使用多功能緊湊型天線增強 IoT 應用

挑選合適的天線對於物聯網 (IoT) 無線應用是否順利運作相當關鍵。挑選高效能又可靈活支援不同網路的天線，就可提升電子應用的商業吸引力。

產品設計人員可能會將天線視為被動元件，但在加入新功能以發揮 IoT 生態系統的優勢後，天線對於電子應用的成功越來越不可或缺。尤其是在工業物聯網 (IIoT) 應用中，若天線可支援多種無線網路，就可提供關鍵性的備援、韌性和最佳化覆蓋範圍。

除了支援 Wi-Fi 應用外，整合蜂巢網路天線的需求也日益增加，這些天線可提供必要的關鍵功能，以確保 IoT 順利運作。為了因應無線流量成長所造成的干擾，頻譜效率至為關鍵。提升能源效率以延長電池續航力則是另一個關鍵要求。許多 IoT 應用必須在戶外充電站等嚴苛環境中運作，因此需要堅固的天線，以耐受惡劣的天氣條件或蓄意破壞。

為了確保訊號效能不會受到混凝土或金屬等實體結構材料的嚴重影響，需要使用高效能的天線。無干擾、順暢的傳輸，對於避免干擾和訊號雜訊越來越重要，原因在於無線服務會彼此競爭訊號的存取。隨著工業 5G 應用的需求持續增長，促使設計人員開始使用微型與小型單元來克服 5G 訊號無法穿透窗戶和牆壁的問題。

不同的網路會在不同領域展現其優勢，因此產品設計人員可利用更高效能的天線，在室內或戶外達到更廣闊的覆蓋範圍，進而滿足客戶需求。同樣地，產品設計人員也可透過多重網路支援所提供的適應能力，提前讓應用符合未來需求。

多重網路的支援，能讓廠商和客戶針對單一種天線進行標準化，並為不同的環境提供連線能力，就不用管理多種天線庫存所帶來的複雜性。此外，還能合併使用不同類型的連線來平衡網路負載，並在多條路徑間分配數據流量以免擁塞，同時亦能針對特定任務選擇最佳網路選項，讓效能達到最佳化。客戶可以根據資料要求選擇最符合成本效益的網路，避免在 Wi-Fi 覆蓋充足的情況下使用蜂巢網路數據。

符合嚴峻環境的要求

在許多環境中，產品設計人員會面臨眾多挑戰，此時，無線連線往往是任務成功的關鍵。

例如，智慧工廠往往需要在嚴峻的工業環境中，為工廠設備、感測器和中央管理系統建立可靠的通訊。而在 Wi-Fi 和蜂巢網路共存的大型倉庫中，可使用多重網路天線確保達到無縫銜接，以便進行庫存追蹤和物流管理。

透過高效能天線，就可在偏遠位置部署感測器，以便從氣象站和空氣品質監測器收集資料，並可追蹤資產或實作智慧大樓應用。在農業方面，高效能天線可以提供有關土壤溼度、作物健康狀態和灌溉系統運作的重要資訊。

其他新興的應用包括：在各種天氣下都需要與後端系統通訊的電動車充電站；提供即時顯示和公告的數位看板；需要即時進行監測和門禁控制的安全儲藏解決方案；行動票務和乘客資訊系統。

每個 IoT 應用都有獨特需求，而產品設計人員必須根據特定使用案例以及環境和通訊層面的要求進行調整。IoT 裝置在多個頻段上運作會對效能產生影響；此外，容納裝置的空間十分有限，因此要在不影響其他元件的情況下整合天線並不容易。

挑選適合 IoT 應用的天線時，要考慮很多因素，包括效能、尺寸、成本和相容性。這些因素很容易導致設計人員整合不同的天線來滿足客戶需求，進而產生複雜的支援和供應鏈問題。

多重網路協定

低功耗廣域網路 (LPWAN) 協定，例如窄頻段 IoT (NB-IoT)，可支援低數據傳輸率，且需要低功耗、高增益和高效率，以維持遠距連線的穩定性。相關應用通常需要藉助全向性天線來提供寬輻射場型，以達到大面積覆蓋。

短距 Wi-Fi 協定則相反，可支援高數據傳輸率，但需要低增益和高效率以節省電力，並避免對其他裝置產生干擾。天線應提供較窄的輻射場型以聚焦訊號。

蜂巢式 IoT 協定 LTE CAT-1，可針對 IoT 應用提供中等數據傳輸率和中等距離的蜂巢網路連線能力。此協定的頻寬接收範圍介於 1.4 MHz 至 20 MHz，可支援高達 10 Mbit/s 的峰值下行鏈路速率和高達 5 Mbit/s 的峰值上行鏈路速率。相關應用可享有全雙工的優勢，且功耗要求低。

LTE CAT-M1 可在數據傳輸率和能效之間取得平衡。搭配天線後，功耗要求相當低，可支援 1.4 MHz 頻寬，以及 1 Mbit/s 的峰值下行鏈路和上行鏈路速率。相關應用可享受全雙工或半雙工能力的優勢。

CAT-4 LTE 協定可達到更高的數據傳輸率和更低的延遲，適用於要求更嚴苛的 IoT 應用，包括即時應用。此協定可提供全雙工操作，下行鏈路速率高達 150 Mbit/s，上行鏈路速率高達 50 Mbit/s。

多功能天線

TE Connectivity (TE) 推出的 VersAnte 系列多埠 IoT 天線採用緊湊外型尺寸，可覆蓋 4G/5G 蜂巢網路、Wi-Fi 和全球導航衛星系統 (GNSS) 的頻段。工程師能將不同的通訊協定整合到單一天線中，因此可簡化設計。

與某些需要特定接地面才能達到最佳效能的天線不同，這些天線不受接地面影響，並能安裝在金屬或非金屬表面上，因而設計人員可將其擺放在訊號接收最佳的位置。其天線罩可以使用市面上常見的非金屬噴漆進行塗裝。

TE 的 VersAnte 天線提供 360° 全向覆蓋，不會因為訊號微弱而要重新傳輸，否則會耗費電力。此天線可在增益和功耗間達到平衡，發揮最佳化整體效能。

這些緊湊型天線適用於空間受限的應用，可順利安裝在小型 IoT 端點、數位顯示器和 EV 充電站等狹小空間內。這些天線堅固耐用，可在嚴苛的條件下提供可靠的效能，進而降低因蓄意破壞或環境因素受損的可能性。

VersAnte L000321-01 (圖 1) 是一款 3 埠超薄圓盤型天線。此天線可覆蓋 4G/5G 蜂巢網路、Wi-Fi 和 GNSS 頻段，能滿足眾多應用的需求，包括 IoT 端點、智慧終端機及數位看板等。高度為 1.024 in (26.00 mm)，直徑為 3.55 in (90.2 mm)，能以非常小的覆蓋區提供高效能。

圖 1：VersAnte 蜂巢網路 L000321-01 圓盤天線。(圖片來源：TE Connectivity)

此外，TE 還推出了 2 埠 L000322-01 和 3 埠 L000322-02 圓頂天線 (圖 2)，各具有兩個 4G/5G 蜂巢網路連接埠和一個選配的 GNSS 連接埠。每個型號的尺寸為 5.90 x 1.77 x 1.97 in (150 x 1.77 x 1.97 mm)。

圖 2：VersAnte L000322-01 和 L000322-02 天線的外觀。(圖片來源：TE Connectivity)

結論

隨著對新型無線應用的需求不斷增加，設計人員可在產品中整合多種通訊技術。TE Connectivity 的 VersAnte 天線不僅多功能且堅固耐用，能以緊湊的超薄設計支援多種無線技術。這些天線能在金屬和非金屬表面上運作，並具有 IP67 和 IP69K 防護等級，因此非常適合室內外環境中各種需要可靠且高效能連線的 IoT 應用。