Entre el GPS, Galileo, GLONASS y BeiDou, no faltan sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) entre los que elegir a la hora de diseñar dispositivos y aplicaciones que requieran información de posicionamiento y sincronización de máxima precisión. Cada constelación tiene sus propias características, como las frecuencias que utiliza y la selección y las capacidades de las señales disponibles para todos los usuarios civiles, así como las reservadas para usuarios autorizados.
En lo que respecta a las antenas GNSS, hay varias consideraciones clave que se aplican a todas las constelaciones. Sus señales son relativamente débiles cuando llegan desde los satélites en órbita terrestre media. Las señales pueden verse aún más atenuadas por las condiciones del terreno, como cuando el receptor se encuentra en «cañones de hormigón» urbanos o en lugares con una densa cobertura arbórea.
Incluso el receptor GNSS más sensible y selectivo solo es tan bueno como la antena con la que se combina. Por eso, los diseñadores de sistemas deben valorar cuidadosamente el tipo y el diseño de cada modelo de antena a la hora de decidir cuál utilizar. A continuación se presentan seis parámetros clave relacionados con el rendimiento de las antenas que hay que tener en cuenta para los casos de uso más habituales del GNSS. (La geodesia de ultra alta precisión o aplicaciones similares requieren una serie de consideraciones específicas distintas).
Eficiencia y ganancia
Aunque la eficiencia y la ganancia son características distintas, suelen analizarse conjuntamente porque están intrínsecamente relacionadas:
Ganancia = Eficiencia × Directividad
La directividad es precisamente lo que su nombre indica: el grado en que la antena «se concentra» en una dirección determinada. Tanto la ganancia como la directividad varían a lo largo del patrón de la antena. Las fichas técnicas o especificaciones suelen hacer referencia a la ganancia máxima y/o media, siendo la ganancia máxima, con diferencia, la más habitual. Se trata de la ganancia más alta de todo el patrón.
La eficiencia se refiere a la conversión de potencia: la capacidad de la antena para transformar la potencia conducida en sus terminales en potencia radiada (o viceversa). Una mayor eficiencia es deseable en casi todas las situaciones, pero suele suponer también un reto clave, especialmente en el caso de las antenas compactas.
La eficiencia suele expresarse en porcentaje o en dB (siendo 0 dB el 100 %, -10 dB el 10 %, etc.). La ganancia suele referirse a la ganancia máxima y se expresa en dBi o en dB con respecto a un radiador isotrópico teórico.
Polarización
Esto describe la forma de las ondas electromagnéticas radiadas en el campo lejano. La polarización puede variar desde una línea e straight e (denominada «lineal») hasta un círculo (polarización circular), y todas las ondas reales se sitúan en algún punto intermedio. Las ondas con polarización circular pueden girar en cualquier sentido (hacia la derecha o hacia la izquierda), y la polarización lineal puede girar en cualquier dirección. Las señales del GNSS tienen polarización circular hacia la derecha (RHCP).
Relación axial
Este parámetro describe la pureza de la polarización. Una onda con polarización circular imperfecta es elíptica, con un eje mayor y un eje menor. La relación entre estos ejes es la relación axial. Casi siempre se expresa en dB (en la literatura técnica), siendo la relación de un círculo perfecto de 1:1 o 0 dB. Un objetivo muy habitual es 3 dB (o 2:1 en términos lineales).
Variación del retardo de grupo
Los receptores GNSS utilizan señales de varios satélites: al menos cuatro, normalmente cinco e incluso más, dependiendo de la aplicación y sus requisitos. Estas señales llegan a la antena del receptor en momentos diferentes y desde distintas direcciones, un fenómeno conocido como variación del retardo de grupo (GDV). Estas diferencias afectan a los códigos disponibles para el receptor, por lo que la GDV se denomina a veces variación de fase de código (CPV). Expresada en unidades de tiempo, en condiciones ideales debe ser inferior a 20 ns dentro de cada banda.
Desplazamiento del centro de fase (PCO)
La forma más sencilla de entender este parámetro es en relación con las antenas transmisoras, en las que el desplazamiento del centro de fase es la ubicación física o geométrica desde la que parecen originarse las ondas de campo lejano. Dado que las antenas son recíprocas, el centro de fase es el mismo cuando se reciben señales. El centro de fase puede estar desplazado respecto al centro geométrico de la antena en cualquier dirección y puede variar con la frecuencia. Este parámetro se expresa en unidades de longitud.
La variación del centro de fase (PCV) describe cómo varía el PCO a lo largo del diagrama de radiación de la antena (o a lo largo del cielo). Esto también se expresa en términos de longitud. Este valor debería ser pequeño, pero las aplicaciones más precisas requerirán valores mejores (más bajos).
El desplazamiento del centro de fase implica mucho más que eso, pero este artículo se centra en este aspecto porque el objetivo es ofrecer una visión general de los aspectos más importantes a tener en cuenta a la hora de elegir una antena para diferentes casos de uso del GNSS. Para obtener información más detallada sobre el GNSS, visita esta página.
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