다목적 콤팩트 안테나로 IoT 응용 제품 향상

사물 인터넷(IoT) 무선 응용 분야에서 성공하려면 적절한 안테나의 선택이 매우 중요할 수 있습니다. 우수한 성능을 제공하고 다양한 네트워크를 유연하게 지원하는 안테나를 선택하면 전자 응용 제품의 상업적 가치를 높일 수 있습니다.

제품 설계자에게는 안테나가 수동 소자 부품일 수 있지만, IoT 에코시스템을 활용하기 위한 새로운 기능이 통합되면서 안테나는 점점 전자 응용 제품의 성공에 필수적인 요소로 자리 잡고 있습니다. 특히 산업용 IoT(IIoT) 응용 분야의 경우 다중 무선 네트워크를 지원하는 안테나는 중요한 이중화, 탄력성 및 적용 범위 최적화를 제공할 수 있습니다.

Wi-Fi 응용 분야를 지원하는 것 외에도 IoT 성공을 보장하는 데 필요한 핵심 기능을 제공하는 셀룰러 안테나를 통합해야 할 필요성은 점점 더 커지고 있습니다. 스펙트럼 효율성은 무선 트래픽 증가로 인해 발생하는 전파 방해에 대응하는 데 필수적입니다. 배터리 수명을 연장하기 위한 전력 효율도 또 다른 핵심 요구 사항입니다. 많은 IoT 응용 제품이 실외 충전소처럼 악천후나 파손을 견딜 수 있는 견고한 안테나가 필요한 열악한 환경에서 작동해야 합니다.

콘크리트나 금속과 같은 물리적 건축 자재로 인해 신호 성능이 심각한 영향을 받지 않도록 하려면 고효율 안테나가 필요합니다. 무선 서비스 간 접속 경쟁이 치열해지면서 전파 방해와 신호 잡음을 방지하기 위해 깨끗하고 간섭 없는 전송의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다. 산업용 5G 응용 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 설계자는 창문과 벽을 투과하지 못하는 5G의 문제를 극복하기 위해 마이크로셀과 소무선 구역을 통합하는 방법을 모색하고 있습니다.

네트워크마다 강점을 보이는 영역이 다르므로 제품 설계자는 더 효율적인 안테나를 활용하는 방법으로 실내든 실외든 적용 범위를 확장하여 고객의 요구를 충족할 수 있습니다. 또한 제품 설계자는 다중 네트워크 지원이 제공하는 적응성을 통해 미래에 대비한 경쟁력을 갖춘 응용 제품을 설계할 수 있습니다.

다중 네트워크 지원을 통해 공급업체와 고객은 복잡한 다중 안테나 목록을 관리하는 대신 한 가지 유형의 안테나로 표준화하여 개별 환경에서 연결성을 구현할 수 있습니다. 또한 다양한 유형의 연결을 결합하여 네트워크 부하를 균형 조정하고, 여러 경로에 데이터 트래픽을 분산하여 정체를 방지하며, 주어진 작업에 가장 적합한 네트워크 옵션을 선택하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 고객은 데이터 요구 사항에 따라 가장 비용 효율적인 네트워크를 선택할 수 있고, Wi-Fi로 충분한 상황에서 셀룰러 데이터 사용을 피할 수 있습니다.

까다로운 환경의 요구 사항 충족

무선 연결은 제품 설계자에게 수많은 과제를 안겨주는 광범위한 환경에서 핵심적인 역할을 하는 경우가 많습니다.

예를 들어 스마트 공장에서는 거친 산업 환경에서 공장 장비, 센서, 중앙 관리 시스템 간의 안정적인 통신이 필요합니다. Wi-Fi와 셀룰러 네트워크를 함께 사용하는 대형 창고에서는 다중 네트워크 안테나를 활용해 재고 추적 및 물류 관리를 위한 원활한 연결을 보장할 수 있습니다.

고성능 안테나를 사용하면 원격 위치에 센서를 배치하여 기상 관측, 공기 청정도 모니터에서 데이터를 수집하고 자산을 추적하거나 스마트 빌딩 응용 제품을 구현할 수 있습니다. 농업 분야에서는 안테나로 토양 수분, 작물 상태, 관개 시스템 작동 등에 관한 중요한 정보를 확인할 수 있습니다.

날씨에 상관없이 백엔드 시스템과 통신해야 하는 전기차 충전소, 실시간 디스플레이와 알림을 제공하는 디지털 사이니지, 실시간 모니터링과 접근 제어가 필요한 보안 스토리지 솔루션, 모바일 티켓 발매 및 승객 정보 시스템 등이 새롭게 떠오르는 응용 분야입니다.

각 IoT 응용 제품에는 고유한 요구 사항이 있으며 제품 설계자는 환경 및 통신 요구 사항과 함께 특정 사용 사례에 맞게 조정해야 합니다. IoT 장치는 성능에 영향을 줄 수 있는 다양한 주파수 대역에서 작동하며, 장치 공간이 제한되어 다른 부품에 영향을 주지 않고 안테나를 통합하는 데 어려움이 있을 수 있습니다.

IoT 응용 제품에 적합한 안테나를 선택하려면 성능, 크기, 비용, 호환성 등 고려해야 할 여러 요소가 있습니다. 따라서 설계자는 고객의 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 안테나를 통합해야 하며, 이로 인해 지원 및 공급망 문제가 복잡해질 수 있습니다.

다중 네트워크 프로토콜

협대역 IoT(NB-IoT)와 같은 저전력 광역 네트워크(LPWAN) 프로토콜은 낮은 데이터 전송률을 지원하며, 장거리에서도 안정적인 연결을 유지하기 위해 낮은 전력 소비, 높은 이득, 고효율이 필요합니다. 이 응용 분야에는 대체로 넓은 영역에 걸쳐 넓은 방사 패턴을 제공하는 전방향성 안테나가 필요합니다.

반대로 높은 데이터 전송률을 지원하는 단거리 Wi-Fi 프로토콜에는 전력을 절약하고 다른 장치와의 전파 방해를 피하기 위한 낮은 이득과 높은 효율이 필요합니다. 안테나는 신호에 초점을 맞추기 위해 좁은 방사 패턴을 제공해야 합니다.

셀룰러 IoT 프로토콜 LTE CAT-1은 IoT 응용 제품을 위한 중간 수준의 데이터 전송률과 중간 범위의 셀룰러 연결성을 제공합니다. 대역폭 수신 범위는 1.4MHz ~ 20MHz이며, 프로토콜은 최대 다운링크 속도 10Mbit/s, 최대 업링크 속도 5Mbit/s를 지원합니다. 응용 분야에서 전이중 및 낮은 전력 수요를 활용할 수 있습니다.

LTE CAT-M1은 데이터 전송률과 전력 효율을 균형 있게 조정합니다. 또한 1.4MHz 대역폭과 1Mbit/s 최대 다운링크 및 업링크 속도를 지원하는 안테나를 채택하여 전력 소모가 매우 적습니다. 응용 제품은 전이중 또는 반이중 기능을 활용할 수 있습니다.

CAT-4 LTE 프로토콜은 실시간 응용 제품을 비롯한 까다로운 IoT 응용 제품을 위해 매우 높은 데이터 전송률과 낮은 대기 시간을 지원합니다. 이 프로토콜은 최대 150Mbit/s의 다운링크 속도와 50Mbit/s의 업링크 속도로 전이중을 제공합니다.

다목적 안테나

TE Connectivity(TE)는 4G/5G 셀룰러, Wi-Fi 및 위성 항법 시스템(GNSS) 조합을 제공할 수 있는 콤팩트 폼 팩터에서 VersAnte 다중 포트 IoT 안테나 제품군을 공급합니다. 다양한 통신 프로토콜을 단일 안테나에 통합할 수 있으므로 엔지니어는 설계를 간소화할 수 있습니다.

특정 접지면이 있어야만 최적의 성능을 발휘하는 일부 안테나와 달리 이 안테나는 접지면이 필요하지 않으며 금속 또는 비금속 표면에 모두 실장할 수 있어 설계자가 최적의 신호를 수신하는 위치에 배치할 수 있습니다. 레이돔은 평범한 비금속색 스프레이 페인트를 사용하여 도색할 수 있습니다.

TE의 VersAnte 안테나는 360° 전방향성 적용 범위를 제공하므로 약한 신호로 인한 재전송의 필요성을 줄여 전력 소모를 방지합니다. 이득과 전력 소비를 균형 있게 조정하여 전체 성능을 최적화합니다.

소형 IoT 엔드포인트, 디지털 디스플레이, EV 충전소 등 좁은 공간에 원활하게 설치할 수 있으므로 공간 제약이 있는 응용 제품에 적합합니다. 까다로운 환경에서도 안정적인 성능을 제공할 수 있도록 견고하게 제작되어 파손이나 환경적 요인으로 인한 손상이 적습니다.

VersAnte L000321-01(그림 1)은 퍽형태의 3포트, 저높이 안테나입니다. 4G/5G 셀룰러, Wi-Fi, GNSS 적용 범위를 제공하여 IoT 엔드포인트, 스마트 단자, 디지털 사이니지 등 다양한 응용 제품의 요구 사항을 충족합니다. 높이 26.00mm(1.024인치), 지름 90.2mm(3.55인치) 크기로 매우 작은 실장 면적과 우수한 성능을 제공합니다.

그림 1: VersAnte 셀룰러 퍽 L000321-01 안테나 (이미지 출처: TE Connectivity)

또한 TE는 각각 4G/5G 셀룰러 포트 2개와 GNSS 포트(선택 사항) 1개를 갖춘 2포트 L000322-01 및 3포트 L000322-02 돔형 안테나를 제공합니다(그림 2). 각 모델의 크기는 150mm x 1.77mm x 1.97mm(5.90인치 x 1.77인치 x 1.97인치)입니다.

그림 2: VersAnte L000322-01 및 L000322-02 안테나의 폼 팩터 (이미지 출처: TE Connectivity)

결론

새로운 무선 응용 제품에 대한 수요가 증가하여 설계자에게 여러 통신 기술을 제품에 통합할 수 있는 기회가 생겼습니다. TE Connectivity의 VersAnte 안테나는 다목적 러기드 제품이며, 콤팩트한 저높이 설계에서 다양한 무선 기술을 지원합니다. 금속 표면과 비금속 표면 양쪽에서 모두 작동할 수 있으며 IP67 및 IP69K 등급을 획득하여 실내외 환경에서 신뢰성 높은 고성능 연결이 필요한 다양한 IoT 응용 제품에 매우 적합합니다.