LoRa アンテナの概要

LoRa アンテナは、LoRa デバイスおよびネットワークのワイヤレス信号を送受信するために使用されます。LoRa は Long Range の略で、ライセンス不要のスペクトルを介した長距離通信を可能にするスペクトル拡散変調技術を指します。この記事では、LoRa とは何か、使用される無線周波数、LoRa アンテナの種類、主要なアンテナ特性、マッチングに関する考慮事項、および使用例について説明します。

LoRa テクノロジーの概要

LoRa は、Semtech によって開発された物理層 RF 変調プロトコルです。主要な属性:

●長距離通信リンク

●遠隔地のバッテリーデバイスの低消費電力化

●干渉に強い堅牢なデータ転送。

●ライセンス不要のISM帯域で動作します。

●大規模なIoTネットワークを実現

●モバイルまたは固定資産との双方向通信

●田舎では通信距離が15kmを超えることもある

●業界で広く使われているオープンスタンダード

LoRa は現在、センサー、アクチュエーター、トラッカー、モニターの LPWAN IoT 接続に重点を置いた LoRaWAN プロトコル スタックの PHY レイヤーとして機能します。これにより、LoRa 互換アンテナの採用が促進されます。

一般的なライセンスのない LoRa 周波数帯域:

433 MHz – 主にアジアで使用されます。通信範囲は長くなりますが、データ レートは低くなります。

868 MHz – ヨーロッパのメインバンド。妥当なデータ速度で良好な範囲。

915 MHz – 北米帯域は、データ レートと範囲のバランスを提供します。オーストラリアでは 915 ～ 928 MHz が使用されます。

2.4 GHz – 距離は短いですが、センサーのデータ速度は高くなります。一部の地域では制限されています。

そのため、LoRa アンテナは、長距離カバレージに最適なサブ GHz のライセンス不要の ISM 帯域をターゲットとしています。正確な周波数は地理的地域によって異なります。

LoRa アンテナの種類

LoRa 無線と互換性のある一般的なアンテナのフォーム ファクターがいくつかあります。

全方向性ホイップとダイポール

●半波長モノポールまたはダイポール

●方位方向に均一に放射します。

●シンプルでコンパクトな形状

●ネジ取付または永久取付。

●小型モバイルLoRaデバイスに最適です。

外部端子

●アンテナは同軸ケーブルで着脱可能。

●位置変更や向き変更が簡単。

●遠隔地からの取り付けが可能になり、カバレッジが向上します。

●同軸ケーブルとコネクタの追加費用

●固定ゲートウェイ、インフラ共通

PCB トレース アンテナ

●蛇行したPCBパターンを統合アンテナとして使用

●低コストですが、外部アンテナに比べ効率は劣ります。

●設置面積を最小限に抑えることが重要な場合に使用します。

パフォーマンスは PCB レイアウトに大きく依存します

セラミックチップ

●アンテナ内蔵多層セラミックパッケージ

●PCB実装用のコンパクトなSMTコンポーネント

●小型アンテナに比べて低コストです。

●大型アンテナに比べて性能が低下します。

一般に、固定インフラストラクチャでは外部アンテナが使用されますが、モバイル LoRa エンドポイントではホイップ アンテナまたはチップ アンテナが使用されることが一般的です。

アンテナの主な特性

LoRa アンテナの重要なパラメータには次のものがあります。

周波数 – 使用中の LoRa 帯域と一致する必要があります (通常は 433 MHz、868 MHz、または 915 MHz)。

ゲイン – 等方性での増幅。ゲインが高いほど到達距離が長くなります。通常 1 ～ 5 dBi。

VSWR – 電圧定在波比、1.5:1 以下が最適なインピーダンス整合です。

ビーム幅 – 指向性アンテナの角度放射領域。

分極 – 電場の方向 – 垂直、水平、または RHCP/LHCP。

ケーブル損失 – 同軸給電線での損失、1 ～ 2 dB が一般的。

サイズ – フォームファクターの制約、ゲインは多くの場合サイズと相関します。

LoRa のパフォーマンスを最適化するには、アンテナ特性をユースケースおよび設置に適合させることが重要です。

アンテナの種類の比較

LoRa アンテナに関するよくある質問

最も一般的な LoRa アンテナのタイプは何ですか?

最も普及している LoRa アンテナは、1/4 波長ホイップ アンテナ、ヘリカル アンテナ、PCB トレース アンテナ、セラミック チップ アンテナ、および指向性八木アンテナです。ダイポール アンテナやコリニア アンテナも使用されています。

LoRa の直線偏波と円偏波の違いは何ですか?

直線偏波は、電場を垂直または水平の 1 つの面に揃えます。円偏波は磁界をらせん状に回転させるため、エンドポイント通信におけるアンテナの方向の重要性が低くなります。

アンテナ ゲインは LoRa の範囲にどのように関係しますか?

dBi 単位のアンテナ ゲインが高くなると、特定の送信電力レベルでの通信範囲が広がります。3 dBi が増加するごとに、見通し線の条件下での範囲が約 2 倍になります。

ゲートウェイ アンテナにはどのタイプのケーブルを使用する必要がありますか?

配線距離が 5 メートル未満の場合、ゲートウェイ アンテナには LMR-400 などの低損失同軸ケーブルを推奨します。LMR-600 は、より長いケーブル長に使用できます。

LoRa アンテナに推奨されるサージ保護方法は何ですか?

アンテナ給電線のインピーダンスに適合した同軸雷サージ保護装置を使用する必要があります。DC 接地された取り付けブラケットは、落雷による電流の分流にも役立ちます。