Cómo elegir las bandas y la antena adecuadas para tu dispositivo móvil

Entre 4G y 5G hay más de 36 bandas, lo que puede hacer que elegir las adecuadas para tu producto resulte tan abrumador como ir a un restaurante con una carta tan extensa como un libro y escrita en un idioma extranjero. Un consejo es empezar por identificar el país o las regiones en las que se utilizará tu dispositivo. A continuación, elige un operador de telefonía móvil —o varios, si el dispositivo se va a utilizar en varios países en los que ningún operador ofrece cobertura por sí solo—.

Estas dos opciones reducen al instante las posibilidades a las bandas para las que el operador cuenta con licencias. Ahora ya sabes qué bandas debes tener en cuenta a la hora de elegir un módulo de radio y una antena. Si tu dispositivo se va a utilizar en zonas remotas parte del tiempo o todo el tiempo —por ejemplo, para el seguimiento de camiones que circulan por autopistas rurales o para sensores agrícolas—, elige un módulo y una antena que admitan la conexión de reserva 3G para garantizar una conectividad fiable en lugares donde aún no esté disponible el 4G o el 5G.

Las tablas que figuran a continuación constituyen una guía útil sobre las categorías de bandas de telefonía móvil y los rangos de frecuencia habituales que se utilizan en todo el mundo.

La elección de las bandas es fundamental, ya que influye directamente en el tamaño del dispositivo, la duración de la batería, el rendimiento, la fiabilidad, la competitividad y el modelo de negocio. Por ejemplo, supongamos que tu dispositivo necesita una antena interna, por ejemplo, por motivos estéticos. La elección de las bandas influye en los requisitos del plano de tierra de la antena y, a su vez, en el tamaño y el diseño de la placa de circuito impreso (PCB) del dispositivo.

Las bandas 4G y 5G que se utilizan actualmente en Norteamérica abarcan un rango de 600 MHz a 3,5 GHz. El tamaño de la antena y el del plano de tierra varían considerablemente según la banda. Cada operador tiene sus propios requisitos mínimos de eficiencia para las bandas en las que posee licencias. Si el plano de tierra de la antena no tiene el tamaño adecuado para cumplir los requisitos de eficiencia de un operador, el dispositivo no obtendrá la certificación para su uso en su red. Este es solo un ejemplo de por qué la elección de las bandas debe ser uno de los primeros pasos durante el diseño del producto, en lugar de una cuestión secundaria. (Para obtener más información sobre cómo funcionan los procesos de certificación y precertificación de los operadores, haz clic aquí) .

Independientemente de si la antena es integrada o externa, el plano de tierra es uno de los factores que influyen en la potencia total radiada (TRP) y en la sensibilidad isotrópica total (TIS). Cada operador de telefonía móvil tiene sus propios requisitos de TIS y TRP, que varían significativamente según la banda. Esto pone de relieve la importancia de elegir una antena capaz de cumplir los requisitos de certificación de cada operador en cada una de las bandas que utilizará el dispositivo.

La certificación de los operadores es también una de las razones por las que conviene tomar decisiones sobre las bandas en una fase temprana del desarrollo del producto , antes de que se hayan concretado los diseños de la placa de circuito impreso, el formato del dispositivo y otras características. De este modo, se evita tener que realizar cambios de diseño en fases posteriores del ciclo de desarrollo del producto para adaptarse a requisitos inesperados en materia de antenas. Esos cambios pueden dificultar el cumplimiento de los objetivos de precio y rentabilidad, y retrasar el lanzamiento al mercado del dispositivo, lo que daría a los competidores una ventaja por ser los primeros en llegar al mercado.

Los retrasos en el lanzamiento son especialmente perjudiciales para los productos empresariales del Internet de las cosas (IoT), ya que las fuerzas del orden, las ciudades inteligentes, las empresas de servicios públicos, los fabricantes de automóviles y otros usuarios suelen mantener sus dispositivos en servicio durante 10-15 años, o incluso más tiempo. Por lo tanto, si un nuevo dispositivo IoT no está disponible cuando los clientes potenciales estén listos para comprarlo, es posible que la oportunidad no vuelva a presentarse hasta dentro de otra década.

Consejos para orientarse entre las opciones

Hay dos reglas generales de ingeniería de radiofrecuencia que resultan útiles a la hora de elegir bandas:

• A frecuencias más bajas, las señales llegan más lejos y penetran mejor en los materiales de construcción. Empieza por tener en cuenta dónde se utilizarán los dispositivos. Por ejemplo, si los dispositivos se van a instalar en interiores o en cámaras subterráneas de servicios públicos, plantéate utilizar bandas más bajas, como la de 900 MHz, ya que las frecuencias más altas tienen dificultades para atravesar el hormigón, el ladrillo, el acero y el suelo. Esto afecta directamente al rendimiento y la fiabilidad del dispositivo y de los servicios que lo utilizan, como las aplicaciones de servicios públicos inteligentes.
• Las frecuencias más altas permiten mayores velocidades de transmisión de datos. Si el dispositivo se va a utilizar para aplicaciones que requieren un gran ancho de banda, como el vídeo de cámaras de vigilancia, es recomendable optar por bandas más altas. La desventaja es que las señales no llegan tan lejos a frecuencias más altas, por lo que la aplicación requerirá que los dispositivos se instalen más cerca de las estaciones base. Si los dispositivos se van a instalar en zonas remotas y se van a utilizar para aplicaciones que requieren poco ancho de banda, como sensores agrícolas que miden la humedad y la temperatura del suelo, es recomendable optar por bandas más bajas.

A veces, la elección de las bandas viene determinada por lo que ya utilizan los clientes a los que va dirigido el servicio. Dos ejemplos son la banda 14 (700 MHz), destinada a los organismos de seguridad pública de FirstNet, y la banda de 3,5 GHz, destinada a las empresas que desean utilizar el CBRS para redes privadas.

Otra consideración importante es si el dispositivo IoT se diseñará para que los usuarios puedan cambiar de operador de telefonía móvil en el futuro. En lugar de las tarjetas SIM tradicionales, muchos dispositivos IoT utilizan ahora una SIM electrónica (eSIM), que puede actualizarse de forma inalámbrica con el perfil de un nuevo operador. En esos casos, la antena debe ser compatible no solo con las bandas utilizadas cuando se implementa inicialmente el dispositivo, sino también con las que utilicen posibles operadores futuros. Por ejemplo, la antena debería ser compatible tanto con la banda 12 de AT&T como con la banda 13 de Verizon para garantizar el acceso a la red al cambiar de operador.

Consideraciones similares se aplican al modelo de negocio de la aplicación. Un ejemplo es un servicio de telemedicina en el que los pacientes disponen de un dispositivo en su domicilio para monitorizar sus signos vitales, enviar esos datos a su médico y realizar consultas virtuales. Ese dispositivo deberá ser compatible con múltiples operadores, cada uno con su propio conjunto de bandas, para garantizar que siempre pueda establecer una conexión de red en el domicilio de cada cliente. Esto pone de relieve la importancia de elegir una antena que sea lo suficientemente flexible como para cubrir una docena o más de bandas y que, además, cumpla los requisitos de certificación de cada operador en cada banda.

Por último, muchos dispositivos del IoT funcionan con batería. Las tecnologías LTE Cat M1 y NB-IoT tienen un consumo de energía ultrabajo, lo que las hace ideales para dispositivos alimentados por batería cuya vida útil se espera que sea de 10 años o más, como los que envían datos de consumo desde contadores de agua. En esos casos, la elección de las bandas viene determinada por las frecuencias que pueden utilizar los dispositivos Cat M1 y NB-IoT, que varían según el país y el operador. Una antena que ofrezca la máxima eficiencia y ganancia en cada banda puede aumentar aún más la duración de la batería. Esto se debe a que el transceptor no tiene que utilizar tanta energía para transmitir una señal utilizable o recibir una señal débil.

Son muchos aspectos que hay que tener en cuenta, por lo que los fabricantes de dispositivos, los integradores de sistemas, los proveedores de servicios de IoT y otras empresas suelen recurrir a expertos en antenas. Para empezar, ponte en contacto con el equipo de ingeniería de Taoglashaciendo clic en el botón de abajo.