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IoTにおけるアンテナ設計

様々なIoT向け無線システムが普及してきているなか、誰でも簡単にIoT向けデバイスを開発できるような環境になってきましたが、アンテナ設計は重要です。
まず、ある一例を見てみましょう。

アンテナ設計による受信レベルの違い

2つのデバイス(通信モジュールの出力は同じです)のSigfox受信レベルを見てみましょう。
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左(GOOD)は正常なデバイス、右(BAD)はアンテナ設計がよろしくないデバイスです。全体的に20dB程度の差が出てしまっています。
これは、極端な例ですが、アンテナ設計を間違えることにより、10dB以上のロスが出てしまうことはあります。

基板とアンテナ位置による違い

下の絵は、某アンテナメーカー(日本アンテナ)さんの資料です。アンテナメーカー仕様としては、最大利得 +1.8dBiというアンテナですが、基板とアンテナ設置位置やRF回路とアンテナの接続方法によっては、実際の利得が大きく異なります。
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この絵の中で、VSWRという値がでています。このVSWRというのは、Voltage Standing Wave Ratio(電力定在波比)と呼ばれるもので、高周波が伝送していくときの進行波と反射波の関係を表したものです。
アンテナについても、このVSWRは重要で、この値が低くなるように設計します。逆に、このVSWRが高くなってしまうと空中に放射される電力が小さくなってしまいます。

下の絵は、アンテナと金属板の離隔によって、VSWRがどうなるかというイメージ図です。(実試験結果ではありません)
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920MHzに対して特性をもつアンテナを使っていても、金属板による影響によってVWSRが高くなり(悪くなり)ます。

では、どうしたらいいのでしょうか?という話になると思いますが。。。
アンテナのインピーダンスマッチングを図るとか、アースをちゃんととるとか、基板、金属との関係とか、いろいろ要素がありますので、是非、アンテナメーカーさんやアンテナ回路設計を得意とされている会社さんに、設計段階で相談されるのがお薦めです。

日本アンテナさん。情報提供ありがとうございます。
日本アンテナIoTページ

最後に、Sigfox社がアンテナ設計についてのコンテンツをあげていますので、ご紹介します。
https://build.sigfox.com/antennas

Sigfox Japan KCCS