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e interconnessioni tra dispositivi sono alla base delle

applicazioni IoT (Internet of Things) e m2m (machine-

to-machine). I collegamenti wireless sono essenziali per

realizzare queste connessioni che consentono di con-

figurare e controllare i dispositivi dislocati nel mondo.

La copertura globale però comporta una serie di scelte tecniche,

che incidono tra l’altro sul consumo energetico e sulle prestazioni

dell’intero sistema. Esistono molteplici soluzioni per connettere i

dispositivi, ciascuna di esse presenta però pro e contro e impatta

in modo differente soprattutto sulle caratteristiche dell’antenna.

Le bande di uso libero utilizzate, per esempio, per protocolli come

Zigbee e wi-fi, a frequenze sub-GHz e a 2,4 GHz, sono disponibili in

tutto il mondo, ma richiedono punti di accesso. Sono ormai molto

capillari le reti di telefonia cellulare GSM, Gprs, Edge, 3G e LTE, ma

per poterle utilizzare a livello globale occorre che il nodo wireless

sia multi-banda con effetti negativi sia sulle dimensioni, sia sui

consumi. I sistemi di navigazione satellitare come il GPS pongono

requisiti di consumo ancora più stringenti, all’altro estremo della

scala, infine, la comunicazione NFC (Near Field Communication)

può costituire una soluzione semplice, a basso consumo e basso

costo, per le necessità di tracciamento più elementari. Le architet-

ture d’antenna possono variare dal semplice collegamento ‘half

duplex’ a canale singolo, fino a un completo front-end RF ad alte

prestazioni in tecnologia Mimo (Multiple input, multiple output),

che può raggiungere velocità di trasmissione più alte e maggiore

efficienza riducendo gli effetti di ostacoli, riflessioni ed EMI. I si-

stemi d’antenna sono quindi sempre più complessi e le relative

scelte progettuali assumono un peso crescente sulle prestazioni

del nodo wireless, in particolare per il rapporto segnale/rumore

(SNR), la portata a un dato livello di potenza e l’autonomia della

batteria. L’integrazione fisica delle antenne può assumere molte

forme diverse a seconda della gamma di frequenza e del tipo di

applicazione: piste su un circuito stampato (‘stub’ o frattali), chip a

montaggio superficiale, elementi esterni ecc., tutte queste opzioni

incidono sull’SNR e sul consumo di energia.

Le bande ISM

Sono tre, a livellomondiale, le principali bande libere in cui i dispositivi

wireless possono operare senza restrizioni. La banda dei 2,4 GHz è uti-

lizzata dai protocolli wi-fi (802.11b, g, n), Bluetooth, Zigbee e altri, tra i

quali WirelessHart. Tutti questi protocolli richiedono gateway o punti

di accesso per connettere il nodo alla rete. Il protocollo 802.11n, che

impiega antenneMimo, offre velocità di trasmissione comprese tra 54

Mbps e 600 Mbps. Il protocollo 802.11a opera nella banda dei 5 GHz,

meno congestionata, mentre le bande ISM sub-GHz tendono a essere

moltoaffollateeutilizzateconprotocolliproprietari.InEuropalabanda

868MHzela915MHznegliUSAoffronoportatepiùlungheemaggiore

penetrazione rispetto a quella a 2,4GHz e permettono di utilizzare an-

tenne molto semplici. Grazie alla grande diffusione di wi-fi in tutto il

mondo, esiste un’ampia gamma di soluzioni d’antenna per le bande

dei 2,4 GHz e dei 5 GHz. L’antenna a dipolo dual-band (2,4 e 5 GHz)

mostrata in Figura 1, per esempio, non necessita di un piano di terra

e si applica con nastro biadesivo. Offre un’efficienza del 70% a 5 GHz

e dell’80%a 2,4 GHz. Esistono antenne autoadesive dual-band anche

per le bande ISM degli 868 e dei 915 MHz; sono più piccole del 75%

rispetto alle antenne convenzionali, inoltre essendo bilanciate sono

indipendenti da qualunque piano di terra. Offrono un’efficienza del

50% a 868 MHz e del 67% a 915 MHz. I nodi wireless e i punti di ac-

cessopongono requisiti diversi: i primi devonoesserepiccoli e consu-

mare poco, mentre i secondi, alimentati dalla rete elettrica, possono

utilizzareantennepiùgrandi, raggiungendopicchi di guadagnocom-

presi tra +2,4 dBi e +4,9 dBi con potenze fino a 3W.

Le reti di telefonia cellulare

Utilizzare le reti di telefonia cellulare per le connessioni m2m e IoT

offre il vantaggio di non richiedere punti di accesso né gateway. Tut-

OTTOBRE 2015

AUTOMAZIONE OGGI 385

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WIRELESS

Marco Enge

I collegamenti wireless per interconnettere i dispositivi sono alla base delle

applicazioni IoT e m2m. Vediamo come i sistemi d’antenna incidano sulle

prestazioni dei nodi wireless

L’ importanza dell’antenna

Fonte: www.lonemind.com