Einführung in LoRa-Antennen

LoRa-Antennen werden zum Senden und Empfangen von Funksignalen für LoRa-Geräte und -Netzwerke verwendet.LoRa steht für Long Range und bezieht sich auf eine Spread-Spectrum-Modulationstechnik, die die Kommunikation über große Entfernungen über nicht lizenzierte Frequenzen ermöglicht.In diesem Artikel besprechen wir, was LoRa ist, welche Funkfrequenzen verwendet werden, welche Arten von LoRa-Antennen es gibt, welche wichtigen Antenneneigenschaften es gibt, welche Überlegungen zur Anpassung es gibt und welche Anwendungsbeispiele es gibt.

Überblick über die LoRa-Technologie

LoRa ist ein von Semtech entwickeltes HF-Modulationsprotokoll für die physikalische Schicht.Hauptmerkmale:

●Kommunikationsverbindungen mit großer Reichweite

●Geringer Stromverbrauch für externe Batteriegeräte

●Robuste, störsichere Datenübertragung

●Wird in nicht lizenzierten ISM-Bändern betrieben

●Ermöglicht groß angelegte Internet-of-Things-Netzwerke

●Bidirektionale Kommunikation mit mobilen oder festen Anlagen

●Die Reichweite kann in ländlichen Gebieten mehr als 15 km betragen

●Offener Standard, der in der Industrie weit verbreitet ist

LoRa dient jetzt als PHY-Schicht für den LoRaWAN-Protokollstapel, der sich auf LPWAN-IoT-Konnektivität für Sensoren, Aktoren, Tracker und Monitore konzentriert.Dies treibt die Einführung LoRa-kompatibler Antennen voran.

Gängige nicht lizenzierte LoRa-Frequenzbänder:

433 MHz – Wird hauptsächlich in Asien verwendet.Ermöglicht eine größere Reichweite, aber niedrigere Datenraten.

868 MHz – Hauptband für Europa.Gute Reichweite mit angemessenen Datenraten.

915 MHz – Das Nordamerika-Band bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Datenrate und Reichweite.Australien verwendet 915-928 MHz.

2,4 GHz – Kurze Reichweite, aber höhere Datenrate für Sensoren.In einigen Regionen eingeschränkt.

Daher zielen LoRa-Antennen auf die lizenzfreien ISM-Bänder im Sub-GHz-Bereich ab, die sich ideal für die Abdeckung großer Entfernungen eignen.Die genauen Häufigkeiten hängen von der geografischen Region ab.

Arten von LoRa-Antennen

Es gibt mehrere gängige Antennenformfaktoren, die mit LoRa-Funkgeräten kompatibel sind:

Omnidirektionale Peitsche und Dipol

●Halbwellenmonopole oder -dipole

●Gleichmäßig im Azimut abstrahlen

●Einfacher, kompakter Formfaktor

●Schraubmontage oder dauerhafte Befestigung

●Ideal für kleine, mobile LoRa-Geräte

Externes Terminal

●Abnehmbare Antenne über Koaxialkabel

●Einfache Neupositionierung und Neuausrichtung

●Ermöglicht die entfernte Montage für eine verbesserte Abdeckung

●Zusätzliche Kosten für Koaxialkabel und Stecker

●Gemeinsam für feste Gateways und Infrastruktur

PCB-Trace-Antennen

●Mäandernde Leiterplattenbahnen als integrierte Antennen

●Geringe Kosten, aber weniger effizient als externe Antennen

●Wird verwendet, wenn minimaler Platzbedarf entscheidend ist

Die Leistung hängt stark vom PCB-Layout ab

Keramikchip

●Mehrschichtiges Keramikgehäuse mit eingebetteter Antenne

●Kompakte SMT-Komponente für die PCB-Integration

●Geringere Kosten als miniaturisierte Antennen

●Reduzierte Leistung im Vergleich zu größeren Antennen

Im Allgemeinen nutzt die feste Infrastruktur externe Antennen, während mobile LoRa-Endpunkte häufiger Peitschen- oder Chipantennen verwenden.

Wichtige Antenneneigenschaften

Zu den kritischen Parametern einer LoRa-Antenne gehören:

Frequenz – Muss mit dem verwendeten LoRa-Band übereinstimmen, normalerweise 433 MHz, 868 MHz oder 915 MHz.

Verstärkung – Verstärkung über isotrop, höhere Verstärkung bedeutet größere Reichweite.1-5 dBi typisch.

VSWR – Spannungs-Stehwellenverhältnis, 1,5:1 oder weniger ist eine optimale Impedanzanpassung.

Strahlbreite – abgestrahlter Winkelbereich für Richtantennen.

Polarisation – Ausrichtung des elektrischen Feldes – vertikal, horizontal oder RHCP/LHCP.

Kabelverlust – Verlust in der Koaxialzuleitung, 1-2 dB allgemein.

Größe – Formfaktorbeschränkungen, Gewinn korreliert oft mit der Größe.

Für eine optimale LoRa-Leistung ist die Anpassung der Antenneneigenschaften an den Anwendungsfall und die Installation von entscheidender Bedeutung.

Vergleich der Antennentypen

Häufig gestellte Fragen zu LoRa-Antennen

Was sind die gängigsten LoRa-Antennentypen?

Die am weitesten verbreiteten LoRa-Antennen sind Viertelwellen-Peitschenantennen, Spiralantennen, PCB-Leiterbahnantennen, Keramikchipantennen und gerichtete Yagi-Antennen.Auch Dipol- und Kollinearantennen kommen zum Einsatz.

Was ist der Unterschied zwischen linearer und zirkularer Polarisation für LoRa?

Durch die lineare Polarisation wird das elektrische Feld in einer Ebene ausgerichtet, entweder vertikal oder horizontal.Durch die Zirkularpolarisation wird das Feld spiralförmig gedreht, wodurch die Antennenausrichtung für die Endpunktkommunikation weniger kritisch wird.

Wie hängt der Antennengewinn mit der Reichweite von LoRa zusammen?

Ein höherer Antennengewinn in dBi erweitert die Kommunikationsreichweite für einen bestimmten Sendeleistungspegel.Jede Erhöhung um 3 dBi verdoppelt ungefähr die Reichweite unter Sichtbedingungen.

Welcher Kabeltyp sollte für Gateway-Antennen verwendet werden?

Für Gateway-Antennen werden verlustarme Koaxialkabel wie LMR-400 empfohlen, wenn die Streckenlänge weniger als 5 Meter beträgt.LMR-600 kann für längere Kabellängen verwendet werden.

Welche Überspannungsschutzmethoden werden für LoRa-Antennen empfohlen?

Es sollte ein koaxialer Blitzüberspannungsschutz verwendet werden, der an die Impedanz der Antennenzuleitung angepasst ist.Mit Gleichstrom geerdete Montagehalterungen tragen auch dazu bei, den Strom durch Blitzeinschläge abzuleiten.