Las antenas de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) se pueden clasificar en dos tipos: direccionales y omnidireccionales. Se trata de conceptos importantes, ya que desempeñan un papel fundamental en la fiabilidad y el rendimiento de las aplicaciones de posicionamiento y sincronización que utilizan el GNSS.
Una forma de entender estos conceptos es a través del concepto de ganancia, que mide la direccionalidad de una antena en relación con la intensidad de la señal que recibe. La función de la antena es proporcionar al receptor la mayor cantidad de señal posible para que pueda trabajar. Cuanto más eficaz sea a la hora de captar señales debilitadas por la distancia o por obstáculos físicos, como rascacielos y vegetación, más fácil le resultará al receptor realizar su trabajo. Una ganancia elevada mejora la relación señal-ruido y reduce el tiempo hasta la primera fijación (TTFF).
Los satélites GNSS transmiten señales utilizando polarización circular a la derecha (RHCP). La antena del dispositivo debe tener la misma polarización para evitar desajustes. Las señales GNSS ya son relativamente débiles cuando llegan a la Tierra, y un desajuste de polarización puede provocar la pérdida de al menos la mitad de la señal restante. La relación axial de una antena es una medida de su capacidad para rechazar señales LHCP.
Por qué la ubicación de la instalación es un factor fundamental
Las antenas de parche, las de cuádruple hélice y los dipolos cruzados son tres tipos habituales de antenas direccionales. (Técnicamente son semidireccionales, ya que reciben señales procedentes de un amplio rango de ángulos en una dirección específica, en lugar de una única dirección estrecha). Las antenas direccionales deben utilizarse cuando se conoce bien, o se conoce razonablemente bien, su orientación de instalación. Un ejemplo es una antena GNSS instalada en un cargador de vehículos eléctricos para identificar su ubicación y marcar la hora de cada transacción con tarjeta de crédito. El fabricante especificará exactamente cómo debe instalarse el cargador, lo que a su vez determina dónde se montará la antena en el cargador.
Las antenas omnidireccionales —también conocidas como «lineales»— deben utilizarse cuando su orientación una vez instaladas vaya a variar de forma significativa, como es el caso de los smartphones, las tabletas y otros dispositivos portátiles. La antena« Taoglas » TFX125.A, flexible y transparente; el bucle de PCB flexible FXP611; y el bucle cerámico GGBLA.01 son ejemplos de la variedad de diseños que pueden adoptar las antenas omnidireccionales.
La ubicación de la antena es un factor fundamental a la hora de elegir entre diseños direccionales y omnidireccionales. Lo ideal es que la antena GNSS se instale en un lugar en el que quede orientada hacia arriba, para tener una visión despejada del cielo. Por ejemplo, en aplicaciones para vehículos, una ubicación obvia sería el techo.
Las aplicaciones en vehículos ponen de relieve otra consideración importante: el acceso a un plano de tierra. El techo metálico hace las veces de plano de tierra y, por lo tanto, ayuda a reducir la elección de antenas GNSS a las de tipo «patch» y a los dipolos cruzados. En otras aplicaciones, no se dispondrá de un plano de tierra, lo que significa que una antena de hélice cuádruple es la opción ideal.
Un ejemplo de antena de dipolo cruzado es la EAHP.50 de Taoglas , una antena integrada para aplicaciones exigentes como la conducción autónoma, la agricultura de precisión, el seguimiento de activos de gran valor y la sincronización de la precisión temporal.
Si no se dispone de un plano de tierra y la orientación es principalmente hacia arriba, aunque sujeta a cierta variabilidad (como en el caso de un dron o UAV), una antena de cuádruple hélice es una buena opción. Un ejemplo es la QHA.50.A.301111 deTaoglas Colosseum , que presenta una ganancia uniforme en todo el hemisferio y alcanza una excelente relación axial, lo que la hace resistente al rechazo de trayectorias múltiples.
Sin embargo, en ocasiones es necesario colocar la antena en el interior del vehículo para mantenerla oculta y/o protegida frente a posibles daños o manipulaciones. En esos casos, la ubicación ideal es en la parte superior del parabrisas. La antena GNSS multibanda de polímero TFX125.A deTaoglas incluye un respaldo adhesivo para facilitar este tipo de instalaciones.
Taoglas TFX125. Una antena de polímero GNSS multibanda
Si resulta difícil o imposible garantizar que la antena esté siempre orientada hacia el cielo, lo más recomendable es utilizar una antena GNSS omnidireccional, ya que está diseñada para captar señales procedentes de cualquier dirección.
A veces merece la pena plantearse el uso de una antena omnidireccional, incluso cuando la instalación garantice que siempre quede orientada hacia el cielo. Esto se debe a que una antena omnidireccional puede recibir señales de todas las direcciones, lo que aumenta la probabilidad de que el receptor disponga de señal suficiente para funcionar.
Una excepción se da cuando es probable que el dispositivo pase un tiempo considerable en entornos con múltiples trayectorias, como un vehículo autónomo que circula por el centro de la ciudad. Algunas de las señales del GNSS rebotarán en los edificios altos, lo que provocará retrasos en su llegada a la antena y, por lo tanto, generará errores en los cálculos de posicionamiento. Estos problemas pueden mitigarse eligiendo una antena GNSS diseñada para rechazar las señales de trayectos múltiples mediante una alta direccionalidad u otras técnicas. (Para obtener más información, véase «Análisis de trayectos múltiples mediante la técnica de código menos portadora en antenas GNSS»).
Todo esto supone muchos aspectos que hay que tener en cuenta, por lo que las empresas suelen recurrir a Taoglas en las primeras fases del proceso de diseño. Esto ayuda a evitar la necesidad de costosos rediseños de los dispositivos para facilitar la integración de la antena o la necesidad de una antena GNSS a medida, dos factores que pueden retrasar el tiempo de lanzamiento al mercado y el tiempo hasta la generación de ingresos del producto.
