Wie wählt man die beste Antenne für LoRa?

Die LoRa-Technologie (Long Range) ist eine drahtlose Modulationstechnik, die von der CSS Chirp Spread Spectrum-Technologie abgeleitet ist. Die über die Funkwellen übertragenen Informationen werden mit Chirp-Impulsen kodiert. Unter LoRa-Technologiewird das Signal über ein breites Frequenzband gestreut, wodurch ein besserer Abdeckungsbereich und eine höhere Toleranz gegenüber Störungen erreicht wird. LoRa-Antennen wurden speziell für die Kommunikation über große Entfernungen und mit geringem Stromverbrauch entwickelt und werden daher in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, wie z. B. in der intelligenten Landwirtschaft, in intelligenten Städten, in der Industrieautomatisierung, bei der Verfolgung von Anlagen, bei der Umweltüberwachung usw. Die Wahl des richtigen LoRa-Antennentyps mit den richtigen Spezifikationen ist entscheidend für eine zuverlässige und effiziente Kommunikation über große Entfernungen.

Wir haben bereits ausführlich diskutiert was eine LORA-Antenne ist. Dieser Artikel bietet einen kurzen Überblick über die LoRa-Technologie und konzentriert sich auf die Auswahl einer LoRa-Antenne für eine Anwendung.

Verständnis der LoRa-Frequenzbänder

Die LoRa-Technologie verwendet in den verschiedenen Regionen der Welt unterschiedliche Frequenzbänder. In Europa liegt das LoRa-Frequenzband im Allgemeinen bei 863 bis 870 MHz, in den USA bei 902 bis 928 MHz und in China bei 433 MHz. In diesen Frequenzbändern sind mehrere LoRa-Kanalfrequenzen verfügbar. Die Spezifikationen für LoRa ändern sich von Region zu Region aufgrund der unterschiedlichen regulatorischen Anforderungen in jeder Region. In einigen Ländern muss das Gateway sogar lizenziert oder registriert sein, und in anderen Ländern müssen sie zertifiziert sein, damit andere Benutzer über diese Kanäle kommunizieren können. Für den legalen Betrieb eines LoRa-Kommunikationssystems und zur Vermeidung von Interferenzen ist es wichtig, die regulatorischen Standards und Zertifizierungen der jeweiligen Region einzuhalten.

Wichtige Faktoren, die bei der Auswahl einer LoRa-Antenne zu berücksichtigen sind

Die Leistung der LoRa-Antenne ist ein entscheidender Teil eines jeden LoRa-Projekts oder einer praktischen Anwendung. Daher ist die Auswahl einer LoRa-Antenne mit den richtigen Spezifikationen wie Frequenzbereich, Verstärkung, Rückflussdämpfung und Bandbreite für eine optimale Leistung unerlässlich. Faktoren wie Innen- oder Außenanwendung, Montageanforderungen und Umweltbedingungen sollten bei der Auswahl einer LoRa-Antenne ebenfalls berücksichtigt werden.

Frequenzkompatibilität:

Die LoRa-Technologie arbeitet in bestimmten Frequenzbändern, die auf den oben genannten Regionen basieren. Daher ist es wichtig, LoRa-Antennen auszuwählen, die diese Frequenzbänder unterstützen, um eine optimale Übertragung zu erreichen und die Kompatibilität mit den Kommunikationsanforderungen des LoRa-Moduls sicherzustellen. Wenn eine LoRa-Antenne außerhalb ihres Frequenzbereichs verwendet wird, verschlechtert sich die Leistung.

Antennengewinn:

Dieser Parameter bestimmt die Fähigkeit einer Antenne, Signale in eine bestimmte Richtung zu senden und zu empfangen. Durch die Wahl eines höheren Gewinns können Signale über eine größere Entfernung übertragen werden, aber das Strahlungsdiagramm wird schmaler sein. LoRa-Antennen mit geringerem Gewinn können über eine kürzere Distanz senden, haben aber ein viel breiteres Strahlungsdiagramm. Daher sollte ein geeigneter Gewinn auf der Grundlage der Anwendung gewählt werden, um die Kommunikationsreichweite und die Toleranz gegenüber Störungen zu erhöhen.

Typ der Antenne:

LoRa-Antennen gibt es in verschiedenen Ausführungen wie Dipolantennen, Monopolantennen, Patch-Antennen, Yagi-Antennen und Omni-Glasfaser-LoRa-Antennen. Sie können hauptsächlich als Rundstrahl- oder Richtantennen kategorisiert werden. Omnidirektionale LoRa-Antennen eignen sich für Anwendungen, bei denen eine 360-Grad-Abdeckung des Signals erforderlich ist, jedoch über eine kürzere Entfernung. Gerichtete LoRa-Antennen sind aufgrund ihrer fokussierten und engen Abstrahlcharakteristik ideal für Anwendungen, die eine Signalübertragung in eine bestimmte Richtung über eine längere Distanz erfordern.

Physische Größe und Formfaktor:

Die Größe und Form der LoRa-Antenne sollte auf der Grundlage der Umgebungsbedingungen und Platzbeschränkungen der Anwendung ausgewählt werden. LoRa-Antennen für Innenräume haben in der Regel einen kleinen Formfaktor im Vergleich zu Außenantennen.

Installationsumgebung:

Bei der Auswahl einer LoRa-Antenne sollten Umweltfaktoren wie Wetter, Temperatur, Wassereinwirkung, Korrosion usw. berücksichtigt werden. Bei der Auswahl von LoRa-Antennen für Außenanwendungen müssen diese in der Regel wetterfest sein und den Wetterbedingungen im Freien standhalten können. LoRa-Antennen für Innenräume benötigen in der Regel keine spezielle Installationshardware und sind für geschlossene Räume und Gebäude geeignet.

Polarisierung:

Die Polarisation der LoRa-Antennen sollte mit der Polarisation des LoRa-Moduls übereinstimmen, um die Leistung der Signalübertragung zu verbessern. Die Polarisation kann entweder linear, vertikal oder zirkular sein. Für die meisten Anwendungen sind LoRa-Antennen mit linearer oder vertikaler Polarisation besser geeignet. Zirkular polarisierte LoRa-Antennen sind besser für Anwendungen geeignet, bei denen die Ausrichtung der Antenne variiert.

Praktische Tipps für die Antennenauswahl

Neben den oben genannten kritischen Parametern müssen bei der praktischen Umsetzung einer LoRa-Kommunikationseinrichtung auch die folgenden Faktoren bei der Auswahl einer LoRa-Antenne berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung der Anwendung zu erzielen.

Impedanzanpassung:

Das Verhältnis der Eingangsspannung zum Eingangsstrom am Ende der Speiseleitung wird als Eingangsimpedanz der Antenne bezeichnet. Die in den meisten Anwendungen verwendeten LoRa-Module haben typischerweise eine Impedanz von 50 Ohm. Um eine effiziente Signalübertragung zu gewährleisten, sollte die Impedanz der LoRa-Antenne an die Impedanz des LoRa-Moduls angepasst werden.

Kabellänge und Stecker:

Die in LoRa-Kommunikationsanwendungen am häufigsten verwendeten Steckertypen sind SMA- und N-Stecker. Koaxialkabel sind der am häufigsten verwendete Kabeltyp für LoRa-Anwendungen. RG58- und RG174-Kabel werden im Allgemeinen für kürzere Entfernungen und LMR-Kabel für längere Entfernungen verwendet. Kabel und Steckverbinder sollten so gewählt werden, dass die Signaldämpfung und Störungen über die Kabellänge minimiert werden.

Prüfung und Abstimmung:

Nach der praktischen Implementierung einer LoRa-Antenne sollte deren Leistung regelmäßig getestet werden. LoRa-Antennen sollten so weit wie möglich vom Boden und von großen Metallobjekten entfernt montiert werden. Durch Änderung der Ausrichtung und Platzierung der LoRa-Antenne kann die Leistung der Antenne verbessert werden.

Empfohlene Antennen für LoRa-Anwendungen

LoRa-Antennen sind vielseitig und werden daher in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt. Sie sind in verschiedenen Formen erhältlich, z. B. als Chip-Antennen, Dipol-Antennen und Monopol-Antennen, Patch-Lora-AntennenWendelantennen, Yagi-Lora-Antennenund externe Rundstrahl-Antennen.

Der Typ und die Spezifikationen der Antenne müssen sorgfältig auf der Grundlage der Anwendung, der Umgebungsbedingungen und des spezifischen LoRa-Kommunikationsmoduls, das verwendet wird, ausgewählt werden. Patch-Antennen sind im Allgemeinen klein und leicht. Sie werden typischerweise in Anwendungen verwendet, bei denen die LoRa-Antenne in Leiterplatten eingebaut ist. Ähnlich sind PCB-LoRa-Antennen in die Schaltung selbst integriert. Diese Arten von LoRa-Antennen werden in kleinen Gehäusen wie Modems oder Routern eingesetzt. Externe omnidirektionale LoRa-Antennen werden in Anwendungen eingesetzt, die einen weitreichenden Abdeckungsbereich erfordern. Sie werden in der Regel auf Gebäuden oder Türmen montiert und sind so gebaut, dass sie rauen Wetterbedingungen standhalten.

Diese Arten von LoRa-Antennen werden in praktischen Anwendungen wie Umweltüberwachungssystemen, Asset-Tracking-Systemen, intelligenten Landwirtschaftssystemen, Notfallsystemen usw. eingesetzt. Spiralförmige LoRa-Antennen werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Polarisationsvielfalt oder eine kompakte Größe erforderlich ist, wie z. B. bei Handheld-Geräten oder eingebetteten Systemen.

Schlussfolgerung

Die LoRa-Antenne ist eine kritische Komponente in jedem LoRa-Kommunikationssystem, und die Leistung der Antenne wirkt sich direkt auf die Metriken des Kommunikationssystems selbst aus. Daher ist es wichtig, vor der Auswahl einer LoRa-Antenne die Spezifikationen wie Frequenz, Verstärkung, Bandbreite und Reichweite sowie die Verwendung im Innen- oder Außenbereich, Montageoptionen und Umweltbedingungen zu berücksichtigen. Es ist auch wichtig zu überprüfen, ob die gewählte Antenne den regulatorischen Standards der Betriebsregion entspricht. Eine ordnungsgemäße Beratung und Prüfung stellt sicher, dass die Lora-Antenne und das Kommunikationssystem die erwartete Effizienz und Zuverlässigkeit der Anwendung in der realen Betriebsumgebung erreichen.