Come scegliere la migliore antenna per LoRa?

La tecnologia LoRa (Long Range) è una tecnica di modulazione wireless derivata dalla tecnologia CSS Chirp Spread Spectrum. Le informazioni comunicate dalle onde radio vengono codificate utilizzando impulsi Chirp. In Tecnologia LoRaIl segnale viene diffuso su un'ampia banda di frequenza, garantendo una migliore area di copertura e una maggiore tolleranza alle interferenze. Antenne LoRa sono progettate specificamente per facilitare la comunicazione a lungo raggio e a bassa potenza e quindi utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni come l'agricoltura intelligente, le città intelligenti, l'automazione industriale, il tracciamento degli asset, il monitoraggio ambientale, ecc. La scelta del giusto tipo di antenna LoRa con le giuste specifiche è fondamentale per ottenere una comunicazione a lunga distanza affidabile ed efficiente.

Abbiamo già discusso in modo approfondito cos'è un'antenna LORA. Questo articolo fornisce una breve panoramica della tecnologia LoRa e si concentra su come selezionare un'antenna LoRa per un'applicazione.

Informazioni sulle bande di frequenza LoRa

La tecnologia LoRa utilizza bande di frequenza diverse nelle varie regioni del mondo. In Europa, la banda di frequenza LoRa è generalmente compresa tra 863 e 870 MHz, negli Stati Uniti tra 902 e 928 MHz e in Cina tra 433 MHz. In queste bande di frequenza sono disponibili più canali LoRa. Le specifiche LoRa cambiano da regione a regione a causa dei diversi requisiti normativi di ciascuna regione. Alcuni Paesi richiedono addirittura che il gateway sia autorizzato o registrato e altri che sia certificato per consentire ad altri utenti di comunicare utilizzando quei canali. È importante attenersi agli standard normativi e alle certificazioni della regione per il funzionamento legale di un sistema di comunicazione LoRa e per evitare qualsiasi interferenza.

Fattori chiave da considerare nella scelta di un'antenna LoRa

Le prestazioni dell'antenna LoRawan sono una parte fondamentale di qualsiasi progetto o applicazione pratica LoRa. Pertanto, la scelta di un'antenna LoRa con le specifiche corrette, come la gamma di frequenza, il guadagno, la perdita di ritorno e la larghezza di banda, è essenziale per ottenere prestazioni ottimali. Nella scelta di un'antenna LoRa occorre tenere conto anche di fattori quali l'utilizzo in ambienti interni o esterni, i requisiti di montaggio e le condizioni ambientali.

Compatibilità di frequenza:

La tecnologia LoRa opera in bande di frequenza specifiche basate sulle regioni sopra menzionate. È quindi importante scegliere antenne LoRa che supportino queste bande di frequenza per ottenere una trasmissione ottimale e garantire la compatibilità con le esigenze di comunicazione del modulo LoRa. Se un'antenna LoRa viene utilizzata al di fuori della sua gamma di frequenza, le prestazioni si degradano.

Guadagno dell'antenna:

Questo parametro determina la capacità di un'antenna di inviare e ricevere segnali in una determinata direzione. Scegliendo un guadagno più alto, i segnali possono essere trasmessi a una distanza maggiore, ma il diagramma di radiazione sarà più stretto. Le antenne LoRa con guadagni inferiori trasmetteranno a una distanza inferiore, ma avranno un diagramma di radiazione molto più ampio. Pertanto, è necessario scegliere un guadagno appropriato in base all'applicazione per migliorare la portata della comunicazione e la tolleranza alle interferenze.

Tipo di antenna:

Le antenne LoRa sono disponibili in diversi tipi: antenne a dipolo, antenne a monopolo, antenne patch, antenne yagi e antenne LoRa omni in fibra di vetro. Possono essere classificate principalmente come antenne omnidirezionali o direzionali. Antenne LoRa omnidirezionali sono adatti per le applicazioni che richiedono una copertura del segnale a 360 gradi, ma per una distanza inferiore. Antenne LoRa direzionali sono ideali per le applicazioni che richiedono la trasmissione del segnale in una particolare direzione per una distanza più lunga, grazie al loro schema di radiazione focalizzato e stretto.

Dimensioni fisiche e fattore di forma:

Le dimensioni e la forma dell'antenna LoRa devono essere scelte in base alle condizioni ambientali e ai vincoli di spazio dell'applicazione. Le antenne LoRa per interni hanno in genere un fattore di forma ridotto rispetto alle antenne per esterni.

Ambiente di installazione:

Nella scelta di un'antenna LoRa occorre tenere conto di fattori ambientali quali le condizioni atmosferiche, la temperatura, l'esposizione all'acqua e alla corrosione, ecc. Quando si scelgono antenne LoRa per applicazioni all'aperto, in genere devono avere un'adeguata protezione dalle intemperie e la capacità di resistere alle condizioni atmosferiche esterne. Le antenne LoRa per interni non richiedono in genere alcun hardware di installazione specifico e sono adatte a spazi chiusi e all'interno di edifici.

Polarizzazione:

La polarizzazione delle antenne LoRa deve corrispondere alla polarizzazione del modulo LoRa per migliorare le prestazioni di trasmissione del segnale. La polarizzazione può essere lineare, verticale o circolare. Per la maggior parte delle applicazioni, le antenne LoRa con polarizzazione lineare o verticale sono più adatte. Le antenne LoRa con polarizzazione circolare sono più adatte per le applicazioni in cui l'orientamento dell'antenna varia.

Consigli pratici per la selezione dell'antenna

Oltre ai parametri critici sopra menzionati, nell'implementazione pratica di una configurazione di comunicazione LoRa, per ottenere prestazioni ottimali dell'applicazione è necessario considerare anche i seguenti fattori nella scelta dell'antenna LoRa.

Corrispondenza di impedenza:

Il rapporto tra la tensione di ingresso e la corrente di ingresso all'estremità dell'alimentatore è noto come impedenza di ingresso dell'antenna. I moduli LoRa utilizzati nella maggior parte delle applicazioni hanno un'impedenza tipica di 50 ohm. Per garantire una trasmissione efficiente del segnale, l'impedenza dell'antenna LoRa deve corrispondere a quella del modulo LoRa.

Lunghezza del cavo e connettori:

I tipi di connettori più utilizzati nelle applicazioni di comunicazione LoRa sono i connettori di tipo SMA e N. I cavi coassiali sono il tipo di cavo più utilizzato per le applicazioni LoRa. I cavi RG58 e RG174 sono generalmente utilizzati per le esigenze di cavi a breve distanza e i cavi della serie LMR per le distanze più lunghe. I cavi e i connettori devono essere scelti per ridurre al minimo l'attenuazione del segnale e le interferenze sulla lunghezza del cavo.

Test e messa a punto:

Dopo l'implementazione pratica di un'antenna LoRa, le sue prestazioni devono essere testate regolarmente. Le antenne LoRa devono essere montate il più lontano possibile dal suolo e da grandi oggetti metallici. Modificando l'orientamento e il posizionamento dell'antenna LoRa, è possibile migliorarne le prestazioni.

Antenne consigliate per applicazioni LoRa

Le antenne LoRa sono versatili e pertanto vengono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni. Sono disponibili in diverse forme, come antenne a chip, antenne a dipolo e antenne a monopolo, antenne patch lora, antenne elicoidali, Antenne Yagi lorae antenne esterne omnidirezionali.

Il tipo e le specifiche dell'antenna devono essere scelti con cura in base all'applicazione, alle condizioni ambientali e allo specifico modulo di comunicazione LoRa utilizzato. Le antenne patch sono generalmente piccole e leggere. Sono tipicamente utilizzate nelle applicazioni in cui l'antenna LoRa è integrata nei circuiti stampati. Analogamente, le antenne LoRa per circuiti stampati sono integrate nel circuito stesso. Questi tipi di antenne LoRa sono utilizzati in applicazioni di piccole dimensioni come modem o router. Le antenne LoRa omnidirezionali esterne sono utilizzate nelle applicazioni che richiedono un'area di copertura a lungo raggio. In genere vengono montate in cima a edifici o torri e sono costruite per resistere a condizioni climatiche difficili.

Questi tipi di antenne LoRa sono utilizzati in applicazioni pratiche come i sistemi di monitoraggio ambientale, i sistemi di tracciamento dei beni, i sistemi di agricoltura intelligente, i sistemi di risposta alle emergenze, ecc. Le antenne LoRa elicoidali sono utilizzate in applicazioni in cui è richiesta la diversità di polarizzazione o le dimensioni compatte, come i dispositivi palmari o i sistemi embedded.

Conclusione

L'antenna LoRa è un componente critico di qualsiasi sistema di comunicazione LoRa e le prestazioni dell'antenna influiscono direttamente sulle metriche del sistema di comunicazione stesso. Pertanto, prima di scegliere un'antenna LoRa, è essenziale considerare le specifiche quali frequenza, guadagno, larghezza di banda e portata, nonché l'utilizzo in ambienti interni o esterni, le opzioni di montaggio e le condizioni ambientali. È inoltre importante verificare che l'antenna scelta sia conforme agli standard normativi della regione in cui opera. Una consultazione e un collaudo adeguati garantiranno che l'antenna LoRa e il sistema di comunicazione funzionino con l'efficienza e l'affidabilità previste per l'applicazione nel suo ambiente operativo reale.