תפקיד יאגי אנטנות ברשתות IoT מודרניות

האנטנה Yagi-Uda, המכונה בדרך כלל Yagi, הייתה אבן הפינה של תקשורת רדיו כיווןית מאז המצאתו בשנות ה-20. עם הגידול הנפץ של האינטרנט של הדברים (IoT) לתוך רחבה, רשתות כוח נמוך, היכולת של Yagi לרכז את האנרגיה של אנטנות מרחוק הפך הכרחי עבור הרחבה, שיפור בהירות אותות, והפרעה בין אם קישור בין אם זה של כדור הארץ נדרש אותות אחוריים של 5 אנטנות מרחוק של חומר נפץ.

יסודות של יאגי אנטנה עיצוב וקרינת קרינה

הומצא על ידי Hidetsugu Yagi ו Shintaro Uda בשנת 1926, האנטנה Yagi מורכב מערך ליניארי של מוטות מתכת מקבילים רכוב על בום.הגורם המונע - באופן חד-פעמי למחצה או מתקפל dipole - חיבורים ישירות לקונה ייצור של מוטות מתכת מקבילה מאחורי מוטה בצורת מעט יותר בשם המשקף, אשר פועל כמראה פסיבי, ישיר אנרגיה קדימה או אחורית יותר, הם הקדמיים, אשר נקראים מקודת יותר, אשר נקראה, מלוכדת, ונומטרה, עמוק, עמוק, ונומטרה, עמוק, עמוק, עמוק, אשר נקראה, עמוק יותר, מנקה, מנקה, ונומטרה, עמוק, עמוק, עמוק, עמוק יותר, עמוק, עמוק יותר, מאחורי מוטה, מנקה, עמוק, עמוק, מאחורי מוטה, מנקה, מנקה, ונומטרה, עמוק, עמוק, עמוק, מאחורי מוטה, עמוק יותר, עמוק יותר, מאחורי מוטה, מאחורי מוטה, מאחורי מוטה, עמוק יותר, עמוק יותר, עמוק, עמוק, עמוק, מאחורי מוטה, מאחורי מוטה, מאחורי מוטה, מנקה, עמוק, עמוק, מנקה, מאחורי מוטה, מאחורי מוטה

שני מדדים מרכזיים מגדירים ביצועים של YaLT: רווח ויחס לפני-חזרה.Get, נמדד ב- DBi (decibels יחסית לרדיום איזוטרופי) או dBd (יחס ל- dipole), כלומר, רק אם השיפורים של גלקסיות מסוימות ב- 1K2 (המכונה 6-element Yagi) עבור 915 M יכולים לספק 10-12Bi של רווח יעיל - פחות מ- 10 ליטרים של כוח איטי יותר מ- 10 עד 10.

דפוס קרינה ו-Beamwidth

העוצמה למחצה של יאגי קשורה באופן הפוך לרווח שלה. A 10 dBi Yagi בדרך כלל יש HPBW של כ 45 מעלות בשני מטוסים אופקיים אנכיים, בעוד מודל 15 dBi עשוי לדחוס אותו עד 25 מעלות. a 10 dBi Yagi בדרך כלל מתמקד אנרגיה אבל דורש הבנה מדויקת של התבנית היא קריטית עבור תכנון.

יתרונות תקציב עבור רשתות IoT

ביצועי רשת IoT נשענים על תקציב הקישור - סכום הכוח המועבר, אנטנות, הפסדים נתיב ורגישות מקלט. בתרחישים בחוץ לטווח ארוך, אובדן נתיב עולה באופן דרמטי עם מרחק ומכשולים. אנטנה A Yagi תוקפת את תקציב הקישור משני הקצוות: זה מגביר את יעילות הואו טרופי קרינה כוח (ERP) במדר ולוכד יותר אנרגיה במקלט.

שקול שער LoRaWAN פועל ב 915 MHz עם רגישות מקלט של −137 dBm (SF12, 125 kHz) הצבת אנטנה 2 dBi omnidirectional עם 10 dBi Yagi מוסיף 8 dB של רווח ב Gateway.בקיצור חלל חופשי, כל 6DB של רווחים כפול טווח, כך, Yagi יכול למעשה כפול או שימושי של 2 ק"מ של מיקום ברור של קו אלחוטי הוא לדחות את קווי tGI.

יעילות כוח היא יתרון מרכזי נוסף.נקודות קצה רבות של IoT הן סוללות או סולמות השמש.רווח פסיבי של A Yagi מאפשר צומת להעביר כוח נמוך תוך שמירה על אותו תקציב קישורים, להאריך את חיי הסוללה.בנוסף, אם שער משתמש גבוה Yagi, זה יכול לשמוע שידורים חלשים בבירור, צמצום הצורך של שידורים מחדש ועוד שמירה על אנרגיה מקצה לקצה זה גם סימטריה נמוכה יותר כי התקנים אנרגיה המיועדת פחות.

חסכונית מסתובבת סביב הערעור.שוותה למאכלים פרבוליים, לוחות מגזרים או מערךים שלביים, יאגיס זולים לייצור ופשוטים להתקנה.A OUTS בחוץ YAgi עבור הלהקה 900 MHz לעתים קרובות עולה פחות מ-50 דולר ועדיין מספק רמות רווח הדורשות ציוד יקר בהרבה בגורמים אחרים.

מקרים מפורטים לשימוש ב-Ygi Antennas

חקלאות חכמה ו ניטור סביבתי

חוות גדולות פריסות מאות לחות אדמה, טמפרטורה וחיישנים על על על פני אלפי דונם. LoRaWAN או רדיו תת-GHz קנייני לשאת נתונים לשער מרכזי, בעוד LoRa יכול להשיג מעל 15 ק"מ בשטח פתוח, קישורים אמינים לעתים קרובות לדרוש רווח כיוון. A בינוני-gain Yagi על השער המיועד ללכידת שטח מרוחק אותות אנטנה יחמיצו מקיפים אחד, כלומר, כלומר, 2 ק"מ, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מחסנית, 000 מחסנית, 000 יק, 000 מחסנית, 000 יקנות, 000 יקנות, 000 יקנות, 000 יקנות, 000 יק, 000 יקנות, 000 אגן על גבי אגן על גבי אגן על גבי אגן בינוני- Yagi אגן על שער בכיוון של יקפן, 000 אגן על גבי יקפן, 000 אגן על גבי אגן בינוני-ג'י, 000 יקורד על שער מכוון על שער מכוון על גבי שטח היעד מכוון על גבי שטח היעד מכוון על שער בכיוון של גלקסיות, 000 גלקסיות, 000 גלקסיות, 000 גלקסיות, 000 גלקסיות, 000

אוטומציה תעשייתית ו-SCADA

גורמים, זיכוכים, וצמחי טיפול במים מסתמכים על קישורי מכונה למכונה למכונה לקניית בקרה ופיקוח ובקרה (SCADA) בקרים לוגיים הניתנים להתאמה (PLCs) בבתים מרוחקים זקוקים לעתים קרובות לחיבורי RF יציבים באמצעות מכשולים מתכתיים.- YAgis ליצור צינור RF נקי אשר חותך דרך רעש אלקטרומגנטי ממנועי וכוננים משתנים.

ערים חכמות ותשתיות תחבורה

אור רחוב מחובר, סימן דיגיטלי, ומצלמות תנועה יותר ויותר להשתמש בחזרה אלחוטית.הריגה יאגי על הקוטב הקל הצביע על נקודת אגרגציה סיבית להימנע מגיבוי חוט ייעודי לכל קוטב.במסילות רכבת ולוגיקה פורט, מערכות מעקב משתמשים אנאנטנות כיוון כדי לקרוא תגי RFID על העברת נכסים, להבטיח אזור קריאה נקי ללא הפעלת קורא שקר מהמסלולים אלחוטיים במרחק של 5 ק"מ מ-160 ק"מ על גבי שטח של תעבורה אחורית של × 4 ק"מ על גבי שטח של תעבורת אחורית של ציוד תחבורה × 4 × 4 × 4 × 2.

מעקב מרחוק ומינוף שימוש

גז, מים ומים חשמליים באזורים מאוכלסים בדלילות משתמשים ברדיו תת-הרץ כדי לדווח על נתוני הצריכה. in a Villagelet כפרי, אחד Yagi-e מאובזר על חוט שימושי יכול לאסוף קריאה מעשרות מטרים מעל כמה קילומטרים רבועים.תבנית כיוון מגן על האספנים מהתערבות מערים שכנות, שיפור השלמות של נתונים עבור שמן ו ניטור גז, חיי חיישנים משולבים עם מחזור של 4 שנים על גבי סוללה.

בחירת ה-Ygi הנכון עבור ה-IoT שלך

Frequency Band and Bandwidth

טלוויזיות IoT פועלות ברחבי להקות תדר שונות: 868 MHz באירופה, 915 MHz באמריקה, 2.4 GHz ברחבי העולם עבור Wi-Hz ו-Bluetooth Low Energy, ו-U-GHz LPWAN להקות כמו 433 MHz, האורך הפיזי של סולם Yagi בverse עם תדירות; LT1 Yagi יכול לעלות על מטר אחד, בעוד מודל 2.4GHz מתאים בכף היד של 2F2 תמיד לבחור רוחב פס רחב יותר מטווח עם תדירות;

קבל ו Beamwidth Trade-offs

קבל ו beamwidth קשורים באופן הפוך.הוספת מנהלים להגדיל את הרווחים אבל הצרים הן אופקית אנכית beamwidths. עבור קישורים נקודה לנקודה-to-point, beams צר הם רצוי; עבור תצורה של נקודה עד-על-מולטת שבו שער אחד משמש Nodes להתפשט על קשת, צר מדי aams יחמיצו את המכשירים במפת האצבעות.

Polarization and Mounting Orientation

הכיוון של אלמנטים של יאגי קובע את הקיטוב שלה: אופקי אם מוטות הן אופקיות, אנכי אם מוטות הם אנכיים. a קוטביזציה לא יכול לגרום מעל 20 dB של אובדן. in, אנטנה המכשיר הם לעתים קרובות מונופולנטים מוכווני אנכיים או מבנים ללא מקוב, אז קיטוב אנכי הוא לעתים קרובות קבוע מתקנים לשימוש אופקי כדי להפחית את ההתערבות מקווי רעש מאונקבים או מקווי ניקוי פנימיים של כוח אמיתי, ברגע שברשותם, יש צורך קישור יעיל.

צורות של שינוי מכני וחיבור

אנטנות IoT חיצוניות פנים אל רוח, קרח וקרינת UV. Sealed בוממות, חומר חזק ל-IoT, ו-UV-stable radomes להאריך את חיי השירות.The coaxial connector - N-type, SMA, או RP-SMA - חייבים להתאים את רדיו ולהישאר חוזרים על עצמם.עבור ריצות כבל ארוכות, נמוך coax (למשל, N-F) הם מספקים מנעולן חיוני כדי לספק כבל 1F-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA-SMA

התקנה ופעולות טובות

יאגי שנבחר באופן מושלם מבצע רע אם לא נכון.כי ה-Lobe הצרה עם רווח, אפילו כמה מעלות של חוסר כבוד יכול לשלל מספר רב של דציבלים מהכוח האות המתקבל.

  • (FLT:0) ,Survey קו-of-sight Clearance:FLT 1:1 לבדוק כי אזור Fresnel הוא לפחות 60% ברור של מכשולים.עבור 2.4 GHz קישורים, רדיוס Fresnel הוא חזק יותר מאשר עבור תת-GHz, אבל עץ, עץ, בניינים, ושטח תמיד ביצועים ברמה גבוהה.
  • (FLT:0) היערכות מכנית אינטיבית: FLT:1eurs להשתמש בתיאום GPS וצפן או כלי נושא מבוסס מפה כדי להצביע על Yagi. Fine-tune על ידי ניטור RSSI או SNR קורא ב המקלט. התאמות של חצי מעלות יכול להביא לשיפור בולט - במיוחד עם עלייה מעל 12 dBi.
  • (FLT:0) נטייה רלוונטיות: 1FLT אם שתי האנטנות נמצאות בגבהים שונים, להתאים את התבנית האנכית של יאגי כדי להסביר את הזווית. חלק מההרים מציעים התאמות גובה בסדר; אחרת, לטשטש את ה ⁇ הוא הכרחי.
  • (FLT:0Grounding and Lightning Protection:FLT:1 בחוץ אנטנות חייבות להיות מוקרקעות לקודים חשמליים מקומיים (למשל, NEC סעיף 810). התקנת מגנה של גלידת כפייה כאשר הכבל נכנס לבניין כדי למנוע בנייה סטטית ועלייה ברקים מושרה משערי IoT מזיקים.
  • (FLT:0) עומס ובטיחות מבנית: FLT:1 A Multi-element Yagi מציג מפרש רוח משמעותי. הרת הדגימות וקוטבים ישדרג בהתאם, ואת האנטנה צריך להיות הרחק מנתיבים הליכה וקווי חשמל. השתמש בחומרה אל-חלד כדי למנוע קורוזיה.

ניתוח השוואתי: Yagi vs. Other IoT Antenna Types

אנטנות אוטונסיות

ווי, קולינארי, ואנטנות דום קורנות באותה מידה בכל הכיוונים האופקיים, אבל עם רווח נמוך (2-6 dBi) הם עובדים היטב כאשר כיסוי 360 מעלות נדרש, אבל הם ללכוד התערבות מכל הנזימות. יגי להחליף את הניס כאשר מגזר היעד ידוע והפרעה הוא קריטי. גישה היברידית נפוצה משתמשת במספר Yagis על אותו , כל אחד מכסה מגזר שונה, באמצעות תצורה של רדיו אחד או יותר טוב יותר מ קרינת רדיו.

פטצ' והפאנל אנטנות

אנטנות פטך מציעות beamwidth רחב יותר (60-90 מעלות) עם רווח מתון (6-9 dBi) בחבילה שטוחה פרופיל נמוך. הם קלים יותר לעלות על קירות ולמזג לתוך אדריכלות עירונית.עם זאת, בדרך כלל הם מספקים פחות רווח בגודל יחידה מאשר יאגי חסר הקדמי-ל-בק.עבור קישורים אסתטיקה ארוכים מאוד (>5 ק"מ), רווח גבוה יותר וכיוון מתאים יותר עבור לוחות בינוניים יותר.

Parabolic Grid ו Dish Antennas

אנטנה פארבולית משיגה רווח גבוה מאוד (18-24 dBi) אבל הם גדולים יותר, כבדים יותר, ויש להם הרבה יותר צר beamwidths (10–20 מעלות) ב-IoT, הם משמשים עבור קישורים אחוריים המשתרעים על פני 20 ק"מ או יותר.עבור רוב הקישורים החיישן-ל-gateway, יאגי מכה את הנקודה המתוקה של רווח לעומת טביעת רגל פיזית.

כלל החלטות מעשי: אם מרחק הקישור הנדרש עולה על מה ש- 6 dBi omni יכול לספק על ידי יותר מ 6 dB, ונקודות קצה בתוך קשת 30-60 מעלות, Yagi הוא הבחירה הטבעית. עבור קשתות רחבות יותר, לשקול מספר Yagis או פאנל מגזר.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

אין אנטנה מושלמת.יגים מציגים אתגרים פריסה ספציפיים שיש לנהל:

(FLT:0) היערכות פולחנית: 1FLT:1 גבוה-gain Yagis דורש להצביע מדויק, מה שהופך אותם פחות סלחניים של שינוי masts או תנאי רוח. רגיל יכול להיות נדרש, או מודל מעט נמוך יותר עם beamwidth רחב יותר יכול להגדיל את הסובלנות.

גודל פיזי בתדרים נמוכים: FLT:1 ב 433 מ"ר, Yagi משתרע על פני מטר ויכול להיות מחוספס. at 169 MHz (שימוש במערכות אלחוטיות M-Bus), האנטנה היא ללא ליווי.עבור הלהקות האלה, קולינארי או מערך אנכי מבוסס חוט הם מעשי יותר.

(בסביבות צפופות:0) מרבית (Multipath) בסביבות צפופות: מסדרון תעשייתי או רחובות עירוניים, השתקפות של משטח מתכת ליצור אותות רב-אופטיים חזקים מזוויות מחוץ ל-Axis. A צר-beam Yagi עשוי לא ללכוד את כל האנרגיה המושגנת, לפעמים להפחית את הפחתת דרך אנטנה מפלט המנצלת סביבה עשירה יותר.

(FLT:0) Weather and Environmental Disverse:FLT:1ir הצטברות קרח מעדנת את האנטנה, שינוי תדירות ההתחדשות שלה והעלאת ציפורים על המשקל הגואה.

(הפסקה:0) הגבלת הרגולציה: (1) גבולות EIRP בלהקות ISM מתקפלים שילוב של כוח שידור ורווח אנטנה.A גבוה-gain Yagi עשוי לדרוש להפחית את כוח התפוקה הרדיו כדי להישאר תואמים.מהנדסים חייבים לחשב את EIRP ולייעץ תקנות אזוריות - FCC Part 15 בארה"ב, ETSI EN 300 באירופה.

שאלון אמיתי-World Deployment Case Studies

Agri-tech גדול בשיתוף פעולה באמצע מערב ארה"ב פרוס 300 אדמה וחיישנים מיקרו-קלידיים ב-12 קילומטרים רבועים.שער מרכזי, רכוב על סילו גרגר, השתמש ב-9DBi Yagi הצביע לעבר אשכול חיישן מאחורי רכס נמוך.קישור הכיוון נשמר אובדן תת-1% של מחסנית, בעוד שער אטום על פני אותו מרחק סבל 20% הפסד עקב התערבות משותפת של רשת בת 99 מטרים, אשר קיבלה יותר מ-עשרים, לאחר מכן, לאחר מכן, על גבי רשת רדיו בנפרד.

בצפון אירופה, רשות ניהול מים החליפה קריאה של מטר נסיעה עם concentrators קבוע.כל אחד מתכנסים במגדל מים השתמש בארבעה 11 dBi Yagis ב 90 מעלות מ offsets כדי ליצור דפוס קלובר-leaf. המערךים אספו משדרי מטר מופעלים סוללות מ -8 ק"מ משם, וסיום משאיות יקרות ומאפשרים ליד-Time זיהוי מוצלח קרא 40% לאחר המערכת עצמה.

סטארט-אפ לזיהוי שריפות התקין מצלמות סולאריות ונקודות איכות אוויר על רכסים הרריים מרוחקים. A Single Yagi-e מאובזר Node קפץ נתונים 27 ק"מ למרכז פעולות חירום, חצי שטח שבו נודים Wi-Fi mesh נכשלו. מהנדסים ייחסו יציבות קישור ליכולת של Yagi לדחות השתקפות מקירות Canyon, שמירה על 10 מ"מ נקי מעל נקודה 5 אינץ 'ל' עם מערכת לייזר, 000 אינץ '.

העתיד: חידושים ב-IoT אנטנות

הטכנולוגיה של Antenna ממשיכה להתפתח.טכניקות ייצור חדשות מאפשרות לדפוסי כיוון דמויי יאגי בבדי שבב שטוחים, יצירת שבבים:0 מודפס Yagi-Uda מערכי Yagi-Uda המשולבים ישירות על לוחות חיישן IoT.אנטנות אלה כובשות מ"מ ב-2.4 GHz וניתן לכוון לרווח מקסימלי, אידיאלי עבור מכשירים סוללות לטווח קצר כי צריך להגיע אל שער ספציפי 5 מעלות צלזיוס ללא חיישן 5.

גבול נוסף הוא (FLT:0 âchanical או אלקטרונית ממונעים מערכים 1:1 ; בעוד מערךים מלאים עדיין יקר וכוח-hungry, מערכות פשוט-beam משלבות אלמנטים Yagi קבועים רבים על בום יחיד, בחירת הכיוון הטוב ביותר באמצעות מתג RF מבוסס על RSSI נמדד, זה מציע ישירות גבוהה מבלי לדרוש היערכות מדויקת.

שילוב עם פלטפורמות אנרגיה-הארבוסינג הוא גם מוצץ. חיישן קרקע מופעל עצמית יכול להשתמש יאגי קומפקטי להעביר נתונים בטווח מקסימלי תוך אחסון מטען מפאנל סולארי זעיר.רווח גבוה יותר פירושו פחות אנרגיה ל bit, עם ניטור חקלאי אולטרה-נמוך-נמוך-נמוך.

כפי שהמכשירים המחוברים עולים על פני 30 מיליארד, הספקטרום מתחדש דרך בידוד מרחבי יהפוך אנאנטנות כיוון כמו יאגיס אבן הפינה של אדריכלות יעילה של IoT.ה IEEE חוקר סטנדרטים חדשים עבור פרוטוקולים MAC כיוונים ב-FLT:0 (EE 802.11ah (Wi-Fi HaLow) FLT:1 רשתות, שבו Yagis יכול להאריך מעל 1 ק"מ תוך שמירה גבוהה באמצעות שילוב של מערכת הפיזיקה המודרנית.

מסקנה

האנטנה Yagi, עיצוב כמעט מאה שנים, הפך לאפשר קריטי עבור רשתות IoT מודרניות.שילוב שלה של רווח פסיבי גבוה, דחייה התערבות חזקה, ופשטות מכנית ישירות מתורגם לטווח ארוך יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר, ונוף תדר נקי יותר.אם פרוס על מסלול כפרי של חיישן מסך אווירי מגן על פני שטח מרוחק או קישור מכונות תעשייתיות במפעל מהדהד, יהזה זהיר עם אינטגרציה ספציפית ושילוב עמוק של טכניקות אבטחה, כמו גם פיתוח אבטחה גבוהה, כדי להפוך את התשתית גבוהה התקנים לטווח ארוך, כמו גם פיתוח אנטנות גבוהה.