เพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน IoT ด้วยเสาอากาศขนาดกะทัดรัดและอเนกประสงค์

การเลือกเสาอากาศที่เหมาะสมอาจมีความสำคัญต่อความสำเร็จของการใช้งาน Internet of Things (IoT) แบบไร้สาย โดยการเลือกเสาอากาศที่ให้ประสิทธิภาพสูงและมีความยืดหยุ่นเพื่อรองรับเครือข่ายที่แตกต่างกันสามารถเพิ่มความน่าสนใจเชิงพาณิชย์ของการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ได้

นักออกแบบผลิตภัณฑ์อาจมองว่าเสาอากาศเป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟ แต่เนื่องจากเสาอากาศเหล่านี้รวมคุณสมบัติใหม่ๆ เพื่อใช้ประโยชน์จากระบบนิเวศ IoT เสาอากาศเหล่านี้จึงมีส่วนสำคัญต่อความสำเร็จของการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ IoT เชิงอุตสาหกรรม (IIoT) โดยเสาอากาศที่รองรับเครือข่ายไร้สายหลายเครือข่ายสามารถให้ความซ้ำซ้อน ความยืดหยุ่น และการเพิ่มประสิทธิภาพความครอบคลุมที่สำคัญได้

นอกเหนือจากการรองรับการใช้งาน Wi-Fi แล้ว ยังมีความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการรวมเสาอากาศเซลลูลาร์ที่ให้คุณสมบัติที่สำคัญที่จำเป็นเพื่อรับประกันความสำเร็จของ IoT ประสิทธิภาพของสเปกตรัมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตอบโต้สัญญาณรบกวนที่เกิดจากการเติบโตของการรับส่งข้อมูลไร้สาย และประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่เป็นข้อกำหนดสำคัญอีกประการหนึ่ง โดยการใช้งาน IoT จำนวนมากต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น สถานีชาร์จกลางแจ้ง ซึ่งจำเป็นต้องใช้เสาอากาศที่แข็งแกร่งเพื่อทนต่อสภาพอากาศที่รุนแรงหรือการไม่แน่นอน

เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพของสัญญาณจะไม่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากวัสดุก่อสร้างทางกายภาพ เช่น คอนกรีตหรือโลหะ การส่งสัญญาณที่สะอาดและปราศจากสัญญาณรบกวนมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการหลีกเลี่ยงการรบกวนและเสียงรบกวนของสัญญาณ เนื่องจากบริการไร้สายแข่งขันกันเพื่อเข้าถึง ความต้องการการใช้งาน 5G ในอุตสาหกรรมที่เพิ่มขึ้นจะกระตุ้นให้นักออกแบบรวมไมโครเซลล์และเซลล์ขนาดเล็กเข้าด้วยกัน เพื่อเอาชนะการที่ 5G ไม่สามารถเจาะหน้าต่างและผนังได้

เครือข่ายที่แตกต่างกันมีข้อดีในพื้นที่ที่แตกต่างกัน ดังนั้นนักออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ใช้เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพมากกว่าจึงสามารถครอบคลุมได้กว้างขึ้น ไม่ว่าจะเป็นในอาคารหรือกลางแจ้ง เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้า สิ่งสำคัญไม่แพ้กันคือนักออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถพิสูจน์ถึงการใช้งานในอนาคตด้วยความสามารถในการปรับใช้งานได้กับหลายเครือข่าย

โดยการรองรับลายเครือข่ายช่วยให้ผู้ขายและลูกค้าสร้างมาตรฐานบนเสาอากาศประเภทเดียวเพื่อมอบการเชื่อมต่อในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน แทนที่จะจัดการความซับซ้อนของสินค้าคงคลังหลายเสาอากาศ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถรวมการเชื่อมต่อประเภทต่างๆ เพื่อสร้างสมดุลของโหลดภายในเครือข่ายและกระจายการรับส่งข้อมูลผ่านเส้นทางต่างๆ เพื่อป้องกันความแออัดและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานโดยการเลือกตัวเลือกเครือข่ายที่ดีที่สุดสำหรับงานที่กำหนด ลูกค้าสามารถเลือกใช้เครือข่ายที่คุ้มค่าที่สุดตามความต้องการด้านข้อมูล โดยหลีกเลี่ยงข้อมูลที่ใช้เซลลูลาร์เมื่อมี Wi-Fi เพียงพอ

ตอบสนองความต้องการของสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย

การเชื่อมต่อไร้สายมักมีความสำคัญต่อภารกิจในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายซึ่งทำให้เกิดความท้าทายมากมายแก่นักออกแบบผลิตภัณฑ์

ตัวอย่างเช่น โรงงานอัจฉริยะต้องการการสื่อสารที่เชื่อถือได้ระหว่างอุปกรณ์โรงงาน เซ็นเซอร์ และระบบการจัดการส่วนกลาง ซึ่งมักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง ในคลังสินค้าขนาดใหญ่ที่มีเครือข่าย Wi-Fi และเซลลูล่าร์อยู่ร่วมกัน เสาอากาศหลายเครือข่ายสามารถรับประกันการเชื่อมต่อที่ราบรื่นสำหรับการติดตามสินค้าคงคลังและการจัดการโลจิสติกส์

เสาอากาศประสิทธิภาพสูงทำให้สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์ในสถานที่ห่างไกลเพื่อรวบรวมข้อมูลจากสถานีตรวจอากาศ เครื่องติดตามคุณภาพอากาศ และเพื่อติดตามทรัพย์สินหรือใช้งานอาคารอัจฉริยะ ในด้านการเกษตร เสาอาการเหล่านั้นสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับความชื้นในดิน สุขภาพพืชผล และการทำงานของระบบชลประทาน

การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ สถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่ต้องสื่อสารกับระบบแบ็กเอนด์ไม่ว่าสภาพอากาศจะเป็นอย่างไร ป้ายดิจิทัลที่ให้การแสดงผลและการประกาศแบบเรียลไทม์ โซลูชันการจัดเก็บข้อมูลที่ปลอดภัยซึ่งต้องมีการตรวจสอบและควบคุมการเข้าถึงแบบเรียลไทม์ และระบบจองตั๋วและข้อมูลผู้โดยสารออนไลน์

การใช้งาน IoT แต่ละรายการมีความต้องการเฉพาะตัว และผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์จะต้องปรับให้เข้ากับกรณีการใช้งานเฉพาะ รวมถึงข้อกำหนดด้านสภาพแวดล้อมและการสื่อสาร อุปกรณ์ IoT ทำงานบนคลื่นความถี่ต่างๆ ที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพ นอกจากนี้ พื้นที่ที่จำกัดสำหรับอุปกรณ์ยังทำให้เกิดความท้าทายในการรวมเสาอากาศโดยไม่กระทบต่อส่วนประกอบอื่นๆ

ปัจจัยบางประการที่ควรพิจารณาในการเลือกเสาอากาศที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน IoT ได้แก่ ประสิทธิภาพ ขนาด ต้นทุน และความเข้ากันได้ สิ่งเหล่านี้สามารถนำนักออกแบบไปบูรณาการเสาอากาศที่แตกต่างกันได้อย่างง่ายดายเพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้า ทำให้เกิดการสนับสนุนที่ซับซ้อนและปัญหาด้านห่วงโซ่อุปทาน

โปรโตคอลเครือข่ายหลายเครือข่าย

โปรโตคอลเครือข่ายบริเวณกว้าง (LPWAN) พลังงานต่ำ เช่น IoT ย่านความถี่แคบ (NB-IoT) รองรับอัตราข้อมูลต่ำ และต้องการการใช้พลังงานต่ำ อัตราขยายสูง และประสิทธิภาพสูงเพื่อรักษาการเชื่อมต่อที่เสถียรในระยะทางไกล โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานต่างๆ ต้องใช้เสาอากาศแบบรอบทิศทางซึ่งมีรูปแบบการแผ่รังสีที่กว้างครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่

ในทางกลับกัน โปรโตคอล Wi-Fi ระยะสั้นรองรับอัตราข้อมูลสูง แต่ต้องการอัตราเกนต่ำและประสิทธิภาพสูง เพื่อประหยัดพลังงานและหลีกเลี่ยงการรบกวนกับอุปกรณ์อื่นๆ เสาอากาศควรมีรูปแบบการแผ่สัญญาณที่แคบเพื่อโฟกัสสัญญาณ

โปรโตคอล IoT ของเซลลูลาร์ LTE CAT-1 ให้อัตราข้อมูลปานกลางและการเชื่อมต่อเซลลูลาร์ช่วงปานกลางสำหรับการใช้งาน IoT การรับแบนด์วิธมีช่วงตั้งแต่ 1.4 MHz ถึง 20 MHz และโปรโตคอลรองรับอัตราการดาวน์ลิงก์สูงสุดถึง 10 Mbit/s และอัตราการอัปลิงก์สูงสุดถึง 5 Mbit/s สามารถใช้ประโยชน์จากฟูลดูเพล็กซ์และความต้องการพลังงานต่ำ

LTE CAT-M1 มุ่งมั่นเพื่อความสมดุลระหว่างอัตราการส่งข้อมูลและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ต้องการพลังงานที่ต่ำมากโดยมีเสาอากาศที่รองรับแบนด์วิดท์ 1.4 MHz และอัตราดาวน์ลิงก์และอัปลิงก์สูงสุดที่ 1 Mbit/s การใช้งานต่าง ๆ สามารถใช้ประโยชน์จากความสามารถดูเพล็กซ์แบบเต็มหรือครึ่งได้

โปรโตคอล CAT-4 LTE ช่วยให้อัตราข้อมูลสูงขึ้นอย่างมากและเวลาแฝงที่ลดลงสำหรับการใช้งาน IoT ที่มีความต้องการมากขึ้น รวมถึงการใช้งานแบบเรียลไทม์ โปรโตคอลนี้ให้ฟูลดูเพล็กซ์ด้วยอัตราดาวน์ลิงก์สูงถึง 150 Mbit/s และอัปลิงก์สูงถึง 50 Mbit/s

เสาอากาศอเนกประสงค์

TE Connectivity (TE) เสนอ VersAnte กลุ่มสินค้าเสาอากาศ IoT หลายพอร์ตในรูปแบบขนาดกะทัดรัดที่ให้ความครอบคลุมของระบบเซลลูล่าร์ 4G/5G, Wi-Fi และระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก (GNSS) ด้วยความสามารถในการรวมโปรโตคอลการสื่อสารต่างๆ ไว้ในเสาอากาศเดียว วิศวกรจึงสามารถลดความซับซ้อนของการออกแบบได้

เสาอากาศเหล่านี้มีความเป็นอิสระจากระนาบกราวด์ :ซึ่งต่างจากเสาอากาศบางตัวที่ต้องใช้ระนาบกราวด์เฉพาะเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด และสามารถติดตั้งบนพื้นผิวโลหะหรืออโลหะได้ ช่วยให้นักออกแบบสามารถวางไว้ในตำแหน่งที่เพิ่มประสิทธิภาพการรับสัญญาณได้ เรโดมสามารถทาสีได้โดยใช้สีสเปรย์นอนเมทาลิกที่มีอยู่ทั่วไปได้

เสาอากาศ VersAnte ของ TE ให้ความครอบคลุมรอบทิศทาง 360° ช่วยลดความจำเป็นในการส่งสัญญาณซ้ำเนื่องจากสัญญาณอ่อนซึ่งอาจส่งผลให้พลังงานหมด โดยจะปรับสมดุลระหว่างกำไรกับการใช้พลังงาน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

เสาอากาศขนาดกะทัดรัดเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานในพื้นที่จำกัด โดยสามารถติดตั้งได้อย่างลงตัวในพื้นที่คับแคบ เช่น อุปกรณ์ปลายทาง IoT ขนาดเล็ก จอแสดงผลดิจิทัล และสถานีชาร์จ EV เสาอากาศมีความทนทานเพื่อให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาวะที่ท้าทาย ทำให้มีโอกาสน้อยที่จะเกิดความเสียหายจากการก่อกวนหรือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

VersAnte รุ่น L000321-01 (รูปที่ 1) เป็นเสาอากาศทรงกระบอกต่ำแบบ 3 พอร์ต โดยให้ความครอบคลุมสัญญาณมือถือ 4G/5G, Wi-Fi และ GNSS เพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานต่างๆ ตั้งแต่อุปกรณ์ปลายทาง IoT เทอร์มินัลอัจฉริยะ ไปจนถึงป้ายดิจิทัล ด้วยความสูง 1.024 นิ้ว (26.00 มม.) และเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.55 นิ้ว (90.2 มม.) ทำให้มีประสิทธิภาพสูงในพื้นที่ขนาดเล็กมาก

รูปที่ 1: เสาอากาศทรงกระบอกต่ำ VersAnte L000321-01 (แหล่งที่มาภาพ: TE Connectivity)

TE ยังมีเสาร์อากาศโดม L000322-01 แบบ 2 พอร์ตและ L000322-02 แบบ 3 พอร์ต (รูปที่ 2) แต่ละเสามีพอร์ตเซลลูลาร์ 4G/5G สองพอร์ตและพอร์ต GNSS ที่เป็นอุปกรณ์เสริมหนึ่งพอร์ต แต่ละรุ่นมีขนาด 5.90 x 1.77 x 1.97 นิ้ว (150 x 1.77 x 1.97 มม.)

รูปที่ 2: ฟอร์มแฟคเตอร์ของเสาอากาศ VersAnte รุ่น L000322-01 และ L000322-02 (แหล่งที่มาภาพ: TE Connectivity)

สรุป

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานไร้สายใหม่เปิดโอกาสให้นักออกแบบที่สามารถรวมเทคโนโลยีการสื่อสารที่หลากหลายเข้ากับผลิตภัณฑ์ของตนได้ เสาอากาศ VersAnte จาก TE Connectivity มีความหลากหลายและทนทาน และรองรับเทคโนโลยีไร้สายที่หลากหลายในการออกแบบที่กะทัดรัดและมีขนาดเล็ก ความสามารถในการทำงานบนพื้นผิวโลหะและอโลหะ รวมกับระดับ IP67 และ IP69K ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งาน IoT ที่หลากหลายในสภาพแวดล้อมทั้งในร่มและกลางแจ้งที่ต้องการการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูง