσιο μπορεί να είναι ενοχλητική. Η επιλογή ασύρματης σύνδεσης και κεραίας είναι συχνά οικονομικά αποδοτική, ειδικά για μεγάλης κλίμακας αναπτύξεις IoT, και επιτρέπει εύκολη, φθηνή επεκτασιμότητα.

Η κινητικότητα είναι ένα άλλο πλεονέκτημα, που προσφέρει έναν ισχυρό παράγοντα ενεργοποίησης σε εφαρμογές όπως φορητές συσκευές και παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων. Επιπλέον, η ενεργειακή απόδοση των ασύρματων τεχνολογιών μπορεί να είναι σημαντική σε συσκευές IoT που λειτουργούν με μπαταρία.

Επιλογές ασύρματης σύνδεσης

Οι τυποποιημένες ασύρματες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές IoT περιλαμβάνουν το NFC, το οποίο είναι ιδανικό για ανταλλαγές δεδομένων μικρής διάρκειας σε αποστάσεις μερικών εκατοστών. Η ενέργεια που περιέχεται στο πεδίο ραδιοσυχνοτήτων που εκπέμπεται από μια συσκευή ανάγνωσης NFC μπορεί να είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει το κύκλωμα του δέκτη για την ανάκτηση και τη μετάδοση απομνημονευμένων δεδομένων όπως απαιτείται.

Η συνδεσιμότητα Bluetooth προσφέρει κινητικότητα και επιτρέπει ευελιξία στη μηχανική του ρυθμού δεδομένων, της εμβέλειας και της κατανάλωσης ενέργειας ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις μιας δεδομένης εφαρμογής. Επιτρέπει συνδέσεις από σημείο σε σημείο και πλέγμα και οι πιο πρόσφατες εκδόσεις υποστηρίζουν επίσης εύρεση κατεύθυνσης και ανίχνευση τοποθεσίας. Σχεδιασμένο από την αρχή για δικτύωση πλέγματος, το Zigbee έχει παρόμοια χαρακτηριστικά.

Οι χρήστες ενδέχεται να προτιμούν το Wi-Fi σε περιπτώσεις όπου απαιτείται μεγαλύτερη εμβέλεια, υψηλότεροι ρυθμοί δεδομένων ή μεγαλύτερη χωρητικότητα σύνδεσης. Αρκετές γενιές Wi-Fi παραμένουν σε υπηρεσία, μέχρι το Wi-Fi 6, το οποίο έχει θεωρητικό μέγιστο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 9.6 Gbps. Το Wi-Fi 6 διαθέτει επίσης ευέλικτη κατανομή καναλιών και τεχνικές για τη μείωση των παρεμβολών και του χρόνου αναμονής για σύνδεση στο δίκτυο. Επιπλέον, η διαμόρφωση δέσμης του μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα μετάδοσης δεδομένων και να ενισχύσει την ασφάλεια WPA3.

In Εφαρμογές IoT που χρειάζονται μεγαλύτερη εμβέλεια και μεγαλύτερη κινητικότητα, οι επιλογές περιλαμβάνουν κυψελοειδές και χαμηλής ισχύος τεχνολογίες δικτύου ευρείας περιοχής (LPWAN) όπως το LoRa και το Sigfox. Καθώς τα παλαιού τύπου δίκτυα απενεργοποιούνται, οι παλαιότερες συνδέσεις δεδομένων 2.5G και 3G δίνουν τη θέση τους σε πρότυπα όπως το LTE-M και το NB-IoT που χρησιμοποιούν τα πιο πρόσφατα δίκτυα LTE και 5G. Αυτά είναι βελτιστοποιημένα για να καλύπτουν τις ανάγκες των εφαρμογών IoT, οι οποίες συνήθως απαιτούν συχνές ανταλλαγές που περιλαμβάνουν μικρές ποσότητες δεδομένων.

Συσκευές όπως οι ανιχνευτές περιουσιακών στοιχείων μπορούν να βασίζονται σε αστερισμούς δορυφόρου πλοήγησης (γενικά αποκαλούμενα παγκόσμια δορυφορικά συστήματα πλοήγησης ή GNSS). Παραδείγματα περιλαμβάνουν τα GPS, Galileo, GLONASS και BeiDou. Οι δέκτες πολλαπλών αστερισμών μπορούν να επωφεληθούν από μια πιο στιβαρή και ισχυρή διαθεσιμότητα δεδομένων τοποθεσίας.

Ορισμένοι δέκτες μπορούν να προσφέρουν πρόσβαση σε ειδικές υπηρεσίες υψηλής ακρίβειας που παρέχονται από δορυφορικούς φορείς εκμετάλλευσης. Ένας ανιχνευτής μπορεί να υπολογίσει την τοποθεσία χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο υποσύστημα GNSS και να μοιραστεί αυτές τις πληροφορίες με την κεντρική εφαρμογή IoT μέσω ασύρματης σύνδεσης, όπως LPWAN ή κινητής τηλεφωνίας.

Επιλογή ασύρματης και κεραίας

ουσιαστικά, μια κεραία μεταφέρει σήματα μεταξύ της ηλεκτρομαγνητικής και της ηλεκτρικής περιοχής, αξιοποιώντας τον συντονισμό στη συχνότητα του φορέα RF. Αυτό απαιτεί το ενεργό μήκος της κεραίας να είναι ένα συγκεκριμένο κλάσμα του μήκους κύματος του φέροντος σήματος.

Ως εκ τούτου, το μέγεθος είναι σημαντικό όταν εξετάζετε την επιλογή ασύρματης σύνδεσης και κεραίας. Το μέγεθος σχετίζεται άμεσα με τη ζώνη συχνοτήτων στην οποία λειτουργεί η κεραία. Αυτό εξαρτάται από την επιλεγμένη ασύρματη τεχνολογία και τη σχετική συχνότητα λειτουργίας.

Επιπλέον, η συσκευασία της κεραίας είναι ένα κρίσιμο ζήτημα που επηρεάζει την επιλογή εξαρτημάτων. Οι συσκευές IoT μπορεί να υπόκεινται σε αυστηρούς περιορισμούς μεγέθους. Αυτό απαιτεί οι κεραίες να είναι μικρές ενώ προσφέρουν υψηλή απόδοση. Συχνά απαιτείται σφράγιση, ιδιαίτερα σε αντικείμενα όπως αισθητήρες τηλεχειρισμού και έξυπνοι μετρητές, που μπορεί να εκτεθούν σε σκληρές συνθήκες και αναμένεται να παραμείνουν σε λειτουργία για παρατεταμένες περιόδους.

Ένα χαρτοφυλάκιο που προσφέρει μια επιλογή από βάσεις PCB, εσωτερικά τοποθετημένες και εξωτερικές κεραίες, βελτιστοποιημένες για συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων και ασύρματες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές IoT, μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές να επιλέξουν τον καλύτερο τύπο για την εφαρμογή τους. Τέτοια χαρτοφυλάκια προσφέρουν διαφορετικούς τύπους και μεγέθη, επιλογές όπως συγκολλημένες ή ομοαξονικές συνδέσεις και εξαρτήματα βελτιστοποιημένα για συγκεκριμένες τεχνολογίες, όπως κεραίες NFC και GNSS.

Κεραίες NFC

Διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν την επιλογή ασύρματης σύνδεσης και κεραίας για εφαρμογές NFC. Το NFC λειτουργεί στα 13.56 MHz, επομένως η κεραία πρέπει να είναι σχεδιασμένη ώστε να αντηχεί σε αυτή τη συγκεκριμένη συχνότητα για να διασφαλίζεται η βέλτιστη επικοινωνία. Οι κεραίες με σύρμα και οι κεραίες βρόχου διατίθενται συνήθως ως εξαρτήματα εκτός ραφιού.

Ενώ το πραγματικό μήκος της κεραίας σχετίζεται με τη συχνότητα λειτουργίας, οι κεραίες NFC διαδραματίζουν επίσης ρόλο στη συλλογή ενέργειας από το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων που εκπέμπεται από συσκευές ανάγνωσης για την ενεργοποίηση του ενσωματωμένου μικροελεγκτή, της μνήμης και του πρόσθετου υλικού της συσκευής IoT που μπορεί να περιλαμβάνει IC ασφαλείας. να συγκεντρώσει και να διαβιβάσει τα δεδομένα που ζητούνται από τον αναγνώστη.

Η τελική επιλογή μπορεί να εξαρτάται από μεταβλητές όπως ο παράγοντας μορφής της συσκευής και το επιθυμητό εύρος ανάγνωσης. Συνήθως, οι μικρότερες κεραίες είναι συμπαγείς, αλλά προσφέρουν μικρότερες περιοχές ανάγνωσης, ενώ οι μεγαλύτερες κεραίες παρέχουν μεγαλύτερες περιοχές ανάγνωσης. Ο διαθέσιμος χώρος στη συσκευή ή την εφαρμογή θα υπαγορεύσει το μέγεθος της κεραίας.

Γενικά, ορισμένες κεραίες NFC μπορεί να είναι πιο ευαίσθητες στον προσανατολισμό από άλλες, κάτι που μπορεί να απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή κατά την επιλογή ενός συγκεκριμένου μοντέλου και τον προσδιορισμό της βέλτιστης θέσης του στη συσκευή. Μπορεί να ενσωματωθεί στην πλακέτα κυκλώματος ή να στερεωθεί στο περίβλημα.

Μεταλλικά αντικείμενα, ηλεκτρικές παρεμβολές και άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση της κεραίας. Μπορεί να απαιτείται θωράκιση ή κατάλληλη τοποθέτηση. Η σωστή αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης μεταξύ του τσιπ/μονάδας NFC και της κεραίας είναι απαραίτητη για τη μεγιστοποίηση της μεταφοράς ισχύος και την ελαχιστοποίηση της απώλειας σήματος.

Κεραίες για κοινώς χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες

Για ασύρματες τεχνολογίες όπως το Bluetooth και το Wi-Fi που λειτουργούν στα 2.4 GHz, καθώς και οι τεχνολογίες κινητής τηλεφωνίας και LPWAN, υπάρχει μια ευρεία επιλογή από βάσεις PCB, εσωτερικές και εξωτερικές κεραίες. Η επιλογή εξαρτάται από παράγοντες όπως ο παράγοντας μορφής της συσκευής, οι περιορισμοί μεγέθους και το επιθυμητό εύρος επικοινωνίας.

Οι κεραίες μεγέθους chip είναι διαθέσιμες για εφαρμογές Bluetooth και Wi-Fi 2/3/4 στις ζώνες συχνοτήτων 2.4 GHz για βιομηχανικές, επιστημονικές και ιατρικές εφαρμογές (γνωστές ως ζώνες ISM).

Οι εξωτερικές κεραίες τείνουν να είναι είτε μονοπολικού είτε διπολικού σχεδιασμού. Ένας μονοπολικός τύπος αποτελείται από ένα μόνο καλώδιο που απαιτεί ένα επίπεδο γείωσης για να αντανακλά τα ραδιοκύματα και να βοηθήσει στη διαμόρφωση του σχεδίου ακτινοβολίας. Το μοτίβο είναι πανκατευθυντικό.

Ο δίπολος τύπος έχει δύο αγώγιμα στοιχεία που χωρίζονται από ένα κενό. Αυτές είναι συχνά κεραίες μισού μήκους κύματος, συνήθως μεγαλύτερες από ένα μονόπολο, αν και το κέρδος είναι συνήθως μεγαλύτερο και το μοτίβο ακτινοβολίας είναι αμφίδρομη. Το κέρδος της κεραίας επηρεάζει άμεσα την εμβέλεια και την κάλυψη της συσκευής. Οι κεραίες με υψηλότερη απολαβή μπορούν να παρέχουν μεγαλύτερη εμβέλεια επικοινωνίας.

Πολλοί επιλέγουν τη συνδεσιμότητα κινητής τηλεφωνίας για μικρές συσκευές, όπως ιχνηλάτες που είναι τοποθετημένοι σε κινητά στοιχεία, όπως αυτοκίνητα, φορτηγά ή οχήματα κατασκευών. Σε αυτές τις εφαρμογές, μια εσωτερική κεραία μπορεί να είναι κατάλληλη για να επιτρέψει λιγότερο ενοχλητική εγκατάσταση ή για να κρατήσει τα εύθραυστα μέρη μακριά από κίνδυνο. Από την άλλη πλευρά, μια μεγαλύτερη εξωτερική κεραία μπορεί να ταιριάζει σε μια συσκευή όπως μια πύλη που έχει σχεδιαστεί για να κατευθύνει δεδομένα από πολλαπλά τελικά σημεία IoT στο cloud μέσω μιας κυψελοειδούς σύνδεσης.

Κεραίες GNSS

Οι κεραίες GNSS διατίθενται σε διάφορα στυλ, όπως κεραμικές κεραίες patch. Ως τύπος έχουν κυκλική πόλωση που εξασφαλίζει υψηλή ευαισθησία στα δορυφορικά σήματα. Όταν σχεδιάζουν εξοπλισμό όπως συσκευές παρακολούθησης περιουσιακών στοιχείων με δορυφορικές θέσεις, οι σχεδιαστές πρέπει να διασφαλίζουν ότι η επιλεγμένη κεραία υποστηρίζει τους σχετικούς αστερισμούς.

Συμπέρασμα

Το μέγεθος και η συσκευασία είναι κρίσιμα ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μιας κεραίας για μια εφαρμογή IoT. Οι μεγάλες εξωτερικές κεραίες τείνουν να προσφέρουν την πιο ευνοϊκή απόδοση RF. Από την άλλη πλευρά, η εσωτερική τοποθέτηση συχνά προτιμάται για να αντέχει στις περιβαλλοντικές προκλήσεις και να επιτρέπει την ευκολότερη χρήση και φορητότητα, ενώ οι κεραίες επιφανειακής τοποθέτησης μπορούν να προσφέρουν μια λύση όταν οι περιορισμοί μεγέθους είναι ακραίοι. Η Choice είναι ο φίλος του σχεδιαστή στην αναζήτηση του καλύτερου συνδυασμού ηλεκτρικών και φυσικών ιδιοτήτων.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.iotforall.com/antenna-design-priorities-in-iot-applications