¿Qué son las antenas de estación base? Guía completa

En los sistemas de telecommunicación modernos, la antena de la estación base destaca como un componente innegable y crucial para facilitar nuestra communicación diaria, desde las llamadas de voz hasta las transferencias de datos a alta velocidad. Las antenas de estación base desempeñan un papel fundamental en los sistemas de communicación inalámbricos al permitir la transmisión y recepción de señales entre las estaciones base y los dispositivos móviles.

Las antenas de estación base también se conocen como antenas de emplazamiento celular y antenas celulares, y suelen montarse en una torre o tejado y conectarse a una estación base mediante cables coaxiales. Las antenas de estación base tienen diferentes formas y tamaños y pueden ser omnidireccionales o direccionales. La frecuencia de funcionamiento, el área de cobertura, el alcance y otros parámetros de rendimiento pueden variar en función de la antena de estación base que se elija para una red concreta.

Los diferentes sistemas de communicación utilizarán diferentes antenas de estación base, como las antenas de estación base GMRS (Servicio General de Radio Móvil), utilizadas generalmente para sistemas de communicación bidireccionales para aplicaciones personales y de emergencia, las antenas de estación base CB (Banda Ciudadana) utilizadas generalmente para sistemas de radio personales y commerciales de corto alcance, antenas de estación base VHF (muy alta frecuencia), utilizadas únicamente para sistemas de communicación marítimos, de aviación y de seguridad pública, y antenas de estación base UHF (frecuencia ultraalta), utilizadas únicamente para sistemas de communicación móviles, militares y de radiodifusión, etc.

Este artículo ofrece una visión completa de las antenas de estación base, desde sus principios de funcionamiento y aplicaciones hasta los detalles de instalación y mantenimiento, pasando por todos los aspectos intermedios.

¿Cómo funcionan las antenas de las estaciones base?

Las antenas de estación base funcionan transmitiendo y recibiendo ondas electromagnéticas. Cuando los usuarios acceden a la red para hacer llamadas o transferir datos, las señales se envían a la estación base más cercana, donde la antena convierte la señal recibida en una corriente eléctrica que se amplifica antes de enviarla al equipo de la estación base. Dentro del equipo de la estación base, la señal se procesará para establecer la conexión y permitir la llamada o el acceso a los recursos de Internet. A la inversa, cuando una antena de estación base quiere enviar señales a los usuarios, la antena convierte la corriente eléctrica en una onda electromagnética y la transmite.

La antena de la estación base irradiará las señales en direcciones específicas basadas en su patrón de radiación y el área de cobertura también estará determinada por la direccionalidad de la antena de la estación base. Por lo general, estas antenas de estación base se montan en torres o tejados para lograr el área de cobertura deseada y minimizar las interferencias. Esto garantizará la máxima intensidad y calidad de la señal. En general, las antenas de estación base cumplen la función de convertir las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa, facilitando así la conexión entre la estación base y los dispositivos del usuario.

Tipos de antenas de estación base

Como ya se ha comentado, las antenas de estación base son un componente fundamental para garantizar una conectividad sin fisuras en los sistemas de communicación que utilizan a diario los consumidores. Hay varios tipos de antenas de estación base que pueden utilizarse en función de los requisitos específicos de una red. A continuación se describen brevemente algunos de los tipos de antenas de estación base más utilizados.

• Antenas omnidireccionales de fibra de vidrio

Las antenas omnidireccionales de fibra de vidrio para estaciones base transmiten y reciben señales por igual en todas las direcciones. Se utilizan en redes en las que los consumidores pueden estar situados en cualquier dirección en un área circular alrededor de la antena. Normalmente, estas antenas se utilizan en zonas urbanas de baja densidad o en zonas rurales donde o bien se desconoce la dirección de los usuarios, o bien las direcciones pueden cambiar en todas direcciones. Las antenas de estación base omnidireccionales tienen una gran área de cobertura, ya que pueden transmitir y recibir señales en 360 grados; sin embargo, su ganancia es baja y, por tanto, la intensidad de la señal y el alcance son menores. El revestimiento exterior de fibra de vidrio garantiza que estas antenas puedan utilizarse cómodamente en aplicaciones exteriores, ya que son resistentes a la mayoría de las condiciones meteorológicas.

• Antenas sectoriales

Las antenas de estación base de tipo sectorial irradian señales en una dirección específica en el plano horizontal. La zona de cobertura de estas antenas suele oscilar entre 60 y 120 grados, pero puede extenderse más. Debido a su direccionalidad, las antenas de estación base sectoriales tienen una ganancia comparativamente mayor. De ahí que tengan una ganancia elevada y, por tanto, una mayor intensidad de señal y distancias o alcances de radiación más largos. Las antenas sectoriales de estación base son ideales para instalar redes inalámbricas en zonas urbanas de alta densidad. Estas antenas pueden combinarse para formar antenas multisectoriales con el fin de mejorar el área de cobertura.

• Antenas Yagi-Uda:

Las antenas Yagi son antenas muy direccionales, ideales para estaciones base. Las antenas Yagi constan de un elemento dipolar en una estructura larga en forma de brazo y varios elementos parásitos que se fijan a ambos lados de la estructura en forma de brazo para mejorar la radiación en una dirección. Debido a su alta direccionalidad, las antenas Yagi son ideales para establecer redes que requieren que el área de cobertura se extienda a lo largo de una gran distancia, pero en una zona pequeña y focalizada. Como las antenas Yagi son muy direccionales y tienen una alta ganancia de antena en una dirección concreta, son más resistentes a las interferencias de otros dispositivos u obstáculos del entorno. Estas antenas suelen ser adecuadas para sistemas de communicación de larga distancia y redes inalámbricas en zonas rurales o suburbanas.

• Antenas parabólicas:

Las antenas parabólicas se utilizan como antenas de estación base, ya que tienen la capacidad de enfocar las señales en una dirección específica y presentan una alta direccionalidad. Estas antenas son ideales para sistemas de communicación de largo alcance, para enlaces punto a punto entre estaciones base y para communicación por satélite. La forma parabólica de estas antenas les permite generar un haz de señal potente y estrechamente enfocado hacia una dirección fija, por lo que pueden facilitar altas velocidades de transmisión de datos con mínimas interferencias.

• Antenas dipolo:

Las antenas dipolo son una de las más sencillas y utilizadas. Pueden utilizarse como antenas de estación base y suelen constar de dos elementos conductores separados en el centro por un material aislante. La fuente de señal se suministra al centro de la antena y, a continuación, la tensión y la corriente que se suministran a través de los dos elementos conductores generan señales electromagnéticas que se irradian al exterior de la antena. Las antenas dipolo son omnidireccionales y, por tanto, pueden utilizarse en estaciones base que necesitan transmitir o recibir señales por igual en todas las direcciones. Las antenas dipolo de VHF y UHF pueden utilizarse en estaciones base para establecer conectividad para aplicaciones de seguridad pública, zonas costeras, communicación industrial y pública.

Diferentes bandas de frecuencia utilizadas

Las antenas de las estaciones base son un componente fundamental de los sistemas de communicación que utilizamos a diario. De ahí que el rendimiento de estas antenas pueda tener un impacto significativo en la calidad del sistema de communicación y en la experiencia del usuario. En función de las distintas aplicaciones y casos de uso, pueden ser necesarias antenas de distintas frecuencias. A continuación se describen algunas de las frecuencias commnicamente utilizadas en antenas de estaciones base.

700 MHz: Esta frecuencia se utiliza para las redes LTE (Long Term Evolution) y puede ofrecer buena cobertura y capacidad.

900 MHz: Esta frecuencia se utiliza generalmente en las redes GSM (Global System for Mobile Communications) y ofrece una buena cobertura, pero menores velocidades de transmisión de datos que las frecuencias más altas.

1800 MHz: Esta frecuencia también se utiliza generalmente para las redes GSM pero, a diferencia de la frecuencia 900 MHz, proporciona velocidades de datos más altas pero con una cobertura reducida.

2100 MHz: Esta frecuencia se utiliza generalmente para las redes del Sistema Universal de Telecommunicación Móvil (UMTS) y ofrece mayores velocidades de transmisión de datos, pero con una cobertura limitada.

2600 MHz: Esta frecuencia es otra de las que se utilizan para las redes LTE y proporciona velocidades de datos muy altas, pero al aumentar la frecuencia la zona de cobertura se limita aún más.

3500 MHz: Esta frecuencia se utiliza generalmente para las modernas redes 5G y ofrece altas velocidades de datos, pero con una cobertura limitada.

5800 MHz: Esta frecuencia se utiliza para redes Wi-Fi y ofrece altas velocidades de transmisión de datos, pero con longitudes de onda más cortas, son más adecuadas para communicación de corto alcance.

Así pues, como puede verse, el rango de frecuencias de funcionamiento de una antena de estación base debe elegirse cuidadosamente en función de los requisitos de la aplicación, optimizando entre velocidad de transmisión de datos, rango de transmisión y área de cobertura.

Tecnologías de antenas MIMO y Beamforming

Las tecnologías MIMO y beamforming se han convertido en una parte crucial de los sistemas de red modernos. Las antenas de las estaciones base pueden utilizarse en configuración MIMO, lo que permite aumentar el número de transmisores y receptores de la red y enviar y recibir señales por el mismo canal simultáneamente, aumentando así la capacidad sin sacrificar espectro.

En la formación de haces, varias antenas envían los mismos datos a través de varios flujos. Pero debido a la diferente colocación y ubicación de la antena, en ciertos puntos las señales coincidirán mejorando la intensidad de la señal y en otras zonas podría debilitarla. Colocando estratégicamente las antenas de la estación base para optimizar con las diferencias de fase, se puede mejorar la intensidad global de la señal de la transmisión.

¿Para qué sirven las antenas de estación base?

Como se ha destacado a lo largo de este artículo, las antenas de estación base son extremadamente importantes en los sistemas de communicación. A continuación se describen algunos de los usos más comunes de las antenas de estación base.

Redes de Communicación inalámbricas (por ejemplo, redes celulares como 2G, 3G, 4G, 5G)

Las antenas de estación base desempeñan un papel fundamental en el establecimiento de la conectividad inalámbrica entre los dispositivos de usuario final, como teléfonos móviles o tabletas, y la infraestructura de red en las redes celulares. Dentro del área de cobertura de la antena de la estación base, esta recibirá y transmitirá señales entre los dispositivos de usuario y las estaciones base de la red inalámbrica. Las distintas generaciones de redes celulares 2G, 3G, 4G o 5G utilizan antenas de estación base que operan en distintas bandas de frecuencia para transmitir y recibir señales de voz, datos, texto, etc. Por lo general, las redes 2G (GSM) utilizan bandas de baja frecuencia como 900 MHz y 1800 MHz, las redes 3G (UMTS) suelen operar en frecuencias más altas como 2100 MHz, las redes 4G (LTE) utilizan una amplia gama de frecuencias como 700 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, mientras que las redes 5G pueden utilizar una gama aún más amplia de frecuencias desde sub-1 GHz (banda baja) hasta frecuencias más altas como la banda media (3.5 GHz) e incluso frecuencias de ondas milimétricas (24 GHz y superiores). Las redes celulares 5G requieren velocidades de datos más rápidas y una conectividad de calidad, por lo que utilizan antenas de estación base que funcionan con tecnologías de última generación como MIMO (múltiple entrada múltiple salida) y beamforming.

Cobertura de la señal

Las antenas de estación base son el componente principal para proporcionar cobertura de señal en una red inalámbrica. El área de cobertura depende del tipo de antena utilizada y de sus parámetros de rendimiento, como la frecuencia, la ganancia, la polarización, etc. Para optimizar el área de cobertura de una antena de estación base, ésta debe colocarse cuidadosa y estratégicamente de modo que se minimicen las interferencias de otros dispositivos circundantes y las condiciones ambientales. Para garantizar una conectividad perfecta a los usuarios cuando se desplazan, las antenas de estación base suelen colocarse de forma que las áreas de cobertura de las dos antenas cercanas se solapen ligeramente. El área de cobertura de la señal de una antena de estación base puede variar desde un suburbio a grandes ciudades o amplias zonas rurales. Tanto las antenas omnidireccionales como las direccionales pueden utilizarse como antenas de estación base y la cobertura de la señal de una antena omnidireccional será en todas las direcciones por igual, mientras que si se utiliza una antena direccional como una antena parabólica o una antena sectorial, la cobertura de la señal se centrará hacia una dirección específica. Si se utilizan antenas direccionales, pueden emplearse en una red dirigida a distintos sectores o direcciones, de modo que se consiga una mayor cobertura de la señal.

Conexiones de retorno

La conexión entre una estación base y la red central que conecta varias estaciones base entre sí se conoce como conexión backhaul. Las conexiones backhaul pueden ser por cable o inalámbricas. Las antenas de las estaciones base desempeñan un papel fundamental en las conexiones backhaul, ya que establecen las conexiones punto a punto entre las estaciones base o entre las estaciones base y la red central. Esto resulta muy útil sobre todo en lugares donde no es factible instalar infraestructura cableada. Las antenas altamente direccionales son adecuadas para las conexiones backhaul, ya que pueden garantizar que las conexiones se establezcan de forma segura incluso a grandes distancias y a través de cualquier interferencia que pueda producirse.

Radiodifusión (señales de radio y televisión en FM)

Otro uso importante de las antenas de estación base es la radiodifusión de señales de radio y televisión en FM. En la radiodifusión en FM, la antena de la estación base suele transmitir señales de radio en todas las direcciones como una antena omnidireccional, de modo que todos los dispositivos de todas las direcciones, dentro de una región específica, podrán conectarse y recibir las señales de ondas de radio. En la radiodifusión televisiva, los canales o contenidos de televisión se transmiten a los usuarios a través de la antena de la estación base. Junto con las frecuencias de funcionamiento commúnicamente utilizadas para las antenas de estación base, la difusión de señales de televisión puede requerir antenas de estación base de rangos VHF y UHF. Lo ideal es que las antenas de estación base para radiodifusión de radio y televisión en FM estén optimizadas para transmitir señales en todas las direcciones sin sacrificar el alcance/distancia de la transmisión.

Emergencias y Seguridad Pública Communicaciones

Las antenas de estación base también pueden utilizarse en sistemas de communicación de emergencia y seguridad pública, como sistemas de respuesta ante desastres naturales, accidentes, bases militares, etc. Las antenas de estación base se utilizan en estos sistemas de respuesta a emergencias, ya que pueden proporcionar una conectividad estable y fiable con una alta intensidad y calidad de señal. Estas antenas son muy utilizadas por equipos de primeros auxilios, equipos médicos, equipos militares, etc. Una communicación fiable y estable permite una coordinación adecuada entre los usuarios para garantizar que una emergencia o amenaza se gestiona de forma segura e inteligente. Las antenas de estación base también se suelen utilizar en sistemas de alerta y aviso para notificar eficazmente a los usuarios dentro de un área de cobertura específica para garantizar la seguridad pública.  

Papel en las redes celulares

Las antenas de estación base son los elementos más importantes de las redes celulares. Se utilizan para la transmisión y recepción de señales en todas las generaciones de redes celulares, desde 2G hasta 5G y más allá. Cada generación de redes celulares utiliza una tecnología diferente, como GSM con 2G, WCDMA con 3G, WiMax y LTE con 4G y MIMO y tecnología de ondas milimétricas con 5G. Cada una de estas tecnologías puede establecerse utilizando antenas de estación base con frecuencias de funcionamiento diferentes.

A medida que evolucionan las generaciones de redes celulares, mejoran también las tecnologías y las normas utilizadas con ellas. A medida que las tecnologías evolucionan, se espera de las redes celulares mejores velocidades, velocidades de transmisión de datos, calidad de la señal y, en general, un mayor rendimiento. De ahí que las antenas de estación base desempeñen un papel fundamental a la hora de garantizar una communicación estable y fiable en las redes celulares y ofrecer a los usuarios una experiencia sin fisuras durante las llamadas de voz, los mensajes de texto, el streaming, etc.

Junto con las características de rendimiento, el área de cobertura de una red celular también se determinará en función del tipo de antena de estación base utilizada. La antena de estación base elegida para establecer la red celular influirá en la radiación de la señal en todas las direcciones, como en las antenas omnidireccionales, o en un haz concentrado, como en las antenas direccionales, y en el alcance de la transmisión. Por lo tanto, es importante prestar mucha atención a la hora de seleccionar una antena de estación base para una red celular de cualquier generación.

¿Qué son las antenas de estación base de doble banda VHF/UHF?

Las antenas de estación base de doble banda pueden funcionar en dos bandas o frecuencias distintas. Pueden funcionar en una banda de frecuencias o en ambas simultáneamente en función de las necesidades de los dispositivos de usuario de la red. El rango VHF se considera generalmente entre 30 y 300 MHz mientras que el rango UHF se considera entre 300 MHz y 3 GHz. Estas antenas de estación base de doble banda tienen la capacidad de utilizar ambas bandas de frecuencia, lo que las hace mucho más versátiles para una amplia gama de aplicaciones.

¿Qué son las antenas de estación base CB?

Las antenas de estación base Citizen's Band se utilizan normalmente para communicaciones de corta a media distancia y suelen operar en la gama de frecuencias de 26,965 MHz a 27,405 MHz. Estas antenas pueden ser omnidireccionales o direccionales y están disponibles en una gran variedad de formas y tamaños. Las antenas de estación base CB están diseñadas específicamente para garantizar una transmisión y recepción eficaces de las señales de radio CB y proporcionar una communicación constante, fiable y de alta calidad entre los dispositivos de radio CB.

Impacto en el rendimiento de la red

La antena es probablemente el elemento que más contribuye a determinar el rendimiento de una red. Las antenas de estación base también tienen un gran impacto en el rendimiento global de la red, ya que suelen tener mayor ganancia que otros tipos de antenas y, por tanto, pueden transmitir a distancias más largas y a mayor velocidad y velocidad de datos. Las antenas de estación base suelen estar diseñadas para proporcionar señales de alta calidad con un mínimo de interferencias y ruido. Estas antenas pueden ayudar a garantizar una conexión estable y fiable.

Como hay antenas de estación base de todos los tipos, ofrecen la flexibilidad de utilizar una antena en función de las necesidades de una red concreta y de optimizar la cobertura y la intensidad de la señal en cada red. Además, las antenas de estación base están diseñadas para permitir la conexión simultánea de un gran número de usuarios, lo que las hace ideales para situaciones de alta densidad de población o uso intensivo de la red. Las antenas de estación base son duraderas y pueden soportar incluso condiciones meteorológicas adversas, por lo que se puede garantizar una conectividad y un rendimiento de la red fiables y estables independientemente de las condiciones meteorológicas extremas.

En general, las antenas de las estaciones base desempeñan un papel fundamental a la hora de ofrecer una conectividad inalámbrica de alta calidad y un buen rendimiento de la red.

Colocación de la antena de la estación base

La ubicación de la antena de una estación base es extremadamente importante para conseguir un rendimiento óptimo de la misma. La ubicación de la antena debe elegirse de forma que tenga una interferencia mínima de cualquier otra antena o dispositivo circundante, así como de cualquier obstrucción física significativa.

También es importante prestar atención a las condiciones meteorológicas del entorno operativo. En las zonas urbanas, con alta densidad de población, suelen ser ideales las antenas direccionales con una ganancia relativamente baja y un ancho de haz horizontal estrecho para minimizar las interferencias. En las zonas rurales, al tener menor volumen de tráfico, se utilizan antenas direccionales u omnidireccionales de alta ganancia, ya que la cobertura es una de las principales preocupaciones.

Mantenimiento de antenas

El mantenimiento de las antenas de las estaciones base es fundamental para garantizar su funcionamiento óptimo. Esto es importante para proporcionar a los usuarios finales un sistema de communicación fiable y estable. Las antenas de estación base requieren revisiones periódicas para garantizar el mantenimiento de sus parámetros de rendimiento. El mantenimiento rutinario debe incluir inspecciones visuales, limpieza y pruebas del sistema de antenas.

Consideraciones económicas

A la hora de elegir una antena de estación base, el coste es un factor clave. Es importante tener en cuenta los costes globales que pueden suponer tanto la instalación inicial como el mantenimiento a largo plazo. El coste real dependerá del tipo de antena elegida y de sus características de rendimiento. Sin embargo, es importante tener en cuenta el equilibrio entre la cantidad gastada y el nivel de rendimiento obtenido de la antena de la estación base en la red.

Conclusión

Este artículo ofrece una visión completa de las antenas de estación base, destacando su funcionamiento, los distintos tipos y modelos disponibles, las últimas tecnologías implicadas y algunos casos de uso common. Las antenas de estación base son fundamentales para establecer redes celulares y en este artículo se analizan las distintas generaciones de redes celulares, las principales tecnologías de cada generación y cómo pueden utilizarse distintas antenas de estación base con frecuencias diferentes para cumplir los requisitos de una red.

El artículo también abordaba algunos de los factores que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar una antena, como la colocación, el mantenimiento y el coste. En general, un conocimiento profundo de las antenas de estación base, su funcionamiento y la amplia gama de opciones disponibles nos permitirá conseguir el rendimiento óptimo de la antena para una red.