Antena parabólica: principales características y ventajas

La antena de paleta, una antena única con forma de paleta plana, es uno de los componentes más utilizados y versátiles de los sistemas de communicación inalámbricos modernos. Desde redes WiFi hasta sistemas celulares 4G/5G, pasando por communicaciones UHF y dispositivos IoT, el uso de las antenas de paleta es muy amplio. Este artículo pretende servir de guía sobre las antenas de paleta, empezando por su definición básica, siguiendo por la comprensión de su funcionamiento y avanzando hacia sus aplicaciones. También pretende ofrecer una guía general sobre el principio básico de funcionamiento de las antenas de paleta, los distintos tipos, las ventajas y las consideraciones de selección de las antenas de paleta en algunos casos de communicación inalámbrica.

Qué son las antenas de remo

Las antenas de paleta son antenas planas de perfil bajo diseñadas para ofrecer una transmisión y recepción eficaces de la señal. Únicas por su forma plana y rectangular, parecida a una paleta o panel, la antena en su núcleo encierra un elemento de placa de circuito impreso (PCB) dentro de una carcasa duradera, a menudo resistente a la intemperie. Este diseño permite una mezcla perfecta de funcionalidad, resistencia y estética, lo que la convierte en una gran elección para usos en interiores y exteriores.

Una de las características definitorias de las antenas de paleta es que pueden funcionar omnidireccionalmente, lo que significa que pueden enviar y recibir señales en todas las direcciones. La omnidireccionalidad, combinada con su factor de forma compacto, ha llevado a su adopción generalizada en modernos sistemas de communicación inalámbrica que van desde routers WiFi a nivel de consumidor hasta sofisticadas redes celulares 5G.

Cómo funciona la antena de remo

Principios básicos de funcionamiento

El principio subyacente del funcionamiento de la antena de paleta es la radiación electromagnética, con su elemento interno PCB actuando como componente transmisor y receptor. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la antena para su transmisión, se crea un campo electromagnético oscilante. Allí, el campo se propaga hacia el exterior de la antena en forma de ondas de radio. Al recibir señales, las ondas de radio entrantes inducen una pequeña corriente eléctrica en la antena, que es amplificada y procesada por el dispositivo conectado.

Este eficaz mecanismo se ve favorecido por el diseño plano de las antenas de paleta, que permite una propagación eficaz de la señal en múltiples direcciones. El patrón de radiación en forma de donut (visto lateralmente) es lo que confiere a las antenas de paleta sus características omnidireccionales, lo que las hace muy adecuadas para una amplia gama de necesidades communicacionales.

Características principales

1. Omnidireccionalidad: Las antenas de paleta pueden transmitir y recibir señales en un amplio arco, cubriendo a menudo 360 grados en horizontal y también un importante alcance vertical.
2. Compactos: Su perfil delgado las hace ideales para aplicaciones en las que el espacio es reducido o en las que la estética es importante.
3. Eficacia: El diseño basado en PCB permite una sintonización precisa, lo que se traduce en una alta eficiencia y ganancia de la señal.
4. Ancho de banda: muchas antenas de paleta están diseñadas para funcionar en una amplia gama de frecuencias, lo que las hace ideales para aplicaciones multibanda.
5. Durabilidad: El diseño cerrado protege el sensible elemento PCB de los factores ambientales, lo que lo convierte en una opción duradera.
6. Polarización: Las antenas de paleta pueden diseñarse para polarización vertical, horizontal o doble, según los requisitos de la aplicación.

Tipos de antenas de paleta

Antenas de remo portátiles

Las antenas de paleta portátiles se utilizan principalmente para aplicaciones móviles en las que la flexibilidad y la facilidad de despliegue son fundamentales. Estas antenas se construyen relativamente ligeras y a menudo se presentan como dispositivos plegables o plegables. Se utilizan mucho en:

• Communicaciones de campo para servicios de emergencia
• Configuraciones de red temporales para eventos o ubicaciones remotas
• Puntos de acceso WiFi portátiles
• Operaciones de radioaficionado

Antenas de pala 4G/5G

Las antenas de pala 4G/5G son antenas optimizadas diseñadas para funcionar dentro de las bandas de frecuencia de las modernas communicaciones celulares manteniendo las antenas a la par con los desarrollos de las redes celulares. Están equipadas con:

• Compatibilidad multibanda que cubre una gama de frecuencias 4G y 5G
• Capacidad MIMO (múltiple entrada múltiple salida) para mejorar la transmisión de datos
• Diseños compactos adecuados para el despliegue de células pequeñas en entornos urbanos

Sus aplicaciones incluyen:

• Instalaciones de células pequeñas para aumentar la capacidad urbana
• Acceso inalámbrico fijo (FWA) para la conectividad de última milla
• Soluciones celulares en edificios para mejorar la cobertura en interiores
• IoT y M2M (máquina a máquina) communicaciones en la iniciativa de la ciudad inteligente

Antenas de remo WiFi

Las antenas de paleta WiFi se encuentran tanto en entornos domésticos como de oficina. Están diseñadas para operar en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz utilizadas para communicaciones WiFi. Sus características incluyen:

• Doble banda para funcionamiento simultáneo en 2,4 GHz y 5 GHz
• Alta ganancia para ampliar el alcance en espacios grandes
• Bajo impacto visual para su integración en diversos entornos

Las antenas WiFi Paddle se utilizan sobre todo en:

• Routers Wi-Fi residenciales y sistemas de red mallada
• Puntos de acceso de calidad empresarial para oficinas y espacios commerciales
• Puntos de acceso Wi-Fi públicos en cafeterías, aeropuertos y otras zonas públicas
• Ampliación de la cobertura Wi-Fi en grandes edificios o zonas al aire libre

Antenas de paleta omnidireccionales

Aunque todas las antenas de paleta tienen cierto grado de omnidireccionalidad, este tipo está específicamente diseñado para maximizar su omnidireccionalidad. Las antenas de paleta omnidireccionales proporcionan una amplia cobertura de señal, lo que las hace ideales para escenarios en los que la dirección de los dispositivos communicadores es desconocida o cambiante. Sus características clave incluyen:

• Cobertura horizontal de casi 360 grados
• Ganancia constante en todas las direcciones
• Polarización vertical para un rendimiento óptimo con la mayoría de dispositivos móviles

Se aplican sobre todo en:

• Despliegues de IoT con redes de sensores dispersas
• Puntos de acceso público a WiFi en espacios abiertos
• Soluciones celulares en edificios para una cobertura completa
• Communicación marítima para barcos y buques

Diseño y estructura de la antena de paletas

El rendimiento y la adaptabilidad de las antenas de paleta dependen principalmente de su diseño físico. La placa de circuito impreso (PCB) situada en el corazón de la antena está grabada con patrones específicos que manipulan la respuesta en frecuencia, la ganancia y el diagrama de radiación de la antena.

La placa de circuito impreso está encerrada en una carcasa protectora, a menudo fabricada con plásticos duraderos o materiales resistentes a la intemperie para los modelos de exterior. Esta carcasa no sólo protege los componentes electrónicos sensibles, sino que también influye en las características de radiación de la antena.

Los principales elementos estructurales de la antena pueden identificarse como:

1. Elemento radiante: El núcleo de la antena, basado en PCB, está diseñado con precisión para un rendimiento óptimo en las frecuencias objetivo.
2. Plano de tierra: Superficie conductora que trabaja junto al elemento radiante para conformar el diagrama de radiación de la antena.
3. Punto de alimentación: Lugar donde la antena se conecta al transmisor o receptor, a menudo a través de un cable coaxial.
4. Red de adaptación: Circuito diseñado para optimizar la adaptación de impedancias entre la antena y el dispositivo conectado, maximizando la transferencia de potencia.
5. Radomo: La cubierta protectora exterior, que está hecha de materiales transparentes a las ondas de radio.

La elección de los materiales desempeña un papel importante en el rendimiento de la antena. Teniendo en cuenta los materiales más utilizados en la actualidad

• FR-4, un material common para placas de circuito impreso, ofrece un buen equilibrio entre coste y rendimiento para muchas aplicaciones.
• Los materiales a base de PTFE, aunque más caros, pueden ofrecer un rendimiento superior a frecuencias más altas.
• La elección del material del radomo puede afectar a la atenuación de la señal y a la capacidad de la antena para soportar factores ambientales.

Frecuencia y ancho de banda

Las antenas de paleta están diseñadas para funcionar en una amplia gama de frecuencias, lo que las hace adecuadas para diversas aplicaciones. Sin embargo, los rangos de frecuencia específicos dependen del diseño de la antena y de su uso.

Common rangos de frecuencia incluyen:

• WiFi: 2,4 bandas GHz y 5 bandas GHz
• 4G LTE: Varias bandas entre 600 MHz y 2,6 GHz
• 5G: bandas sub-6 GHz y frecuencias mmWave (24 GHz y superiores)
• UHF: 300 MHz a 3 GHz
• IoT: Varias bandas, incluidas 868 MHz, 915 MHz y 2,4 GHz

Las consideraciones sobre el ancho de banda son cruciales en el diseño y selección de antenas, ya que determinan su funcionamiento eficaz. Los factores que afectan al ancho de banda son:

1. Tamaño físico: Generalmente, las antenas más grandes pueden soportar anchos de banda más amplios.
2. Complejidad del diseño: Los diseños más sofisticados pueden lograr un ancho de banda más amplio.
3. Propiedades de los materiales: Las propiedades dieléctricas de los materiales utilizados en la construcción afectan al ancho de banda.

Sin embargo, como el requisito de ancho de banda depende de la aplicación, a menudo hay compensaciones entre el ancho de banda, el tamaño y la eficiencia. Por ejemplo, un mayor ancho de banda suele tener como contrapartida una menor eficiencia o un mayor tamaño, por lo que la selección de la antena debe equilibrar cuidadosamente estos factores en función de los requisitos específicos de la aplicación.

Ventajas de las antenas de paleta

Las antenas de paleta ofrecen varias ventajas únicas que las han hecho populares en diversas aplicaciones de communicación inalámbrica:

Tamaño compacto

Una de las ventajas que más pegan es su diseño compacto y de perfil bajo. Esto las convierte en candidatas ideales para:

• Instalaciones con limitaciones de espacio, como en el exterior de edificios o en salas de equipos abarrotadas.
• Integración en dispositivos elegantes y modernos en los que la estética es importante
• Aplicaciones portátiles y móviles en las que minimizar el tamaño y el peso es crucial

Además, la compacidad de las antenas de paleta las hace más flexibles y fáciles de implantar e integrar en infraestructuras o productos existentes.

Alta eficacia

A pesar de su tamaño relativamente pequeño, las antenas de paleta son conocidas por su gran eficacia en la transmisión y recepción de señales. Esto se consigue gracias a:

• Diseño preciso de la placa de circuito impreso que optimiza el elemento radiante
• Adaptación cuidadosa de la impedancia para minimizar la pérdida de señal
• Uso de materiales de alta calidad que reducen la atenuación de la señal

Como la alta eficiencia se traduce en una mejor calidad de la señal, un mayor alcance y un consumo de energía potencialmente reducido, resultan especialmente útiles para aplicaciones alimentadas por pilas o sensibles a la energía.

Versatilidad

Las antenas de paleta son capaces de dar servicio a una amplia gama de aplicaciones y entornos. Su versatilidad se nota:

• Ser multibanda en el soporte, por lo que una antena puede servir para varios rangos de frecuencia 
• Para aplicaciones de interior y exterior
• Ser capaz de orientarse de diferentes maneras, como verticalmente, horizontalmente o en ángulo.
• Se aplica con distintos protocolos y normas de communicación

Esto contribuye a que no sea necesario utilizar varias antenas especializadas, lo que simplifica la gestión del inventario y los procesos de despliegue para los operadores de redes y los fabricantes de dispositivos.

Common Aplicaciones de la antena de palas

Las antenas de paleta se aplican en un amplio espectro de sistemas de communicación inalámbricos:

Sistemas WiFi

• En routers y puntos de acceso para redes domésticas y de oficina
• Puntos de acceso WiFi públicos en cafeterías, aeropuertos y otros espacios públicos
• Ampliar la cobertura WiFi en grandes edificios o zonas al aire libre

Redes celulares (4G, 5G)

• Despliegue de células pequeñas para aumentar la capacidad urbana
• Soluciones celulares en edificios para mejorar la cobertura en interiores
• Antenas de estación base para redes macrocelulares
• Equipos en las instalaciones del cliente (CPE) para acceso inalámbrico fijo

IoT y comunicaciones de máquina a máquina (M2M) Co1TP8

• Aplicaciones para ciudades inteligentes, como gestión del tráfico y control medioambiental
• IoT industrial para la automatización de fábricas y el seguimiento de activos
• Dispositivos y sistemas domésticos inteligentes
• IoT agrícola para la supervisión de cultivos y la agricultura de precisión

LoRaWAN y sistemas UHF/VHF

• Redes IoT de largo alcance y bajo consumo
• Estaciones de control remoto
• Sistemas de telemetría para servicios públicos e infraestructuras
• Seguridad pública y redes de communicación de emergencia

El amplio abanico de aplicaciones de las antenas de paleta demuestra su adaptabilidad y eficacia en diversos escenarios de communicación inalámbrica.

Cómo elegir una antena de remo

A la hora de seleccionar una antena de paletas para una aplicación, hay que tener en cuenta varios factores:

1. Gama de frecuencias: Asegúrate de que la antena soporta las frecuencias de la aplicación.
2. Ganancia y diagrama de radiación: Una ganancia alta puede proporcionar un mejor alcance pero puede resultar en un patrón más direccional por lo tanto considerando el área de cobertura requerida será más efectivo.
3. Tamaño y factor de forma: Tenga en cuenta el espacio físico disponible para la instalación de la antena y también cualquier requisito estético.
4. Consideraciones medioambientales: Para aplicaciones al aire libre, elija antenas con las clasificaciones IP adecuadas para la resistencia a la intemperie.
5. Polarización: Adapte la polarización de la antena (vertical, horizontal o dual) a los requisitos del sistema.
6. Tipo de conector: Debe coincidir con el equipo existente (por ejemplo, tipo N, SMA, RP-SMA).
7. Ancho de banda: considere si necesita soporte de banda única, doble o múltiple.
8. Potencia de transmisión: Verifique que la antena puede manejar la potencia de transmisión de su sistema.
9. Cumplimiento de la normativa: La antena debe cumplir las normas reglamentarias establecidas para la región y la aplicación.

Para tener una idea más técnica, considere las cifras de VSWR (relación de onda estacionaria en tensión) o pérdida de retorno, que indican lo bien que se adapta la antena a la impedancia del sistema. Los valores más bajos de VSWR suelen indicar un mejor rendimiento.

Personalización de antenas de remo

Aunque las antenas de paleta disponibles en el mercado se adaptan a muchas aplicaciones, algunas pueden requerir un diseño más personalizado. La personalización de una antena de paletas puede lograrse con la ayuda de:

• Sintonización de frecuencias: Ajuste del diseño de la antena para bandas de frecuencia precisas con el fin de optimizar el rendimiento general.
• Conformación del patrón de radiación: Modificación de la estructura de la antena para adaptarla a la zona de cobertura requerida
•  Ajustes de tamaño y factor de forma: Adaptación de las dimensiones físicas a las necesidades precisas.
• Funciones de integración: Adición de soportes de montaje, tipos de conectores o diseños de carcasa personalizados.

Aunque un poco cara, una antena personalizada puede ser beneficiosa para aplicaciones IoT precisas, sistemas industriales especializados o entornos de investigación en los que las antenas disponibles no satisfacen todas las necesidades.

Conclusión

Las antenas de paleta son una solución versátil para una gran variedad de requisitos de communicación inalámbrica. Su tamaño compacto, alta eficiencia y adaptabilidad las hacen ideales para aplicaciones que abarcan desde WiFi de consumo hasta IoT industrial y redes celulares avanzadas.

A medida que las tecnologías inalámbricas sigan evolucionando, es probable que las antenas de paleta sigan siendo un componente crucial en el panorama de las communicaciones, ya que su adaptabilidad y eficiencia siguen asegurando su posición en el cambiante mundo de la conectividad inalámbrica.