Conceptos Básicos para la Selección de Antenas

Seleccionar la antena correcta es un paso crítico durante el diseño y desarrollo de cualquier dispositivo conectado. Una antena debe ser compatible con las especificaciones del receptor y cumplir con los requisitos del dispositivo o aplicación, como el tamaño, el peso, el entorno y la mecánica.

Es importante comprender las capacidades de la antena y cómo las especificaciones han de cumplir a la perfección los requisitos del dispositivo. Cada antena dispone de una hoja de especificaciones detallada que define todas sus características.

A continuación nos centraremos en tres de las características más importantes para la selección de una antena:

• Tipo de montaje
• Frecuencia y longitud de onda
• Estándar y banda de comunicación

Tipo de montaje

El paso inicial durante la selección de la antena es determinar qué tipo de montaje es el adecuado para cumplir con los requisitos de la aplicación. Para seleccionar la antena más optimizada, en primer lugar se ha de determinar si la antena se integrará internamente, como en el caso de un dispositivo móvil o externamente, en cuyo caso ha de integrar una carcasa para protección en aplicaciones e instalaciones en exteriores.

Diferentes tipos de antenas

Tipos de montaje de antenas individuales y combinadas externas

• Montaje por conector: Para antenas que requieren una solución de montaje directo de PCB.
• Montaje adhesivo: Para aplicaciones de montaje rápido.
• Montaje de tornillo: Ofrece una instalación segura y permanente también en condiciones extremas al aire libre.
• Montaje magnético: Ofrece flexibilidad para instalaciones temporales, y es suficientemente fuerte para instalaciones permanentes.
• Montaje en pared: Se puede utilizar para instalaciones interiores o exteriores.
• Montaje en poste: Ideal a menudo para aplicaciones marinas o construcción.
• Montaje magnético/adhesivo: Ofrece la opción de montaje magnético o adhesivo para instalaciones externas, especialmente para superficies metálicas no magnetizadas.
• Montaje en pared/adhesivo: Ofrece la opción de montaje en pared o adhesivo para instalaciones en paredes de edificios.
• Velcro/adhesivo: El velcro proporciona una solución perfecta para uso temporal de antenas.

Tipos de montaje de antenas individuales y combinadas internas

• Montaje adhesivo flexible: Antenas de factor de forma pequeño con flexibilidad para instalación curva en dispositivos.
• Montaje adhesivo rígido: Utiliza una capa adhesiva de grado industrial. Este tipo de montaje es ideal para instalaciones de superficie plana.
• Cerámica con montaje en superficie: Con cerámica de alta calidad, este montaje en superficie es ideal para una amplia gama de entornos y es compatible con la técnica de montaje en superficie (SMT), lo que permite una fácil integración de PCB en dispositivos pequeños.
• Fibra de vidrio con montaje en superficie: La fibra de vidrio permite tamaños de antena pequeños y ofrece soluciones económicas para los diseñadores, además es compatible con montaje en superficie (SMT).
• Cerámica con montaje thru-hole: El montaje thru-hole suele ubicarse en el centro de la antena y ofrece seguridad extra en la integración con el dispositivo.
• Módulo de montaje snap-in: Asegura la antena en su lugar, evita la rotación no deseada y facilita la instalación y el reemplazo rápido de la antena.
• Módulo de montaje por tornillo: Antenas modulares que se pueden instalar en PCB standoffs.

Frecuencia y Longitud de Onda

La frecuencia es la banda inalámbrica designada para que un dispositivo funcione. Las antenas se diseñan para que funcionen en un rango de frecuencias determinado. Como ejemplo, si un dispositivo está sintonizado para usar la Banda 17 (700 MHz), la antena correspondiente debe operar entre 704 y 746 MHz para la transmisión y recepción.

La longitud de onda es la distancia que recorren las ondas de radio durante un ciclo. Una antena con un cuarto de longitud de onda de largo proporcionará la mejor eficiencia y proporcionará una señal de mayor calidad.

Un cuarto de longitud de onda se calcula con la siguiente fórmula:

Tamaño de antena (mm) = 1/4 de longitud de onda = (75 / Frec (MHz))*1000

Ejemplos de cálculo de tamaño de antena mediante la longitud de onda

Estándares y Bandas

Las antenas pueden funcionar en muchos estándares globales. Como ejemplo, algunas antenas 4G LTE son compatibles con Cat-M, Cat-X, Cat-NB, NB-IoT y también SigFox y LoRa, conocidas en el mercado como LPWA. La misma analogía puede aplicarse a menudo a otras frecuencias. Como ejemplo, las antenas WIFI se pueden usar para SigFox o LoRa en el espectro de 2,4 GHz.

Las antenas GNSS están disponibles con pre-filtro, medio filtro o sin filtro para cumplir con los diferentes requisitos. El pre-filtro ofrece la mayor resistencia y la mejor recepción y, por lo tanto, es estándar en todas las antenas GNSS. Es importante comparar la ganancia activa y el ruido en el amplificador de antenas GNSS.

Banda de frecuencias de diferentes estándares

Estándares de antena:

• 5GNR / 4GLTE / FirstNet / CBRS / LPWA / 3G / 2G
• 4G LTE / FirstNet / NB-IoT / Cat-X-Mx-NBx / LPWA
• 3G / 2G
• 2.4-5.0GHz WiFi / Bluetooth / ISM – IRIDIUM
• GPS / GLONASS / BeiDou / QZSS / Galileo
• 433/868 / 915MHz / LPWA / Sigfox / LoRa / RFID / ZigBee / ISM
• TETRA / UHF / PMR / LMR
• 169MHz / ERMES / VHF
• DECAWAVE
• DSRC / C-V2X
• ORBCOMM
• AIS
• DAB
• HDTV / DVBT
• AM / FM

En próximos artículos daremos una explicación detallada de cada una de las especificaciones más comunes en las antenas y de la mejor forma de integrarlas en una aplicación.

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