Potenziare le applicazioni IoT con antenne compatte e versatili

La scelta dell'antenna giusta può essere cruciale per il successo di un'applicazione wireless di Internet delle cose (IoT). Un'antenna che offra prestazioni elevate e la flessibilità necessaria per supportare reti diverse può migliorare l'attrattiva commerciale delle applicazioni elettroniche.

I progettisti possono ritenere le antenne un componente passivo, ma con l'integrazione di nuove funzionalità per sfruttare gli ecosistemi IoT, esse sono sempre più parte integrante del successo delle applicazioni elettroniche. In particolare nelle applicazioni Industrial IoT (IIoT), le antenne che supportano più reti wireless possono fornire ridondanza, resilienza e ottimizzazione del raggio di copertura.

Oltre a supportare le applicazioni Wi-Fi, cresce l'esigenza di incorporare antenne cellulari che forniscano le caratteristiche critiche necessarie per garantire il successo dell'IoT. L'efficienza spettrale è essenziale per contrastare le interferenze create dall'aumento del traffico wireless. L'efficienza energetica per prolungare la durata della batteria è un altro requisito chiave. Molte applicazioni IoT devono operare in ambienti difficili, come le stazioni di ricarica all'aperto, dove sono necessarie antenne robuste per resistere a condizioni atmosferiche avverse o ad atti di vandalismo.

Sono necessarie antenne altamente efficienti per garantire che le prestazioni del segnale non siano inficiate da materiali di costruzione come il calcestruzzo o il metallo. La trasmissione pulita e senza interferenze è sempre più importante per evitare il rumore del segnale, dato che i servizi wireless competono per l'accesso. La crescente domanda di applicazioni industriali 5G spingerà i progettisti a incorporare microcelle e piccole celle per superare l'incapacità del 5G di penetrare finestre e pareti.

Le diverse reti eccellono in aree specifiche, quindi i progettisti di prodotti che utilizzano antenne più efficienti possono garantirsi una copertura più ampia, sia all'interno che all'esterno, per soddisfare le esigenze dei clienti. Altrettanto importante è il fatto che i progettisti possono garantire il futuro delle loro applicazioni grazie all'adattabilità offerta dal supporto multirete.

Il supporto di più reti può consentire a fornitori e clienti di standardizzare a un solo tipo di antenna per fornire connettività in ambienti diversi, anziché gestire la complessità di un inventario costituito da molte antenne diverse. Inoltre, consente di combinare diversi tipi di connettività per bilanciare i carichi di rete e distribuire il traffico di dati su più percorsi al fine di prevenire la congestione e ottimizzare le prestazioni, selezionando l'opzione di rete migliore per una determinata attività. I clienti possono scegliere la rete più conveniente in base alle esigenze di dati, evitando i dati cellulari quando il Wi-Fi è sufficiente.

Soddisfare le esigenze in ambienti difficili

La connettività wireless è spesso mission-critical in molti ambienti che presentano numerose sfide per i progettisti di prodotti.

Le fabbriche intelligenti, ad esempio, richiedono una comunicazione affidabile tra apparecchiature, sensori e sistemi di gestione centralizzati, spesso in ambienti industriali difficili. Nei grandi magazzini, dove coesistono reti Wi-Fi e cellulari, le antenne multirete possono garantire una connettività continua per la gestione delle scorte e della logistica.

Le antenne ad alte prestazioni consentono di distribuire sensori in luoghi remoti per raccogliere dati da stazioni meteorologiche, monitor della qualità dell'aria e per tener traccia delle risorse o implementare applicazioni per edifici intelligenti. In agricoltura, possono fornire informazioni critiche sull'umidità del suolo, sulla salute delle colture e sul funzionamento dei sistemi di irrigazione.

Altre applicazioni emergenti sono le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, che devono comunicare con i sistemi backend indipendentemente dalle condizioni atmosferiche, la segnaletica digitale che fornisce annunci visivi e acustici in tempo reale, le soluzioni di storage sicuro, che richiedono il monitoraggio e il controllo degli accessi in tempo reale, i sistemi di biglietteria mobile e di informazione ai passeggeri.

Ogni applicazione IoT ha esigenze uniche e i progettisti di prodotti devono adattarsi a casi d'uso specifici, oltre che ai requisiti ambientali e di comunicazione. I dispositivi IoT operano su diverse bande di frequenza che possono influire sulle prestazioni; inoltre, lo spazio limitato sulla scheda può rendere difficile l'integrazione delle antenne senza compromettere altri componenti.

Alcuni dei fattori da considerare nella scelta dell'antenna giusta per un'applicazione IoT sono le prestazioni, le dimensioni, il costo e la compatibilità. Ciò potrebbe facilmente portare i progettisti a integrare antenne diverse per soddisfare le esigenze dei loro clienti, creando complessi problemi di assistenza e di supply chain.

Protocolli di rete multipli

I protocolli LPWAN (WAN a bassa potenza), come l'IoT a banda stretta (NB-IoT), supportano basse velocità di trasmissione dati e richiedono un basso consumo energetico, un elevato guadagno e un'alta efficienza per mantenere una connettività stabile su lunghe distanze. Le applicazioni richiedono tipicamente antenne omnidirezionali che forniscano un'ampia distribuzione dell'irradiazione che copra vaste aree.

I protocolli Wi-Fi a corto raggio, invece, supportano elevate velocità di trasmissione dati ma richiedono un basso guadagno e un'elevata efficienza per risparmiare energia ed evitare interferenze con altri dispositivi. Le antenne devono fornire una distribuzione dell'irradiazione stretta per focalizzare il segnale.

Il protocollo cellulare IoT LTE CAT-1 offre una velocità di trasmissione dati moderata e una connettività cellulare a raggio moderato per le applicazioni IoT. La larghezza di banda in ricezione va da 1,4 MHz a 20 MHz e il protocollo supporta velocità di picco in downlink fino a 10 Mbps e velocità di picco in uplink fino a 5 Mbps. Le applicazioni possono trarre vantaggio dal full-duplex e dal basso consumo energetico.

LTE CAT-M1 si prefigge di raggiungere un equilibrio tra la velocità dei dati e l'efficienza energetica. Richiede una potenza molto bassa con antenne che supportano una larghezza di banda di 1,4 MHz e velocità di picco in downlink e uplink di 1 Mbps. Le applicazioni possono sfruttare la capacità full-duplex o half-duplex.

Il protocollo CAT-4 LTE offre velocità di trasmissione dati significativamente più elevate e latenza più bassa per le applicazioni IoT più esigenti, comprese quelle in tempo reale. Il protocollo prevede il full-duplex con velocità di downlink fino a 150 Mbps e uplink fino a 50 Mbps.

Antenne versatili

TE Connectivity (TE) offre la famiglia VersAnte di antenne IoT multiporta in un fattore di forma compatto che può fornire combinazioni di copertura cellulare 4G/5G, Wi-Fi e sistema di navigazione satellitare globale (GNSS). Grazie alla possibilità di integrare diversi protocolli di comunicazione in un'unica antenna, gli sviluppatori possono semplificare i loro progetti.

A differenza di alcune antenne che richiedono un piano di massa specifico per prestazioni ottimali, queste antenne sono indipendenti dal piano di massa e possono essere montate su superfici metalliche e non, quindi possono essere collocate in posizioni che ottimizzano la ricezione del segnale. I radome sono verniciabili con vernici spray non metalliche facilmente reperibili.

Le antenne VersAnte di TE forniscono una copertura omnidirezionale a 360°, riducendo la necessità di ritrasmissioni dovute a segnali deboli che possono causare un consumo di energia. Bilanciano il guadagno con il consumo energetico, ottimizzando le prestazioni complessive.

Queste antenne compatte sono adatte ad applicazioni con vincoli di spazio e possono essere inserite senza problemi in spazi ristretti, come piccoli endpoint IoT, display digitali e stazioni di ricarica EV. Le antenne sono state rinforzate per fornire prestazioni affidabili in condizioni difficili, rendendole meno soggette ai danni dovuti ad atti vandalici o a fattori ambientali.

L'antenna VersAnte L000321-01 (Figura 1) è un'antenna a 3 porte, a profilo ribassato e a forma di disco. Fornisce copertura cellulare 4G/5G, Wi-Fi e GNSS per soddisfare le esigenze di una vasta gamma di applicazioni, dagli endpoint IoT ai terminali intelligenti fino alla segnaletica digitale. Con un'altezza di 26,00 mm e un diametro di 90,2 mm, offre prestazioni elevate in un ingombro molto compatto.

Figura 1: Antenna cellulare a disco VersAnte L000321-01. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity)

TE offre anche le antenne convesse a 2 porte L000322-01 e a 3 porte L000322-02 (Figura 2), ciascuna con due porte cellulari 4G/5G e una porta GNSS opzionale. Ogni variante misura 150 x 1,77 x 1,97 mm.

Figura 2: Fattore di forma delle antenne VersAnte L000322-01 e L000322-02. (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity)

Conclusione

La crescente domanda di nuove applicazioni wireless offre ai progettisti l'opportunità di integrare più tecnologie di comunicazione nei loro prodotti. Le antenne VersAnte di TE Connectivity sono versatili e robuste e supportano diverse tecnologie wireless in una struttura compatta e a profilo ribassato. La loro capacità di funzionare su superfici metalliche e non, unita ai gradi di protezione IP67 e IP69K, le rende particolarmente adatte a un'ampia gamma di applicazioni IoT in ambienti interni ed esterni che richiedono una connettività affidabile e ad alte prestazioni.