Améliorer les applications IoT grâce à des antennes polyvalentes compactes

Choisir une antenne appropriée peut être crucial pour le succès d'une application Internet des objets (IoT) sans fil. La sélection d'une antenne offrant de hautes performances et la flexibilité nécessaire pour prendre en charge différents réseaux peut renforcer l'attrait commercial des applications électroniques.

Les concepteurs de produits considèrent parfois les antennes comme un composant passif. Mais à mesure qu'elles intègrent de nouvelles fonctionnalités pour exploiter les écosystèmes IoT, elles font de plus en plus partie intégrante du succès des applications électroniques. Les antennes prenant en charge plusieurs réseaux sans fil peuvent fournir une redondance, une résilience et une optimisation de la couverture essentielles, en particulier avec les applications Internet industriel des objets (IIoT).

Outre la prise en charge des applications Wi-Fi, il est de plus en plus important d'intégrer des antennes cellulaires qui fournissent les caractéristiques critiques requises pour garantir le succès de l'IoT. Le rendement spectral est essentiel pour contrer les interférences créées par la croissance du trafic sans fil. Le rendement énergétique pour étendre la durée de vie des batteries est une autre exigence clé. De nombreuses applications IoT doivent fonctionner dans des environnements difficiles, comme les bornes de recharge extérieures, où des antennes robustes sont nécessaires pour résister aux conditions météorologiques extrêmes ou au vandalisme.

Des antennes hautement efficaces sont requises pour garantir que les performances des signaux ne sont pas affectées de manière significative par les matériaux de construction physiques tels que le béton ou le métal. Une transmission propre et sans interférences est primordiale pour éviter les interférences et le bruit des signaux alors que les services sans fil sont en concurrence pour l'accès. La demande croissante d'applications 5G industrielles incitera les concepteurs à intégrer des microcellules et des petites cellules pour surmonter l'incapacité de la 5G à traverser les fenêtres et les murs.

Différents réseaux excellent dans des domaines spécifiques, de sorte que les concepteurs de produits utilisant des antennes plus efficaces peuvent obtenir une couverture plus large, que ce soit en intérieur ou en extérieur, pour répondre aux besoins des clients. Tout aussi important, les concepteurs de produits peuvent pérenniser leurs applications grâce à l'adaptabilité offerte par la prise en charge multiréseau.

La prise en charge multiréseau peut permettre aux fournisseurs et aux clients de standardiser un seul type d'antenne pour assurer la connectivité dans des environnements disparates, plutôt que de gérer la complexité d'un système à multiples antennes. Elle permet également de combiner différents types de connectivité pour équilibrer les charges du réseau et répartir le trafic de données sur plusieurs voies afin d'éviter les engorgements et d'optimiser les performances en sélectionnant la meilleure option de réseau pour une tâche donnée. Les clients peuvent opter pour le réseau le plus rentable en fonction des besoins en données, évitant ainsi les données cellulaires lorsque le Wi-Fi est suffisant.

Répondre aux besoins des environnements difficiles

La connectivité sans fil est souvent cruciale dans un large éventail d'environnements qui posent de nombreux défis aux concepteurs de produits.

Les usines intelligentes, par exemple, requièrent une communication fiable entre les équipements, les capteurs et les systèmes de gestion centraux, souvent dans des environnements industriels difficiles. Dans les grands entrepôts, où coexistent les réseaux Wi-Fi et cellulaires, les antennes multiréseaux peuvent garantir une connectivité transparente pour le suivi des stocks et la gestion logistique.

Les antennes hautes performances permettent de déployer des capteurs dans des endroits éloignés pour collecter des données de stations météorologiques ou de moniteurs de qualité de l'air, et pour suivre les actifs ou mettre en œuvre des applications de bâtiments intelligents. Dans l'agriculture, elles peuvent fournir des informations essentielles sur l'humidité des sols, l'état des cultures et le fonctionnement des systèmes d'irrigation.

Les autres applications émergentes incluent les bornes de recharge pour véhicules électriques devant communiquer avec les systèmes d'arrière-plan quelles que soient les conditions météorologiques, la signalisation numérique fournissant des affichages et des annonces en temps réel, les solutions de stockage sécurisées exigeant une surveillance et un contrôle d'accès en temps réel, et les systèmes mobiles de billetterie et d'information des passagers.

Chaque application IoT présente des exigences uniques, et les concepteurs de produits doivent s'adapter aux cas d'utilisation spécifiques ainsi qu'aux exigences environnementales et de communication. Les dispositifs IoT fonctionnent sur différentes bandes de fréquences pouvant avoir un impact sur les performances. De plus, l'espace limité pour les dispositifs peut rendre difficile l'intégration d'antennes sans compromettre d'autres composants.

Parmi les facteurs à prendre en compte pour choisir l'antenne appropriée pour une application IoT figurent les performances, la taille, le coût et la compatibilité. Ces facteurs peuvent facilement conduire les concepteurs à intégrer différentes antennes pour répondre aux besoins de leurs clients, entraînant des problèmes complexes de support et de chaîne d'approvisionnement.

Plusieurs protocoles de réseau

Les protocoles de réseau étendu basse consommation (LPWAN) tels que l'IoT à bande étroite (NB-IoT) prennent en charge de faibles débits de données et exigent une faible consommation d'énergie, un gain élevé et un haut rendement pour maintenir une connectivité stable sur de longues distances. Les applications requièrent typiquement des antennes omnidirectionnelles fournissant un large diagramme de rayonnement couvrant de vastes zones.

À l'inverse, les protocoles Wi-Fi à courte portée prennent en charge des débits de données élevés mais exigent un faible gain et un haut rendement pour économiser de l'énergie et éviter les interférences avec d'autres dispositifs. Les antennes doivent fournir un diagramme de rayonnement étroit pour focaliser le signal.

Le protocole IoT cellulaire LTE CAT-1 offre des débits de données modérés et une connectivité cellulaire à portée modérée pour les applications IoT. La réception de bande passante s'étend de 1,4 MHz à 20 MHz, et le protocole prend en charge des débits de liaison descendante de crête jusqu'à 10 Mb/s et des débits de liaison montante de crête jusqu'à 5 Mb/s. Les applications peuvent bénéficier du duplex intégral et d'une faible consommation d'énergie.

Le protocole LTE CAT-M1 s'efforce d'atteindre un équilibre entre débit de données et rendement énergétique. Il requiert une très faible consommation d'énergie avec des antennes prenant en charge une bande passante de 1,4 MHz et des débits de liaison descendante et montante de crête de 1 Mb/s. Les applications peuvent bénéficier des capacités de duplex intégral ou semi-duplex.

Le protocole CAT-4 LTE permet des débits de données nettement plus élevés et une latence plus faible pour les applications IoT plus exigeantes, y compris les applications en temps réel. Le protocole fournit des capacités de duplex intégral avec des débits de liaison descendante jusqu'à 150 Mb/s et de liaison montante jusqu'à 50 Mb/s.

Antennes polyvalentes

TE Connectivity (TE) propose la famille d'antennes IoT multiports VersAnte dans un facteur de forme compact, pouvant offrir des combinaisons de couverture cellulaire 4G/5G, Wi-Fi et GNSS. Grâce à la possibilité d'intégrer différents protocoles de communication dans une seule antenne, les ingénieurs peuvent simplifier leurs conceptions.

Contrairement à certaines antennes qui requièrent un plan de masse spécifique pour des performances optimales, ces antennes sont indépendantes du plan de masse et elles peuvent être montées sur des surfaces métalliques ou non métalliques, permettant aux concepteurs de les placer dans des emplacements optimisant la réception du signal. Les radômes peuvent être peints avec des peintures aérosol non métalliques à usage courant.

Les antennes VersAnte de TE offrent une couverture omnidirectionnelle à 360°, réduisant ainsi le besoin de retransmissions dues à des signaux faibles qui peuvent entraîner une consommation d'énergie. Elles équilibrent le gain avec la consommation d'énergie, optimisant ainsi les performances globales.

Ces antennes compactes conviennent aux applications à espace restreint dans lesquelles elles peuvent facilement être intégrées, comme les points d'extrémité IoT, les écrans numériques et les bornes de recharge de VE. Les antennes sont renforcées pour fournir des performances fiables en conditions difficiles, ce qui les rend moins sensibles aux dommages dus au vandalisme ou à des facteurs environnementaux.

L'antenne VersAnte L000321-01 (Figure 1) est une antenne cylindrique à 3 ports extra-plate. Elle fournit une couverture cellulaire 4G/5G, Wi-Fi et GNSS pour répondre aux besoins d'un éventail d'applications, des points d'extrémité IoT aux terminaux intelligents en passant par la signalisation numérique. Avec une hauteur de 26,00 mm et un diamètre de 90,2 mm, elle offre des performances élevées dans une empreinte très compacte.

Figure 1 : Antenne cellulaire cylindrique VersAnte L000321-01. (Source de l'image : TE Connectivity)

TE propose également les antennes dômes L000322-01 à 2 ports et L000322-02 à 3 ports (Figure 2), chacune avec deux ports cellulaires 4G/5G et un port GNSS en option. Chaque variante mesure 150 mm x 1,77 mm x 1,97 mm.

Figure 2 : Facteur de forme des antennes VersAnte L000322-01 et L000322-02. (Source de l'image : TE Connectivity)

Conclusion

La demande croissante en matière de nouvelles applications sans fil offre des opportunités aux concepteurs qui peuvent intégrer de multiples technologies de communication dans leurs produits. Les antennes VersAnte de TE Connectivity sont polyvalentes et robustes, et elles prennent en charge plusieurs technologies sans fil dans une conception compacte et extra-plate. Grâce à leur capacité à fonctionner sur des surfaces métalliques et non métalliques, combinée à des caractéristiques IP67 et IP69K, elles sont parfaitement adaptées à une large gamme d'applications IoT en intérieur et en extérieur exigeant une connectivité fiable et hautes performances.