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Antennes IoT

Pour concevoir de bons capteurs IoT sans fil, il faut une bonne compréhension de l’utilité des antennes. Bien qu’il soit complexe de saisir pleinement leur fonctionnement et que les mathématiques soient assez abstraites, il existe quelques éléments intuitifs qui peuvent être utilisés pour mieux concevoir des capteurs connectés. Ce court article mettra en évidence certains des éléments clés qui définissent une liaison d’antenne entre deux émetteurs-récepteurs sans fil. Nous espérons que cette compréhension de haut niveau du fonctionnement des antennes vous aidera à mieux saisir les réalités de la fabrication de capteurs sans fil.

Les concepts de base d’une antenne

Lorsqu’un système radio est conçu, nous devons y intégrer une antenne. Afin d’être utilisable, le signal électrique Bluetooth sortant de la puce doit être transformé efficacement en une onde électromagnétique.

L’efficacité

Il est assez facile de concevoir une antenne : presque tous les brins de fil ou les boucles se résultent par une forme d’antenne. Ce qui est difficile, c’est d'en concevoir une bonne. good antenna. 

Ce que nous considérons ici comme une bonne antenne en est une qui peut efficacement transformer le signal électrique en une onde électromagnétique. Si l’antenne finit par dissiper ce signal sous forme de chaleur dans le produit, c’est insatisfaisant. Nous avons besoin d’un signal fort provenant de l’antenne, pas de chaleur gaspillée.

La directivité

Un autre paramètre essentiel à une antenne est sa directivité : à quel point peut-elle concentrer le signal dans une direction? Pour les produits à usage général, nous voulons une antenne qui envoie le signal dans toutes les directions. Pour ce qui est des scénarios spécifiques à longue portée, il peut être avantageux de concentrer le signal, grâce à l’antenne, dans une direction définie.

Pour faire une analogie, imaginez une lanterne de camping comparée à une lampe de poche. La lanterne de camping envoie de la lumière dans toutes les directions, mais avec moins d’intensité. La lampe de poche concentrera la lumière en un faisceau plus puissant et avec plus de portée. Pour lier le tout aux antennes, on dirait que la lanterne de camping est une antenne omnidirectionnelle et que la lampe de poche est une antenne directionnelle.

Le gain

Si nous combinons à la fois l’efficacité et la directivité, nous obtenons le gain d’une antenne. En général, les antennes ont un certain niveau de gain car elles envoient les ondes efficacement tout autour sur un plan, mais peu d’énergie vers le haut ou vers le bas. Tout comme dans l’analogie avec la lanterne de camping, il ne sert à rien d’envoyer de la lumière vers le ciel ou vers le sol. De plus, la physique des antennes les empêche d’envoyer la même force de signal dans toutes les directions (isotropes). Elles rayonneront généralement sur un plan dominant.

C’est ce plan que vous souhaitez habituellement associer à la conception de votre capteur. En effet, ce n’est pas la meilleure idée d’envoyer votre signal à travers le plafond si votre intention était de couvrir une grande surface au sol.

Il est cependant possible que vous désiriez envoyer votre signal fortement dans une direction donnée et non partout. Dans le cas de telles conceptions spécifiques, il faut utiliser des antennes directionnelles. Ces conceptions créeraient des capteurs nécessitant des instructions très claires sur la façon de diriger l’antenne vers le récepteur pour qu’ils atteignent leurs objectifs de portée.

Les réalités physiques

Lorsqu’une antenne est intégrée, par exemple, à un circuit imprimé (pour la rendre minime), certaines directions offriront un signal plus fort. Pour de meilleurs résultats omnidirectionnels, l’antenne devrait dépasser le produit et être assez longue. Si l’antenne est forcée dans une petite zone, sur un circuit, elle souffrira d’un diagramme de rayonnement non uniforme. Il offrira généralement une large gamme d’angles fonctionnant très bien mais, ceux le long du circuit imprimé ou juste au-dessus de l’antenne seront problématiques. Comme vous le verrez ci-dessous, la plage réalisable possible est affectée par ces effets.

Les modules radio

Lorsque vous explorez les options de fabrication de capteurs IoT, vous constatez rapidement que de nombreux concepteurs sont confrontés à des contraintes similaires de fixation d’un émetteur-récepteur radio à une antenne lorsqu’ils veulent garder le circuit global petit, efficace et bien ajusté à la fréquence de fonctionnement. C’est pourquoi il existe de nombreuses offres de modules radio.

Chez Motsai, nous devons parfois concevoir notre propre antenne pour répondre à un défi particulier. Cependant, la plupart de nos travaux impliquent l’intégration de modules avec une antenne interne ou externe. À moins que votre volume de production ne soit très important, il est souvent préférable d’utiliser un module déjà disponible et de se concentrer sur d’autres parties de la conception. Concevoir sa propre antenne c’est entrer dans la complexe création de l’antenne, de son réglage pour une efficacité maximale tout en optimisant son coût et ses dimensions.

Nous avons appris à apprécier les différents modules de Franstel ,car ils ont la particularité de pouvoir utiliser une empreinte similaire et il est possible de sélectionner une antenne en fonction de la portée et du coût.


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