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來(lái)源：Digikey 作者：Pete Bartolik 選擇合適的天線(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 無(wú)線(xiàn)應用的成功至關(guān)重要。選擇的天線(xiàn)既要性能高又要能靈活地支持不同的網(wǎng)絡(luò )，這樣才可以增強電子應用的商業(yè)吸引力。 產(chǎn)品設計人員可能會(huì )將天線(xiàn)視為無(wú)源元件，但隨著(zhù)他們不斷采用新功能來(lái)開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統，天線(xiàn)對電子應用的成功變得越來(lái)越不可或缺。特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應用中，天線(xiàn)支持多個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現關(guān)鍵的冗余、彈性和覆蓋優(yōu)化。 除了支持 Wi-Fi 應用外，人們越來(lái)越需要采用蜂窩天線(xiàn)，以提供確保物聯(lián)網(wǎng)成功所需的關(guān)鍵功能。頻譜效率對于對沖無(wú)線(xiàn)通信增長(cháng)帶來(lái)的干擾至關(guān)重要。提高能效以延長(cháng)電池壽命是另一項關(guān)鍵要求。許多物聯(lián)網(wǎng)應用必須在惡劣的環(huán)境中運行，例如室外充電站，需要堅固耐用的天線(xiàn)來(lái)抵御惡劣的天氣條件或人為破壞。 要確保信號性能不受混凝土或金屬等物理建筑材料的明顯影響，就需要高效的天線(xiàn)。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)服務(wù)的競相接入，干凈、無(wú)干擾的傳輸對于避免干擾和信號噪聲越來(lái)越重要。隨著(zhù)對工業(yè) 5G 應用的需求的不斷增長(cháng)，這將促使設計人員采用微蜂窩和小蜂窩技術(shù)，以克服 5G 無(wú)法穿透窗戶(hù)和墻壁的問(wèn)題。 不同的網(wǎng)絡(luò )適合的領(lǐng)域各不相同，因此為滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，產(chǎn)品設計人員需要更高效的天線(xiàn)才可以實(shí)現更廣泛的覆蓋，無(wú)論是室內還是室外。同樣重要的是，產(chǎn)品設計人員可以利用多網(wǎng)絡(luò )支持帶來(lái)的適應性，使其應用更加適應未來(lái)需要。 多網(wǎng)絡(luò )支持可讓供應商和客戶(hù)在不同環(huán)境中使用一種類(lèi)型的天線(xiàn)提供連接，而無(wú)需管理復雜的多天線(xiàn)庫存。它還允許將不同類(lèi)型的連接組合在一起，以平衡網(wǎng)絡(luò )負載，并將數據流量分配到多個(gè)路徑上，從而防止擁塞，并通過(guò)為特定任務(wù)選擇最佳網(wǎng)絡(luò )選項來(lái)優(yōu)化性能�？蛻�(hù)可以根據數據需求選擇最具成本效益的網(wǎng)絡(luò )，并在 Wi-Fi 足夠使用的情況下避免使用蜂窩數據。 滿(mǎn)足挑戰性環(huán)境需要 無(wú)線(xiàn)連接通常是各種環(huán)境中任務(wù)的關(guān)鍵，這給產(chǎn)品設計人員帶來(lái)了眾多挑戰。 例如，智能工廠(chǎng)需要在工廠(chǎng)設備、傳感器和中央管理系統之間進(jìn)行可靠的通信，而且通常是在惡劣的工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行的。在 Wi-Fi 和蜂窩網(wǎng)絡(luò )共存的大型倉庫中，多網(wǎng)絡(luò )天線(xiàn)可確保庫存跟蹤和物流管理的無(wú)縫連接。 有了高性能天線(xiàn)，就可以在偏遠地區部署傳感器，從氣象站和空氣質(zhì)量監測器獲取數據，并跟蹤資產(chǎn)或實(shí)現智能樓宇應用。在農業(yè)領(lǐng)域，它們可以提供有關(guān)土壤濕度、作物健康和灌溉系統運行的重要信息。 其他新興應用包括：無(wú)論天氣如何都需要與后臺系統通信的電動(dòng)汽車(chē)充電站；提供實(shí)時(shí)顯示和公告的數字標牌；需要實(shí)時(shí)監控和門(mén)禁控制的安全存儲解決方案；以及移動(dòng)票務(wù)和乘客信息系統。 每種物聯(lián)網(wǎng)應用都有獨特的需求，產(chǎn)品設計人員必須適應特定的使用案例以及環(huán)境和通信要求。物聯(lián)網(wǎng)設備在不同的頻段上運行，這可能會(huì )影響性能；此外，設備空間有限，這使得在不影響其他組件的情況下集成天線(xiàn)具有挑戰性。 在為物聯(lián)網(wǎng)應用選擇合適的天線(xiàn)時(shí)，需要考慮的一些因素包括性能、尺寸、成本和兼容性。這很容易導致設計人員為滿(mǎn)足客戶(hù)需求而集成不同的天線(xiàn)，從而產(chǎn)生復雜的支持和供應鏈問(wèn)題。 多網(wǎng)絡(luò )協(xié)議 低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 協(xié)議（如窄帶物聯(lián)網(wǎng) (NB-IoT) ）支持低數據速率，需要低功耗、高增益和高效率，以保持長(cháng)距離的穩定連接。應用通常需要全向天線(xiàn)提供大面積的寬輻射模式。 相反，短程 Wi-Fi 協(xié)議支持高數據傳輸速率，但要求低增益和高效率，以節省功耗并避免干擾其他設備。天線(xiàn)應提供窄輻射模式，以聚焦信號。 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 LTE CAT-1 為物聯(lián)網(wǎng)應用提供中等數據傳輸速率和中等范圍的蜂窩連接。帶寬接收范圍為 1.4 MHz 至 20 MHz，協(xié)議支持最高 10 Mb/s 的峰值下行鏈路速率和最高 5 Mb/s 的峰值上行鏈路速率。應用可利用全雙工和低功耗的優(yōu)勢。 LTE CAT-M1 努力在數據傳輸速率和能效之間取得平衡。其天線(xiàn)支持 1.4 MHz 帶寬，下行鏈路和上行鏈路峰值速率均為 1 Mbit/s，所需的功率非常低。應用可利用全雙工或半雙工功能。 CAT-4 LTE 協(xié)議可大幅提高數據傳輸速率，降低延遲，滿(mǎn)足包括實(shí)時(shí)應用在內的更高要求的物聯(lián)網(wǎng)應用。該協(xié)議提供全雙工功能，下行鏈路速率最高 150 Mb/s，上行鏈路速率最高 50 Mb/s。 多功能天線(xiàn) TE Connectivity (TE) 推出 VersAnte 系列多端口物聯(lián)網(wǎng)天線(xiàn)，外形小巧，可實(shí)現 4G/5G 蜂窩、Wi-Fi 和全球導航衛星系統 (GNSS) 的組合覆蓋。由于能將不同的通信協(xié)議集成到單個(gè)天線(xiàn)中，工程師就可以用它簡(jiǎn)化設計。 與某些需要特定接地層才能獲得最佳性能的天線(xiàn)不同，這些天線(xiàn)與接地層無(wú)關(guān)，既可安裝在金屬表面，也可安裝在非金屬表面，因此設計人員可將其放置在能優(yōu)化信號接收的位置。天線(xiàn)罩可使用常見(jiàn)的非金屬?lài)娖徇M(jìn)行噴涂。 TE 的 VersAnte 天線(xiàn)可提供 360° 全向覆蓋，減少了因信號微弱而導致的重新傳輸需求，從而降低了功耗。它們平衡了增益和功耗，優(yōu)化了整體性能。 這些小巧的天線(xiàn)適用于空間受限的應用，可無(wú)縫嵌入狹小的空間，如小型物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)、數字顯示屏和電動(dòng)汽車(chē)充電站。天線(xiàn)堅固耐用，可在惡劣條件下提供可靠的性能，不易因人為破壞或環(huán)境因素而損壞。 VersAnte L000321-01（圖 1）是一款 3 端口、扁平、圓球形天線(xiàn)。它提供 4G/5G 蜂窩、Wi-Fi 和全球導航衛星系統覆蓋，可滿(mǎn)足從物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)、智能終端到數字標牌等各種應用的需求。其高度為 1.024 英寸 (26.00 mm)，直徑為 3.55 英寸 (90.2 mm)，以較小的封裝實(shí)現了很高的性能。 
圖 1：VersAnte 蜂窩冰球狀 L000321-01 天線(xiàn)。（圖片來(lái)源：TE Connectivity） TE 還提供 2 端口 L000322-01 和 3 端口 L000322-02 圓頂天線(xiàn)（圖 2），每個(gè)天線(xiàn)都有兩個(gè) 4G/5G 蜂窩端口和一個(gè)可選的 GNSS 端口。每個(gè)變型的尺寸為 5.90 x 1.77 x 1.97 英寸 (150 x 1.77 x 1.97 mm)。
圖 2：VersAnte L000322-01 和 L000322-02 天線(xiàn)的外形尺寸。（圖片來(lái)源：TE Connectivity） 結語(yǔ) 人們對新型無(wú)線(xiàn)應用的需求不斷增長(cháng)，需要設計人員能夠將多種通信技術(shù)集成到產(chǎn)品中。TE Connectivity 的 VersAnte 天線(xiàn)用途廣泛、堅固耐用，采用緊湊、小巧的設計，支持多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)。它們能夠在金屬和非金屬表面上運行，并達到 IP67 和 IP69K 防護等級，因此非常適合室內外環(huán)境中各種需要高性能可靠連接的物聯(lián)網(wǎng)應用。 |
