Introducción a las antenas LoRa

Las antenas LoRa se utilizan para transmitir y recibir señales inalámbricas para dispositivos y redes LoRa.LoRa significa Long Range y se refiere a una técnica de modulación de espectro ensanchado que permite comunicaciones de largo alcance a través de un espectro sin licencia.En este artículo, analizamos qué es LoRa, las frecuencias de radio utilizadas, los tipos de antenas LoRa, las características clave de las antenas, las consideraciones de coincidencia y los ejemplos de uso.

Descripción general de la tecnología LoRa

LoRa es un protocolo de modulación de RF de capa física desarrollado por Semtech.Atributos claves:

●Enlaces de comunicación de largo alcance

●Bajo consumo de energía para dispositivos de batería remota

●Transmisión de datos robusta resistente a interferencias

●Opera en bandas ISM sin licencia

●Permite redes de Internet de las cosas a gran escala

●Comunicación bidireccional con activos móviles o fijos.

●El alcance puede exceder los 15 km en zonas rurales.

●Estándar abierto ampliamente utilizado por la industria

LoRa ahora sirve como capa PHY para la pila de protocolos LoRaWAN centrada en la conectividad LPWAN IoT para sensores, actuadores, rastreadores y monitores.Esto está impulsando la adopción de antenas compatibles con LoRa.

Bandas de frecuencia LoRa comunes sin licencia:

433 MHz: se utiliza principalmente en Asia.Permite un mayor alcance pero velocidades de datos más bajas.

868 MHz – Banda principal para Europa.Buen alcance con velocidades de datos razonables.

915 MHz: la banda de América del Norte ofrece un equilibrio entre velocidad y alcance de datos.Australia utiliza 915-928 MHz.

2,4 GHz: alcance corto pero mayor velocidad de datos para sensores.Restringido en algunas regiones.

Por lo tanto, las antenas LoRa apuntan a las bandas ISM sin licencia sub-GHz, ideales para una cobertura de largo alcance.Las frecuencias exactas dependen de la región geográfica.

Tipos de antenas LoRa

Existen varios factores de forma de antena comunes compatibles con las radios LoRa:

Látigo omnidireccional y dipolo

● Monopolos o dipolos de media onda

●Radiar uniformemente en azimut

●Factor de forma simple y compacto

●Montaje con tornillos o fijación permanente

●Ideal para dispositivos LoRa pequeños y móviles

Terminal externo

●Antena desmontable mediante cable coaxial

●Fácil reposicionamiento y reorientación

●Permite el montaje remoto para una mejor cobertura.

●Costo añadido del cable coaxial y del conector.

●Común para infraestructura y puertas de enlace fijas

Antenas de seguimiento de PCB

●Trazas de PCB serpenteantes como antenas integradas

●Bajo costo pero menos eficiente que las antenas externas.

●Se utiliza cuando la huella mínima es fundamental.

El rendimiento depende mucho del diseño de la PCB

Viruta de cerámica

●Paquete cerámico multicapa con antena integrada

●Componente SMT compacto para integración de PCB

●Menor costo que las antenas miniaturizadas

●Rendimiento reducido en comparación con antenas más grandes

En general, la infraestructura fija utiliza antenas externas, mientras que los puntos finales móviles LoRa suelen emplear antenas de látigo o de chip.

Características clave de la antena

Los parámetros críticos para una antena LoRa incluyen:

Frecuencia: debe coincidir con la banda LoRa en uso, normalmente 433 MHz, 868 MHz o 915 MHz.

Ganancia: amplificación superior a la isotrópica; una ganancia más alta equivale a un alcance más largo.1-5 dBi típico.

VSWR: relación de onda estacionaria de voltaje, 1,5:1 o menos es la coincidencia de impedancia óptima.

ancho de haz: región radiada angular para antenas direccionales.

Polarización – Orientación del campo eléctrico – vertical, horizontal o RHCP/LHCP.

Pérdida del cable: pérdida en la línea de alimentación coaxial, 1-2 dB común.

Tamaño: restricciones del factor de forma; la ganancia a menudo se correlaciona con el tamaño.

Hacer coincidir las características de la antena con el caso de uso y la instalación es vital para un rendimiento óptimo de LoRa.

Comparación de tipos de antenas

Preguntas frecuentes sobre antenas LoRa

¿Cuáles son los tipos de antenas LoRa más comunes?

Las antenas LoRa más frecuentes son las antenas de látigo de un cuarto de onda, las antenas helicoidales, las antenas de traza de PCB, las antenas de chip cerámico y las antenas direccionales Yagi.También se utilizan antenas dipolo y colineales.

¿Cuál es la diferencia entre polarización lineal y circular para LoRa?

La polarización lineal alinea el campo eléctrico en un plano, ya sea vertical u horizontal.La polarización circular hace girar el campo en una hélice, lo que hace que la orientación de la antena sea menos crítica para la comunicación del punto final.

¿Cómo se relaciona la ganancia de la antena con el alcance de LoRa?

Una mayor ganancia de antena en dBi amplía el rango de comunicación para un nivel de potencia de transmisión determinado.Cada aumento de 3 dBi duplica aproximadamente el alcance en condiciones de línea de visión.

¿Qué tipo de cable se debe utilizar para las antenas de puerta de enlace?

Se recomienda un cable coaxial de baja pérdida como el LMR-400 para antenas de puerta de enlace cuando los tramos son inferiores a 5 metros.El LMR-600 se puede utilizar para cables de mayor longitud.

¿Cuáles son los métodos de protección contra sobretensiones recomendados para antenas LoRa?

Se debe utilizar un protector coaxial contra sobretensiones adaptado a la impedancia de la línea de alimentación de la antena.Los soportes de montaje con conexión a tierra de CC también ayudan a desviar la corriente procedente de rayos.