Введение в антенны LoRa

Антенны LoRa используются для передачи и приема беспроводных сигналов для устройств и сетей LoRa.LoRa означает Long Range и относится к методу модуляции с расширенным спектром, который обеспечивает связь на большие расстояния по нелицензионному спектру.В этой статье мы обсудим, что такое LoRa, используемые радиочастоты, типы антенн LoRa, ключевые характеристики антенн, соображения соответствия и примеры использования.

Обзор технологии LoRa

LoRa — это протокол радиочастотной модуляции физического уровня, разработанный Semtech.Ключевые атрибуты:

●Дальние каналы связи.

●Низкое энергопотребление для удаленных аккумуляторных устройств.

●Надежная передача данных, устойчивая к помехам.

●Работает в нелицензированных диапазонах ISM.

● Обеспечивает создание крупномасштабных сетей Интернета вещей.

●Двусторонняя связь с мобильными или фиксированными средствами.

●Дальность действия может превышать 15 км в сельской местности.

●Открытый стандарт, широко используемый в отрасли.

LoRa теперь служит PHY-уровнем для стека протоколов LoRaWAN, ориентированного на подключение IoT LPWAN для датчиков, исполнительных механизмов, трекеров и мониторов.Это способствует внедрению антенн, совместимых с LoRa.

Распространенные нелицензионные диапазоны частот LoRa:

433 МГц – используется в основном в Азии.Обеспечивает больший радиус действия, но более низкую скорость передачи данных.

868 МГц – основной диапазон для Европы.Хороший диапазон с разумной скоростью передачи данных.

915 МГц – полоса Северной Америки обеспечивает баланс скорости передачи данных и дальности действия.Австралия использует 915–928 МГц.

2,4 ГГц – малый радиус действия, но более высокая скорость передачи данных для датчиков.Ограничено в некоторых регионах.

Таким образом, антенны LoRa нацелены на нелицензионные диапазоны ISM субГГц, идеально подходящие для покрытия на большие расстояния.Точные частоты зависят от географического региона.

Типы антенн LoRa

Существует несколько распространенных форм-факторов антенн, совместимых с радиостанциями LoRa:

Всенаправленный штырь и диполь

●Полуволновые монополи или диполи.

●Излучайте равномерно по азимуту.

●Простой и компактный форм-фактор.

●Винтовое крепление или постоянное крепление.

●Идеально подходит для небольших мобильных устройств LoRa.

Внешний терминал

●Съемная антенна через коаксиальный кабель.

●Легкое перемещение и ориентация.

●Допускает удаленный монтаж для улучшения покрытия.

●Добавлена ​​стоимость коаксиального кабеля и разъема.

●Общий для фиксированных шлюзов и инфраструктуры.

Антенны для трассировки печатных плат

● Извилистые дорожки печатной платы в виде встроенных антенн.

● Низкая стоимость, но менее эффективна, чем внешние антенны.

●Используется, когда минимальная занимаемая площадь имеет решающее значение.

Производительность очень зависит от разводки печатной платы.

Керамический чип

●Многослойный керамический корпус со встроенной антенной.

●Компактный компонент SMT для интеграции с печатной платой.

●Более низкая стоимость по сравнению с миниатюрными антеннами.

●Снижение производительности по сравнению с антеннами большего размера.

Как правило, в фиксированной инфраструктуре используются внешние антенны, тогда как в мобильных конечных точках LoRa чаще используются штыревые или чип-антенны.

Ключевые характеристики антенны

Критические параметры антенны LoRa включают в себя:

Частота — должна соответствовать используемому диапазону LoRa, обычно 433 МГц, 868 МГц или 915 МГц.

Усиление – усиление по сравнению с изотропным, более высокий коэффициент усиления соответствует большей дальности.Обычно 1–5 дБи.

КСВН – коэффициент стоячей волны по напряжению, 1,5:1 или меньше является оптимальным соответствием импеданса.

ширина луча – Угловая излучаемая область для направленных антенн.

Поляризация – Ориентация электрического поля – вертикальная, горизонтальная или RHCP/LHCP.

Потери в кабеле – Потери в коаксиальной линии питания, общие 1–2 дБ.

Размер — ограничения форм-фактора, коэффициент усиления часто коррелирует с размером.

Согласование характеристик антенны со сценарием использования и установкой имеет жизненно важное значение для оптимальной работы LoRa.

Сравнение типов антенн

Часто задаваемые вопросы об антенне LoRa

Какие типы антенн LoRa наиболее распространены?

Наиболее распространенными антеннами LoRa являются четвертьволновые штыревые антенны, спиральные антенны, трассировочные антенны на печатных платах, антенны с керамическими чипами и направленные антенны Яги.Также используются дипольные и коллинеарные антенны.

В чем разница между линейной и круговой поляризацией для LoRa?

Линейная поляризация выравнивает электрическое поле в одной плоскости, вертикальной или горизонтальной.Круговая поляризация вращает поле по спирали, что делает ориентацию антенны менее критичной для связи с конечной точкой.

Как усиление антенны связано с дальностью действия LoRa?

Более высокий коэффициент усиления антенны в дБи расширяет дальность связи при заданном уровне мощности передачи.Каждое увеличение на 3 дБи примерно удваивает дальность действия в условиях прямой видимости.

Какой тип кабеля следует использовать для антенн шлюза?

Коаксиальный кабель с низкими потерями, такой как LMR-400, рекомендуется использовать для антенн шлюза, если длина кабеля составляет менее 5 метров.LMR-600 можно использовать для кабелей большей длины.

Какие методы защиты от перенапряжения рекомендуются для антенн LoRa?

Следует использовать коаксиальный грозозащитный фильтр, соответствующий сопротивлению фидерной линии антенны.Монтажные кронштейны с заземлением постоянного тока также помогают шунтировать ток от ударов молнии.