Buenas prácticas para la integración de antenas GNSS

La integración es algo más que conectar una antena GNSS a un dispositivo para que este pueda recibir señales. Si se lleva a cabo correctamente, el proceso de integración optimiza las capacidades de la antena y, a su vez, contribuye a garantizar que el dispositivo ofrezca el rendimiento y la fiabilidad que esperan los usuarios finales.

Existen cinco tipos de antenas GNSS: antenas de chip, de placa de circuito impreso flexible, de parche, dipolares y helicoidales. Cada una de ellas presenta una serie de consideraciones de integración específicas.

Sin embargo, hay otras opciones que se aplican de forma general, empezando por la elección entre una antena activa o pasiva para antenas de parche, dipolo o helicoidales.

Consejo profesional: Independientemente del tipo de antena, toma este tipo de decisiones relacionadas con el GNSS en una fase temprana del proceso de diseño del dispositivo. Si se toman una vez que ya se han definido el factor de forma, el diseño de la placa de circuito impreso y otros atributos, las opciones pueden resultar limitadas y costosas. Por ejemplo, en este momento, una antena activa (o incluso personalizada) podría ser la única forma de alcanzar los objetivos de rendimiento. Por el contrario, una antena pasiva estándar y de menor coste habría cumplido esos requisitos si el diseño inicial hubiera tenido en cuenta sus necesidades, como el tamaño y la ubicación de la placa de circuito impreso.

Las antenas pasivas no cuentan con componentes electrónicos integrados y, por lo tanto, no necesitan alimentación eléctrica. Esta simplicidad reduce su coste y facilita su integración en sistemas embebidos.

Las antenas activas utilizan un amplificador de bajo ruido (LNA) para aumentar la ganancia de la señal y un sistema de filtrado para eliminar las interferencias y el ruido fuera de banda, como las emisiones espurias procedentes de la fuente de alimentación del dispositivo. El coste adicional de estos componentes electrónicos de la etapa inicial suele estar justificado en aplicaciones de misión crítica, en casos de uso que requieren una precisión a nivel centimétrico o en dispositivos que pasarán gran parte del tiempo con la vista del cielo obstruida debido al follaje o a los «cañones de hormigón» urbanos.

La placa de circuito impreso (PCB) del dispositivo también hace las veces de plano de tierra para una antena de parche. La PCB debe tener unas dimensiones mínimas de 70 x 70 mm para optimizar el rendimiento de la antena. Además, la PCB debe diseñarse de tal forma que deje libre el espacio ideal para la antena.

Este es otro ejemplo de por qué hay que tener en cuenta la antena GNSS desde las primeras fases del diseño del dispositivo. Si se deja para el final, habrá que conformarse con cualquier espacio que no se haya reservado para otros componentes. Esto suele dar lugar a un rendimiento GNSS subóptimo, lo que conlleva cambios costosos y que requieren mucho tiempo, como el rediseño de la placa de circuito impreso, el ajuste fino de la antena o ambos.

El plano de tierra también es un factor esencial para las antenas dipolo y helicoidales. Por ejemplo, en aplicaciones para vehículos, el techo metálico actúa como plano de tierra y ayuda a mejorar el rendimiento. Sin embargo, el tintado metálico de las lunas podría atenuar las señales GNSS si la antena está montada en el interior, en la parte superior del parabrisas. Dado que el tintado de las lunas atenúa las señales, las antenas activas proporcionan más ganancia para compensar dicha atenuación.

La longitud del cable es otro factor fundamental a tener en cuenta. Una regla general es que, cuanto mayor sea la distancia entre la antena y el dispositivo, mayor será la probabilidad de que se necesite una antena GNSS activa para compensar la atenuación del cable.

Las aplicaciones en vehículos ponen de relieve otra ventaja de las antenas activas. Ya se trate de un vehículo de pasajeros, comercial o de servicios de emergencia, es casi seguro que contará con una antena celular 4G/5G. La proximidad a la antena GNSS puede provocar interferencias que mermen el rendimiento del GNSS. Las antenas GNSS activas cuentan con filtros de paso de banda para mitigar las interferencias procedentes de las antenas de telefonía móvil y de cualquier otra antena emisora, como las de radio móvil especializada (SMR), que operan en frecuencias cercanas a las bandas del GNSS.

Por último, otro consejo que se aplica a cualquier tipo de antena es aprovechar al máximo su guía de integración. Esta ofrece una valiosa orientación sobre la colocación de la placa de circuito impreso, la distancia al cobre, el tamaño del plano de tierra y la adaptación de impedancia.

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.

Cuándo recurrir a los expertos

Una vez integrada la antena, el paso final suele ser la sintonización. Este proceso requiere conocimientos especializados y herramientas como un simulador de constelaciones GNSS y una cámara anecoica, razón por la cual incluso los diseñadores de sistemas con gran experiencia recurren a expertos. Un ejemplo es el servicio «Taoglas : CSA.20 Pruebas, adaptación y ajuste fino de antenas pasivas», que consigue las frecuencias de resonancia óptimas mediante la implementación de una red de adaptación eléctrica de elementos concentrados o a través de pequeñas modificaciones físicas en la propia antena.

Otro ejemplo es el servicio de pruebas GSA.40 deTaoglas , un proceso de aproximadamente tres semanas que abarca aspectos como las pruebas a nivel de sistema y las pruebas del dispositivo en un escenario estático a cielo abierto. El equipo de ingeniería de Taoglascolabora con el equipo de diseño del cliente para determinar si los resultados de las pruebas cumplen los requisitos de rendimiento del producto.

De no ser así, el departamento de ventas e ingeniería de Taoglas puede ofrecer recomendaciones para mejorar el rendimiento de la antena. Los clientes también pueden utilizar el servicio de pruebas de sensibilidad de adquisición y seguimiento GPS GSA.30 deTaoglas , que incluye un simulador de constelación GPS y una cámara anecoica para medir la sensibilidad de adquisición y seguimiento del sistema GNSS (receptor y antena) y garantizar que no haya interferencias dentro de la banda que afecten al rendimiento del sistema GNSS. Este proceso de pruebas, de dos semanas de duración, incluye pasos como la medición pasiva de la antena en un analizador de red variable (VNA) para determinar la pérdida de retorno, lo que confirmará si la antena se ha integrado correctamente en el producto.

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