A dolgok internetére kapcsolódó eszközök továbbfejlesztése sokoldalú, kis méretű antennákkal

A dolgok internetére (IoT, Internet of Things) vezeték nélkül kapcsolódó eszközök használatának sikere szempontjából döntő fontosságú lehet a megfelelő antenna kiválasztása. A nagy teljesítményt és a különböző hálózatok támogatásához szükséges rugalmasságot lehetővé tevő antenna kiválasztása növelheti az elektronikus készülékek kereskedelmi vonzerejét.

Meglehet, hogy a terméktervezők az antennákat passzív alkatrészeknek tekintik, de mivel az IoT-ökoszisztémák kihasználása érdekében új funkciókat építenek be beléjük, egyre inkább szerves részét képezik az elektronikus készülékek sikerének. Különösen az ipari dolgok internetére (IIoT, Industrial IoT) kapcsolódó eszközök esetében igaz, hogy azok az antennák, amelyek több vezeték nélküli hálózatot képesek kiszolgálni, rendkívül fontos redundanciát és rugalmasságot kínálhatnak, és lehetővé tehetik a lefedettség optimalizálását.

A wifikapcsolatok támogatása mellett egyre nagyobb szükség van olyan mobiltelefon-antennák használatára, amelyek képesek lehetővé tenni a dolgok internetének sikeréhez elengedhetetlenül szükséges funkciókat. A vezeték nélküli forgalom növekedése okozta zavarás kiküszöböléséhez alapvető fontosságú a spektrális hatásfok. Az akkumulátor üzemidejének meghosszabbítása érdekében a másik kulcsfontosságú követelmény a hatásfok. A dolgok internetére kapcsolódó számos készüléknek magas követelményeket támasztó környezetben kell működnie, például kültéri töltőállomásokon, ahol tűrőképes antennákra van szükség, hogy ellenálljanak a zord időjárásnak, illetve a vandalizmusnak.

Ahhoz, hogy a jel teljesítményét ne befolyásolják jelentősen az olyan fizikai építőanyagok, mint a beton vagy a fém, jó hatásfokú antennákra van szükség . A zavarás és a jelzaj elkerülése érdekében egyre fontosabb a tiszta, zavarmentes jelátvitel, ugyanis a vezeték nélküli szolgáltatások versengenek a hozzáférésért. Az ipari 5G-s készülékek iránti növekvő kereslet arra ösztönzi a tervezőket, hogy mikrocellákat és kis méretű cellákat alakítsanak ki, így kerülve meg az 5G azon jellemzőjét, hogy képtelen áthatolni az ablakokon és a falakon.

A különböző hálózatok egy-egy adott területen kiemelkedőek, így a jobb hatásfokú antennákat használó terméktervezők nagyobb lefedettséget érhetnek el úgy beltérben, mint kültéren, hogy megfeleljenek az ügyfelek igényeinek. Ugyanilyen fontos, hogy a terméktervezők a több hálózatban való használhatósággal időtállóvá is tehetik a készülékeiket.

A több hálózatban való használhatóság lehetővé teheti a gyártók és az ügyfelek számára, hogy vegyes környezetben egy antennatípusra építve teremtsék meg a csatlakoztathatóságot ahelyett, hogy több antennából álló bonyolult antennarendszerek kezelésével kellene foglalkozniuk. Emellett lehetőséget ad a különböző típusú csatlakozási módok kombinálására a hálózati terhelés kiegyensúlyozása és az adatforgalom több útvonalra történő elosztása érdekében, hogy megelőzze a torlódásokat, és optimalizálja a teljesítményt az adott feladathoz legmegfelelőbb hálózati lehetőséget választva. Az ügyfelek az adatigények alapján választhatják a leggazdaságosabb hálózatot, elkerülve például a mobiltelefonos adatátvitelt, ha a wifi is elegendő.

A kihívást jelentő környezetek igényeinek kielégítése

A vezeték nélküli összeköttetés gyakran kritikus fontosságú sokféle környezetben, ami számos nehézséget jelent a terméktervezők számára.

Az okosgyárak például megbízható kommunikációt igényelnek a gyári berendezések, az érzékelők és a központi irányítórendszerek között, gyakran zord ipari környezetben. A nagy raktárakban, ahol a wifi és a mobiltelefon-hálózatok egymás mellett léteznek, a többhálózatos antennák zökkenőmentes kapcsolatot kínálhatnak a készletkövetéshez és a logisztika kezeléséhez.

A nagy teljesítményű antennák lehetővé teszik az érzékelők távoli helyekre történő telepítését, hogy adatokat gyűjtsenek a meteorológiai állomásokról, a levegőminőség-figyelőkről, valamint az eszközök nyomon követését és az okosépületekben használt eszközök létrehozását. A mezőgazdaságban rendkívül fontos adatokat szolgáltathatnak a talajnedvességről, a termés állapotáról és az öntözőrendszerek működéséről.

További újonnan megjelenő felhasználási területek a villanyjárművek töltőállomásai, amelyeknek időjárástól függetlenül kommunikálniuk kell a háttérrendszerekkel, a valós idejű információközlést és felhívások megjelenítését lehetővé tevő digitális táblák, a valós idejű felügyeletet és hozzáférés-szabályozást igénylő biztonságos tárolási megoldások, valamint a mobil jegyértékesítési és utastájékoztatási rendszerek.

A dolgok internetére kapcsolódó minden egyes eszköznek egyedi igényei vannak, és a terméktervezőknek alkalmazkodniuk kell a konkrét használati módokhoz, valamint a környezeti és kommunikációs követelményekhez. A dolgok internetére kapcsolódó eszközök különböző frekvenciasávokban működnek, ami hatással lehet a teljesítményre. Emellett az eszközök elhelyezésére rendelkezésre álló szűkös helyek miatt nehézséget jelenthet az antennák beépítése anélkül, hogy más alkatrészeket veszélyeztetnének.

A dolgok internetére kapcsolódó eszközhöz megfelelő antenna kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők közé tartozik a teljesítmény, a méret, a költség és a kompatibilitás. Ezek könnyen arra késztethetik a tervezőket, hogy több különböző antennát építsenek be, hogy kielégítsék az ügyfelek igényeit, az így létrejövő összetett támogatási és ellátási lánc pedig problémákat okozhat.

Több hálózati protokoll

A kis fogyasztású, nagy kiterjedésű hálózati (LPWAN, low power, wide area network) protokollok, mint például az NB-IoT (keskeny sávú IoT) protokoll, kis adatátviteli sebességet tesznek lehetővé, és kis fogyasztásra, nagy erősítésre és jó hatásfokra van szükségük ahhoz, hogy nagy távolságokon át stabil kapcsolat tartsanak fenn. Az ilyen készülékek jellemzően nagy területeket lefedő, kiterjedt sugárzási mintázatot biztosító körsugárzó antennákat igényelnek.

A rövid hatótávolságú wifi protokollok ezzel szemben nagy adatátviteli sebességet tesznek lehetővé, de kis erősítésre és jó hatásfokra van szükségük az energiatakarékosság és a más eszközökkel létrejövő zavarás elkerülése érdekében. Az antennáknak a jel fókuszálása végett keskeny sugárzási sávot kell biztosítaniuk.

Az LTE CAT-1 mobiltelefonos IoT-protokoll mérsékelt adatátviteli sebességet és mérsékelt hatótávolságú mobiltelefonos kapcsolatot kínál a dolgok internetére kapcsolódó eszközök számára. A vételi sávszélesség 1,4 MHz és 20 MHz között mozog, a protokoll pedig 10 Mb/s-ig terjedő letöltési (vételi) és 5 Mb/s-ig terjedő feltöltési (adás-) csúcssebességet tesz lehetővé. A készülékek kihasználhatják a teljes duplex kommunikáció és a kis energiaigény előnyeit.

Az LTE CAT-M1 az adatátviteli sebesség és a hatásfok közötti egyensúlyra törekszik. Nagyon kis energiaigényű, és 1,4 MHz sávszélességet és 1 Mb/s-os le- és feltöltési csúcssebességet lehetővé tevő antennák szükségesek hozzá. A készülékek kihasználhatják a teljes duplex vagy a félduplex kommunikáció előnyeit.

A CAT-4 LTE protokoll lényegesen nagyobb adatátviteli sebességet és kisebb késleltetést kínál a dolgok internetére kapcsolódó, nagyobb követelményeket támasztó eszközök, köztük a valós idejű alkalmazások számára. A protokoll teljes duplex kommunikációt tesz lehetővé, akár 150 Mb/s letöltési és 50 Mb/s feltöltési sebességgel.

Sokoldalú antennák

A TE Connectivity (TE) a kis méretű, többportos VersAnte IoT-antenna termékcsaládot kínálja, amely a 4G/5G mobiltelefonos, a wifi- és a GNSS- (globális műholdas navigációs rendszer) lefedettség különféle kombinációit képes szolgáltatni. Azon képessége révén, hogy egyetlen antenna képes különböző kommunikációs protokollok kezelésére, a mérnökök egyszerűsíthetik a tervezést.

Ellentétben néhány olyan antennával, amelyeknek az optimális teljesítményhez különleges testelőfelületre van szükségük, ezek az antennák testelőfelület-függetlenek, így fém és nem fém felületekre is felszerelhetők, lehetővé téve a tervezők számára, hogy olyan helyeken helyezzék el őket, ahol optimális a vétel. Az antennakupolák festhetőek a sokfelé kapható, nem fémes festékszóró festékekkel.

A TE VersAnte antennái 360°-ban körsugárzók, csökkentve ezzel a gyenge jelek miatti jelújraküldések szükségességét, ami többletfogyasztást eredményezhetne. Megteremtik az egyensúlyt az erősítés és a fogyasztás között, optimalizálva az általános teljesítményt.

Ezek a kis méretű antennák alkalmasak helyszűkében lévő készülékekhez, például kis IoT-végpontokhoz, digitális kijelzőkhöz és villanyjárműtöltő állomásokhoz, ahol problémamentesen be lehet őket illeszteni a szűk helyekre. Az antennák strapabíró kialakításúak, hogy megbízható teljesítményt nyújtsanak zord körülmények között is, így kevésbé hajlamosak a vandalizmus és a környezeti tényezők okozta sérülésekre.

A VersAnte L000321-01 (1. ábra) egy 3 portos, lapos, korong alakú antenna. 4G/5G mobiltelefonos, wifi- és GNSS-lefedettséget kínál, hogy megfeleljen a különböző készülékek igényeinek, az IoT-végpontoktól kezdve az okosterminálokon át a digitális táblákig. 26,00 mm-es magasságával és 90,2 mm-es átmérőjével nagy teljesítményt nyújt nagyon kis alapterület mellett.

1. ábra: A VersAnte L000321-01 mobiltelefon-korongantenna (kép: TE Connectivity)

A TE kínálatában szerepel a 2 portos L000322-01 és a 3 portos L000322-02 kupolás antenna is (2. ábra), amelyek mindegyike két 4G/5G mobiltelefonos porttal és egy külön rendelhető GNSS-porttal van ellátva. Mindkét változat mérete 150 mm × 45 mm × 50 mm.

2. ábra: A VersAnte L000322-01 és L000322-02 antenna kinézete (kép: TE Connectivity)

Összegzés

Az új vezeték nélküli készülékek iránti növekvő kereslet lehetőségeket kínál azoknak a tervezőknek, akik képesek többféle kommunikációs technikát egyesíteni a termékeikben. A TE Connectivity VersAnte antennák sokoldalúak és strapabíróak, és többféle vezeték nélküli technikát támogatnak kis méretben, lapos kialakításban. Az a képességük, hogy fémes és nem fémes felületeken is képesek működni, valamint az IP67, illetve IP69K védettségük kiválóan alkalmassá teszi őket a dolgok internetére kapcsolódó sokféle, megbízható és nagy teljesítményű kapcsolatokat igénylő, akár bel-, akár kültérben használt eszközhöz.