Aprimorando as aplicações de IoT com antenas versáteis e compactas

A escolha certa da antena pode ser crucial para o sucesso de uma aplicação sem fio da Internet das Coisas (IoT). A seleção de uma antena que ofereça alto desempenho e flexibilidade para suportar diferentes redes pode aumentar o apelo comercial das aplicações eletrônicas.

Os projetistas de produtos podem considerar as antenas como um componente passivo, mas, à medida que incorporam novos recursos para explorar os ecossistemas de IoT, elas se tornam cada vez mais essenciais para o sucesso das aplicações eletrônicas. Especialmente em aplicações de IoT industrial (IIoT), as antenas que suportam várias redes sem fio podem fornecer redundância, resiliência e otimização de cobertura essenciais.

Além de oferecer suporte a aplicações Wi-Fi, há uma necessidade crescente de incorporar antenas de celular que forneçam os recursos essenciais necessários para garantir o sucesso da IoT. A eficiência espectral é essencial para combater a interferência criada pelo crescimento do tráfego sem fio. A eficiência energética para prolongar a vida útil da bateria é outro requisito fundamental. Muitas aplicações de IoT precisam operar em ambientes adversos, como estações de carregamento externas, onde são necessárias antenas robustas para resistir a condições climáticas severas ou ao vandalismo.

São necessárias antenas altamente eficientes para garantir que o desempenho do sinal não seja afetado de forma significativa por materiais físicos de construção, como concreto ou metal. A transmissão limpa e livre de interferência é cada vez mais essencial para evitar interferência e ruído de sinal, pois os serviços sem fio competem por acesso. A crescente demanda por aplicações 5G industriais estimulará os projetistas a incorporar microcélulas e células pequenas para superar a incapacidade do 5G de penetrar em janelas e paredes.

Redes diferentes se destacam em áreas específicas, portanto, os projetistas de produtos que utilizam antenas mais eficientes podem obter uma cobertura mais ampla, seja em ambientes internos ou externos, para atender às necessidades dos clientes. Igualmente importante, os projetistas de produtos podem preparar suas aplicações para o futuro com a adaptabilidade que o suporte a várias redes oferece.

O suporte a várias redes pode permitir que fornecedores e clientes padronizem um tipo de antena para fornecer conectividade em ambientes diferentes, em vez de gerenciar a complexidade do inventário de várias antenas. Ele também permite a combinação de diferentes tipos de conectividade para equilibrar as cargas da rede e distribuir o tráfego de dados por vários caminhos para evitar congestionamentos e otimizar o desempenho, selecionando a melhor opção de rede para uma determinada tarefa. Os clientes podem optar pela rede mais econômica com base nos requisitos de dados, evitando dados de celular quando o Wi-Fi for suficiente.

Atendendo às necessidades de ambientes desafiadores

A conectividade sem fio costuma ser de missão crítica em uma ampla gama de ambientes que apresentam vários desafios aos projetistas de produtos.

As fábricas inteligentes, por exemplo, exigem uma comunicação confiável entre os equipamentos da fábrica, os sensores e os sistemas de gerenciamento central, muitas vezes em ambientes industriais adversos. Em grandes armazéns, onde coexistem redes Wi-Fi e celulares, as antenas de várias redes podem garantir conectividade contínua para rastreamento de estoque e gerenciamento de logística.

As antenas de alto desempenho possibilitam a implantação de sensores em locais remotos para coletar dados de estações meteorológicas, monitores de qualidade do ar e para rastrear ativos ou implementar aplicações de edifícios inteligentes. Na agricultura, elas podem fornecer informações essenciais sobre a umidade do solo, a integridade das culturas e a operação dos sistemas de irrigação.

Outras aplicações emergentes incluem estações de recarga de veículos elétricos que precisam se comunicar com os sistemas de back-end, independentemente do clima; sinalização digital que fornece exibições e anúncios em tempo real; soluções de armazenamento seguro que exigem monitoramento e controle de acesso em tempo real; e sistemas móveis de emissão de bilhetes e de informações para passageiros.

Cada aplicação de IoT tem demandas exclusivas e os projetistas de produtos devem se adaptar a casos de uso específicos, juntamente com os requisitos de ambiente e comunicação. Os dispositivos de IoT operam em várias bandas de frequência que podem afetar o desempenho; além disso, o espaço limitado dos dispositivos pode tornar difícil a integração de antenas sem comprometer outros componentes.

Alguns dos fatores a serem considerados na escolha certa da antena para uma aplicação de IoT incluem desempenho, tamanho, custo e compatibilidade. Isso poderia facilmente levar os projetistas a integrar diferentes antenas para atender às necessidades de seus clientes, criando problemas complexos de suporte e cadeia de suprimentos.

Vários protocolos de rede

Os protocolos de rede de área ampla de baixa potência (LPWAN), como a IoT de banda estreita (NB-IoT), suportam baixas taxas de dados e exigem baixo consumo de energia, alto ganho e alta eficiência para manter a conectividade estável em longas distâncias. Normalmente, as aplicações exigem antenas omnidirecionais que forneçam um padrão de radiação amplo, abrangendo grandes áreas.

Os protocolos Wi-Fi de curto alcance, por outro lado, suportam altas taxas de dados, mas exigem baixo ganho e alta eficiência para economizar energia e evitar interferência com outros dispositivos. As antenas devem fornecer um padrão de radiação estreito para focalizar o sinal.

O protocolo de IoT celular LTE CAT-1 oferece taxas de dados moderadas e conectividade celular de alcance moderado para aplicações de IoT. A largura de banda de recepção varia de 1,4 MHz a 20 MHz, e o protocolo suporta taxas de downlink de pico de até 10 Mbit/s e taxas de uplink de pico de até 5 Mbit/s. As aplicações podem aproveitar as vantagens do full-duplex e da baixa demanda de energia.

O LTE CAT-M1 busca um equilíbrio entre a taxa de dados e a eficiência energética. Exigem uma demanda de energia muito baixa, com antenas que suportam largura de banda de 1,4 MHz e taxas de pico de downlink e uplink de 1 Mbit/s. As aplicações podem tirar proveito do recurso full ou half-duplex.

O protocolo CAT-4 LTE permite taxas de dados significativamente mais altas e menor latência para aplicações de IoT mais exigentes, incluindo aplicações em tempo real. O protocolo oferece full-duplex com taxas de downlink de até 150 Mbit/s e uplink de até 50 Mbit/s.

Antenas versáteis

A TE Connectivity (TE) oferece a família VersAnte de antenas IoT multiportas em um fator de forma compacto que pode fornecer combinações de cobertura de celular 4G/5G, Wi-Fi e Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS). Com a capacidade de integrar diferentes protocolos de comunicação em uma única antena, os engenheiros podem simplificar seus projetos.

Ao contrário de algumas antenas que exigem um plano-terra específico para um desempenho ideal, essas antenas são independentes do plano-terra e podem ser montadas em superfícies metálicas ou não metálicas, permitindo que os projetistas as coloquem em locais que otimizem a recepção do sinal. Os radomos podem ser pintados com tintas de pulverização não metálica, comumente disponíveis.

As antenas VersAnte da TE oferecem cobertura omnidirecional de 360°, reduzindo a necessidade de retransmissões devido a sinais fracos que podem resultar em consumo de energia. Elas equilibram o ganho com o consumo de energia, otimizando o desempenho geral.

Essas antenas compactas são adequadas para aplicações com restrições de espaço, onde podem se encaixar perfeitamente em espaços apertados, como pequenos pontos de extremidade de IoT, telas digitais e estações de recarga de veículos elétricos. As antenas são robustas para oferecer desempenho confiável em condições desafiadoras, tornando-as menos propensas a danos causados por vandalismo ou fatores ambientais.

A VersAnte L000321-01 (Figura 1) é uma antena de 3 portas, de baixo perfil e em forma de disco. Ela oferece cobertura celular 4G/5G, Wi-Fi e GNSS para atender às necessidades de uma variedade de aplicações, desde pontos de extremidade de IoT a terminais inteligentes e sinalização digital. Com uma altura de 26,00 mm (1,024 pol.) e um diâmetro de 90,2 mm (3,55 pol.), ela oferece alto desempenho em uma pegada muito pequena.

Figura 1: A antena celular de disco VersAnte L000321-01. (Fonte da imagem: TE Connectivity)

A TE também oferece as antenas domo L000322-01 de 2 portas e L000322-02 de 3 portas (Figura 2), cada uma com duas portas de celular 4G/5G e uma porta GNSS opcional. Cada variante mede 150 x 45 x 50 mm (5,90 x 1,77 x 1,97 pol.).

Figura 2: O fator de forma das antenas VersAnte L000322-01 e L000322-02. (Fonte da imagem: TE Connectivity)

Conclusão

A crescente demanda por novas aplicações sem fio oferece oportunidades para projetistas que podem integrar várias tecnologias de comunicação em seus produtos. As antenas VersAnte da TE Connectivity são versáteis e robustas, e suportam várias tecnologias sem fio em um design compacto e de baixo perfil. Sua capacidade de operar em superfícies metálicas e não metálicas, combinada com a classificação IP67 e IP69K, torna-as altamente adequadas para uma ampla gama de aplicações de IoT em ambientes internos e externos que exigem conectividade confiável e de alto desempenho.