¿Chip o parche? Cómo elegir el tipo adecuado de antena GNSS

A la hora de diseñar un dispositivo con una antena GNSS integrada, una de las decisiones más importantes es si utilizar un chip o una antena de parche. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes, y la elección depende de factores como los objetivos de precio, el diseño del dispositivo, los casos de uso y la integración en la placa de circuito impreso. A continuación te explicamos cómo valorar las distintas opciones.

Antenas de chip

Las antenas de chip son componentes cerámicos o dieléctricos que se fijan a la placa de circuito impreso (PCB) mediante métodos convencionales de tecnología de montaje en superficie (SMT). Son la solución ideal —literalmente— para dispositivos wearables de fitness, collares para mascotas, localizadores de activos, sensores de IoT y otros dispositivos en los que un diseño ultracompacto es un requisito fundamental.

Por ejemplo, el Taoglas GLA.01.A tiene solo 0,5 mm de altura y ocupa un espacio de tan solo 6,0 x 5,5 mm. Ese tamaño tan reducido facilita el trabajo a los diseñadores de dispositivos que trabajan con placas de circuito impreso, donde cada milímetro cuenta.

El GLA.01.A es también un ejemplo de que un tamaño reducido no implica unas capacidades limitadas. Es compatible con cuatro constelaciones: GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou, lo que lo convierte en la solución ideal para aplicaciones como los dispositivos de referencia única que se venden o utilizan en todo el mundo, incluidos los localizadores de activos en contenedores de transporte intermodal. La compatibilidad con múltiples constelaciones también permite la redundancia que requieren las aplicaciones de posicionamiento, navegación y sincronización (PNT) de misión crítica. (Para profundizar en el tema,consulta «GNSS frente a GPS: ¿cuál es la diferencia?» y «Cómo orientarse en la sopa de letras de las constelaciones y señales GNSS: L1, L2, L5, E5a, E5b y G2») .

Antenas de parche

Una antena de parche es un componente plano, rectangular o circular —a menudo de cerámica— montado sobre un plano de masa metálico integrado. Esta estructura por capas hace que sean más gruesas (normalmente entre 4 y 7 mm) que las antenas de chip. Con unas dimensiones de entre 20 y 35 mm cuadrados, también ocupan más espacio en la placa de circuito impreso que los chips.

Algunas antenas de parche están disponibles en configuraciones apiladas, como el modelo AGVLB256.A de Taoglas , optimizado para GPS L1/L5, Galileo, IRNSS y BeiDou. Con unas dimensiones de tan solo 25 x 25 x 10 mm, esta antena de parche cerámica es ideal para dispositivos que requieren un delicado equilibrio entre tamaño compacto y alto rendimiento. Por ejemplo, su baja figura de ruido preserva la calidad de la señal para minimizar el tiempo hasta la primera fijación, y su robusto rechazo fuera de banda evita que esas señales sobrecarguen o dañen su LNA de doble etapa.

¿Cuál?

El tamaño es, sin duda, un factor clave a la hora de elegir entre chips y parches. Pero, como demuestra el HP5354, no hay que descartar automáticamente los parches para dispositivos ultracompactos. Si un parche cumple todos los demás requisitos, conviene comprobar si hay algún modelo que se ajuste a los requisitos de altura y espacio ocupado.

Otro aspecto clave a tener en cuenta es cómo se utilizará el dispositivo. En algunos casos de uso, como la telemática para vehículos, los ingenieros pueden estar seguros de que la antena GNSS estará siempre en la misma posición: orientada hacia arriba, hacia el cielo, lo que garantiza una visión clara de varios satélites. En otros casos de uso, como los dispositivos wearables de fitness y los localizadores para mascotas, es muy probable que la antena no esté orientada hacia el cielo durante parte del tiempo o incluso la mayor parte del tiempo.

Las antenas de parche admiten la polarización circular, lo que resulta ideal para recibir señales GNSS con polarización circular, y su alta ganancia y su centro de fase estable contribuyen a maximizar el rendimiento. Estas son algunas de las razones por las que se prefieren las antenas de parche a las de chip, que presentan una menor eficiencia y ganancia.

Los dispositivos Patches funcionan mejor cuando tienen una visión despejada del cielo. Esto los convierte en una buena opción para aplicaciones de PNT en las que el dispositivo estará siempre orientado hacia arriba, como la telemática, el seguimiento de activos y el sellado temporal de transacciones en cajeros automáticos y quioscos.

Las antenas de chip son la mejor opción para dispositivos que podrían pasar, o que sin duda pasarán, parte o la totalidad de su tiempo colocados boca abajo. Algunas antenas de chip llevan esta ventaja inherente a otro nivel gracias a su diseño en bucle. Un ejemplo es la Taoglas GLA.01.A, que ofrece a los ingenieros la flexibilidad de utilizar una antena omnidireccional. Además, proporciona una eficiencia de hasta el 75 %, al menos tres veces superior a la de las antenas tradicionales de 1575,42 MHz con polarización lineal.

Las antenas de chip son más sensibles al diseño de la placa de circuito impreso, lo que supone un reto en el caso de los dispositivos compactos. Por ejemplo, debido al efecto de bucle, la antena Taoglas GLA.01.A funciona mejor cuando se coloca en el centro del borde de la placa. No obstante, puede seguir funcionando mejor que las antenas de chip tradicionales de polarización lineal incluso cuando se coloca en una esquina.

Las antenas de parche pueden venir preajustadas de fábrica para agilizar el proceso de diseño. Por ejemplo, la antena de parche GPS/GLONASS/GALILEO SGGP.25.4.A.02 de Taoglas viene preajustada para un plano de tierra de 50 × 50 mm. (Para obtener más información sobre cómo los planos de tierra afectan al rendimiento, consulta «Comprender los planos de tierra para dispositivos celulares y GNSS») .

Por último, las antenas integradas son más rentables para la producción a gran escala. Esto las convierte en una buena opción para los sensores del IoT y otras aplicaciones en las que el precio es un factor determinante.

Principales compensaciones