Especificaciones técnicas sobre las Antenas: definición y explicación

En este artículo vamos a enumerar y a explicar las especificaciones a las que debemos prestar especial atención durante la selección de antenas. Esta entrada se complementa con un artículo anterior en el que hablamos sobre los conceptos básicos a tener en cuenta para seleccionar una antena.

Es importante comprender los parámetros con los que las antenas se miden y prueban para encontrar el producto que mejor se adapte a nuestras necesidades. Una vez identificadas las especificaciones más determinantes para nuestro proyecto, es recomendable realizar comparaciones con productos de otros fabricantes para poder decidir qué antena es la mejor para nuestro proyecto.

Factores que afectan a las Especificaciones

Entorno de Medición

Los métodos y parámetros de test pueden variar de un fabricante a otro por lo que deberían aparecer junto a las especificaciones. Datos como la cantidad de espacio libre alrededor de la antena, el tipo de placa de soporte (metal, plástico, vidrio), etc. afectan a los resultados de las mediciones.

La instalación de antenas fuera de los parámetros de test dará como resultado un rendimiento no deseado. Por ejemplo, si una antena de montaje por tornillo se testea en un espacio libre y muestra unos resultados de rendimiento óptimos y posteriormente se instala sobre una superficie metálica en el dispositivo del cliente, la antena no funcionará como se esperaba. Por este motivo las condiciones de test de las antenas siempre han de ser conocidas para asegurar la obtención de los datos más precisos y que la integración de la antena en el dispositivo sea exitosa.

Para tomar una decisión acertada de producto entre dos fabricantes, se recomienda que todos los test se realicen con una longitud estándar y un cable de alta calidad para optimizar los resultados de rendimiento de la antena. Las condiciones no se deben alterar durante el test, por ejemplo usando cables más cortos o no usando cables. Esto daría resultados imprecisos en la eficiencia, ganancia máxima y ganancia promedio.

Cámara de Test para Antenas (2J)

Tipos de Cable y Conector

Otro factor que puede afectar al rendimiento de la antena es la selección correcta de los tipos de cable y conectores de RF. El conector sirve como conexión mecánica entre la antena y el sistema de RF y el cable es la línea de transmisión para señales de radiofrecuencia que conecta transmisor y receptor. La longitud de cable afecta a la calidad y la fuerza de la señal. La selección de un cable y un conector de alta calidad que sea compatible con la antena garantizará un rendimiento óptimo. Al considerar un producto, es importante determinar el género, la polaridad y la geometría correcta del conector, así como la longitud del cable.

Definición de las Especificaciones de Antenas

Pérdida de Retorno

La pérdida de retorno se mide en decibelios (dB) y representa la cantidad de energía que se transfiere del dispositivo a la antena. Cuanto menor sea su valor, mejor. Para un sistema de 50 ohmios, se recomienda tener un mínimo de -5 dB o mejor. Usar la pérdida de retorno para identificar cómo funciona la impedancia de la antena en todo el espectro puede ayudar a estimar el ancho de banda y las frecuencias de funcionamiento.

VSWR

La relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR) es otro parámetro utilizado para medir cuánta energía se transfiere del dispositivo a la antena, pero con una escala matemática diferente a la utilizada para la pérdida de retorno. Cuanto menor sea su valor, mejor, lo que significa que en un sistema de 50 ohmios se recomienda tener un máximo de 3,5 VSWR.

Banda Ancha

El ancho de banda es un rango de frecuencias. Un rango de frecuencias corto se define como banda estrecha y un rango de frecuencia amplio como banda ancha. Es importante seleccionar la antena correcta con el ancho de banda correspondiente, ya que la banda estrecha y la banda ancha no son intercambiables.

Eficiencia

La eficiencia de la antena (eficiencia de radiación) es una medida de la eficiencia eléctrica en la cual una antena de radio convierte la potencia de radiofrecuencia recibida en potencia radiada. En otras palabras, significa cuánta energía se irradia desde la antena al aire, es decir, qué tan buena es la antena para irradiar energía. Este es el parámetro más importante de una antena en comunicaciones móviles. El 100% significa toda la energía irradiada, 50% significa la mitad de la energía radiada, etc. El mínimo recomendado es del 25%, pero en algunos casos puede bajar al 10%. Cuanto mayor sea este valor, mejor.

Ganancia Máxima

La ganancia de la antena es la medición de la capacidad de una antena para dirigir o concentrar energía de radiofrecuencia en una dirección o patrón particular. Esto generalmente se mide en dBi (decibelios de ganancia sobre radiador isotrópico). En comunicación móvil es el parámetro más crucial después de la eficiencia. Mientras que la eficiencia mide cuánta energía se irradia en todas las direcciones, la ganancia máxima mide la energía irradiada en una única dirección. En comunicación fija es el parámetro más importante, ya que toda la energía debe concentrarse en una sola dirección. Este valor proviene de un único punto en el patrón de radiación que es el punto máximo en una esfera 3D.

Ganancia Promedio

Similar a la eficiencia, la ganancia promedio se representa con una escala matemática diferente (dB) y toma en consideración cualquier pérdida por desajuste. 100% es 0 dB, que es la energía máxima radiada, 50% es -3 dB, que es la mitad de la energía radiada, etc.

Patrones de Radiación

El patrón de radiación de una antena es la fuerza de las ondas de radio transmitidas por la antena que viaja en diferentes direcciones y ángulos. Las antenas omnidireccionales ofrecen un patrón de radiación en forma de rosquilla de 360 grados que se distribuye uniformemente en todas las direcciones y son ideales para conectar dispositivos que están en el mismo plano y uno junto al otro. Las antenas hemisféricas distribuyen su radiación sobre un hemisferio (la mitad del espacio). Las antenas direccionales irradian en una dirección específica que permite distancias de transmisión más largas con menos interferencia.

El gráfico muestra cómo se irradia la energía al aire en un patrón tridimensional y bidimensional. En el patrón de gráfico 2D, se muestran los planos horizontal y vertical.

Dos patrones de radiación de antena en 3D y 2D

Polarización

La polarización es la orientación del campo eléctrico de una onda electromagnética. Las dos polarizaciones más comunes es la lineal y la circular. La medición y los cambios de polarización determinan la forma en que la onda transmite a través del entorno desde la antena transmisora hasta la antena receptora.

En la polarización lineal, el vector de campo eléctrico permanece en el mismo plano. En la polarización circular, el vector de campo eléctrico gira con movimiento circular completando un giro completo para cada ciclo de RF. Esta rotación se puede completar a la derecha (RHCP) o a la izquierda (LHCP).

Plano de Tierra

Existen antenas tanto dependientes como independientes del plano de tierra. Un plano de tierra es un área de superficie o metal que actúa como conductor y refleja las ondas de radio desde otros componentes de la antena. La forma, el tamaño y el área despejada del plano de tierra juegan un papel importante en la determinación de las características y la ganancia de la radiación.

Las antenas de baja frecuencia como las antenas broadcast aceptan grandes masas conductoras como la tierra o el océano como plano de tierra. Para antenas de muy alta frecuencia (VHF) y ultra alta frecuencia (UHF), el plano de tierra puede ser más pequeño y se utiliza un disco de metal, pantalla o cable. En los equipos automotrices, marinos y aéreos, la carcasa metálica (automóvil / avión / barco) puede servir como plano de tierra suficiente.

Como regla general, la superficie de conducción debe tener al menos un cuarto de la longitud de onda de diámetro. En condiciones ideales cuanto mayor sea el plano de tierra, mejor será el rendimiento eléctrico.

Máxima Potencia de Entrada

La máxima potencia de entrada es la cantidad máxima de potencia (en vatios) que se puede transmitir a un puerto de la antena sin dañarla y manteniendo el rendimiento.

Más información sobre Antenas

En el próximo artículo sobre antenas hablaremos de cómo integrar la antena seleccionada en nuestro proyecto. Esta entrada es complementaría con otro artículo en el que hablamos sobre los conceptos básicos a tener en cuenta para seleccionar una antena.

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