Internet stvari (IoT) je v zadnjem času vplival na življenje in delo skoraj vsakogar. Za nekatere je njihova vključitev v IoT tako preprosta kot uporaba pametne ure za spremljanje njihovih prehranjevalnih ali vadbenih navad. Prav tako lahko izkoristijo prednosti pametnega števca komunalnega podjetja za varčevanje z energijo in nadzor nad računi. Ta sodelovanja poudarjajo pomen izbire brezžičnega omrežja in antene v aplikacijah IoT.

Na drugi skrajnosti je postalo mogoče povezati vse, vključno z napravami, razsvetljavo, ogrevanjem, ključavnicami in varnostjo ter sončnimi kolektorji, ki jih nadzira in upravlja prek domačega digitalnega pomočnika.

Zunaj domačega okolja so primeri industrijske in poslovne uporabe običajno bolj raznoliki. Ti so namenjeni avtomatizaciji gradbenih sistemov za izboljšanje učinkovitosti in zmanjšanje ogljičnega odtisa. Vključujejo tudi zbiranje ogromnih količin podatkov za izboljšanje nadzora procesov, poslovnega načrtovanja, upravljanja sredstev, vzdrževanja opreme itd. Ti podatki pomagajo pri izboljšanju ravnanja z energijo in odpadki ter celo pri konceptualizaciji in oblikovanju novih izdelkov.

Najnovejši brezžični protokoli

Brezžične tehnologije ponujajo več inherentnih prednosti za povezovanje naprav IoT. Kot ključna prednost izstopa prilagodljivost, ki omogoča postavitev naprav na različnih lokacijah, neomejeno s fizičnim kabliranjem. Namestitev novih žic v domu, pisarni ali tovarni je lahko moteča. Izbira brezžičnega omrežja in antene je pogosto stroškovno učinkovita, zlasti pri obsežnih uvedbah interneta stvari, in omogoča enostavno in poceni razširljivost.

Mobilnost je še ena prednost, ki ponuja močan dejavnik omogočanja v aplikacijah, kot so nosljive naprave in sledenje sredstvi. Poleg tega je energetska učinkovitost brezžičnih tehnologij lahko pomembna pri baterijskih napravah IoT.

Brezžične izbire

Standardizirane brezžične tehnologije, ki se običajno uporabljajo v aplikacijah IoT, vključujejo NFC, ki je idealen za kratkotrajne izmenjave podatkov na razdaljah nekaj centimetrov. Energija, ki jo vsebuje RF polje, ki ga oddaja naprava za branje NFC, je lahko dovolj za napajanje vezja sprejemnika za pridobivanje in prenos shranjenih podatkov, kot je zahtevano.

Povezljivost Bluetooth nudi mobilnost in omogoča prilagodljivost za načrtovanje podatkovne hitrosti, dosega in porabe energije, da bi izpolnili zahteve določene aplikacije. Omogoča povezave od točke do točke in mrežne povezave, najnovejše različice pa podpirajo tudi iskanje smeri in zaznavanje lokacije. Zigbee, ki je bil od samega začetka zasnovan za mrežasto mreženje, ima podobne značilnosti.

Uporabniki bodo morda raje izbrali Wi-Fi v primerih, ko bodo potrebni daljši doseg, višje hitrosti prenosa podatkov ali večje zmogljivosti povezave. V uporabi je še več generacij Wi-Fi, do Wi-Fi 6, ki ima teoretično največjo hitrost prenosa podatkov 9.6 Gbps. Wi-Fi 6 vključuje tudi prilagodljivo dodeljevanje kanalov in tehnike za zmanjšanje motenj in čakalnih dob za povezavo z omrežjem. Poleg tega lahko njegovo oblikovanje snopa izboljša učinkovitost prenosa podatkov in poveča varnost WPA3.

In Aplikacije interneta stvari ki potrebujejo daljši doseg in večjo mobilnost, izbire vključujejo celični in z nizko porabo energije tehnologije širokopasovnega omrežja (LPWAN), kot sta LoRa in Sigfox. Ko se stara omrežja izklopijo, se starejše podatkovne povezave 2.5G in 3G umaknejo standardom, kot sta LTE-M in NB-IoT, ki uporabljajo najnovejša omrežja LTE in 5G. Te so optimizirane za potrebe aplikacij IoT, ki običajno zahtevajo pogoste izmenjave majhnih količin podatkov.

Naprave, kot so sledilci sredstev, se lahko zanašajo na konstelacije navigacijskih satelitov (generalno imenovane globalni navigacijski satelitski sistemi ali GNSS). Primeri vključujejo GPS, Galileo, GLONASS in BeiDou. Sprejemniki z več konstelacijami lahko izkoristijo robustnejšo in robustnejšo razpoložljivost podatkov o lokaciji.

Nekateri sprejemniki lahko nudijo dostop do posebnih visokonatančnih storitev, ki jih ponujajo satelitski operaterji. Sledilnik lahko izračuna lokacijo z uporabo vgrajenega podsistema GNSS in deli te informacije z gostiteljsko aplikacijo IoT prek brezžične povezave, kot je LPWAN ali mobilne.

Izbira brezžičnega omrežja in antene

V bistvu: Antena prenaša signale med elektromagnetno in električno domeno, pri čemer izkorišča resonanco na RF nosilni frekvenci. To zahteva, da je efektivna dolžina antene določen del valovne dolžine nosilnega signala.

Zato je velikost pomembna pri izbiri brezžičnega omrežja in antene. Velikost je neposredno povezana s frekvenčnim pasom, na katerem deluje antena. To je odvisno od izbrane brezžične tehnologije in povezane frekvence delovanja.

Poleg tega je embalaža antene kritično vprašanje, ki vpliva na izbiro komponent. Za naprave IoT lahko veljajo stroge omejitve velikosti. To zahteva, da so antene majhne, ​​hkrati pa nudijo visoko zmogljivost. Tesnjenje je pogosto potrebno, zlasti pri predmetih, kot so daljinski senzorji in pametni števci, ki so lahko izpostavljeni težkim pogojem in se pričakuje, da bodo v uporabi dlje časa.

Portfelj, ki ponuja izbiro anten za PCB, interno nameščenih in zunanjih anten, optimiziranih za posebne frekvenčne pasove in brezžične tehnologije, ki se pogosto uporabljajo v aplikacijah IoT, lahko oblikovalcem pomaga izbrati najboljšo vrsto za njihovo aplikacijo. Takšni portfelji ponujajo različne vrste in velikosti, možnosti izbire, kot so spajkane ali koaksialne povezave, in dele, optimizirane za posebne tehnologije, kot so antene NFC in GNSS.

NFC antene

Na izbiro brezžične povezave in antene za aplikacije NFC vpliva več dejavnikov. NFC deluje pri 13.56 MHz, zato mora biti antena oblikovana tako, da odmeva na tej specifični frekvenci, da se zagotovi optimalna komunikacija. Žične antene in zanke so običajno na voljo kot komponente, ki so že na voljo.

Medtem ko je efektivna dolžina antene povezana z delovno frekvenco, imajo antene NFC tudi vlogo pri pridobivanju energije iz RF polja, ki ga oddajajo bralne naprave, za napajanje vgrajenega mikrokrmilnika naprave IoT, pomnilnika in dodatne strojne opreme, ki lahko vključuje varnostni IC, za zbiranje in posredovanje podatkov, ki jih zahteva bralec.

Končna izbira je lahko odvisna od spremenljivk, kot sta oblika naprave in želeni obseg branja. Običajno so manjše antene kompaktne, vendar ponujajo krajši obseg branja, medtem ko večje antene zagotavljajo daljše dosege branja. Razpoložljivi prostor v napravi ali aplikaciji bo narekoval velikost antene.

Na splošno so lahko nekatere antene NFC bolj občutljive na orientacijo kot druge, kar lahko zahteva posebno pozornost pri izbiri določenega modela in določanju njegovega optimalnega položaja v napravi. Lahko je integriran v vezje ali pritrjen na ohišje.

Kovinski predmeti, električne motnje in drugi okoljski dejavniki lahko vplivajo na delovanje antene. Morda bo potrebna zaščita ali ustrezna namestitev. Pravilno ujemanje impedance med čipom/modulom NFC in anteno je bistvenega pomena za povečanje prenosa moči in zmanjšanje izgube signala.

Antene za splošno uporabljene tehnologije

Za brezžične tehnologije, kot sta Bluetooth in Wi-Fi, ki delujeta pri 2.4 GHz, kot tudi mobilne tehnologije in tehnologije LPWAN, je na voljo široka izbira PCB-mount, notranjih in zunanjih anten. Izbira je odvisna od dejavnikov, kot so oblika naprave, omejitve velikosti in želeni obseg komunikacije.

Antene v velikosti čipa so na voljo za aplikacije Bluetooth in Wi-Fi 2/3/4 v frekvenčnih pasovih 2.4 GHz za industrijske, znanstvene in medicinske aplikacije (znane kot pasovi ISM).

Zunanje antene so običajno monopolne ali dipolne. Tip monopola je sestavljen iz ene same žice, ki zahteva ozemljitveno ploščo, da odbija radijske valove in pomaga oblikovati vzorec sevanja. Vzorec je vsesmeren.

Dipolni tip ima dva prevodna elementa, ločena z režo. To so pogosto antene s polovično valovno dolžino, običajno daljše od monopola, čeprav je ojačanje običajno večje in je sevalni vzorec dvosmeren. Ojačanje antene neposredno vpliva na doseg in pokritost naprave. Antene z večjim ojačanjem lahko zagotovijo daljši doseg komunikacije.

Mnogi se odločijo za mobilno povezljivost za majhne naprave, kot so sledilniki, nameščeni na premičninah, kot so avtomobili, kombiji ali gradbena vozila. V teh aplikacijah je lahko primerna notranja antena, ki omogoča manj motečo namestitev ali varuje lomljive dele pred nevarnostjo. Po drugi strani pa je lahko večja zunanja antena primerna za napravo, kot je prehod, zasnovan za usmerjanje podatkov iz več končnih točk IoT v oblak prek mobilne povezave.

GNSS antene

Antene GNSS so na voljo v različnih stilih, kot so keramične antene. Kot tip imajo krožno polarizacijo, ki zagotavlja visoko občutljivost na satelitske signale. Pri načrtovanju opreme, kot so naprave za sledenje sredstev s satelitskimi lokacijami, morajo oblikovalci zagotoviti, da izbrana antena podpira ustrezne konstelacije.

zaključek

Velikost in embalaža sta ključni vprašanji, ki ju je treba upoštevati pri izbiri antene za aplikacijo IoT. Velike zunanje antene ponujajo najugodnejšo RF zmogljivost. Po drugi strani pa je notranja montaža pogosto boljša, da se upre okoljskim izzivom in omogoči lažjo uporabo in prenosljivost, medtem ko lahko antene za površinsko montažo ponudijo rešitev, ko so omejitve velikosti ekstremne. Choice je projektantov prijatelj pri iskanju najboljše kombinacije električnih in fizikalnih lastnosti.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.iotforall.com/antenna-design-priorities-in-iot-applications