No faltan opciones a la hora de elegir una antena de telefonía móvil: integradas, externas, monopolares, dipolares y con cable, por citar solo algunas posibilidades. ¿Cómo orientarse entre todas esas opciones y elegir la que mejor se adapte a los requisitos específicos de tu aplicación en cuanto a rendimiento, tamaño, bandas, operadores de telefonía móvil y mucho más?
Empieza por comprender que las antenas nunca deben ser una cuestión secundaria durante el proceso de diseño de una aplicación. Tomemos como ejemplo una aplicación en la que el factor de forma requiera una antena interna, por ejemplo, por motivos estéticos. Si primero se definen el tamaño y la disposición de la placa de circuito impreso (PCB) de ese dispositivo, esto limita las opciones de antena. Otro ejemplo es la carcasa del dispositivo, que debe estar fabricada con un material que no atenúe las señales. Esto descarta el metal y la fibra de carbono.
Esto puede tener enormes repercusiones. Por ejemplo, la precertificación podría revelar que la antena, el módulo celular o ambos no cumplen los requisitos de los operadores de telefonía móvil y de las autoridades reguladoras. (Para obtener más información sobre cómo funcionan los procesos de certificación de los operadores y de precertificación, haz clic aquí) . Ahora bien, puede que sea necesario un rediseño importante de la placa de circuito impreso, lo que supone un coste adicional que puede dificultar el cumplimiento de los objetivos de precio y beneficio de la aplicación.
Si el problema radica en la carcasa, un cambio aparentemente sencillo a un polímero transparente a las radiofrecuencias podría significar que el dispositivo ya no cumpla con las especificaciones de resistencia, lo que se convierte en un problema importante para aplicaciones como la automoción y las fuerzas del orden. Sea cual sea el motivo, un rediseño también retrasa el lanzamiento al mercado de la aplicación, lo que podría dar a los competidores la ventaja de ser los primeros en llegar al mercado.
Otro riesgo es que ninguna antena comercial funcione porque sea demasiado tarde o resulte demasiado caro realizar cambios importantes en el diseño, como utilizar una carcasa más grande. Una antena a medida es la solución ideal para adaptarse a un diseño rígido. Sin embargo, el proveedor de la antena necesitará un plazo de entrega suficiente para diseñar, probar y perfeccionar la antena, con el fin de garantizar que cumple los requisitos de rendimiento de la aplicación, así como la certificación de los operadores y las operadoras, y, a continuación, poner en marcha la producción. Todo ello puede retrasar la comercialización de la aplicación, su potencial de ingresos y su competitividad.
Cómo reducir las opciones
Los dos tipos principales de antenas son las integradas y las externas. Por ejemplo, en aplicaciones para vehículos —como el seguimiento de activos, los taxis autónomos o robóticos, la telemática de flotas y el acceso de los conductores a servicios en la nube— se suelen utilizar antenas externas. En la figura 1 se utiliza un coche patrulla para ilustrar muchos de los tipos de antenas externas más habituales en aplicaciones para vehículos.
Figura 1: Tipos habituales de antenas externas para aplicaciones en vehículos
Existen dos tipos de antenas externas para aplicaciones fijas y móviles:
- Las antenas de montaje en terminal se conectan al dispositivo a través de un conector situado en su carcasa, como el router 4G de la figura 2. Algunas antenas de montaje en terminal son monopolares y, por lo tanto, deben colocarse sobre una superficie metálica amplia —como el techo de un vehículo— para disponer de un plano de tierra que les permita irradiar de forma eficiente. Otras son dipolares, lo que significa que tienen un plano de tierra integrado.
Figura 2: Router móvil con antena dipolo 4G de montaje en terminal
- Las antenas con cable se instalan a varias pulgadas o pies de distancia del dispositivo, por ejemplo, pegadas al parabrisas. Son una buena opción para productos nuevos que deben salir al mercado rápidamente, ya que, si el cable mide más de 20 cm, la antena no tiene que pasar por el proceso de certificación de los operadores. Otra ventaja es que la distancia respecto a los componentes electrónicos del dispositivo minimiza el riesgo de que se vea afectada la sensibilidad isotrópica total (TIS) de la antena.
Las antenas integradas, por su parte, se montan en el interior de la carcasa del dispositivo, igual que en los teléfonos inteligentes. Existen dos tipos, ambos sujetos a la certificación de los operadores:
- Las antenas integradas en la placa de circuito impreso (PCB) suelen ser monopolares y constituyen una opción relativamente económica. Un aspecto clave a tener en cuenta es su ubicación en la PCB, que actúa como plano de tierra y, por lo tanto, afecta a la eficiencia de la antena. El tamaño del plano de tierra de la PCB también influye en la potencia total radiada (TRP) de la antena. Cada operador de telefonía móvil tiene su propio conjunto de requisitos de TRP para la certificación de los operadores; estos varían en función de factores como la banda y la tecnología (4G frente a 5G). Una regla general es que, cuanto más baja sea la banda, mayor deberá ser el plano de tierra, lo que pone de relieve la importancia de tener en cuenta las opciones de antena desde las primeras fases del proceso de diseño del dispositivo.
- Las antenas integradas fuera de la placa de circuito impreso (PCB) se fijan a la carcasa del dispositivo en lugar de a la propia PCB. Aunque esto ofrece flexibilidad de diseño, ya que la PCB no tiene que actuar como plano de tierra, la distancia a la antena se convierte en un factor importante a tener en cuenta, ya que afecta al TRP y a la eficiencia. Las antenas fuera de la PCB también tienen un coste ligeramente superior al de las integradas en la PCB, lo cual es un factor a tener en cuenta en aplicaciones muy sensibles al precio, como los sensores de IoT.
Son muchos aspectos que hay que tener en cuenta, por lo que los fabricantes de equipos originales (OEM), los integradores de sistemas, los proveedores de servicios de IoT y otras empresas suelen recurrir a un experto en antenas para tomar decisiones bien fundamentadas. Para empezar, ponte en contacto directamente con nuestro equipo de ingeniería haciendo clic en el botón de abajo.
