Internet of Things (IoT) đã ảnh hưởng đến cuộc sống và công việc của hầu hết mọi người trong thời gian gần đây. Đối với một số người, sự tương tác của họ với IoT chỉ đơn giản như việc sử dụng đồng hồ thông minh để theo dõi thói quen ăn uống hoặc tập thể dục của họ. Họ cũng có thể tận dụng đồng hồ thông minh của công ty tiện ích để tiết kiệm năng lượng và kiểm soát hóa đơn. Những cam kết này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn mạng không dây và ăng-ten trong các ứng dụng IoT.

Ở một thái cực khác, có thể kết nối mọi thứ, bao gồm các thiết bị, hệ thống chiếu sáng, hệ thống sưởi, khóa cửa và an ninh cũng như các tấm pin mặt trời, được điều khiển và quản lý thông qua một trợ lý kỹ thuật số gia đình.

Bên ngoài môi trường trong nước, các trường hợp sử dụng trong công nghiệp và kinh doanh thường đa dạng hơn. Mục đích của chúng là tự động hóa các hệ thống tòa nhà để nâng cao hiệu quả và giảm lượng khí thải carbon. Chúng cũng liên quan đến việc thu thập lượng dữ liệu khổng lồ để tăng cường kiểm soát quy trình, lập kế hoạch kinh doanh, quản lý tài sản, bảo trì thiết bị, v.v. Dữ liệu này hỗ trợ cải thiện việc quản lý năng lượng và chất thải, thậm chí cả việc lên ý tưởng và thiết kế sản phẩm mới.

Giao thức không dây mới nhất

Công nghệ không dây cung cấp một số điểm mạnh vốn có để kết nối các thiết bị IoT. Tính linh hoạt nổi bật là một lợi thế chính, cho phép triển khai thiết bị ở nhiều địa điểm khác nhau mà không bị ràng buộc bởi hệ thống cáp vật lý. Việc lắp đặt dây điện mới trong nhà, văn phòng hoặc nhà máy có thể gây gián đoạn. Lựa chọn mạng không dây và ăng-ten thường mang lại hiệu quả về mặt chi phí, đặc biệt đối với việc triển khai IoT quy mô lớn và cho phép khả năng mở rộng dễ dàng, không tốn kém.

Tính di động là một lợi thế khác, mang lại yếu tố hỗ trợ mạnh mẽ cho các ứng dụng như thiết bị đeo và theo dõi tài sản. Ngoài ra, hiệu quả sử dụng năng lượng của công nghệ không dây có thể rất quan trọng đối với các thiết bị IoT chạy bằng pin.

Lựa chọn không dây

Các công nghệ không dây được tiêu chuẩn hóa thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT bao gồm NFC, lý tưởng cho việc trao đổi dữ liệu trong thời gian ngắn trên khoảng cách vài cm. Năng lượng chứa trong trường RF phát ra từ thiết bị đọc NFC có thể đủ để cung cấp năng lượng cho mạch thu để truy xuất và truyền dữ liệu đã ghi nhớ theo yêu cầu.

Kết nối Bluetooth mang lại tính di động và cho phép linh hoạt thiết kế tốc độ dữ liệu, phạm vi và mức tiêu thụ điện năng để đáp ứng các yêu cầu của một ứng dụng nhất định. Nó cho phép kết nối điểm-điểm và lưới và các phiên bản mới nhất cũng hỗ trợ tìm hướng và cảm biến vị trí. Được hình thành ngay từ đầu cho mạng lưới, Zigbee có những đặc điểm tương tự.

Người dùng có thể thích Wi-Fi hơn trong trường hợp cần phạm vi phủ sóng dài hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn hoặc dung lượng kết nối lớn hơn. Một số thế hệ Wi-Fi vẫn được sử dụng, cho đến Wi-Fi 6, có tốc độ dữ liệu tối đa theo lý thuyết là 9.6Gbps. Wi-Fi 6 còn có tính năng phân bổ kênh linh hoạt và các kỹ thuật nhằm giảm nhiễu và thời gian chờ kết nối mạng. Ngoài ra, khả năng tạo chùm tia của nó có thể cải thiện hiệu quả truyền dữ liệu và tăng cường bảo mật WPA3.

In Ứng dụng IoT cần tầm bắn xa hơn và tính cơ động cao hơn, các lựa chọn bao gồm di động và năng lượng thấp các công nghệ mạng diện rộng (LPWAN) như LoRa và Sigfox. Khi các mạng cũ tắt, các kết nối dữ liệu 2.5G và 3G cũ hơn sẽ nhường chỗ cho các tiêu chuẩn như LTE-M và NB-IoT sử dụng mạng LTE và 5G mới nhất. Chúng được tối ưu hóa để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng IoT, thường yêu cầu trao đổi thường xuyên bao gồm số lượng nhỏ dữ liệu.

Các thiết bị như thiết bị theo dõi tài sản có thể dựa vào các chòm sao vệ tinh dẫn đường (gọi chung là hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu hoặc GNSS). Ví dụ bao gồm GPS, Galileo, GLONASS và BeiDou. Máy thu đa chòm sao có thể được hưởng lợi từ dữ liệu vị trí sẵn có chắc chắn và mạnh mẽ hơn.

Một số máy thu có thể cung cấp quyền truy cập vào các dịch vụ đặc biệt có độ chính xác cao do các nhà khai thác vệ tinh cung cấp. Trình theo dõi có thể tính toán vị trí bằng hệ thống con GNSS được nhúng và chia sẻ thông tin này với ứng dụng IoT của máy chủ qua kết nối không dây như LPWAN hoặc di động.

Lựa chọn không dây và ăng-ten

Bản chất, một ăng-ten truyền tín hiệu giữa miền điện từ và miền điện, tận dụng sự cộng hưởng ở tần số sóng mang RF. Điều này đòi hỏi độ dài hiệu dụng của ăng-ten phải là một phần cụ thể của bước sóng tín hiệu sóng mang.

Do đó, kích thước rất quan trọng khi xem xét lựa chọn mạng không dây và ăng-ten. Kích thước liên quan trực tiếp đến dải tần mà ăng-ten hoạt động. Điều này phụ thuộc vào công nghệ không dây được chọn và tần số hoạt động liên quan.

Ngoài ra, việc đóng gói ăng-ten là một vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến việc lựa chọn thành phần. Các thiết bị IoT có thể bị giới hạn kích thước nghiêm ngặt. Điều này đòi hỏi ăng-ten phải nhỏ nhưng vẫn mang lại hiệu suất cao. Việc niêm phong thường được yêu cầu, đặc biệt là đối với các vật dụng như cảm biến từ xa và đồng hồ thông minh, có thể tiếp xúc với các điều kiện khắc nghiệt và dự kiến ​​sẽ vẫn được sử dụng trong thời gian dài.

Danh mục sản phẩm cung cấp các lựa chọn về ăng-ten gắn trên PCB, gắn bên trong và bên ngoài, được tối ưu hóa cho các dải tần cụ thể và công nghệ không dây thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT, có thể giúp các nhà thiết kế chọn loại tốt nhất cho ứng dụng của họ. Các danh mục đầu tư như vậy cung cấp các loại và kích cỡ khác nhau, các lựa chọn như kết nối hàn hoặc đồng trục và các bộ phận được tối ưu hóa cho các công nghệ cụ thể như ăng-ten NFC và GNSS.

Anten NFC

Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn mạng không dây và ăng-ten cho các ứng dụng NFC. NFC hoạt động ở tần số 13.56 MHz nên ăng-ten phải được thiết kế để cộng hưởng ở tần số cụ thể này nhằm đảm bảo khả năng liên lạc tối ưu. Ăng-ten quấn dây và ăng-ten vòng thường có sẵn dưới dạng các bộ phận có sẵn.

Mặc dù độ dài ăng-ten hiệu dụng có liên quan đến tần số hoạt động, nhưng ăng-ten NFC cũng có vai trò thu năng lượng từ trường RF phát ra từ các thiết bị đọc để cấp nguồn cho bộ vi điều khiển, bộ nhớ và phần cứng bổ sung của thiết bị IoT có thể bao gồm IC bảo mật, để thu thập và truyền dữ liệu theo yêu cầu của người đọc.

Lựa chọn cuối cùng có thể phụ thuộc vào các yếu tố như kiểu dáng của thiết bị và phạm vi đọc mong muốn. Thông thường, ăng-ten nhỏ hơn thì nhỏ gọn nhưng cung cấp phạm vi đọc ngắn hơn, trong khi ăng-ten lớn hơn cung cấp phạm vi đọc dài hơn. Dung lượng trống trong thiết bị hoặc ứng dụng sẽ quyết định kích thước ăng-ten.

Nói chung, một số ăng-ten NFC có thể nhạy hơn với định hướng so với các ăng-ten khác, điều này có thể cần phải cẩn thận hơn khi chọn một kiểu máy cụ thể và xác định vị trí tối ưu của nó trong thiết bị. Nó có thể được tích hợp vào bảng mạch hoặc gắn vào vỏ.

Các vật kim loại, nhiễu điện và các yếu tố môi trường khác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của ăng-ten. Việc che chắn hoặc đặt vị trí thích hợp có thể cần thiết. Việc kết hợp trở kháng thích hợp giữa chip/mô-đun NFC và ăng-ten là điều cần thiết để tối đa hóa khả năng truyền tải điện năng và giảm thiểu hiện tượng mất tín hiệu.

Ăng-ten cho các công nghệ thường được sử dụng

Đối với các công nghệ không dây như Bluetooth và Wi-Fi hoạt động ở tần số 2.4 GHz, cũng như công nghệ di động và LPWAN, có rất nhiều lựa chọn về ăng-ten gắn trên PCB, ăng-ten bên trong và bên ngoài. Lựa chọn phụ thuộc vào các yếu tố như kiểu dáng của thiết bị, giới hạn về kích thước và phạm vi giao tiếp mong muốn.

Ăng-ten cỡ chip có sẵn cho các ứng dụng Bluetooth và Wi-Fi 2/3/4 ở dải tần 2.4 GHz dành cho các ứng dụng công nghiệp, khoa học và y tế (được gọi là băng tần ISM).

Ăng-ten bên ngoài có xu hướng thiết kế đơn cực hoặc lưỡng cực. Loại đơn cực bao gồm một dây đơn cần có mặt đất để phản xạ sóng vô tuyến và giúp định hình mô hình bức xạ. Mô hình này có tính đa hướng.

Loại lưỡng cực có hai phần tử dẫn điện cách nhau một khoảng. Đây thường là những ăng-ten có nửa bước sóng, thường dài hơn anten đơn cực, mặc dù độ lợi thường lớn hơn và kiểu bức xạ là hai chiều. Độ lợi của ăng-ten ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi và phạm vi phủ sóng của thiết bị. Ăng-ten có mức tăng cao hơn có thể cung cấp phạm vi liên lạc dài hơn.

Nhiều người lựa chọn kết nối di động cho các thiết bị nhỏ như thiết bị theo dõi gắn trên tài sản di động như ô tô, xe tải hoặc phương tiện xây dựng. Trong các ứng dụng này, ăng-ten bên trong có thể phù hợp để cho phép lắp đặt ít gây khó chịu hơn hoặc để giữ cho các bộ phận dễ vỡ không bị tổn hại. Mặt khác, ăng-ten bên ngoài lớn hơn có thể phù hợp với một thiết bị như cổng được thiết kế để truyền dữ liệu từ nhiều điểm cuối IoT vào đám mây thông qua kết nối di động.

Ăng ten GNSS

Ăng-ten GNSS có nhiều kiểu dáng khác nhau, chẳng hạn như ăng-ten vá gốm. Là một loại, chúng có độ phân cực tròn đảm bảo độ nhạy cao với tín hiệu vệ tinh. Khi thiết kế các thiết bị như thiết bị theo dõi tài sản có vị trí vệ tinh, các nhà thiết kế phải đảm bảo rằng ăng-ten được chọn hỗ trợ các chòm sao liên quan.

Kết luận

Kích thước và bao bì là những vấn đề quan trọng cần xem xét khi chọn ăng-ten cho ứng dụng IoT. Ăng-ten bên ngoài lớn có xu hướng mang lại hiệu suất RF thuận lợi nhất. Mặt khác, việc lắp bên trong thường được ưu tiên để chịu được những thách thức về môi trường và cho phép sử dụng và di chuyển dễ dàng hơn, trong khi ăng-ten gắn trên bề mặt có thể đưa ra giải pháp khi hạn chế về kích thước là cực kỳ lớn. Sự lựa chọn là người bạn của người thiết kế trong việc tìm kiếm sự kết hợp tốt nhất giữa các đặc tính điện và vật lý.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.iotforall.com/antenna-design-priorities-in-iot-applications