Los mejores dispositivos móviles son más que la suma de sus partes. ¿El secreto? Una integración cuidadosa del sistema de antenas con el módulo y el resto de componentes. Esto garantiza que todos ellos funcionen conjuntamente para alcanzar objetivos técnicos, como los presupuestos de enlace, la duración de la batería y el rendimiento, así como objetivos empresariales, como el tiempo de comercialización, el precio y la competitividad.
Para empezar, la integración garantiza que todos los componentes coexistan sin interferir entre sí. Una forma indirecta de evaluar su relación es la sensibilidad isotrópica total (TIS), que mide la capacidad del receptor para mantener una conexión cuando la señal es débil. Los componentes situados cerca de la antena pueden emitir radiación espuria, y este ruido afecta a su capacidad para proporcionar al receptor la mayor señal posible. Por lo tanto, si las pruebas de TIS revelan que el receptor no funciona como se esperaba, no hay que descartar la posibilidad de que la causa principal sea el ruido, que merma la capacidad de la antena para cumplir su función.
Un factor relacionado es el tamaño de la zona de exclusión, que es exactamente lo que su nombre indica: el espacio de una placa de circuito impreso (PCB) que rodea a una antena integrada y que se mantiene libre de cualquier elemento metálico —como otros componentes e incluso pistas de cobre— para que no interfieran en las señales radiadas.
El tamaño del plano de tierra es fundamental para optimizar el rendimiento
La placa de circuito impreso (PCB) también hace las veces de plano de tierra, uno de los factores más determinantes para el rendimiento de la antena. El tamaño de la antena —y, por lo tanto, el de su plano de tierra— varía considerablemente según la banda. Una regla general es que la longitud del plano de tierra debe ser, como mínimo, una cuarta parte de la longitud de onda; si es menor, tanto la eficiencia como el ancho de banda de la antena se reducen drásticamente.
Las bandas de 4G y 5G que se utilizan actualmente en Norteamérica oscilan entre los 600 MHz y los 3,5 GHz. A 699 MHz, por ejemplo, la longitud mínima del plano de tierra es de 107 mm. A 2400 MHz, es de 31 mm.
El tamaño del plano de tierra también influye directamente en la capacidad del dispositivo para superar la certificación de los operadores de telefonía móvil en todas las redes que va a utilizar. Cada operador tiene sus propios requisitos mínimos de eficiencia para las bandas en las que posee licencias.
Esto pone de relieve otro consejo esencial: la integración es un aspecto que hay que tener en cuenta en las primeras fases del proceso de diseño del dispositivo. Si se aborda más tarde, por ejemplo, una vez que se ha definido el factor de forma del dispositivo, es muy probable que el plano de masa, la zona de exclusión o ambos no sean lo suficientemente grandes. En ese caso, podría ser necesario un rediseño exhaustivo y costoso de la placa de circuito impreso, lo que provocaría sobrecostes y retrasaría el lanzamiento al mercado del dispositivo, además de dar a los competidores una ventaja por ser los primeros en llegar al mercado.
Adaptación de impedancia: no malgastes, no te faltará nada
El proceso de integración también incluye la adaptación de impedancia, lo que garantiza que la antena pueda transmitir toda la señal que proporciona el transmisor. Si hay una falta de adaptación, parte de la señal se refleja en el transmisor. Esto reduce la capacidad del dispositivo para mantener una conexión de enlace ascendente fiable y de alto rendimiento. Además, supone un desperdicio de batería, ya que el transmisor consume energía que, literalmente, no llega a ninguna parte.
La adaptación de impedancia se centra en la línea de transmisión. Dependiendo del tipo de antena, se trata del hilo, el cable o la pista de la placa de circuito impreso que la conecta al transceptor. La impedancia mide la eficacia con la que la señal se propaga por la línea de transmisión. Se debe intentar alcanzar una pérdida de retorno de al menos 6 dB. Cualquier valor superior a 10 dB empieza a ser excesivo.
A continuación se muestra un esquema de adaptación para una antena multibanda. Se utiliza un circuito de adaptación de cuatro componentes:
- Asigna dos componentes que coincidan con la resonancia de banda baja. Esto actúa como un filtro de paso alto.
- Asigna dos componentes para que coincidan con la resonancia de banda alta. Esto actúa como un filtro de paso bajo.
La siguiente infografía ilustra los resultados:
Una medida relacionada es la potencia total radiada (TRP), que es toda la potencia que irradia una antena en una banda determinada. Dado que los módulos celulares tienen una potencia máxima de transmisión estandarizada, la eficiencia de la antena determina, en la práctica, la TRP. Los operadores exigen un nivel mínimo de TRP para cualquier dispositivo que se apruebe para su uso en sus redes. Si la impedancia se adapta a una pérdida de retorno de 10 dB, pero la TRP sigue siendo demasiado baja, entonces la línea de transmisión no es la causa del problema.
Por último, la integración garantiza que todos los componentes funcionen conjuntamente para aprovechar al máximo los últimos estándares 3GPP. Por ejemplo, LTE Cat M1 incorpora el modo de ahorro de energía (PSM) y la recepción discontinua ampliada (eDRX) para maximizar la duración de la batería. Una antena de alta eficiencia puede complementar estas tecnologías al permitir que el transceptor consuma menos energía para transmitir una señal útil cada vez que se activa.
La integración es un proceso complejo que requiere una combinación única de conocimientos especializados en tecnología celular y herramientas de prueba. Por eso, no es de extrañar que los fabricantes de equipos originales (OEM), los integradores de sistemas, los proveedores de servicios de IoT y otras empresas recurran con frecuencia a un experto en antenas para obtener asesoramiento. Para empezar, Taoglas ofrece a los ingenieros un conjunto de herramientas digitales fáciles de usar, diseñadas para agilizar, simplificar y personalizar el diseño y la integración de antenas. Estas herramientas ayudan a los ingenieros a desarrollar rápidamente sus prototipos. El conjunto de herramientas incluye el « Taoglas », el «Antenna Integrator» , el «Antenna Builder» y el «Cable Builder».
La última incorporación a la suite, el integrador de antenas « Taoglas », permite a los usuarios obtener una vista previa de sus antenas integradas, incluido el rendimiento de los sistemas de antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), durante la fase de concepción de un proyecto. Esta función acelera el tiempo de comercialización y ayuda a prevenir posibles problemas relacionados con la colocación de los componentes en el interior del producto. Para obtener más información, haz clic en el botón de abajo.
