Het Internet of Things (IoT) heeft de afgelopen tijd vrijwel ieders leven en werk beïnvloed. Voor sommigen is hun betrokkenheid bij IoT net zo eenvoudig als het gebruik van een smartwatch om hun eet- of bewegingsgewoonten bij te houden. Ze kunnen ook profiteren van de slimme meter van het nutsbedrijf om energie te besparen en de rekeningen onder controle te houden. Deze engagementen onderstrepen het belang van draadloze en antenneselectie in IoT-toepassingen.

Aan het andere uiterste is het mogelijk geworden om alles met elkaar te verbinden, inclusief apparaten, verlichting, verwarming, deursloten en beveiliging, en zonnepanelen, bestuurd en beheerd via een digitale thuisassistent.

Buiten huishoudelijke omgevingen zijn industriële en zakelijke gebruiksscenario's doorgaans diverser. Deze zijn gericht op het automatiseren van bouwsystemen om de efficiëntie te verbeteren en de ecologische voetafdruk te verkleinen. Ze omvatten ook het verzamelen van enorme hoeveelheden gegevens om de procescontrole, bedrijfsplanning, activabeheer, onderhoud van apparatuur en meer te verbeteren. Deze gegevens helpen bij het verbeteren van het energie- en afvalbeheer en zelfs bij het conceptualiseren en ontwerpen van nieuwe producten.

Nieuwste draadloze protocollen

Draadloze technologieën bieden verschillende inherente sterke punten voor het verbinden van IoT-apparaten. Flexibiliteit is een belangrijk voordeel, omdat het de inzet van apparaten op verschillende locaties mogelijk maakt, zonder beperkingen door fysieke bekabeling. Het installeren van nieuwe draden in huis, op kantoor of in de fabriek kan storend zijn. Selectie van draadloze netwerken en antennes is vaak kosteneffectief, vooral bij grootschalige IoT-implementaties, en maakt eenvoudige, goedkope schaalbaarheid mogelijk.

Mobiliteit is een ander voordeel en biedt een krachtige faciliterende factor in toepassingen zoals wearables en asset tracking. Bovendien kan de energie-efficiëntie van draadloze technologieën belangrijk zijn bij op batterijen werkende IoT-apparaten.

Draadloze selecties

Gestandaardiseerde draadloze technologieën die vaak worden gebruikt in IoT-toepassingen zijn onder meer NFC, wat ideaal is voor gegevensuitwisseling van korte duur over afstanden van een paar centimeter. De energie in het RF-veld dat wordt uitgezonden door een NFC-lezer kan voldoende zijn om de ontvangercircuits van stroom te voorzien om opgeslagen gegevens op te halen en te verzenden zoals gevraagd.

Bluetooth-connectiviteit biedt mobiliteit en biedt flexibiliteit om de datasnelheid, het bereik en het energieverbruik aan te passen aan de vereisten van een bepaalde toepassing. Het maakt point-to-point- en mesh-verbindingen mogelijk en de nieuwste versies ondersteunen ook richtingbepaling en locatiedetectie. Zigbee is vanaf het begin ontworpen voor mesh-netwerken en heeft vergelijkbare kenmerken.

Gebruikers kunnen de voorkeur geven aan Wi-Fi in gevallen waarin een groter bereik, hogere datasnelheden of grotere verbindingscapaciteiten nodig zijn. Er blijven verschillende Wi-Fi-generaties in gebruik, tot en met Wi-Fi 6, die een theoretische maximale datasnelheid van 9.6 Gbps heeft. Wi-Fi 6 beschikt ook over flexibele kanaaltoewijzing en technieken om interferentie en wachttijden voor verbinding met het netwerk te verminderen. Bovendien kan de bundelvorming de efficiëntie van de gegevensoverdracht verbeteren en de WPA3-beveiliging verbeteren.

In IoT-toepassingen die een groter bereik en grotere mobiliteit nodig hebben, omvatten keuzes mobiel en energiezuinig wide-area network (LPWAN) technologieën zoals LoRa en Sigfox. Terwijl oudere netwerken worden uitgeschakeld, maken oudere 2.5G- en 3G-dataverbindingen plaats voor standaarden als LTE-M en NB-IoT die gebruik maken van de nieuwste LTE- en 5G-netwerken. Deze zijn geoptimaliseerd om te voldoen aan de behoeften van IoT-toepassingen, die doorgaans een frequente uitwisseling van kleine hoeveelheden gegevens vereisen.

Apparaten zoals asset trackers kunnen vertrouwen op navigatiesatellietconstellaties (in het algemeen mondiale navigatiesatellietsystemen of GNSS genoemd). Voorbeelden hiervan zijn GPS, Galileo, GLONASS en BeiDou. Ontvangers met meerdere constellaties kunnen profiteren van een robuustere en robuustere beschikbaarheid van locatiegegevens.

Sommige ontvangers kunnen toegang bieden tot speciale, uiterst nauwkeurige diensten die door satellietoperatoren worden aangeboden. Een tracker kan de locatie berekenen met behulp van het ingebouwde GNSS-subsysteem en deze informatie delen met de host IoT-applicatie via een draadloze verbinding zoals LPWAN of mobiel.

Draadloos en antenneselectie

In wezen, een antenne draagt ​​signalen over tussen de elektromagnetische en elektrische domeinen, waarbij gebruik wordt gemaakt van resonantie op de RF-draaggolffrequentie. Dit vereist dat de effectieve lengte van de antenne een specifieke fractie is van de golflengte van het draaggolfsignaal.

Daarom is de grootte belangrijk bij het overwegen van draadloze en antenneselectie. De grootte houdt rechtstreeks verband met de frequentieband waarop de antenne werkt. Dit is afhankelijk van de gekozen draadloze technologie en de bijbehorende werkfrequentie.

Bovendien is de antenneverpakking een cruciaal probleem dat de selectie van componenten beïnvloedt. IoT-apparaten kunnen onderworpen zijn aan strenge beperkingen qua grootte. Dit vereist dat antennes klein zijn en tegelijkertijd hoge prestaties bieden. Afdichting is vaak vereist, vooral bij zaken als afstandssensoren en slimme meters, die kunnen worden blootgesteld aan zware omstandigheden en naar verwachting gedurende langere perioden in gebruik zullen blijven.

Een portfolio dat een keuze biedt uit PCB-gemonteerde, intern gemonteerde en externe antennes, geoptimaliseerd voor specifieke frequentiebanden en draadloze technologieën die vaak worden gebruikt in IoT-toepassingen, kan ontwerpers helpen het beste type voor hun toepassing te kiezen. Dergelijke portfolio's bieden verschillende soorten en maten, keuzes zoals gesoldeerde of coaxiale verbindingen, en onderdelen die zijn geoptimaliseerd voor specifieke technologieën zoals NFC- en GNSS-antennes.

NFC-antennes

Verschillende factoren beïnvloeden de keuze van draadloos en antenne voor NFC-toepassingen. NFC werkt op 13.56 MHz, dus de antenne moet worden ontworpen om op deze specifieke frequentie te resoneren om optimale communicatie te garanderen. Draadgewonden antennes en lusantennes zijn algemeen verkrijgbaar als kant-en-klare componenten.

Hoewel de effectieve antennelengte gerelateerd is aan de werkfrequentie, spelen NFC-antennes ook een rol bij het oogsten van energie uit het RF-veld dat wordt uitgezonden door leesapparaten om de ingebouwde microcontroller, het geheugen en aanvullende hardware van het IoT-apparaat van stroom te voorzien, waaronder mogelijk een beveiligings-IC. om de door de lezer gevraagde gegevens te verzamelen en te verzenden.

De uiteindelijke selectie kan afhangen van variabelen zoals de vormfactor van het apparaat en het gewenste leesbereik. Normaal gesproken zijn kleinere antennes compact maar bieden ze een korter leesbereik, terwijl grotere antennes een groter leesbereik bieden. De beschikbare ruimte binnen het apparaat of de applicatie bepaalt de antennegrootte.

Over het algemeen kunnen sommige NFC-antennes gevoeliger zijn voor oriëntatie dan andere, wat extra voorzichtigheid kan vereisen bij het selecteren van een specifiek model en het bepalen van de optimale positie in het apparaat. Het kan in de printplaat worden geïntegreerd of op de behuizing worden bevestigd.

Metalen voorwerpen, elektrische interferentie en andere omgevingsfactoren kunnen de prestaties van de antenne beïnvloeden. Afscherming of een geschikte plaatsing kan noodzakelijk zijn. Een goede impedantie-aanpassing tussen de NFC-chip/module en de antenne is essentieel om de stroomoverdracht te maximaliseren en signaalverlies te minimaliseren.

Antennes voor veelgebruikte technologieën

Voor draadloze technologieën zoals Bluetooth en Wi-Fi die werken op 2.4 GHz, evenals mobiele en LPWAN-technologieën, is er een ruime keuze aan op PCB gemonteerde, interne en externe antennes. De keuze hangt af van factoren zoals de vormfactor van het apparaat, de beperkingen van de grootte en het gewenste communicatiebereik.

Antennes op chipformaat zijn beschikbaar voor Bluetooth- en Wi-Fi 2/3/4-toepassingen in de 2.4GHz-frequentiebanden voor industriële, wetenschappelijke en medische toepassingen (bekend als ISM-banden).

Externe antennes hebben de neiging een monopool- of dipoolontwerp te hebben. Een monopooltype bestaat uit een enkele draad waarvoor een aardvlak nodig is om de radiogolven te reflecteren en het stralingspatroon te helpen vormgeven. Het patroon is omnidirectioneel.

Het dipooltype heeft twee geleidende elementen, gescheiden door een opening. Dit zijn vaak antennes met een halve golflengte, meestal langer dan een monopool, hoewel de versterking doorgaans groter is en het stralingspatroon bidirectioneel is. De versterking van de antenne heeft rechtstreeks invloed op het bereik en de dekking van het apparaat. Antennes met een hogere versterking kunnen een groter communicatiebereik bieden.

Velen kiezen voor mobiele connectiviteit voor kleine apparaten zoals trackers die op verplaatsbare activa zoals auto's, bestelwagens of bouwvoertuigen zijn gemonteerd. Bij deze toepassingen kan een interne antenne geschikt zijn om een ​​minder opdringerige installatie mogelijk te maken of om kwetsbare onderdelen uit de buurt te houden. Aan de andere kant kan een grotere externe antenne geschikt zijn voor een apparaat zoals een gateway die is ontworpen om gegevens van meerdere IoT-eindpunten via een mobiele verbinding naar de cloud te sturen.

GNSS-antennes

GNSS-antennes zijn er in verschillende stijlen, zoals keramische patchantennes. Als type hebben ze een circulaire polarisatie die zorgt voor een hoge gevoeligheid voor de satellietsignalen. Bij het ontwerpen van apparatuur zoals apparaten voor het volgen van activa met satellietlocaties moeten ontwerpers ervoor zorgen dat de gekozen antenne de relevante constellaties ondersteunt.

Conclusie

Grootte en verpakking zijn cruciale kwesties waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een antenne voor een IoT-toepassing. Grote externe antennes bieden doorgaans de gunstigste RF-prestaties. Aan de andere kant wordt vaak de voorkeur gegeven aan interne montage om de uitdagingen van het milieu te kunnen weerstaan ​​en gemakkelijker gebruik en draagbaarheid mogelijk te maken, terwijl antennes voor opbouwmontage een oplossing kunnen bieden als de beperkingen qua afmetingen extreem zijn. Choice is de vriend van de ontwerper in de zoektocht naar de beste combinatie van elektrische en fysieke eigenschappen.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.iotforall.com/antenna-design-priorities-in-iot-applications