Antennes ISM, LPWAN et LoRaWAN

Les antennes ISM (industrielles, scientifiques et médicales) fonctionnent sur les bandes de fréquences ISM, qui couvrent une large gamme de radiofréquences (RF) qui constituent une bande relativement étroite. Les antennes qui relèvent des bandes de fréquences ISM peuvent avoir des applications très larges. Certaines antennes sont conçues pour des transmissions à courte portée de faible puissance, et dans les mêmes bandes de fréquences, il existe des antennes directionnelles à longue portée, telles que les antennes Yagi. Les antennes ISM peuvent fonctionner à des fréquences beaucoup plus élevées, mais nécessitent pour cela des licences gouvernementales. Il existe également une combinaison d’applications avec et sans licence sur de nombreuses bandes de fréquences ISM, et les bandes autorisées à l’accès sans licence peuvent également varier d’une région à l’autre.

Étant donné que les antennes ISM ne nécessitent pas de licences gouvernementales si elles sont utilisées à 2,4 GHz ou moins, leur utilisation a explosé au cours des dernières décennies pour les systèmes de communication à courte portée sur les appareils sans fil. C’est ce que l’on appelle parfois une utilisation non ISM, parce que les appareils ne relèvent pas de l’équipement industriel, scientifique ou médical. Les appareils sans fil sont maintenant de loin la plus grande utilisation de la bande ISM. Ils comprennent les réseaux WiFi, les téléphones sans fil, les microphones sans fil, les appareils Bluetooth, les systèmes d’ouverture de porte de garage, les moniteurs pour bébés, les sonnettes sans fil, les systèmes d’ouverture de voiture sans clé, les systèmes de pistage d’animaux sauvages et les appareils de communication en champ proche (NFC) tels que les cartes à puce sans contact et les cartes de proximité. Lors de la conception d’un appareil IoT (Internet des Objets) ou d’un autre système sans fil, il est important de prendre en compte les différences entre la bande sub-GHz et la bande 2,4 GHz, ainsi que la manière dont elles peuvent affecter les performances optimales du système et la viabilité commerciale. La bande sub-GHz permet généralement une liaison de communication sans fil à plus longue portée que la bande 2,4 GHz et est davantage capable de passer à travers des obstacles tels que les murs et les bâtiments. Les ondes de fréquence sub-GHz sont moins sensibles à la réverbération, peuvent se tordre davantage autour des obstacles et rencontrent souvent moins d’interférences provenant de la grande quantité d’autres appareils sans fil fonctionnant sur les bandes sans licence. Le réseau sub-GHz est la technologie sans fil préférée dans les environnements où se trouvent de grands bâtiments et est plus fréquemment utilisé dans les applications à faible bande passante ou à faible débit de données, tandis que la bande 2,4 GHz est utilisée lorsqu’un débit de données plus élevé est nécessaire. Les applications sub-GHz comprennent les alarmes incendie, les dispositifs de paiement portatifs, les lecteurs de codes-barres, les compteurs intelligents, les points de vente électroniques, le suivi des stocks, la surveillance des processus à distance et les systèmes de commande de restaurants.

TE Connectivity dispose d’une large gamme de solutions d’antennes ISM, principalement utilisables sur les bandes de fréquences centrales 433,92 MHz, 868 MHz, 915 MHz et 2,4 GHz. Cette gamme comprend des antennes intégrées ou internes pour les communications à courte distance, des antennes externes à distance, dipôles et montées sur terminal pour les communications à moyenne distance, ainsi que des antennes externes extérieures pour les communications à longue distance.

Une antenne LPWAN (Low-Power, Wide-Area Network, réseau étendu à faible consommation) permet une communication sans fil à longue portée et à faible débit entre des appareils à faible bande passante. Les antennes LPWAN sont conçues pour prendre en charge les appareils et les réseaux de l’Internet des Objets (IoT) car elles sont plus économiques et plus économes en énergie que les réseaux sans fil traditionnels. Les antennes LPWAN sont également capables de prendre en charge un plus grand nombre d’appareils sur une zone plus étendue. Les organisations qui souhaitent réduire les coûts de fabrication et d’exploitation des appareils IoT choisissent souvent les antennes LPWAN comme mode de communication privilégié.

Les antennes LPWAN permettent de nombreuses applications de machine à machine (M2M) et IoT car elles nécessitent moins d’énergie, ont une plus grande portée et sont moins coûteuses que les réseaux mobiles traditionnels. En contrepartie, moins de données peuvent être transmises par rapport à d’autres réseaux. Les réseaux LPWAN sont donc les mieux adaptés pour les applications nécessitant des capacités peu fréquentes ou en liaison descendante ou qui ont besoin de paquets de données plus petits. Les antennes LPWAN sont généralement choisies pour prolonger la durée de vie de la batterie des petits appareils, et certaines batteries peuvent durer jusqu’à 10 ans lorsqu’il s’agit de transmettre des données peu fréquentes à partir d’un endroit éloigné. Les antennes LPWAN sont notamment utilisées pour les compteurs intelligents, l’éclairage intelligent, la surveillance et le suivi des équipements, les villes intelligentes, l’agriculture de précision, la surveillance du bétail, la gestion de l’énergie, la fabrication, les appareils IoT industriels et bien d’autres.

Les antennes LPWAN peuvent utiliser un certain nombre de technologies de réseau disponibles sous diverses formes. Elles peuvent être utilisées avec des fréquences sous licence ou sans licence, et il existe des options standard exclusives ou ouvertes. L’une des antennes LPWAN les plus utilisées est Sigfox, un réseau public exclusif et sans licence qui fonctionne sur la bande 868 MHz ou 902 MHz. Parmi les autres applications des antennes LPWAN, citons l’accès multiple par phase aléatoire (RPMA), qui fonctionne dans le spectre 2,4 GHz ; LoRa, un réseau sans licence qui est moins sujet aux interférences car il transmet dans plusieurs fréquences sub-GHz ; ainsi que weightless SIG, narrowband-IoT (NB-IoT) et LTE-M. Bien que NB-IoT et LTE-M soient similaires, ils fonctionnent sur une infrastructure cellulaire existante, ce qui permet aux fournisseurs de services d’ajouter rapidement une connectivité IoT. NB-IoT, également appelé CAT-NB1, fonctionne sur les systèmes LTE et les systèmes mondiaux dédiés aux communications mobiles (GSM) existants. LTE-M, également appelé CAT-M1, possède la bande passante la plus élevée de toutes les technologies LPWAN.

TE Connectivity dispose d’une large gamme de solutions d’antennes LPWAN. Les plus petites antennes intégrées ou internes montées sur carte sont conçues pour les petits appareils IoT. Une large gamme d’antennes distantes ou montées sur borne est disponible, offrant une solution d’antenne externe compacte pour les appareils IoT nécessitant davantage de portée. 

LoRaWAN (Long-Range Wide Area Network, réseau étendu à longue portée) est un type de technologie LPWAN qui connecte des appareils IoT à l’aide d’antennes LoRaWAN. Les antennes LoRaWAN peuvent couvrir de vastes distances et contribuer à une longue durée de vie de la batterie. LoRaWAN permet d’obtenir une portée de communication nettement plus grande avec une faible bande passante par rapport
à d’autres technologies de transmission de données sans fil. LoRaWAN permet une communication bidirectionnelle et offre une excellente pénétration à l’intérieur des bâtiments pour les solutions IoT, ce qui explique sa popularité pour les villes intelligentes et les applications industrielles.

Les capteurs et les appareils IoT qui utilisent des antennes LoRaWAN consomment très peu d’énergie, ce qui permet aux capteurs de fonctionner beaucoup plus longtemps. La technologie LoRaWAN peut offrir une communication sécurisée et fiable fonctionnant sur une architecture logicielle simple avec la capacité de gérer des milliers d’appareils ou de nœuds. Elle est très appréciée auprès des développeurs, des fournisseurs de matériel, des plates-formes IoT, des fournisseurs de technologie IoT, des intégrateurs de systèmes et des opérateurs de télécommunications. Dans les zones plates sans obstacle, les antennes LoRaWAN peuvent communiquer jusqu’à 30 kilomètres. Dans les environnements urbains, elles peuvent atteindre environ 3 kilomètres en fonction de l’environnement et des obstacles. Une antenne LoRaWAN peut fonctionner sur de nombreuses fréquences radio sans licence dans le monde entier, y compris la bande 915 MHz aux États-Unis et la bande 868 MHz en Europe.

Les antennes LoRaWAN utilisant moins de bande passante, elles peuvent être déployées rapidement, ce qui en fait un choix optimal pour les appareils IoT dont les transmissions de données sont médiocres ou irrégulières. L’antenne LoRaWAN peut offrir une charge utile allant jusqu’à 100 octets, contre seulement 12 octets pour Sigfox. Il n’y a aucune restriction sur le nombre de messages quotidiens qui peuvent être envoyés avec LoRaWAN, tandis que Sigfox n’autorise que 140 messages par jour.

TE Connectivity dispose d’une large gamme de solutions d’antennes LoRaWAN. Les plus petites antennes intégrées ou internes montées sur carte sont conçues pour les petits appareils IoT. Une large gamme d’antennes distantes ou montées sur borne est
disponible, offrant une solution d’antenne externe compacte pour les appareils IoT. Des antennes externes directionnelles plus grandes sont également disponibles sous la forme d’antennes plates ou d’antennes Yagi pour les communications à longue portée.