Tipos de Antenas WiFi: Una guía completa

En este mundo moderno y acelerado, todo avanza, y los sistemas de comunicación han evolucionado. En las primeras etapas, confiábamos en los sistemas de comunicación por cable, pero debido al avance de la tecnología hemos pasado a la comunicación inalámbrica. Hoy en día, el WiFi está en todas partes, y las antenas WiFi son una de las partes esenciales de nuestra vida diaria. Son casi como un compañero silencioso para nosotros, que nos asegura estar conectados allá donde vayamos.

Las comunicaciones inalámbricas dependen de la energía de radiofrecuencia, que se transmite y recibe a través de las antenas WiFi. Por eso, la calidad de las antenas WiFi afecta directamente a la cobertura y el rendimiento de tus redes. Por eso, entender los conceptos básicos te ayudará a elegir la antena correcta la próxima vez que necesites una.

Veamos ahora con más detalle qué son exactamente las antenas Wifi. Una antena es un dispositivo que irradia ondas de radio cuando recibe energía eléctrica y también puede volver a convertir las ondas de radio en energía eléctrica. En el contexto de WiFi, las antenas son componentes cruciales y ayudan a transmitir y recibir señales de radiofrecuencia, permitiendo que los dispositivos se conecten a Internet. También pueden actuar como transmisores y receptores, permitiendo una conexión fluida entre dispositivos.

Las antenas WiFi son esenciales en nuestro mundo inalámbrico. Nuestros dispositivos cotidianos, como smartphones, ordenadores y portátiles, dependen de las antenas para enviar y recibir datos. En hogares y oficinas, las antenas WiFi garantizan conexiones a Internet sin problemas para actividades cotidianas como la transmisión de vídeo, la navegación y los juegos. También hacen posibles los puntos de acceso WiFi públicos en lugares como cafeterías, restaurantes y aeropuertos. Las antenas WiFi también desempeñan un papel crucial en el mundo del IoT (Internet de las cosas). Además, estas antenas WiFi son clave en los servicios de Internet inalámbricos de largo alcance. Las antenas WiFi impulsan la creciente tendencia de los sistemas de audio inalámbricos, permitiendo que los dispositivos se comuniquen sin necesidad de conexiones físicas.

Después de entender qué son las antenas WiFi y su importancia, vamos a sumergirnos en los factores clave que hacen que estas antenas funcionen eficazmente en diferentes situaciones.

Comprender los parámetros de la antena WiFi

Las antenas WiFi se definen por varios parámetros importantes, que determinan su rendimiento y la idoneidad para diferentes tareas. Vamos a desglosarlos para facilitar su comprensión.

Gane

La ganancia de una antena es una medida de su capacidad para concentrar energía en una dirección concreta, en comparación con una antena teórica de referencia denominada radiador isótropo. Una antena isótropa es un dispositivo que irradia energía por igual en todas direcciones, tiene una ganancia de 0 dBi (decibelios sobre isótropo).

La ganancia de la antena se mide en dBi y representa la eficacia de la antena para dirigir las ondas electromagnéticas. Una mayor ganancia significa que la antena puede alcanzar mayores distancias y proporcionar señales más potentes. Sin embargo, un dBi más alto no siempre significa mejor. A medida que aumenta el dBi de la antena, puede enviar señales más lejos, pero cubrirá un área menor. Imagínatelo como el haz de luz de una linterna: una mayor ganancia significa una señal más focalizada, lo que podría dar lugar a una menor cobertura en otras direcciones.

Patrón de radiación

Radiación es un término utilizado para representar la emisión de frente de onda en la antena, especificando su intensidad. El diagrama de radiación de una antena muestra cómo ésta transmite la energía de radiofrecuencia en distintas direcciones. Este diagrama es importante tanto para la comunicación como para el diseño de sistemas eficaces. Suele mostrarse en sistemas de coordenadas polares o cartesianas. Estos diagramas nos ayudan a ver si la antena puede concentrar la energía en una dirección específica o distribuirla uniformemente. Por ejemplo, el diagrama de radiación de un router WiFi omnidireccional tiene forma de donut, ya que irradia ondas de radio con la misma intensidad en todas las direcciones horizontales. Una antena omnidireccional está diseñada para difundir las señales uniformemente en todas las direcciones a su alrededor.

Gama de frecuencias

Sabemos que los dispositivos WiFi se comunican entre sí a través de ondas de radio. Las ondas de radio se caracterizan por su frecuencia: el número de ciclos por segundo, medido en hercios (Hz). Según la tecnología utilizada, las antenas WiFi utilizan varias frecuencias para transmitir información: 900 MHz, 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz y 60 GHz. Las frecuencias más típicas son las bandas 2,4 y 5 GHz, que corresponden a longitudes de onda de 12,5 cm y 6 cm {wavelength(m) = 3x 10⁸ms^-1/frecuencia (Hz)}.

Las ondas de frecuencia más baja tienen longitudes de onda más largas, lo que facilita el paso a través de obstáculos como paredes y metales, permitiendo que las señales viajen más lejos. Cada antena WiFi se construye para adaptarse a la frecuencia y longitud de onda exactas de la señal que se transmite. En términos sencillos, una antena de 2,4 GHz no puede sustituir a una antena de 5 GHz y viceversa. Pero algunas antenas como las de doble banda tienen la capacidad de utilizar ambas frecuencias.

Conector

Cuando hablamos de conectores de antena WiFi, hay varios estilos de uso común. Los conectores son importantes para conectar antenas externas a dispositivos WiFi como puntos de acceso y routers. Los tipos más comunes incluyen,

• RP-SMA (SMA de polaridad inversa): Es un conector muy utilizado en dispositivos de consumo, con polaridad invertida en comparación con los conectores SMA. En los conectores RP-SMA, el macho tiene roscas externas y un orificio central (clavija hembra), y la hembra tiene roscas internas y una clavija central (clavija macho). SMA son las siglas de Subminiature version A. Se trata de un tipo de conector coaxial de radiofrecuencia.
• RP-TNC (TNC de polaridad inversa): Estos conectores también tienen la polaridad invertida en comparación con los conectores TNC. En este caso, la patilla central es macho. Los conectores RP-TNC se encuentran en equipos WiFi para empresas. TNC son las siglas de Threaded Neil Concelman connector, que es un conector RF roscado de tamaño medio.
• Conector estilo N: Se trata de un conector RF roscado utilizado para conectar cables coaxiales en aplicaciones RF. Debido a su mecanismo de acoplamiento roscado, es más seguro y fiable en entornos de altas vibraciones. Son ampliamente utilizados en exteriores y en entornos industriales debido a su robustez y capacidad de resistencia a la intemperie.

Ancho de haz

La anchura del haz es la separación angular entre los puntos del lóbulo principal en los que la intensidad de la señal disminuye 3 dB con respecto a su ganancia máxima. Se compone de la anchura del haz horizontal y la anchura del haz vertical, que corresponden a los ángulos horizontal y vertical del diagrama de radiación de la antena. Un ancho de haz más estrecho significa que la antena concentra más su energía en una dirección concreta, lo que se traduce en un mayor alcance y una mejor resistencia a las interferencias.

Ahora que hemos cubierto los parámetros clave de las antenas WiFi, echemos un vistazo a los diferentes tipos de antenas WiFi y sus aplicaciones específicas.

Tipos de antenas WiFi

Hay dos tipos principales de antenas utilizadas en nuestra vida cotidiana. Una es omnidireccional y otra direccional. Veamos en detalle cada una de ellas.

Omnidireccional

Las antenas WiFi omnidireccionales están diseñadas para irradiar señales en un patrón de 360 grados, proporcionando una buena cobertura en todas direcciones, de forma parecida a como una bombilla incandescente ilumina una habitación. También pueden recoger señales desde todas las direcciones. Sin embargo, pueden tener un alcance menor que las antenas direccionales. Las antenas omnidireccionales varían mucho en tamaño y forma. Pueden ser antenas de chip extremadamente pequeñas que se montan directamente en una placa de circuito impreso y se miden en milímetros. Se suelen utilizar en interiores y exteriores.

Ahora, vamos a explorar los diferentes tipos de antenas omnidireccionales en detalle, incluyendo fibra de vidrio, dipolo, montaje en techo, montaje magnético y antenas de parche.

Antenas de fibra de vidrio: Son el tipo más popular de antenas, fabricadas con material de fibra de vidrio. Son postes de fibra de vidrio, envueltos con vibrador de cobre y recubiertos con material protector. El armazón de la antena es de plástico reforzado con fibra de vidrio, y la bobina de la antena de fibra de vidrio suele estar situada en la parte superior de la antena.

La antena de fibra de vidrio utiliza tecnología de alta temperatura y presión de película de alta presión. Se caracteriza por no deformarse, ser impermeable, resistente al viento, resistente al calor y tener un fuerte sellado. Estas antenas se utilizan ampliamente en campos como la electricidad, el transporte ferroviario, las aplicaciones oceánicas y marítimas, la energía, el transporte, las infraestructuras, los vehículos eléctricos, la tecnología de la construcción y muchos otros.

Estas antenas son conocidas por su durabilidad y larga vida útil, que a menudo supera los 15 años. Al estar fabricadas con materiales compuestos no metálicos, son más resistentes a la corrosión por ácidos, álcalis y sales. El diseño estructural, que incluye múltiples estructuras de costillas verticales y anulares, permite a estas antenas soportar condiciones meteorológicas adversas. Además, al incorporar malla de aluminio en la superficie reflectante, mejoran la reflexión de las ondas y ofrecen protección frente a los factores ambientales. Sin embargo, las antenas de fibra de vidrio también tienen algunos inconvenientes. Los cambios en el entorno pueden provocar distorsiones. Como estas antenas están hechas de fibra de vidrio, pueden envejecer más rápidamente en entornos con temperaturas más altas. Algunos materiales de fibra de vidrio contienen carbono, que puede afectar a la conductividad y provocar fallos en el funcionamiento de la antena.

Antena dipolo: Las antenas dipolo son un tipo básico de antenas formadas por dos elementos conductores y una línea de alimentación. Cuando la corriente fluye a través de la línea de alimentación, la antena irradia energía electromagnética a una frecuencia específica. Estas antenas suelen tener mayores anchos de banda, lo que les permite soportar comunicaciones multifrecuencia.

Ofrecen las siguientes ventajas,

• Diseño estructural sencillo, que ayuda a controlar los costes.
• Amplia gama de aplicaciones, incluidos routers y dispositivos móviles.
• Al tener una fuerte directividad, ayudan a controlar la dirección de transmisión y recepción de la señal.
• Recepción de señal equilibrada.
• Disponible en varias formas, como dipolo básico, plegado y de media onda.

Ya hemos hablado de las ventajas de las antenas dipolo, ahora vamos a ver sus desventajas.

• Para encontrar el mejor punto de recepción hay que probar varias combinaciones de colocación de los postes.
• Difícil de manejar al aire libre cuando el tamaño es aumenta.

Si nos fijamos en las aplicaciones, se utilizan en antenas WiFi 6/6E/7, antenas celulares 4G/ 5G LTE, antenas industriales científicas y médicas, y antenas GNSS y GPS.

Antena de montaje en techo: Es un dispositivo que se instala en el techo para optimizar la señal inalámbrica. Proporcionan una cobertura de 360 grados y mejoran la intensidad y fiabilidad de las señales WiFi. El uso de antenas de techo omnidireccionales puede ayudar a eliminar zonas muertas y mejorar la calidad de la señal. Al proporcionar una conectividad constante, garantizan que los usuarios permanezcan conectados a Internet.

Veamos las ventajas de las antenas de techo,

• Se colocan a mayor altura, lo que les permite proporcionar una mejor cobertura de la señal en comparación con otros tipos.
• Son más atractivos visualmente.
• Al estar colocados en el techo, suelen estar alejados de posibles fuentes de interferencias.
• Fácil de instalar.

Veamos las desventajas de las antenas montadas en el techo.

• Pueden tener un alcance limitado en comparación con otras antenas.
• Una vez instalada la antena de techo, es muy difícil ajustarla.
• Otra limitación notable es que el coste de la antena es un poco más elevado que el de otros tipos.

Antena de montaje magnético: Como su propio nombre indica, puede sujetar firmemente la antena mediante potentes imanes. Esto las hace aptas tanto para instalaciones fijas como móviles. Además, estas antenas magnéticas son adecuadas para vehículos, recintos electrónicos y algunos sistemas de comunicación temporales.

Ofrecen las siguientes ventajas,

• Se utilizan mucho en aplicaciones en las que la movilidad y la flexibilidad son fundamentales.
• Estos soportes permiten una colocación segura y fácilmente desmontable, por lo que son ideales para vehículos y montajes temporales.
• Por ejemplo, las antenas GPS de los vehículos, las radios CB, los vehículos de los servicios de emergencia utilizan estas antenas.

Estas son algunas de las limitaciones más comunes,

• Mala calidad de la señal debido a un contacto superficial insuficiente.
• Lecturas de VSWR elevadas.

Pero con una puesta a punto cuidadosa y las técnicas adecuadas se puede conseguir un rendimiento excelente.

A continuación vamos a echar un vistazo a las antenas direccionales, que enfocan las señales en direcciones específicas para una comunicación de mayor alcance.

Antenas direccionales

La antena direccional es un tipo especial de antena que funciona concentrando las señales en una dirección concreta. En este caso, la potencia de la antena está más concentrada en una dirección determinada, por lo que es capaz de enviar y recibir señales a mucha más distancia. A diferencia de las antenas omnidireccionales, las direccionales tienen un área de cobertura pequeña.

Exploremos ahora en detalle los distintos tipos de antenas direccionales, como la antena de panel, la antena Yagi, la antena de sector y la antena parabólica de rejilla/cubeta.

Antena de panel: Una antena de panel es un tipo de antena direccional que consiste en un dipolo colocado delante de un reflector de panel plano. Suelen tener forma rectangular y ser planas, y están diseñadas para proporcionar un haz concentrado de ondas de radio en una dirección específica. Este estrecho ancho de haz ayuda a minimizar la interferencia de otras señales. La forma rectangular contribuye a aumentar la ganancia. Se utilizan en sistemas de comunicación punto a punto. Suelen utilizarse en enlaces backhaul inalámbricos, que conectan dos o más nodos de red. Además, también se utilizan en sistemas punto a multipunto. Por ejemplo, se utilizan en puntos de acceso inalámbricos, que proporcionan conectividad a Internet a múltiples dispositivos dentro de un área específica.

Si nos fijamos en las ventajas de las antenas Panel,

• Versátil para aplicaciones fijas y móviles.
• Diseño aerodinámico de perfil bajo.
• Mayor ancho de haz.
• Funciona a frecuencias ultraaltas.

Pero también tienen estas desventajas,

• Alcance limitado.
• Menor ganancia en comparación con otras antenas direccionales.
• La mayor complejidad en el diseño y el mantenimiento son las principales limitaciones de las antenas Panel.

Antena Yagi: Es una antena direccional conocida por su señal focalizada y su alta ganancia. Consta de un elemento dipolar central, que actúa como fuente principal, y varios elementos parásitos dispuestos a lo largo de su longitud. Estos elementos parásitos irradian señales ligeramente desfasadas con respecto al elemento principal, lo que ayuda a reforzar la señal en una dirección. Esto hace que las antenas Yagi sean ideales para varias aplicaciones, como la recepción de radio y TV, la recepción de señales de largo alcance y la comunicación inalámbrica.

Si nos fijamos en las ventajas de las antenas yagi,

• Son muy direccionales.
• Fácil de construir
• Rentable.
• Proporcionan una fuerte ganancia de señal.

Sin embargo, también tienen estas desventajas,

• Tienen un ancho de banda y una gama de frecuencias limitados.
• Los modelos de mayor ganancia pueden ser bastante largos.

Antena de sector: Una antena sectorial es una antena direccional que proporciona cobertura focalizada en un área definida. Su diseño incluye múltiples elementos de antena dispuestos de forma ordenada. Porque para crear un patrón de radiación horizontal ancho y vertical estrecho. Este patrón es muy necesario para minimizar las interferencias y mejorar la calidad de la señal.

Si nos fijamos en lo ventajoso de ellos,

• La principal ventaja es su cobertura direccional.
• También ofrecen una gran escalabilidad.
• Otra ventaja de las antenas sectoriales es su rentabilidad y su facilidad de instalación.

Sin embargo, una desventaja del uso de antenas sectoriales es que se necesitan más interfaces inalámbricas y que las interferencias pueden ser un problema.

Una conexión punto a punto necesita una antena que dirija toda la energía de radiofrecuencia (RF) en una dirección. El factor limitante de esta antena es principalmente su tamaño. Las antenas de alta ganancia reducen la posibilidad de interferencias con otros nodos o con las otras antenas del mismo nodo, pero suelen ser bastante grandes.

Antenas parabólicas: Una antena parabólica es un dispositivo de alta precisión que utiliza un reflector parabólico para concentrar las ondas de radio en un punto concreto. Esta estructura le permite recibir y enviar señales con gran eficacia. Cuando las ondas de radio inciden en el disco, se reflejan hacia el punto focal. La forma del disco se diseña de esta manera. Las antenas parabólicas se utilizan habitualmente en antenas parabólicas, sistemas de comunicación inalámbrica y sistemas de radar.  

Cuando hablamos de las ventajas,

• Pueden alcanzar una alta ganancia gracias a su capacidad para concentrar la energía electromagnética en un haz estrecho, lo que las hace ideales para la comunicación a larga distancia.
• Tienen un haz muy direccional, que minimiza las interferencias de fuentes no deseadas.
• Además, puede utilizarse como antena emisora y receptora gracias al principio de reciprocidad.

Sin embargo, tienen varios contras,

• Su fabricación y adquisición pueden resultar caras.
• Sólo tienen un área de cobertura limitada.
• Las antenas parabólicas deben alinearse y orientarse con precisión hacia la fuente deseada.

Antena de parche: Es una elección popular para aplicaciones de lectores RFID. Recibe su nombre por su diseño de parche. Consiste en un parche metálico suspendido sobre un plano de tierra, con componentes clave como el parche radiante, el sustrato dieléctrico, el plano de tierra y el mecanismo de alimentación.

Veamos las ventajas de las antenas Patch.

• Tienen un tamaño compacto.
• de bajo perfil.
• Rentable.

 Sin embargo, también tienen algunas limitaciones.

• Tienen una eficacia menor, debido a las pérdidas dieléctricas y de conductor. Reducen la ganancia de la antena.
• Además, tienen una capacidad de manejo de potencia limitada. Esto los hace menos idóneos para aplicaciones de alta potencia.

Hasta ahora hemos explorado algunos aspectos básicos de las antenas WiFi, sus parámetros clave y sus tipos. Pasemos ahora a la comparación entre antenas WiFi externas e internas.

Antenas WiFi externas e internas

Las antenas WiFi vienen en dos configuraciones principales: internas y externas, cada una con sus propias ventajas y escenarios de uso. Veamos primero las antenas WiFi internas. Estas antenas WiFi están integradas en dispositivos como routers, ordenadores portátiles y móviles. Las antenas WiFi internas no se pueden conectar o desconectar del dispositivo, ya que estas antenas están incrustadas dentro de la carcasa del dispositivo. Este tipo de antenas están diseñadas para ahorrar espacio y mantener una buena apariencia del producto. Aunque pueden ser menos potentes que algunas antenas externas, los avances tecnológicos permiten que estas antenas ofrezcan un buen rendimiento. Las antenas WiFi internas se utilizan habitualmente en televisores inteligentes, dispositivos IoT y algunos aparatos electrónicos de consumo. Una limitación de estas antenas es que pueden verse afectadas por su carcasa. Hay varios tipos de antenas WiFi internas, cada una diseñada para servir a diferentes tareas. Las antenas de placa de circuito impreso (PCB) se incrustan directamente en el dispositivo, lo que ofrece una solución rentable y compacta para los dispositivos IoT y los móviles. Las antenas de diversidad utilizan varias antenas, lo que resulta útil para reducir las perturbaciones de la señal en algunos entornos difíciles. Como ya hemos visto, las antenas dipolo utilizadas internamente proporcionan una cobertura omnidireccional equilibrada.

Por otro lado, las antenas WiFi externas son dispositivos diseñados para mejorar la intensidad de la señal y el alcance de una red WiFi que pueden montarse fuera del dispositivo. Las antenas externas pueden añadirse o sustituirse para mejorar la conectividad. Veamos algunas características y ventajas clave de las antenas WiFi externas. Tienen la capacidad de ampliar el área de cobertura de la red WiFi. Estas antenas son útiles para reducir los puntos muertos. Las antenas externas también vienen en diferentes tipos, incluyendo direccional y omnidireccional. Muchas antenas externas son ajustables y giratorias. Se utilizan en diversos dispositivos, como routers, puntos de acceso y adaptadores WiFi. Se pueden montar en paredes, techos y escritorios. En general, las antenas WiFi externas son una solución práctica para mejorar la conectividad inalámbrica.

Tanto las antenas WiFi internas como las externas ofrecen ventajas e inconvenientes distintos y sirven para propósitos diferentes. Entender la diferencia entre ellas te ayuda a elegir la mejor opción para una buena conexión. Echemos ahora un vistazo a las antenas WiFi MIMO multipolarizadas.

Antena WiFi MIMO multipolarizada

Antes de examinar las antenas MIMO, veamos la polarización. Imagina una onda de radio moviéndose en el aire como una serie de ondas moviéndose en el agua. Si estas ondas se mueven hacia arriba y hacia abajo, hablamos de polarización vertical; si se mueven de lado a lado, hablamos de polarización horizontal. Para que las antenas capten bien las señales, su polarización debe coincidir con la de la señal. Ahí es donde resultan útiles las antenas de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO). Utilizan varias antenas para gestionar simultáneamente varios trayectos de señal. Con la ayuda de varios transmisores y receptores, las antenas MIMO permiten a los dispositivos enviar y recibir datos de forma más eficaz. Si hablamos de antenas MIMO también tenemos que fijarnos en las antenas SISO (entrada única, salida única). Las antenas SISO sólo tienen un transmisor y un receptor. Sólo pueden recibir y enviar datos de uno en uno. Esto puede limitar la velocidad y la fiabilidad. Si quieres las mejores velocidades de datos, las antenas WiFi MIMO son siempre la mejor opción.

Conclusión

Para terminar, si quieres optimizar el rendimiento de tu red, entonces necesitas elegir una antena WiFi adecuada para la red. Diferentes tipos de antenas, sirven para diferentes propósitos. Las antenas internas son buenas para el uso diario en dispositivos pequeños y las antenas externas dan una mejor cobertura y flexibilidad para espacios más grandes. Si necesitas una conexión más rápida y fiable, las antenas MIMO son la mejor opción. Eligiendo la antena WiFi adecuada para tu red WiFi, y para tus necesidades, puedes mejorar la cobertura de tu señal WiFi, reducir las interferencias externas y disfrutar de una conexión más suave y estable.