ISM-, LPWAN- und LoRaWAN-Antennen

ISM-Antennen (Industrie, Wissenschaft und Medizin) arbeiten in den ISM-Frequenzbändern, die einen breiten Hochfrequenzbereich (HF), der ein relativ schmales Band darstellt, abdecken. Die Antennen, die in die ISM-Frequenzbänder fallen, können in einem sehr breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden. Einige Antennen sind für Übertragungen mit geringer Leistung und kurzer Reichweite ausgelegt, und in denselben Frequenzbändern gibt es Richtantennen mit großer Reichweite, wie etwa Yagi-Antennen. ISM-Antennen können auf viel höheren Frequenzen betrieben werden. Dafür sind jedoch staatliche Genehmigungen erforderlich. Darüber hinaus gibt es in vielen ISM-Frequenzbändern eine Mischung aus lizenzierten und lizenzfreien Anwendungen. Die Bänder, in denen lizenzfreier Zugang erlaubt ist, können von Region zu Region unterschiedlich sein.

Da für ISM-Antennen keine behördliche Genehmigung erforderlich ist, wenn sie im Frequenzbereich bis 2,4 GHz eingesetzt werden, hat sich ihre Verwendung für drahtlose Kommunikationssysteme mit kurzer Reichweite in den letzten Jahrzehnten explosionsartig entwickelt. Da diese Geräte nicht unter industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Geräte fallen, wird dies manchmal als Nicht-ISM-Verwendung bezeichnet. Der weitaus größte Teil der Nutzung des ISM-Bandes entfällt heute auf den Bereich der drahtlosen Geräte. Dazu gehören WLAN-Netzwerke, schnurlose Telefone, drahtlose Mikrofone, Bluetooth-Geräte, Garagentoröffner, Babyphone, drahtlose Türklingeln, schlüssellose Zugangssysteme für Autos, Wildtierortung und Nahbereichskommunikationsgeräte (NFC) wie kontaktlose Chipkarten und Proximity-Karten. Bei der Entwicklung eines IoT-Geräts (Internet der Dinge) oder eines anderen drahtlosen Systems ist es wichtig, die Unterschiede zwischen dem Sub-GHz-Band und dem 2,4-GHz-Band zu berücksichtigen und zu wissen, wie sie sich auf die optimale Systemleistung und die wirtschaftliche Rentabilität auswirken können. Das Sub-GHz-Band ermöglicht in der Regel eine drahtlose Kommunikation mit größerer Reichweite als das 2,4-GHz-Band und ist besser in der Lage, Objekte wie Wände und Gebäude zu durchdringen. Wellen im Sub-GHz-Bereich sind weniger anfällig für Reflexionen, können Hindernissen besser ausweichen und stoßen oft auf weniger Interferenzen durch die große Anzahl anderer drahtloser Geräte, die in den lizenzfreien Frequenzbändern betrieben werden. Die Sub-GHz-Vernetzung ist die bevorzugte drahtlose Technologie für große Gebäude und wird häufiger für Anwendungen mit geringer Bandbreite oder niedriger Datenrate verwendet, während das 2,4-GHz-Band dort zum Einsatz kommt, wo höhere Datenraten erforderlich sind. Zu den Sub-GHz-Anwendungen gehören Brandmelder, tragbare Zahlungsgeräte, Barcode-Scanner, intelligente Zähler, elektronische Kassensysteme, Bestandsverfolgung, Fernüberwachung von Prozessen und Bestellsysteme für Restaurants.

TE Connectivity bietet eine breite Palette von ISM-Antennenlösungen an, die hauptsächlich in den mittleren Frequenzbändern 433,92 MHz, 868 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz betrieben werden können. Dazu gehören eingebaute oder interne Antennen für die Kommunikation über kurze Entfernungen, externe Antennen für die Montage auf Distanz, Dipole und Endgeräte für die Kommunikation über mittlere Entfernungen und externe Antennen für die Montage im Freien für die Kommunikation über große Entfernungen.

Ein LPWAN (Low Power Wide Area Network) ermöglicht die drahtlose Kommunikation über große Entfernungen mit niedriger Bitrate zwischen Geräten mit geringer Bandbreite. LPWAN-Antennen wurden entwickelt, um Geräte und Netzwerke für das Internet der Dinge (IoT) zu unterstützen, indem sie kostengünstiger und energieeffizienter arbeiten als herkömmliche drahtlose Netzwerke. LPWAN-Antennen sind auch dazu geeignet, eine größere Anzahl von Geräten über eine größere Reichweite zu unterstützen. Unternehmen, die die Fertigungs- und Betriebskosten von IoT-Geräten senken wollen, entscheiden sich häufig für LPWAN-Antennen als bevorzugte Kommunikationsmethode.

LPWAN-Antennen ermöglichen zahlreiche Machine-to-Machine- (M2M) und IoT-Anwendungen, da sie weniger Strom verbrauchen, eine größere Reichweite haben und kostengünstiger sind als herkömmliche mobile Datennetze. Der Nachteil besteht darin, dass im Vergleich zu anderen Netzwerken weniger Daten übertragen werden können. LPWANs sind daher am besten für Anwendungen geeignet, die seltene oder Abwärtskapazitäten oder kleinere Datenpakete erfordern. LPWAN-Antennen werden in der Regel gewählt, um die Batterielebensdauer kleinerer Geräte zu verlängern. Einige Batterien können bis zu 10 Jahren verwendet werden, wenn eine seltene Datenübertragung von einem entfernten Standort erforderlich ist. Anwendungen für LPWAN-Antennen sind u. a. Smart Metering, intelligente Beleuchtung, Anlagenüberwachung und -verfolgung, intelligente Städte, Präzisionslandwirtschaft, Viehzuchtüberwachung, Energiemanagement, Fertigung und industrielle IoT-Geräte.

LPWANs können eine Reihe von Netzwerktechnologien nutzen, die in verschiedenen Formen und Ausprägungen verfügbar sind. LPWAN-Antennen können auf lizenzierten oder unlizenzierten Frequenzen betrieben werden, und es gibt proprietäre oder offene Standardoptionen. Eines der am weitesten verbreiteten LPWANs ist Sigfox, ein proprietäres und lizenzfreies öffentliches Netzwerk, das im 868-MHz- oder 902-MHz-Band arbeitet. Weitere LPWAN-Antennenanwendungen sind RPMA (Random Phase Multiple Access), das im 2,4-GHz-Spektrum betrieben wird, LoRa, ein lizenzfreies Netzwerk, das weniger störanfällig ist, da es in mehreren Sub-GHz-Frequenzen sendet, sowie Weightless SIG, Narrowband-IoT (NB-IoT) und LTE-M. NB-IoT und LTE-M sind zwar ähnlich, funktionieren aber über die bestehende Mobilfunkinfrastruktur, so dass Dienstanbieter schnell IoT-Konnektivität hinzufügen können. NB-IoT, auch CAT-NB1 genannt, funktioniert auf bestehenden LTE- und Global System for Mobile (GSM)-Systemen. LTE-M wird auch als CAT-M1 bezeichnet. Es bietet die höchste Bandbreite aller LPWAN-Technologien.

TE Connectivity bietet eine große Auswahl an LPWAN-Antennenlösungen, angefangen bei den kleinsten Embedded- oder internen Antennen für die Leiterplattenmontage, die für kleinere IoT-Geräte entwickelt wurden. Es gibt einen großen Bereich an räumlich abgesetzten oder am Endgerät montierten Antennen, die eine kompakte externe Antennenlösung für IoT-Geräte bieten, die eine größere Reichweite benötigen. 

LoRaWAN (Long-Range Wide Area Network) ist eine Art LPWAN-Technologie, die IoT-Geräte über LoRaWAN-Antennen miteinander verbindet. LoRaWAN-Antennen können große Distanzen überbrücken und sorgen für lange Akkulaufzeiten. Im Vergleich zu anderen drahtlosen
Datenübertragungstechnologien bietet LoRaWAN eine deutlich größere Kommunikationsreichweite bei niedrigen Bandbreiten. LoRaWAN ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation und bietet eine hervorragende Indoor-Durchdringung für IoT-Lösungen, was es für Smart City- und Industrieanwendungen populär gemacht hat.

IoT-Sensoren und -Geräte, die LoRaWAN-Antennen verwenden, verbrauchen sehr wenig Strom und können daher viel länger betrieben werden. LoRaWAN bietet eine sichere und zuverlässige Kommunikation, die auf einer einfachen Softwarearchitektur basiert und Tausende von Geräten oder Knoten verwalten kann. LoRaWAN ist bei Entwicklern, Hardwareanbietern, IoT-Plattformen, IoT-Technologieanbietern, Systemintegratoren und Telekommunikationsanbietern beliebt. In flachem Gelände ohne Hindernisse können LoRaWAN-Antennen bis zu 30 Kilometer weit kommunizieren, in städtischen Gebieten je nach Umgebung und Hindernissen bis zu 3 Kilometer. LoRaWAN kann weltweit auf vielen lizenzfreien Funkfrequenzen betrieben werden, darunter das beliebte 915-MHz-Band in den USA und das 868-MHz-Band in Europa.

Da LoRaWAN-Antennen weniger Bandbreite verbrauchen, können sie schnell eingesetzt werden, was sie zu einer idealen Wahl für IoT-Geräte mit schlechter oder inkonsistenter Datenübertragung macht. Die LoRaWAN-Antenne ist in der Lage, eine Nutzlast von bis zu 100 Byte zur Verfügung zu stellen, während es bei Sigfox nur 12 Byte sind. Bei LoRaWAN gibt es keine Beschränkung für die Anzahl der Nachrichten, die pro Tag versendet werden können, während Sigfox nur 140 Nachrichten pro Tag zulässt.

TE Connectivity bietet eine große Auswahl an LoRaWAN-Antennenlösungen, angefangen bei den kleinsten Embedded- oder internen Antennen für die Leiterplattenmontage, die für kleinere IoT-Geräte entwickelt wurden. Es gibt einen großen Bereich an räumlich abgesetzten oder am Endgerät
montierten Antennen, die eine kompakte externe Antennenlösung für IoT-Geräte bieten. Für die Kommunikation über große Entfernungen stehen auch größere externe Richtantennen in Form von Panel- oder Yagi-Antennen zur Verfügung.