שיפור יישומי IoT עם אנטנות ורסטיליות וקומפקטיות

בחירת האנטנה הנכונה יכולה להיות מכרעת להצלחתו של יישום אלחוט של אינטרנט של דברים (IoT). בחירת אנטנה המספקת ביצועים גבוהים וגמישות לתמיכה ברשתות שונות יכולה לשפר את האטרקטיביות המסחרית של יישומי אלקטרוניקה.

מתכנני מוצרים עשויים לראות באנטנות רכיב פסיבי, אך מכיוון שהם משלבים תכונות חדשות לניצול האקוסיסטם של IoT, הן יותר ויותר אינטגרליות להצלחת יישומי אלקטרוניקה. במיוחד עם יישומי IoT תעשייתי (IIoT‏), אנטנות התומכות במספר רשתות אלחוט יכולות לספק יתירות קריטית, כושר התאוששות ואופטימיזציה של הכיסוי.

בנוסף לתמיכה ביישומי Wi-Fi, יש צורך הולך וגובר לשלב אנטנות סלולריות המספקות את התכונות הקריטיות הדרושות להבטחת הצלחת ה-IoT. יעילות ספקטרלית היא חיונית עבור מניעת ההפרעות שנוצרות כתוצאה מגידול התעבורה האלחוטית. נצילות ההספק להארכת חיי הסוללה היא דרישת מפתח נוספת. יישומי IoT רבים חייבים לפעול בסביבות קשות, כמו עמדות טעינה חיצוניות, בהן יש צורך באנטנות חזקות כדי לעמוד בתנאי מזג אוויר קשים או בניסיונות השחתה.

יש צורך באנטנות יעילות במיוחד כדי להבטיח שביצועי האותות לא יושפעו באופן משמעותי מחומרי בנייה פיזיים כגון בטון או מתכת. שידור נקי וללא הפרעות הוא קריטי יותר ויותר כדי למנוע הפרעות ורעשי אותות כאשר שירותי אלחוט מתחרים על גישה. הביקוש הגובר ליישומי 5G תעשייתיים ידרבן מתכננים לשלב מיקרו-תאים ותאים קטנים כדי להתגבר על חוסר היכולת של 5G לחדור דרך חלונות וקירות.

רשתות שונות מצטיינות בתחומים ספציפיים, כך שמתכנני מוצרים המשתמשים באנטנות יעילות יותר יכולים להשיג כיסוי רחב יותר, בין אם בפנים ובין אם בחוץ, כדי לענות על צורכי הלקוחות. חשוב באותה מידה, מתכנני מוצרים יכולים להוכיח עתיד את היישומים שלהם עם יכולת ההסתגלות שמציעה תמיכה רבת-רשתות.

תמיכה רבת-רשתות יכולה לאפשר לספקים ולקוחות לבצע סטנדרטיזציה על סוג אחד של אנטנה כדי לספק חיבוריות בסביבות שונות, במקום לנהל את המורכבות של מלאי רב-אנטנות. זה גם מאפשר שילוב של סוגים שונים של חיבוריות כדי לאזן עומסי רשת ולפלג תעבורת נתונים על פני מספר נתיבים כדי למנוע עומס ולייעל את הביצועים על ידי בחירת אפשרות הרשת הטובה ביותר עבור משימה נתונה. הלקוחות יכולים לבחור ברשת החסכונית ביותר בהתבסס על דרישות הנתונים, תוך הימנעות מנתונים סלולריים כאשר Wi-Fi מספיק.

מענה לצרכים של סביבות מאתגרות

חיבוריות אלחוטית היא לעתים קרובות קריטית למשימה במגוון רחב של סביבות המציבות אתגרים רבים למתכנני המוצרים.

מפעלים חכמים, לדוגמה, דורשים תקשורת אמינה בין ציוד המפעל, חיישנים ומערכות ניהול מרכזיות, לרוב בסביבות תעשייתיות קשות. במחסנים גדולים, שבהם רשתות Wi-Fi ורשתות סלולריות מתקיימות במקביל, אנטנות רבות-רשתות יכולות להבטיח חיבוריות חלקה עבור מעקב מלאי וניהול לוגיסטי.

אנטנות בעלות ביצועים גבוהים מאפשרות לפרוס חיישנים במקומות מרוחקים כדי לאסוף נתונים מתחנות מזג אוויר ומנטרי איכות אוויר, ולעקוב אחר נכסים או לממש יישומי בניינים חכמים. בחקלאות, הם יכולים לספק מידע קריטי על רטיבות הקרקע, בריאות הגידולים ופעולת מערכות ההשקייה.

יישומים מתפתחים אחרים כוללים עמדות טעינה לרכב חשמלי שצריכות לתקשר עם מערכות קצה-אחורי ללא קשר למזג האוויר; שילוט דיגיטלי המספק תצוגות והודעות בזמן-אמת; פתרונות אחסון מאובטחים הדורשים ניטור ובקרת גישה בזמן-אמת; ומערכות כרטוס ניידות ומידע לנוסעים.

לכל יישום IoT יש דרישות ייחודיות ומתכנני מוצרים חייבים להתאים את עצמם למקרי שימוש ספציפיים, ביחד עם דרישות סביבה ותקשורת. התקני IoT‏ פועלים על פני פסי תדר שונים היכולים להשפיע על הביצועים; כמו כן, המקום המוגבל עבור התקנים יכול להפוך למאתגר את שילוב האנטנות מבלי להתפשר על רכיבים אחרים.

כמה מהגורמים שיש לקחת בחשבון בבחירת האנטנה המתאימה לאפליקציית IoT כוללים ביצועים, גודל, עלות ותאימות. אלה יכולים בקלות להוביל מתכננים לשלב אנטנות שונות כדי לענות על הצרכים של הלקוחות שלהם, וליצור בעיות תמיכה ושרשרת אספקה מורכבות.

פרוטוקולי רשת רבים

פרוטוקולים של רשת אזור רחב בהספק נמוך (LPWAN) כגון IoT בפס-צר (NB-IoT) תומכים בקצבי נתונים נמוכים ודורשים צריכת הספק נמוכה, הגבר גבוה ונצילות גבוהה כדי לשמור על חיבוריות יציבה למרחקים ארוכים. היישומים דורשים בדרך כלל אנטנות כלל-כיווניות המעניקות תבנית קרינה רחבה המשתרעת על פני שטחים גדולים.

פרוטוקולי Wi-Fi לטווח קצר, לעומת זאת, תומכים בקצבי נתונים גבוהים אך דורשים הגבר נמוך ונצילות גבוהה כדי לחסוך בהספק ולהימנע מהפרעות להתקנים אחרים. האנטנות צריכות לספק תבנית קרינה צרה כדי למקד את האות.

פרוטוקול ה-IoT הסלולרי LTE CAT-1 מציע קצבי נתונים מתונים וחיבוריות סלולרית בטווח בינוני עבור יישומי IoT. תחום הקליטה ברוחב-הפס הוא מ-MHz‏ 1.4‏ עד MHz‏ 20‏, והפרוטוקול תומך בקצבי שיא בקישור-מטה (Downlink‏) של עד Mbit/s‏ 10‏ וקישור-מעלה (Uplink‏) של Mbit/s‏ 5‏. היישומים יכולים לנצל את היתרונות של דופלקס מלא ודרישת הספק נמוך.

ה-LTE CAT-M1 שואף לאיזון בין קצב הנתונים לבין נצילות הספקת-הכוח. הם דורשים צריכת הספק נמוכה ביותר עם אנטנות התומכות ברוחב-פס של MHz‏ 1.4‏ וקצבי שיא בקישור-מטה וקישור-מעלה של Mbit/s‏ 1‏. היישומים יכולים לנצל את היכולת של דופלקס מלא או חצי דופלקס.

פרוטוקול CAT-4 LTE מאפשר קצבי נתונים גבוהים משמעותית ושיהוי נמוך יותר עבור יישומי IoT תובעניים יותר, כולל יישומי זמן-אמת. הפרוטוקול מספק דופלקס מלא עם קצבי קישור-מטה של עד Mbit/s‏ 150‏ וקישור-מעלה של עד Mbit/s‏ 50‏.

אנטנות ורסאטיליות

TE Connectivity‏ (TE‏) מציעה את משפחת VersAnte‏ של אנטנות IoT רבות-יציאות במבנה קומפקטי היכולות לספק שילובים של כיסויי 4G/5G סלולר, Wi-Fi‏ ו-Global Navigation Satellite System‏ (GNSS‏). עם היכולת לשלב פרוטוקולי תקשורת שונים באנטנה אחת, המהנדסים יכולים לפשט את התכנים שלהם.

בניגוד לאנטנות מסוימות הדורשות משטח הארקה ספציפי עבור ביצועים אופטימליים, אנטנות אלו אינן תלויות במשטח ההארקה, והן ניתנות להרכבה על משטחים מתכתיים או לא-מתכתיים, מה שמאפשר למתכננים למקם אותן במיקומים הממטבים את קליטת האותות. ניתן לצבוע את הכיפות באמצעות צבעי תרסיס לא-מתכתיים הקיימים בשוק.

אנטנות VersAnte של TE מספקות כיסוי כלל-כיווני של 360°, ומפחיתות את הצורך בשידורים חוזרים עקב אותות חלשים העלולים לגרום לבזבוז הספק. הם מאזנים בין ההגבר לבין צריכת ההספק, וממטבים את הביצועים הכוללים.

אנטנות קומפקטיות אלו מתאימות עבור יישומים מוגבלי-מקום שבהם הם יכולים להתאים בצורה חלקה לחללים צרים, כגון נקודות-קצה קטנות של IoT, צגים דיגיטליים ותחנות טעינת EV. האנטנות מחוזקות לעמידות כדי להעניק ביצועים אמינים בתנאים מאתגרים, והן פחות מועדות לנזק מהשחתה או גורמים סביבתיים.

ה-L000321-01‏ VersAnte‏ (איור 1) היא אנטנה בעלת 3 נקודות-חיבור, פרופיל נמוך ובצורת דיסק (Puck‏). הן מעניקות כיסוי 4G/5G סלולרי, Wi-Fi ו-GNSS כדי לענות על הצרכים במגוון של יישומים, מנקודות-קצה IoT ועד למסופים חכמים ושילוט דיגיטלי. עם גובה של 1.024 אינץ' (26.00 מ"מ) וקוטר של 3.55 אינץ' (90.2 מ"מ), הן מעניקות ביצועים גבוהים בחתימת-שטח קטנה ביותר.

איור 1‏ אנטנה L000321-01‏ דיסק (Puck‏) סלולרית VersAnte‏. (מקור התמונה: TE Connectivity)

TE גם מציעה אנטנות כיפה עם 2 נקודות-חיבור L000322-01‏ ו-3 נקודות-חיבור L000322-02‏ (איור 2), כל אחת עם שתי נקודות-חיבור סלולר 4G/5G ונקודת-חיבור GNSS אופציונלית. כל ואריאנט הוא במידות של ‎5.90 x 1.77 x 1.97‏ אינץ' (‎150 x 1.77 x 1.97‏ מ"מ).

איור 2‏: גורם הצורה של אנטנות VersAnte‏ L000322-01‏ ו-L000322-02‏. (מקור התמונה: TE Connectivity)

סיכום

הביקוש הגובר ליישומי אלחוט חדשים מספק הזדמנויות למתכננים היכולים לשלב מספר טכנולוגיות תקשורת בתוך מוצריהם. אנטנות VersAnte של TE Connectivity הן ורסאטיליות וחסונות, ותומכות במספר טכנולוגיות אלחוט בתכן קומפקטי בפרופיל נמוך. היכולת שלהם לפעול על משטחים מתכתיים ולא-מתכתיים כאחד, בשילוב עם דירוג IP67 ו-IP69K, הופכת אותם למתאימים ביותר עבור מגוון רחב של יישומי IoT בסביבות פנים וחוץ הדורשות חיבוריות אמינה עם ביצועים גבוהים.