Introduction aux antennes LoRa

Les antennes LoRa sont utilisées pour transmettre et recevoir des signaux sans fil pour les appareils et réseaux LoRa.LoRa signifie Long Range et fait référence à une technique de modulation à spectre étalé qui permet des communications à longue portée sur un spectre sans licence.Dans cet article, nous discutons de ce qu'est LoRa, des fréquences radio utilisées, des types d'antennes LoRa, des principales caractéristiques des antennes, des considérations d'appariement et des exemples d'utilisation.

Présentation de la technologie LoRa

LoRa est un protocole de modulation RF de couche physique développé par Semtech.Attributs clés:

● Liaisons de communication longue portée

●Faible consommation d'énergie pour les appareils à batterie distants

●Transmission de données robuste et résistante aux interférences

● Fonctionne dans les bandes ISM sans licence

● Permet des réseaux Internet des objets à grande échelle

●Communication bidirectionnelle avec des actifs mobiles ou fixes

●La portée peut dépasser 15 km dans les zones rurales

●Norme ouverte largement utilisée par l'industrie

LoRa sert désormais de couche PHY pour la pile de protocoles LoRaWAN axée sur la connectivité LPWAN IoT pour les capteurs, actionneurs, trackers et moniteurs.Cela favorise l’adoption d’antennes compatibles LoRa.

Bandes de fréquences LoRa courantes sans licence :

433 MHz – Utilisé principalement en Asie.Permet une portée plus longue mais des débits de données inférieurs.

868 MHz – Bande principale pour l'Europe.Bonne portée avec des débits de données raisonnables.

915 MHz – La bande Amérique du Nord offre un équilibre entre débit de données et portée.L'Australie utilise 915-928 MHz.

2,4 GHz – Portée courte mais débit de données plus élevé pour les capteurs.Restreint dans certaines régions.

Les antennes LoRa ciblent donc les bandes ISM sans licence inférieures au GHz, idéales pour une couverture longue portée.Les fréquences exactes dépendent de la région géographique.

Types d'antennes LoRa

Il existe plusieurs facteurs de forme d'antenne courants compatibles avec les radios LoRa :

Fouet et dipôle omnidirectionnels

●Monopoles ou dipôles demi-onde

● Rayonner uniformément en azimut

●Facteur de forme simple et compact

●Montage à vis ou fixation permanente

●Idéal pour les petits appareils LoRa mobiles

Borne externe

●Antenne amovible via câble coaxial

● Repositionnement et réorientation faciles

● Permet un montage à distance pour une couverture améliorée

●Coût supplémentaire du câble coaxial et du connecteur

●Commun pour les passerelles et infrastructures fixes

Antennes de trace PCB

●Traces de PCB sinueuses comme antennes intégrées

●Faible coût mais moins efficace que les antennes externes

●Utilisé lorsqu'un encombrement minimal est critique

Performances très dépendantes de la disposition du PCB

Puce en céramique

●Boîtier en céramique multicouche avec antenne intégrée

●Composant SMT compact pour l'intégration de PCB

●Coût inférieur aux antennes miniaturisées

●Performances réduites par rapport aux antennes plus grandes

En général, les infrastructures fixes utilisent des antennes externes, tandis que les points de terminaison mobiles LoRa utilisent plus souvent des antennes fouet ou à puce.

Principales caractéristiques de l'antenne

Les paramètres critiques pour une antenne LoRa incluent :

Fréquence – Doit correspondre à la bande LoRa utilisée, généralement 433 MHz, 868 MHz ou 915 MHz.

Gain – Amplification sur isotrope, un gain plus élevé équivaut à une portée plus longue.1-5 dBi typique.

VSWR – Le rapport d'onde stationnaire de tension, 1,5 : 1 ou moins, correspond à une correspondance d'impédance optimale.

largeur de faisceau – Région angulaire rayonnée pour les antennes directionnelles.

Polarisation – Orientation du champ électrique – vertical, horizontal ou RHCP/LHCP.

Perte de câble – Perte dans la ligne d'alimentation coaxiale, 1-2 dB commun.

Taille – Contraintes de facteur de forme, le gain est souvent en corrélation avec la taille.

Faire correspondre les caractéristiques de l'antenne au cas d'utilisation et à l'installation est essentiel pour des performances LoRa optimales.

Comparaison des types d'antennes

FAQ sur l'antenne LoRa

Quels sont les types d’antennes LoRa les plus courants ?

Les antennes LoRa les plus répandues sont les antennes fouet quart d'onde, les antennes hélicoïdales, les antennes trace PCB, les antennes à puce en céramique et les antennes Yagi directionnelles.Les antennes dipôles et colinéaires sont également utilisées.

Quelle est la différence entre la polarisation linéaire et circulaire pour LoRa ?

La polarisation linéaire aligne le champ électrique dans un plan, vertical ou horizontal.La polarisation circulaire fait tourner le champ en hélice, ce qui rend l'orientation de l'antenne moins critique pour la communication aux points finaux.

Quel est le rapport entre le gain de l'antenne et la portée pour LoRa ?

Un gain d'antenne plus élevé en dBi étend la portée de communication pour un niveau de puissance d'émission donné.Chaque augmentation de 3 dBi double environ la portée dans des conditions de visibilité directe.

Quel type de câble faut-il utiliser pour les antennes passerelles ?

Un câble coaxial à faible perte tel que le LMR-400 est recommandé pour les antennes passerelles lorsque les longueurs sont inférieures à 5 mètres.Le LMR-600 peut être utilisé pour des longueurs de câble plus longues.

Quelles sont les méthodes de protection contre les surtensions recommandées pour les antennes LoRa ?

Un parafoudre coaxial adapté à l'impédance de la ligne d'alimentation de l'antenne doit être utilisé.Les supports de montage mis à la terre en courant continu aident également à shunter le courant provenant des coups de foudre.