Défis de l’IdO sans fil dans le monde ultra-connecté (anglais)

Tyler Kern (00:00) : 

Bienvenue dans -CONNECTED World, un podcast destiné aux ingénieurs qui souhaitent en savoir plus sur les tendances influençant le monde connecté et la technologie qui rend l’impossible d’aujourd’hui en une merveille de demain. 

Tyler Kern (00:15) : 

Bonjour et bienvenue dans CONNECTED World, le podcast de TE Connectivity. Je suis Tyler Kern. Merci beaucoup de vous joindre à moi pour cet épisode du podcast. Aujourd’hui, je discute avec Christian Koehler. Il est responsable de la gestion des produits pour les solutions RF chez TE Connectivity, et nous allons parler des défis de l’IdO sans fil dans le monde ultra-connecté. Christian, merci beaucoup d’être là. 

Christian Koehler (00:35) : 

Merci beaucoup. Merci de m’avoir invité. je suis ravi d’être ici avec vous. 

Tyler Kern (00:39) : 

Je suis impatient d’avoir votre analyse d’expert et vos idées sur ce sujet aujourd’hui. Commençons par une question que nous avons posée à plusieurs de nos experts dans le podcast : quels sont les plus grands défis actuels auxquels l’IdO sans fil est confronté dans le monde connecté ? 

Christian Koehler (00:53) : 

C’est un sujet dense. Je vais commencer par quelques défis mondiaux. Je les qualifierais de défis mondiaux comme les défis techniques, qui relèvent de la couverture. L’IdO sans fil et les appareils IdO doivent couvrir certains domaines, par exemple l’efficacité de la NFT, les débits de données, qui sont requis de nos jours, et d’autres caractéristiques techniques en combinaison avec le sans-fil. Voilà donc quelques-uns des défis techniques. Ensuite, il y a certains défis commerciaux, comme la qualité du service et une communication ultra-fiable à temps de réponse réduit. Vous en avez peut-être entendu parler. Cela nécessite souvent un temps de réponse très court et une réaction très rapide des services sans fil. La qualité des services devient beaucoup plus importante pour certaines applications. Puis, il y a la sécurité. Pensez à tous les appareils qui sont connectés. Ils doivent rester sécurisés pour ne pas être piratés à tout moment et doivent être mis à niveau pour des raisons de sécurité.

Christian Koehler (02:03) : 

Etc. Enfin, le coût et l’évolutivité sont deux paramètres importants en termes de défis commerciaux, et le troisième élément est l’écosystème. L’écosystème désigne cette solution qui est la plus susceptible d’être développée, d’être à l’épreuve du futur. Il définit une portée mondiale ou une interopérabilité donnée sur les appareils lorsque les marchés s’étendront des marchés locaux à d’autres régions. Le haut débit mobile amélioré représente un défi avec des débits de données allant jusqu’à 10 gigabits par seconde et plus. Une communication massive de type machine. « Massive » signifie souvent un million ou deux millions d’appareils par kilomètre carré. Il s’agit souvent d’une communication ultra-fiable et à temps de réponse réduit. Les clients et les développeurs peuvent choisir parmi quelques normes sans fil, qui sont à courte portée, à faible taux d’énergie, et des normes de zone. Il existe une norme cellulaire traditionnelle. 

Christian Koehler (03:16) : 

En fonction de la zone à couvrir, des exigences en matière de consommation d’énergie et de débit de données, l’une ou l’autre de ces normes pourrait être la bonne, la plus adaptée à cette application spécifique. Nous sommes confrontés à la croissance exponentielle du trafic sans fil. Autrement dit, il est de plus en plus encombré. Il n’y a pas tant de nouvelles bandes de fréquences qui vont être ajoutées au spectre. Pour le spectre en dessous de six gigahertz : seules quelques nouvelles fréquences sont disponibles pour [éviter] les interférences. La croissance exponentielle du trafic entraînerait des interférences partout, créant une concurrence pour la meilleure connectivité. La conception des antennes est aussi complexe. Que veux-je dire par là ? Les antennes sont différentes des composants passifs ordinaires, ou en tout cas de la plupart. Les antennes doivent être appréhendées différemment. 

Christian Koehler (04:22) : 

Il y avait une tendance à éviter cette complexité, voire à l’ignorer. La tendance était d’appréhender les antennes comme des composants tels que des condensateurs ou des résistances, etc. Le défi commun suivant est la compréhension des exigences RF. Comment savoir si mon antenne est assez bonne ? Comment savoir si elle est assez bonne aujourd’hui ? Et plus important encore, comment savoir si elle sera assez bonne à l’avenir avec la croissance exponentielle et les interférences accrues qui s’ajouteront aux canaux ? Etc. Autre défi : le niveau d’intégration élevé des fonctionnalités dans les appareils IdO. 

Christian Koehler (05:04) : 

De nombreux indicateurs clés de performance sont en concurrence. Il faut avoir la plus grande batterie. Il faut avoir le plus grand écran et la plus grande antenne. La recherche du meilleur compromis possible au sein de ces appareils est une lutte constante. N’oublions pas la consommation d’énergie. Je pense l’avoir déjà mentionné : le rapport coût/performance. Un autre grand défi est l’expérience sur le marché. L’expérience des startups, par exemple, et même des entreprises bien établies qui ne s’occupaient pas des services sans fil dans le passé. Tout à coup, il faut une connectivité sans fil, intégrée aux appareils. Le niveau de complexité est pris un peu trop à la légère, ce qui peut entraîner des problèmes.

Tyler Kern (06:00) : 

Tout à fait. Le marché actuel présente donc de nombreux défis que les ingénieurs du secteur doivent relever. Vous en avez mentionné plusieurs. La fréquence, la congestion et les complexités ajoutées, etc. Comment les ingénieurs font-ils face à ces défis, et quelles innovations en découlent pour aider à résoudre ces problèmes à l’avenir ? 

Christian Koehler (06:23) : 

Si nous examinons le secteur, les groupes d’ingénieurs les plus avancés travaillent sur les smartphones ou les appareils portables. Pour les appareils portables sans fil comme les tablettes ou ordinateurs portables, ils développent des antennes. Rien n’est laissé au hasard. Toute personne impliquée, forte de décennies d’expérience, sait ce qui est important et ce qui doit être pris en compte. Quelques personnes savent vraiment comment concevoir des antennes, et tout se passe bien. Elles arrivent rapidement à un très bon compromis de travail, mais souvent, les clients doivent mettre en œuvre des services sans fil. Ils ne l’ont jamais fait auparavant, et la disponibilité de centaines, voire de milliers d’antennes dites standard sur le marché fait croire que ce qui est écrit sur la fiche technique est en quelque sorte vrai. Et je peux dire par expérience que tout est vrai, sauf les données RF. Les antennes. 

Christian Koehler (07:34) : 

En tant que concepteur d’antennes, je ne peux pas simplement me fier à la base de données RF et à la fiche technique comme pour tout autre composant passif, tel qu’un condensateur. Ce qui est écrit sur la fiche technique est souvent vrai pour les antennes. C’est également vrai, mais c’est lié à un plan de référence mesuré en espace libre, etc. Il est très dangereux d’utiliser des fiches techniques, mais cette approche a souvent été adoptée. Vous choisissez une antenne dans le catalogue, la placez sur la carte, allumez celle-ci et cela ne fonctionne pas. Parfois, un problème survient après. Les antennes sont très demandées dans le domaine de l’IdO, où elles doivent être petites et bon marché. Nous devons avoir la plus petite antenne et la moins chère. Mais cela veut dire quoi bon marché ? 

Christian Koehler (08:30) : 

Concernant les téléphones portables, revenons aux spécialistes. Certains ont essayé de faire des antennes aussi grandes que possible. Le coût est aussi très élevé, mais quel est le but d’une antenne bon marché si la connectivité n’est pas assez bonne ? Les antennes sont souvent mises en œuvre très tard dans le cycle de conception des nouveaux appareils. Lorsque cela se produit, elles se retrouvent coincées entre d’autres composants d’appareils existants, qui doivent être mis à niveau par le service sans fil. Ainsi, la compréhension des dispositifs et de l’antenne est très souvent peu développée, et TE peut aider à relever ces défis par une approche holistique basée sur des décennies d’expérience avec les téléphones mobiles, qui sont selon moi des appareils difficiles en termes de bruit. Ils sont généralement petits et doivent répondre à de fortes exigences personnalisées. Ils doivent être économes en batterie. Ils ont généralement une grosse batterie, un grand écran, etc. Donc, tout a quelque chose de contradictoire. Jusqu’à six, sept ou huit antennes doivent normalement entrer dans des facteurs de forme aussi petits. C’est là que l’équipe TE peut vraiment aider. Les approches adoptées par d’autres ne sont pas adaptées aux antennes cellulaires spécifiques. 

Tyler Kern (09:58) : 

Christian. Vous avez mentionné, entre autres, que l’antenne et la mise en œuvre sont souvent envisagées trop tard dans le cycle de conception. Elles sont bloquées entre d’autres composants. Selon vous, quel est le bon moment pendant le cycle de conception pour envisager l’emplacement de l’antenne et l’implémentation des antennes dans l’appareil ? 

Christian Koehler (10:18) : 

C’est une très bonne question. Quelques déclarations claires ont été faites par AT&T. Il y a trois éléments clés dans un cycle de conception, pour le développement d’un nouvel appareil. Tout d’abord, la définition d’un cas d’utilisation pour comprendre les exigences en matière de RF. Une caméra de sécurité HD qui nécessite un panneau omnidirectionnel requiert un signal puissant. Il faut une bonne connectivité et peut-être 2 ou 3 antennes pour faire fonctionner MIMO, pour un moniteur de déchets et d’énergie de bon débit, qui doit transmettre quelques octets ou kilo-octets par jour. Le système étant alimenté par une batterie, les exigences sont totalement différentes, et l’antenne doit être très efficace. Le deuxième élément clé est la préparation d’un bilan de liaison pour comprendre les pires conditions sur le terrain. Même si l’appareil fonctionne en laboratoire, cela ne signifie pas obligatoirement qu’il fonctionne bien sur le terrain et dans les zones rurales où le signal faiblit. 

Christian Koehler (11:26) : 

La question est de savoir si nous avons assez de marge pour garantir la performance requise. Le troisième élément clé est la prise en compte et la compréhension des caractéristiques de l’appareil. Quelle est la taille de l’appareil que je veux créer ? Quels composants, quelles autres antennes, quels appareils de prise de vue, quelles batteries ? Vos transformateurs doivent être près des antennes, ce qui peut avoir un impact. Ces trois éléments définissent normalement le niveau de complexité de la conception d’une antenne, ce qui montre clairement qu’une antenne ne peut généralement pas être conçue à la fin du cycle de conception. Tout à fait. Même si la conception de l’antenne est au début du cycle de vie d’un produit, lors d’un changement mécanique d’un appareil, [la conception] doit être vérifiée en fonction d’une influence potentielle sur les performances de l’antenne, ce qui peut exiger des ajustements rapides, lorsque cela est nécessaire. 

Christian Koehler (12:30) : 

Je voudrais parler d’un exemple de wattmètre. Nous nous sommes lancés à un stade précoce et il fallait installer une antenne LTE sur un wattmètre pour le contrôle à distance et tout était parfait. Le soutien par les pairs était précis. Le plan de masse était précis. L’antenne était parfaitement placée. Pendant la conception, un supercondensateur a dû être déplacé de quelques millimètres vers l’antenne, ce qui a fini par nuire complètement aux performances en bande basse. Il a fallu du temps pour trouver la cause profonde. De très petits changements dans la conception de l’appareil peuvent avoir un impact majeur. Je pense que nous devrions parler de la mise en œuvre de l’antenne le plus tôt possible dans le cycle de conception. 

Tyler Kern (13:23) : 

Christian, nous avons parlé un peu de la façon dont les performances de l’antenne sont affectées par son emplacement. Et vous avez donné un excellent exemple d’un cas où les performances de l’antenne en bande basse ont été dégradées par des composants placés à proximité, etc. Parlez-moi un peu plus des indicateurs de performance pour les antennes incorporées. Comment la performance des antennes est-elle mesurée et à quoi cela ressemble-t-il ? 

Christian Koehler (13:49) : 

Si vous voulez parler de la conception réussie d’une antenne incorporée, je ne tiens pas à parler des antennes externes, car elles sont plutôt faciles à mettre en œuvre. Les mesures et les indicateurs de performance sont plutôt prévisibles et reproductibles. Ce n’est pas le cas des antennes incorporées. Pour la conception d’antennes incorporées dans un appareil sans fil, plusieurs mesures doivent être effectuées pour quantifier les performances de l’antenne dans le produit réel. Il n’est pas utile de mesurer l’antenne dans l’espace libre, de la mettre en œuvre dans l’appareil et de la faire fonctionner de la même manière. Il y avait quelques indicateurs de performance comme la bande passante. La bande passante est donc très importante, car elle est liée à la conception de l’antenne et à son emplacement. Un autre indicateur est le gain. Beaucoup de gens recherchent un gain élevé, sauf pour les antennes, qui sont censées être une directive pour les connexions point à point. L’antenne devrait plutôt se situer entre 0 et 2 dBi. 

Christian Koehler (14:56) : 

Donc, peu de gain signifie de très bonnes performances omnidirectionnelles. Beaucoup d’appareils IdO doivent fonctionner dans un environnement aléatoire, donc personne ne peut prédire à l’avance où est la passerelle, où est le point d’accès par rapport à l’appareil IdO : il peut être devant, à l’arrière, peut être à droite, à gauche... Ainsi, l’appareil IdO fonctionne avec une antenne omnidirectionnelle. Nous avons parlé du gain et du contrôle, mais n’oublions pas l’isolation dans certains des appareils. Plusieurs antennes sont nécessaires. Souvent, elles ne doivent pas s’influencer ou interférer entre elles. Le plus important, c’est souvent le rendement. Désolé, le rendement de ma voix a juste baissé un peu et vous avez vu ou entendu ce qui s’est passé. Même si ma bande passante, mon gain et l’isolation sont corrects, c’est très difficile à comprendre, car le rendement est mauvais. 

Christian Koehler (16:02) : 

Même s’il y a beaucoup d’interférences, je dois lutter contre celles-ci et parler assez fort. Le rendement est l’un des paramètres les plus importants à mesurer pour les antennes incorporées, qui peuvent avoir un rendement diminué à cause d’une intégration étroite, d’autres composants potentiellement impactant à proximité, etc. L’antenne doit agir comme un transducteur entre la radio et le milieu de propagation. Et s’il y a eu un impact sur l’antenne, elle ne fonctionnera pas bien. 

Christian Koehler (16:41) : 

J’aimerais expliquer cela avec un scénario catastrophe. Un client avait une antenne parfaitement réglée. La bande passante présentait une très bonne isolation. Ainsi, les antennes n’interfèrent pas entre elles. C’était une antenne pour imprimante. À l’extérieur de l’imprimante, il y avait une peinture avec du métal. En peignant le boîtier de l’imprimante avec de la peinture métallique, le client a créé une sorte de cage de Faraday. Tous les paramètres étaient parfaits sur l’antenne, tout était bien réglé, mais le rendement était nul et l’imprimante ne fonctionnait pas comme prévu. Tous les autres paramètres sont devenus d’une importance mineure à cause de l’impact très simple et unique d’une cage de Faraday. 

Tyler Kern (17:29) : 

C’est très intéressant. J’apprécie l’exemple concret de ce à quoi cela ressemble lorsque certains aspects ne fonctionnent pas, que ce soit des interférences ou, votre voix qui est étouffée et difficile à entendre. J’ai trouvé que c’était une très bonne façon de le décrire, surtout dans un podcast, qui est un média d’écoute. C’était super. Vous avez beaucoup parlé de rendement, quelle est la différence entre le VSWR et le rendement ? 

Christian Koehler (17:54) : 

Je suis content que vous posiez cette question parce que le VSWR (rapport d’ondes stationnaires) est une mesure de l’adaptation de l’impédance des charges à l’impédance caractéristique d’une ligne de transmission. En d’autres termes, la radio, ou le module RF a une impédance de 50 ohms, et dans la fréquence, l’antenne doit également fonctionner avec une impédance de 50 ohms. Le meilleur VSWR (rapport d’ondes stationnaires) serait proche d’un, ce qui est le cas idéal. Si c’était un raccourci au lieu d’une antenne, celui-ci serait infini. Ce serait le meilleur des cas. Par ailleurs, pour régler l’antenne, il suffit d’avoir un analyseur de réseau. Cela permet de voir si l’antenne est bien alimentée ou non. Cela en dit long sur les performances de l’antenne. Cela indique qu’elle est bien appariée avec la bande. 

Christian Koehler (18:53) : 

Avec les mesures, vous avez de bonnes informations de base sur les caractéristiques de l’antenne. Cependant, dans un appareil avec tous les châssis fermés et tous les composants à l’intérieur, et idéalement même allumés pour avoir d’autres sources de bruit, comme des interfaces interférant avec l’antenne, alors la mesure du rendement est une chose totalement différente. Le rendement de l’antenne repose sur le rapport de la puissance rayonnée totale à la puissance d’entrée des bornes Internet. Si une antenne a un rendement de 10 %, 90 % de la puissance RF transmise par le module RF est convertie en chaleur ou autre chose, mais n’est pas rayonnée dans l’air. 10 % rayonnés, 90 % transformés en chaleur. On ne veut pas faire un four. Nous voulons faire une antenne. Maintenant la question est comment faire mieux, comment déterminer quel est le rendement requis pour avoir une chambre anéchoïque ou plutôt une chambre Timo, qui est une chambre anéchoïque avec un anneau de recensement. 

Christian Koehler (20:04) : 

Une table de mesure des tonalités était nécessaire pour mesurer le diagramme de rayonnement tridimensionnel, ce qui prend un certain temps. Et puis, c’est une sorte d’intégration de la puissance par le rayonnement. C’est juste un diagramme de rayonnement tridimensionnel qui fournit le rendement. Lorsque cet équipement n’existe pas dans le réseau, l’analyseur est utile pour vérifier les bases d’une antenne, mais il ne dit rien sur le rendement, sur la qualité de la transmission et de la réception de l’appareil final. 

Christian Koehler (20:37) : 

Pour ces paramètres, une chambre anéchoïde est nécessaire. Ils l’utilisent pour le rendement qui doit être mesuré avec une antenne complètement montée dans l’appareil avec tous les composants installés. Que se passe-t-il si le rendement est nul ? S’il n’y a pas de connectivité sans fil ; le client n’est pas satisfait. Et si le rendement est assez bon pour le laboratoire, mais pas suffisant pour le pire des scénarios, la même chose peut se produire :  le client est insatisfait. La mesure du rendement donne une bonne indication des performances sans fil que je peux attendre sur le terrain.  

Tyler Kern (21:23) : 

Excellent. Christian, nous arrivons à la fin de notre conversation, mais vous pouvez conclure avec un aspect non abordé concernant les antennes et l’IdO dont vous aimeriez parler. Vous pouvez également parler de l’état actuel du secteur. S’il y a un point dont nous n’avons pas encore discuté, ou si vous voulez faire une déclaration finale, n’hésitez pas, je vous laisse la parole. 

Christian Koehler (21:48) : 

Une question qui revient souvent est celle du fameux service IdO à bande étroite, qui fournit souvent un service sûr et enregistré et des bandes sous licence avec responsabilité. Parfois, il y avait un problème de compréhension de la bande étroite. J’ai besoin d’une antenne à bande étroite IdO qui fonctionne dans les bandes LTE régulières. Même si pour le service lui-même, la bande étroite fonctionne avec une bande passante de 200 kilowatts, cela ne signifie pas qu’il faut une antenne à bande étroite. L’antenne pour l’idO à bande étroite est essentiellement une antenne LTE. Une implémentation d’antenne LTE nécessite généralement des antennes à bande large comme 670 mégawatts à 2,2 ou 2,7 gigahertz, soit une bande très large. 

Christian Koehler (22:43) : 

L’intégration requiert généralement beaucoup d’expérience et de compétences. l’IdO à bande étroite semble facile, mais la mise en œuvre de l’antenne nécessite souvent une approche beaucoup plus prudente par rapport aux antennes à bande unique ou aux services Viola comme LoRa qui est de 868, 915 MHz, le Bluetooth 6.0 ou le WiFi à 2,4 GHz, etc. Tout cela est relativement facile par rapport à la mise en œuvre d’une antenne cellulaire IdO à bande étroite. Pour conclure, je dirais que l’antenne est un connecteur très important. 

Christian Koehler (23:27) : 

Nous sommes une entreprise connectée. Pour moi, l’antenne est le connecteur le plus important des appareils sans fil. C’est un composant essentiel et il est bien d’avoir des partenaires qui ont non seulement l’équipement disponible, mais aussi les compétences pour les régler. La réussite de l’intégration d’une antenne incorporée dans les appareils sans fil dépend de la compréhension de l’importance de l’antenne dans l’appareil. Il est très probable que ce soit le cas. L’antenne ne peut pas être ajoutée à la fin du cycle de conception. Elle doit être conçue dès le début. Régler des problèmes d’antenne dans le laboratoire de certification peut être long et très coûteux. 

Christian Koehler (24:11) : 

Te Connectivity est réputée pour son approche professionnelle de la création de solutions d’antennes de haute performance, incorporées et externes. Une antenne pourrait être qualifiée de solution d’antenne, plutôt que de simple composant. Cela répond aux besoins d’un trafic sans fil en croissance exponentielle. Les ingénieurs de TE ont développé des solutions d’antenne pour certaines des applications les plus difficiles au cours des 20 dernières années. Nous serions très heureux de nous associer à nos clients et de rendre le développement d’une antenne très facile et simple, même si c’est complexe. Bonne connectivité sans fil ! 

Tyler Kern (24:54) : 

Excellent. Christian Koehler, responsable de la gestion des produits pour les solutions RF chez TE Connectivity. Christian, merci beaucoup de vous être joint à moi et d’avoir parlé des défis du monde ultra-connecté pour l’IdO sans fil, ainsi que des antennes, etc. Merci d’avoir pris le temps d’être avec nous. 

Christian Koehler (25:11) : 

Ce fut un grand plaisir, Tyler. Merci beaucoup. 

Tyler Kern (25:15) : 

Merci. Merci beaucoup. Merci à tous nos auditeurs de s’être joints à nous pour cet épisode de l’émission. Nous vous en sommes très reconnaissants. Les épisodes précédents sont disponibles. Vous pouvez les écouter. De nouveaux épisodes sortiront bientôt. Abonnez-vous aux podcasts sur Apple Podcasts ou sur Spotify, et nous reviendrons bientôt avec de nouveaux épisodes. Je suis Tyler Kern, votre animateur. Merci de votre écoute.