Aspectos clave a tener en cuenta para una integración oportuna de las antenas GNSS

Los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de soluciones de IoT incorporan funciones del sistema global de navegación por satélite (GNSS) a sus productos, ya que estas permiten ofrecer servicios de valor añadido, como la navegación paso a paso, el seguimiento de activos, la sincronización de alta precisión, la gestión de flotas y los taxis autónomos. Esto significa que el GNSS desempeña un papel fundamental a la hora de crear nuevas fuentes de ingresos y oportunidades de diferenciación en el mercado.

Esas ventajas empresariales ponen de relieve la importancia de elegir la antena GNSS adecuada desde el principio de la fase de diseño. Sin embargo, ese proceso puede resultar complicado, sobre todo para las empresas que carecen de experiencia en GNSS. Incluso aquellas que cuentan con productos compatibles con GNSS en su catálogo tienen que valorar una amplia variedad de opciones, como las constelaciones, las bandas, la ganancia, la relación axial y el tipo de antena para cada nueva solución. A continuación se indican los aspectos más importantes que hay que tener en cuenta.

Constelaciones y bandas

Un dispositivo GNSS puede utilizar una o varias constelaciones: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, NavIC y QZSS. Un factor importante es el lugar en el que se va a utilizar el dispositivo. Por ejemplo, si la solución realiza el seguimiento de activos de gran valor durante su transporte por todo el mundo, la compatibilidad con múltiples constelaciones ayudaría a garantizar la fiabilidad y la precisión. La compatibilidad con múltiples constelaciones también permite a las empresas crear dispositivos con un único número de referencia (SKU) que puedan venderse a nivel mundial. Estas son dos de las razones por las que más del 30 % de los chipsets de receptores GNSS son compatibles con múltiples constelaciones.

La elección de las constelaciones también influye en las bandas de frecuencia que se utilizan. La compatibilidad con múltiples bandas aumenta la precisión y la fiabilidad, por ejemplo, al permitir que el dispositivo capte señales útiles incluso en entornos en los que el follaje y las interferencias son habituales.

La banda L1 es la más habitual, simplemente porque es la más antigua. Sin embargo, ahora que las bandas L2, L5 y L6 están disponibles para uso comercial, los diseñadores de sistemas disponen de opciones adicionales para aumentar la precisión posicional y contrarrestar los errores e interferencias ionosféricos.

Factores que influyen en el rendimiento del GNSS

A la hora de elegir una antena, es importante tener una visión global del sistema GNSS, cuyos otros componentes principales son el módulo de chips del receptor y la etapa de entrada de radiofrecuencia, que integra la antena con el módulo receptor.

Hay cinco factores que influyen de manera determinante en el rendimiento de las antenas GNSS: la ganancia de la antena, la relación axial, el desplazamiento del centro de fase (PCO), la variación del centro de fase (PCV) y el retardo de grupo.

El lugar donde se instalen el dispositivo y/o la antena influye directamente en el rendimiento. Por ejemplo, supongamos que el dispositivo se va a instalar en un lugar en el que es probable que pase mucho tiempo orientado hacia el suelo. En ese caso, una antena de parche, que tiene un patrón de radiación direccional, no tendría una visión hacia el cielo de los satélites. Una solución basada en un chip con un patrón de radiación omnidireccional es una alternativa viable, sobre todo si no es posible modificar el diseño del producto o su caso de uso para conseguir una visión hacia el cielo.

Si una antena de parche resulta adecuada para el uso previsto del dispositivo, un aspecto importante a tener en cuenta es el tamaño de la placa de circuito impreso (PCB), que, idealmente, debería ser de al menos 70 x 70 mm. Otro aspecto clave es la ubicación de la antena en la PCB, ya que influye directamente en el rendimiento al actuar como plano de tierra.

Hay algunas aplicaciones en las que resulta ventajoso o incluso necesario separar la antena GNSS del dispositivo, en lugar de integrarla en él. Un ejemplo es el de los servicios de emergencia, en los que la ubicación ideal es el techo de la ambulancia o del coche patrulla.

Las instalaciones en exteriores plantean consideraciones adicionales, como, por ejemplo, si se debe utilizar una antena activa o pasiva. Una antena GNSS activa siempre ofrecerá un rendimiento superior, ya que puede compensar mejor la atenuación del cable que un modelo pasivo equivalente.

En el caso de los vehículos de primeros auxilios, el techo metálico actúa como plano de tierra para la antena y contribuye a mejorar su rendimiento. Sin embargo, si la antena está instalada en el interior, en la parte superior del parabrisas, el rendimiento podría verse afectado por el tintado metálico. La mayoría de los vehículos —de pasajeros, comerciales y de seguridad pública— también cuentan con una antena de telefonía móvil 4G/5G. Su proximidad a la antena GNSS puede provocar interferencias que mermen el rendimiento del GNSS.

Las pruebas y la documentación son fundamentales

Las pruebas son fundamentales para verificar que la antena funcione en sincronía con el resto del sistema GNSS y cumpla así con los requisitos del producto, tales como la precisión, el rendimiento y la fiabilidad. Por eso, los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de soluciones recurren a Taoglas, que cuenta con la amplia experiencia y las instalaciones necesarias para probar y validar exhaustivamente los sistemas GNSS.

Por ejemplo, todas las antenas son sensibles a su entorno inmediato, por lo que a menudo es necesario ajustar la sintonización de una antena una vez integrada en un dispositivo. El servicio de pruebas, adaptación y ajuste fino de antenas pasivas CSA.20 de Tagolas permite alcanzar las frecuencias de resonancia óptimas mediante la implementación de una red de adaptación eléctrica de elementos concentrados o mediante pequeñas modificaciones físicas en la propia antena.

Otro ejemplo es el servicio de ensayos « Taoglas » GSA.40, un proceso de aproximadamente tres semanas que abarca aspectos como los requisitos de alimentación y montaje, así como la realización de ensayos del dispositivo en un entorno estático a cielo abierto. El departamento de ingeniería de « Taoglas » colabora con el equipo de diseño del cliente para determinar si los resultados de los ensayos cumplen los requisitos de rendimiento del producto.

De no ser así, el departamento de ventas e ingeniería de Taoglas puede ofrecer recomendaciones para mejorar el rendimiento de la antena. Los clientes también pueden utilizar el servicio de pruebas de sensibilidad de adquisición y seguimiento GPS GSA.30 de Taoglas , que incluye un simulador de constelación GPS y una cámara anecoica para medir la sensibilidad de seguimiento por conducción. Este proceso de pruebas, de dos semanas de duración, incluye pasos como la medición pasiva de la antena en un analizador de red variable (VNA) para determinar la pérdida de retorno, lo que confirmará si la antena se ha integrado correctamente en el producto.

Taoglas cuenta con una amplia y completa gama de antenas GNSS activas y pasivas en diseños de chip, parche y otros. Sin embargo, algunas aplicaciones presentan requisitos específicos, en los que una solución de antena a medida es la mejor opción. En el servicio de diseño de antenas a medida CSA.50, los ingenieros de Taoglas colaboran con el equipo de diseño del cliente para definir los parámetros clave de rendimiento y, a continuación, prueban y/o simulan diferentes diseños de antenas, tecnologías, topologías, materiales y ubicaciones con el fin de identificar la solución que ofrezca un rendimiento óptimo. Este proceso puede durar tan solo seis semanas, lo que ayuda a los clientes a cumplir con sus plazos de lanzamiento de productos.

Por último, Taoglas ofrece una biblioteca de guías de integración y otros materiales de apoyo para ayudar a los diseñadores de sistemas a comprender las opciones disponibles en cuanto a antenas e implementación. Por ejemplo, la nota de aplicación «GPS Patch Integration» ofrece una visión general concisa sobre la colocación en la placa de circuito impreso, el tamaño del plano de tierra, la adaptación de impedancia y otros aspectos clave que los diseñadores de sistemas deben tener en cuenta al utilizar una antena de parche cerámica.

Cada antena de Taoglas cuenta con una página de producto específica que ofrece una ficha técnica, planos, un modelo en 3D, documentos de certificación y otra información descargable que los diseñadores de sistemas necesitan para tomar decisiones informadas. Las páginas de producto también incluyen enlaces de un solo clic para solicitar presupuestos y muestras.

Si quieres profundizar en los conceptos tratados en esta entrada del blog, lee nuestra Guía de selección de antenas GNSS haciendo clic en el botón de abajo.