इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) ने हाल के दिनों में लगभग हर किसी के जीवन और काम को प्रभावित किया है। कुछ लोगों के लिए, IoT के साथ उनका जुड़ाव अपने खाने या व्यायाम की आदतों पर नज़र रखने के लिए स्मार्टवॉच का उपयोग करने जितना सरल है। वे ऊर्जा बचाने और बिलों को नियंत्रण में रखने के लिए उपयोगिता कंपनी के स्मार्ट मीटर का भी लाभ उठा सकते हैं। ये संलग्नक IoT अनुप्रयोगों में वायरलेस और एंटीना चयन के महत्व को रेखांकित करते हैं।
दूसरे छोर पर, घरेलू डिजिटल सहायक के माध्यम से नियंत्रित और प्रबंधित उपकरणों, प्रकाश व्यवस्था, हीटिंग, दरवाजे के ताले और सुरक्षा और सौर पैनलों सहित हर चीज को कनेक्ट करना संभव हो गया है।
घरेलू परिवेश के बाहर, औद्योगिक और व्यावसायिक उपयोग के मामले आम तौर पर अधिक विविध होते हैं। इनका उद्देश्य दक्षता में सुधार और कार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए भवन प्रणालियों को स्वचालित करना है। उनमें प्रक्रिया नियंत्रण, व्यवसाय योजना, परिसंपत्ति प्रबंधन, उपकरण रखरखाव और बहुत कुछ बढ़ाने के लिए बड़ी मात्रा में डेटा एकत्र करना भी शामिल है। यह डेटा ऊर्जा और अपशिष्ट प्रबंधन और यहां तक कि नए उत्पाद की अवधारणा और डिजाइन को बेहतर बनाने में सहायता करता है।
नवीनतम वायरलेस प्रोटोकॉल
वायरलेस प्रौद्योगिकियाँ IoT उपकरणों को जोड़ने के लिए कई अंतर्निहित ताकतें प्रदान करती हैं। लचीलापन एक प्रमुख लाभ के रूप में सामने आता है, जो भौतिक केबलिंग द्वारा अप्रतिबंधित, विभिन्न स्थानों पर उपकरणों की तैनाती को सक्षम बनाता है। घर, कार्यालय या कारखाने में नए तार लगाना विघटनकारी हो सकता है। वायरलेस और एंटीना का चयन अक्सर लागत प्रभावी होता है, खासकर बड़े पैमाने पर IoT तैनाती के लिए, और आसान, सस्ती स्केलेबिलिटी की अनुमति देता है।
गतिशीलता एक और लाभ है, जो पहनने योग्य वस्तुओं और परिसंपत्ति ट्रैकिंग जैसे अनुप्रयोगों में एक शक्तिशाली सक्षम कारक प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, बैटरी चालित IoT उपकरणों में वायरलेस प्रौद्योगिकियों की शक्ति दक्षता महत्वपूर्ण हो सकती है।
वायरलेस चयन
आमतौर पर IoT अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली मानकीकृत वायरलेस तकनीकों में NFC शामिल है, जो कुछ सेंटीमीटर की दूरी पर छोटी अवधि के डेटा एक्सचेंज के लिए आदर्श है। एनएफसी रीडर डिवाइस द्वारा उत्सर्जित आरएफ क्षेत्र में निहित ऊर्जा रिसीवर सर्किटरी को अनुरोध के अनुसार याद किए गए डेटा को पुनः प्राप्त करने और प्रसारित करने के लिए पर्याप्त हो सकती है।
ब्लूटूथ कनेक्टिविटी गतिशीलता प्रदान करती है और किसी दिए गए एप्लिकेशन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डेटा दर, रेंज और बिजली की खपत को इंजीनियर करने में लचीलेपन की अनुमति देती है। यह पॉइंट-टू-पॉइंट और मेश कनेक्शन की अनुमति देता है और नवीनतम संस्करण दिशा खोजने और स्थान संवेदन का भी समर्थन करते हैं। मेश नेटवर्किंग के लिए शुरू से ही कल्पना की गई ज़िगबी में समान विशेषताएं हैं।
उपयोगकर्ता उन मामलों में वाई-फाई पसंद कर सकते हैं जहां लंबी दूरी, उच्च डेटा दर या बड़ी कनेक्शन क्षमता की आवश्यकता होती है। वाई-फ़ाई 6 तक, कई वाई-फ़ाई पीढ़ियाँ सेवा में बनी हुई हैं, जिसकी सैद्धांतिक अधिकतम डेटा दर 9.6 जीबीपीएस है। वाई-फाई 6 में नेटवर्क से कनेक्ट होने के लिए हस्तक्षेप और प्रतीक्षा समय को कम करने के लिए लचीले चैनल आवंटन और तकनीकों की भी सुविधा है। इसके अतिरिक्त, इसके बीम निर्माण से डेटा-ट्रांसमिशन दक्षता में सुधार हो सकता है और WPA3 सुरक्षा बढ़ सकती है।
In IoT अनुप्रयोगों that need longer range and greater mobility, choices include सेलुलर और कम-शक्ति वाइड-एरिया नेटवर्क (एलपीडब्ल्यूएएन) प्रौद्योगिकियां जैसे लोरा और सिगफॉक्स। जैसे ही पुराने नेटवर्क बंद हो जाते हैं, पुराने 2.5G और 3G डेटा कनेक्शन LTE-M और NB-IoT जैसे मानकों का स्थान ले लेते हैं जो नवीनतम LTE और 5G नेटवर्क का उपयोग करते हैं। इन्हें IoT अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए अनुकूलित किया गया है, जिसमें आम तौर पर छोटी मात्रा में डेटा वाले लगातार आदान-प्रदान की आवश्यकता होती है।
एसेट ट्रैकर्स जैसे उपकरण नेविगेशन-सैटेलाइट तारामंडल (सामान्य रूप से वैश्विक नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम या जीएनएसएस कहा जाता है) पर भरोसा कर सकते हैं। उदाहरणों में जीपीएस, गैलीलियो, ग्लोनास और बेइदौ शामिल हैं। बहु-तारामंडल रिसीवर स्थान डेटा की अधिक मजबूत और मजबूत उपलब्धता से लाभ उठा सकते हैं।
कुछ रिसीवर उपग्रह ऑपरेटरों द्वारा प्रदान की जाने वाली विशेष उच्च-सटीकता सेवाओं तक पहुंच प्रदान कर सकते हैं। एक ट्रैकर एम्बेडेड जीएनएसएस सबसिस्टम का उपयोग करके स्थान की गणना कर सकता है और इस जानकारी को एलपीडब्ल्यूएएन या सेलुलर जैसे वायरलेस कनेक्शन पर होस्ट आईओटी एप्लिकेशन के साथ साझा कर सकता है।
वायरलेस और एंटीना चयन
मूलतः, एक एंटीना आरएफ वाहक आवृत्ति पर अनुनाद का लाभ उठाते हुए, विद्युत चुम्बकीय और विद्युत डोमेन के बीच संकेतों को स्थानांतरित करता है। इसके लिए आवश्यक है कि ऐन्टेना की प्रभावी लंबाई वाहक सिग्नल की तरंग दैर्ध्य का एक विशिष्ट अंश हो।
इसलिए, वायरलेस और एंटीना चयन पर विचार करते समय आकार महत्वपूर्ण है। आकार सीधे उस आवृत्ति बैंड से संबंधित है जिस पर एंटीना संचालित होता है। यह चुनी गई वायरलेस तकनीक और संबंधित ऑपरेटिंग आवृत्ति पर निर्भर करता है।
इसके अलावा, एंटीना पैकेजिंग एक महत्वपूर्ण मुद्दा है जो घटक चयन को प्रभावित करता है। IoT डिवाइस कठोर आकार सीमाओं के अधीन हो सकते हैं। इसके लिए उच्च प्रदर्शन की पेशकश करते हुए एंटेना को छोटा होना आवश्यक है। सीलिंग की अक्सर आवश्यकता होती है, विशेष रूप से रिमोट सेंसर और स्मार्ट मीटर जैसी वस्तुओं में, जो कठोर परिस्थितियों के संपर्क में आ सकते हैं और लंबे समय तक सेवा में बने रहने की उम्मीद करते हैं।
एक पोर्टफोलियो जो पीसीबी-माउंट, आंतरिक रूप से माउंट किए गए और बाहरी एंटेना का विकल्प प्रदान करता है, जो विशिष्ट आवृत्ति बैंड और अक्सर IoT अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली वायरलेस प्रौद्योगिकियों के लिए अनुकूलित होता है, डिजाइनरों को उनके एप्लिकेशन के लिए सर्वोत्तम प्रकार चुनने में मदद कर सकता है। ऐसे पोर्टफोलियो विभिन्न प्रकार और आकार, सोल्डरेड या समाक्षीय कनेक्शन जैसे विकल्प और एनएफसी और जीएनएसएस एंटेना जैसी विशिष्ट प्रौद्योगिकियों के लिए अनुकूलित भागों की पेशकश करते हैं।
एनएफसी एंटेना
एनएफसी अनुप्रयोगों के लिए वायरलेस और एंटीना के चयन को कई कारक प्रभावित करते हैं। एनएफसी 13.56 मेगाहर्ट्ज पर संचालित होता है, इसलिए इष्टतम संचार सुनिश्चित करने के लिए एंटीना को इस विशिष्ट आवृत्ति पर प्रतिध्वनित करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। वायर-वाउंड एंटेना और लूप एंटेना आमतौर पर ऑफ-द-शेल्फ घटकों के रूप में उपलब्ध होते हैं।
जबकि प्रभावी एंटीना की लंबाई ऑपरेटिंग आवृत्ति से संबंधित है, एनएफसी एंटेना की आईओटी डिवाइस के एम्बेडेड माइक्रोकंट्रोलर, मेमोरी और अतिरिक्त हार्डवेयर को पावर देने के लिए रीडिंग डिवाइस द्वारा उत्सर्जित आरएफ क्षेत्र से ऊर्जा संचयन में भी भूमिका होती है जिसमें सुरक्षा आईसी शामिल हो सकती है। पाठक द्वारा अनुरोधित डेटा को इकट्ठा करना और प्रसारित करना।
अंतिम चयन डिवाइस के फॉर्म फैक्टर और वांछित रीड रेंज जैसे चर पर निर्भर हो सकता है। आमतौर पर, छोटे एंटेना कॉम्पैक्ट होते हैं लेकिन छोटी रीड रेंज प्रदान करते हैं, जबकि बड़े एंटेना लंबी रीड रेंज प्रदान करते हैं। डिवाइस या एप्लिकेशन के भीतर उपलब्ध स्थान एंटीना का आकार तय करेगा।
आम तौर पर, कुछ एनएफसी एंटेना दूसरों की तुलना में अभिविन्यास के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकते हैं, जिन्हें किसी विशिष्ट मॉडल का चयन करते समय और डिवाइस में इसकी इष्टतम स्थिति निर्धारित करते समय अतिरिक्त देखभाल की आवश्यकता हो सकती है। इसे सर्किट बोर्ड में एकीकृत किया जा सकता है या बाड़े से चिपकाया जा सकता है।
धातु की वस्तुएं, विद्युत हस्तक्षेप और अन्य पर्यावरणीय कारक एंटीना के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। परिरक्षण या उचित प्लेसमेंट आवश्यक हो सकता है। बिजली हस्तांतरण को अधिकतम करने और सिग्नल हानि को कम करने के लिए एनएफसी चिप/मॉड्यूल और एंटीना के बीच उचित प्रतिबाधा मिलान आवश्यक है।
आम तौर पर प्रयुक्त प्रौद्योगिकियों के लिए एंटेना
2.4GHz पर चलने वाले ब्लूटूथ और वाई-फाई जैसी वायरलेस प्रौद्योगिकियों के साथ-साथ सेलुलर और एलपीडब्ल्यूएएन प्रौद्योगिकियों के लिए, पीसीबी-माउंट, आंतरिक और बाहरी एंटेना का एक व्यापक चयन है। चुनाव डिवाइस के फॉर्म फैक्टर, आकार की कमी और संचार की वांछित सीमा जैसे कारकों पर निर्भर करता है।
चिप-आकार के एंटेना औद्योगिक, वैज्ञानिक और चिकित्सा अनुप्रयोगों (जिन्हें आईएसएम बैंड के रूप में जाना जाता है) के लिए 2GHz फ़्रीक्वेंसी बैंड में ब्लूटूथ और वाई-फाई 3/4/2.4 अनुप्रयोगों के लिए उपलब्ध हैं।
बाहरी एंटेना या तो मोनोपोल या डीपोल डिज़ाइन के होते हैं। मोनोपोल प्रकार में एक एकल तार होता है जिसे रेडियो तरंगों को प्रतिबिंबित करने और विकिरण पैटर्न को आकार देने में मदद करने के लिए ग्राउंड प्लेन की आवश्यकता होती है। पैटर्न सर्वदिशात्मक है.
द्विध्रुवीय प्रकार में दो प्रवाहकीय तत्व एक अंतराल से अलग होते हैं। ये अक्सर आधे-तरंग दैर्ध्य एंटेना होते हैं, आमतौर पर एक मोनोपोल से अधिक लंबे होते हैं, हालांकि लाभ आमतौर पर अधिक होता है, और विकिरण पैटर्न द्विदिश होता है। ऐन्टेना का लाभ सीधे डिवाइस की रेंज और कवरेज को प्रभावित करता है। अधिक लाभ वाले एंटेना लंबी संचार सीमा प्रदान कर सकते हैं।
कई लोग कार, वैन या निर्माण वाहनों जैसी चल संपत्तियों पर लगे ट्रैकर्स जैसे छोटे उपकरणों के लिए सेलुलर कनेक्टिविटी का विकल्प चुनते हैं। इन अनुप्रयोगों में, कम बाधा डालने वाली स्थापना की अनुमति देने या नाजुक हिस्सों को नुकसान के रास्ते से दूर रखने के लिए एक आंतरिक एंटीना उपयुक्त हो सकता है। दूसरी ओर, एक बड़ा बाहरी एंटीना एक उपकरण के लिए उपयुक्त हो सकता है जैसे कि सेलुलर कनेक्शन के माध्यम से कई IoT एंडपॉइंट से डेटा को क्लाउड में निर्देशित करने के लिए डिज़ाइन किया गया गेटवे।
जीएनएसएस एंटेना
जीएनएसएस एंटेना विभिन्न शैलियों में आते हैं, जैसे सिरेमिक पैच एंटेना। एक प्रकार के रूप में, उनमें गोलाकार ध्रुवीकरण होता है जो उपग्रह संकेतों के प्रति उच्च संवेदनशीलता सुनिश्चित करता है। उपग्रह स्थानों के साथ संपत्ति-ट्रैकिंग उपकरणों जैसे उपकरण डिजाइन करते समय, डिजाइनरों को यह सुनिश्चित करना होगा कि चुना गया एंटीना प्रासंगिक तारामंडल का समर्थन करता है।
निष्कर्ष
IoT एप्लिकेशन के लिए एंटीना चुनते समय आकार और पैकेजिंग महत्वपूर्ण मुद्दे हैं जिन पर विचार करना चाहिए। बड़े बाहरी एंटेना सबसे अनुकूल आरएफ प्रदर्शन प्रदान करते हैं। दूसरी ओर, पर्यावरणीय चुनौतियों का सामना करने और आसान उपयोग और पोर्टेबिलिटी की अनुमति देने के लिए आंतरिक माउंटिंग को अक्सर प्राथमिकता दी जाती है, जबकि सतह पर लगे एंटेना आकार की बाधाएं चरम होने पर समाधान पेश कर सकते हैं। इलेक्ट्रिकल और भौतिक गुणों के सर्वोत्तम संयोजन की खोज में चॉइस डिज़ाइनर का मित्र है।
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- स्रोत: https://www.iotforall.com/antenna-design-priorities-in-iot-applications
