El plano de tierra de la antena es un componente clave en los dispositivos de telefonía móvil y de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS). Desempeña un papel fundamental en el rendimiento y la fiabilidad tanto del dispositivo como de todas las aplicaciones que se ejecutan en él. Esto significa que también influye directamente en el potencial de ingresos del dispositivo y de las aplicaciones, ya que los consumidores y las empresas dejarán de utilizarlos si no se cumplen sus expectativas.
En dispositivos móviles como los smartphones, los dispositivos wearables y los sensores del Internet de las cosas (IoT), el plano de tierra es el equivalente eléctrico virtual del sistema de tierra que tienen las antenas fijas, como las de las emisoras de televisión y radio. Para comprender cómo funcionan los planos de tierra, resulta útil partir del concepto de ganancia, que mide la direccionalidad de una antena en relación con la intensidad de la señal que transmite o recibe.
Por ejemplo, una antena GNSS de alta ganancia mejora la calidad de las señales que recibe el receptor y, por lo tanto, reduce el tiempo hasta la primera posición (TTFF). (Para obtener más información, consulta «Qué es la ganancia de la antena y cómo afecta al rendimiento, la fiabilidad y la competitividad de los dispositivos»).
Consideraciones sobre el plano de tierra en sistemas externos frente a sistemas integrados
El diseño del dispositivo es uno de los principales factores que influyen en la ganancia de la antena. Es aquí donde entran en juego los planos de tierra. Por ejemplo, si el dispositivo utiliza una antena integrada, la placa de circuito impreso (PCB) actúa como plano de tierra. Tanto el tamaño del plano de tierra de la PCB como la ubicación de la antena dentro de ese espacio influyen en la ganancia.
Aspectos clave a tener en cuenta:
- Longitud del plano de tierra
- Zonas de acceso restringido
- Proximidad al metal
Longitud del plano de tierra
- El problema más frecuente en relación con el rendimiento de la antena
- Objetivo: 1/4 de la longitud de onda en espacio libre
También es importante adoptar una visión global del dispositivo para comprender cómo funcionan conjuntamente el módulo (transmisor y/o receptor) y la antena. Los fabricantes de módulos especifican los límites de ganancia máxima para las antenas que se utilizan con sus productos. En el caso de las antenas integradas, el plano de tierra, los componentes que rodean a la antena y la carcasa del dispositivo influyen en la ganancia.
En el caso de las antenas externas, la ubicación de la instalación es un factor fundamental. Por ejemplo, en algunas aplicaciones para vehículos, la antena se monta en el techo o en el maletero del vehículo. Esas superficies metálicas actúan como plano de tierra. Al igual que ocurre con los planos de tierra de las placas de circuito impreso, tanto el tamaño de esa superficie como la ubicación de la antena dentro de ella influyen en la ganancia y, a su vez, en la calidad de la señal.
Esto pone de relieve otra consideración importante en el diseño: si el dispositivo utiliza una antena externa, ¿tendrá acceso a un plano de tierra? La respuesta ayuda a reducir las opciones de tipos de antenas externas que son viables para ese dispositivo.
Tomemos como ejemplo una antena GNSS montada en un dron, en la que es posible que no se disponga de un plano de tierra porque la carcasa es de plástico en lugar de metálica. Una buena opción es una antena de cuádruple hélice que ofrezca una ganancia uniforme en todo el hemisferio, como laEAHP.125 (integrada)de Taoglas o la antena TS.125.0111W (externa) de la serie Accura de Taoglas .
Si el caso de uso garantiza que siempre habrá un plano de tierra disponible, una antena de parche o un dipolo cruzado son buenas opciones para una antena GNSS externa, o bien un monopolo con soporte de terminal para una antena de telefonía móvil.
Certificación de operadores
En el caso de la telefonía móvil, el plano de tierra desempeña un papel fundamental en la capacidad del dispositivo para superar la certificación del operador. Cada operador de telefonía móvil tiene una serie de requisitos mínimos de eficiencia de la antena —que se miden como potencia total radiada (TRP) y sensibilidad isotrópica total (TIS)— para las bandas en las que posee licencias.
Si el plano de tierra de una antena integrada no tiene las dimensiones adecuadas para cumplir los requisitos de eficiencia de un operador, el dispositivo no obtendrá la certificación para su uso en su red. Algunas antenas externas no requieren un plano de tierra. Si utilizan un cable de más de 20 cm, no es necesario que pasen por el proceso de certificación del operador. (Para obtener más información, consulta «Por qué es fundamental la precertificación de dispositivos móviles y cómo superar con éxito el proceso»).
Una cuestión relacionada es el tipo de tecnología móvil. Por ejemplo, en la familia de tecnologías LTE, cada operador tiene un conjunto específico de requisitos de eficiencia para Cat 1, otro para Cat 1 bis, otro para Cat M1, y así sucesivamente. Cada conjunto también puede variar en función del tamaño del dispositivo. Por ejemplo, si un dispositivo Cat M1 tiene unas dimensiones inferiores a 107 mm en su lado más largo, AT&T establece un conjunto específico de requisitos de TIS y TRP.
Navegar por todos estos requisitos y otras variables puede resultar complejo, por lo que los fabricantes de equipos originales (OEM) suelen recurrir a Taoglas en busca de orientación. Para obtener más información sobre cómo integrar correctamente tu antena, ponte en contacto con el equipo de ingeniería de Taoglashaciendo clic en el botón que aparece a continuación.
