Elegir la antena adecuada puede ser crucial para el éxito de una aplicación inalámbrica del Internet de las cosas (IoT). Seleccionar una antena que ofrezca un alto rendimiento y la flexibilidad necesaria para admitir distintas redes puede aumentar el atractivo comercial de las aplicaciones electrónicas.
Puede que los diseñadores de productos vean las antenas como un componente pasivo, pero a medida que incorporan nuevas funciones para explotar los ecosistemas IoT, son cada vez más parte integral del éxito de las aplicaciones electrónicas. Especialmente con aplicaciones de IoT industrial (IIoT), las antenas que admiten múltiples redes inalámbricas pueden proporcionar redundancia crítica, resiliencia y optimización de la cobertura.
Además de admitir aplicaciones Wi-Fi, cada vez es más necesario incorporar antenas celulares que ofrezcan las características críticas necesarias para garantizar el éxito de IoT. La eficiencia espectral es esencial para contrarrestar las interferencias creadas por el crecimiento del tráfico inalámbrico. La eficiencia energética para prolongar la vida útil de las baterías es otro requisito clave. Muchas aplicaciones IoT deben funcionar en entornos difíciles, como estaciones de carga al aire libre, donde se necesitan antenas robustas para soportar condiciones climáticas severas o vandalismo.
Se necesitan antenas muy eficientes para garantizar que el rendimiento de la señal no se vea afectado significativamente por materiales de construcción como el hormigón o el metal. Una transmisión limpia y libre de interferencias es cada vez más crítica para evitar las interferencias y el ruido de la señal, ya que los servicios inalámbricos compiten por el acceso. La creciente demanda de aplicaciones industriales 5G impulsará a los diseñadores a incorporar microcélulas y células pequeñas para superar la incapacidad de la 5G de penetrar ventanas y paredes.
Las distintas redes destacan en zonas específicas, por lo que los diseñadores de productos que utilizan antenas más eficientes pueden lograr una cobertura más amplia, ya sea en interiores o exteriores, para satisfacer las necesidades de los clientes. Igualmente importante es que los diseñadores de productos pueden preparar sus aplicaciones para el futuro gracias a la adaptabilidad que ofrece la compatibilidad con múltiples redes.
La compatibilidad con múltiples redes puede permitir a proveedores y clientes estandarizar un tipo de antena para ofrecer conectividad en entornos dispares, en lugar de gestionar la complejidad de un inventario de múltiples antenas. También permite combinar distintos tipos de conectividad para equilibrar las cargas de red y distribuir el tráfico de datos por múltiples vías para evitar congestiones y optimizar el rendimiento seleccionando la mejor opción de red para una tarea determinada. Los clientes pueden optar por la red más rentable en función de sus necesidades de datos, evitando los datos celulares cuando el Wi-Fi es suficiente.
Satisfacer las necesidades de entornos difíciles
La conectividad inalámbrica suele ser fundamental en una amplia gama de entornos que plantean numerosos retos a los diseñadores de productos.
Las fábricas inteligentes, por ejemplo, requieren una comunicación fiable entre los equipos de la fábrica, los sensores y los sistemas centrales de gestión, a menudo en entornos industriales rigurosos. En los grandes almacenes, donde coexisten redes Wi-Fi y celulares, las antenas multirred pueden garantizar una conectividad sin fisuras para el seguimiento de inventarios y la gestión logística.
Las antenas de alto rendimiento permiten desplegar sensores en ubicaciones remotas para recoger datos de estaciones meteorológicas, monitores de calidad del aire y realizar un seguimiento de los activos o implantar aplicaciones para edificios inteligentes. En agricultura, pueden proporcionar información esencial sobre la humedad del suelo, la salud de los cultivos y el funcionamiento de los sistemas de riego.
Otras aplicaciones emergentes son las estaciones de recarga de vehículos eléctricos, que deben comunicarse con los sistemas backend sin importar las condiciones climáticas; la señalización digital, que ofrece pantallas y anuncios en tiempo real; las soluciones de almacenamiento seguro, que requieren supervisión y control de acceso en tiempo real; y los sistemas móviles de venta de billetes e información al pasajero.
Cada aplicación IoT tiene demandas únicas y los diseñadores de productos deben adaptarse a casos de uso específicos, junto con los requisitos del entorno y la comunicación. Los dispositivos IoT operan en varias bandas de frecuencia que pueden afectar al rendimiento; además, el espacio limitado de los dispositivos puede dificultar la integración de antenas sin comprometer otros componentes.
Algunos de los factores que hay que tener en cuenta a la hora de elegir la antena adecuada para una aplicación IoT son el rendimiento, el tamaño, el costo y la compatibilidad. Esto podría llevar fácilmente a los diseñadores a integrar diferentes antenas para satisfacer las necesidades de sus clientes, creando complejos problemas de soporte y cadena de suministro.
Múltiples protocolos de red
Los protocolos de red de área extensa y bajo consumo (LPWAN), como IoT de banda estrecha (NB-IoT), admiten velocidades de datos bajas y requieren un bajo consumo de energía, una alta ganancia y una alta eficiencia para mantener una conectividad estable a largas distancias. Aplicaciones típicas requieren antenas omnidireccionales que proporcionan un amplio patrón de radiación que abarca grandes áreas.
Los protocolos Wi-Fi de corto alcance, por el contrario, admiten altas velocidades de datos pero requieren baja ganancia y alta eficiencia para ahorrar energía y evitar interferencias con otros dispositivos. Las antenas deben proporcionar un diagrama de radiación estrecho para enfocar la señal.
El protocolo celular IoT LTE CAT-1 ofrece velocidades de datos moderadas y conectividad celular de alcance moderado para aplicaciones IoT. El ancho de banda de recepción oscila entre 1,4 MHz y 20 MHz, y el protocolo admite velocidades pico de bajada de hasta 10 Mbit/s y de subida de hasta 5 Mbit/s. Aplicaciones que pueden aprovechar las ventajas del dúplex completo y la baja demanda de energía.
LTE CAT-M1 busca un equilibrio entre la velocidad de datos y la eficiencia energética. Requieren una demanda de potencia muy baja con antenas que admiten un ancho de banda de 1,4 MHz y velocidades máximas de enlace descendente y ascendente de 1 Mbit/s. Las aplicaciones pueden aprovechar la capacidad dúplex completa o semidúplex.
El protocolo CAT-4 LTE permite velocidades de datos significativamente más altas y menor latencia para las aplicaciones IoT más exigentes, incluidas las aplicaciones en tiempo real. El protocolo proporciona dúplex completo con velocidades de enlace descendente de hasta 150 Mbit/s y ascendente de 50 Mbit/s.
Antenas versátiles
TE Connectivity (TE) ofrece la familia VersAnte de antenas IoT multipuerto en un factor de forma compacto que puede ofrecer combinaciones de cobertura celular 4G/5G, Wi-Fi y Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Gracias a la posibilidad de integrar distintos protocolos de comunicación en una sola antena, los ingenieros pueden simplificar sus diseños.
A diferencia de algunas antenas que requieren un plano de tierra específico para un rendimiento óptimo, estas antenas son independientes del plano de tierra y pueden montarse en superficies metálicas o no metálicas, lo que permite a los diseñadores colocarlas en lugares que optimicen la recepción de la señal. Los radomos se pueden pintar con pinturas en aerosol no metálicas de uso corriente.
Las antenas VersAnte de TE proporcionan una cobertura omnidireccional de 360°, lo que reduce la necesidad de retransmisiones debidas a señales débiles que pueden provocar un consumo de energía. Equilibran la ganancia con el consumo de energía, optimizando el rendimiento general.
Estas antenas compactas son adecuadas para aplicaciones con limitaciones de espacio en las que pueden encajar perfectamente en espacios reducidos, como pequeños puntos finales de IoT, pantallas digitales y estaciones de carga de vehículos eléctricos. Las antenas están reforzadas para ofrecer un rendimiento fiable en condiciones difíciles, por lo que son menos propensas a sufrir daños por vandalismo o factores ambientales.
La VersAnte L000321-01 (Figura 1) es una antena de 3 puertos, de bajo perfil y con forma de disco. Proporciona cobertura celular 4G/5G, Wi-Fi y GNSS para satisfacer las necesidades de una amplia gama de aplicaciones, desde puntos finales IoT hasta terminales inteligentes y señalización digital. Con una altura de 26,00 mm y un diámetro de 90,2 mm, ofrece un alto rendimiento en un espacio muy reducido.
Figura 1: Antena VersAnte cellular puck L000321-01. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)
TE también ofrece las antenas domo L000322-01 de 2 puertos y L000322-02 de 3 puertos (Figura 2), cada una con dos puertos celulares 4G/5G y un puerto GNSS opcional. Cada variante mide 150 x 1,77 x 1,97 mm (5,90 x 1,77 x 1,97 pulg.).
Figura 2: Factor de forma de las antenas VersAnte L000322-01 y L000322-02. (Fuente de la imagen: TE Connectivity)
Conclusión
La creciente demanda de nuevas aplicaciones inalámbricas brinda oportunidades a los diseñadores capaces de integrar múltiples tecnologías de comunicaciones en sus productos. Las antenas VersAnte de TE Connectivity son versátiles y resistentes, y admiten múltiples tecnologías inalámbricas en un diseño compacto y de bajo perfil. Su capacidad para funcionar tanto en superficies metálicas como no metálicas, combinada con una clasificación IP67 e IP69K, las hace muy adecuadas para un amplio rango de aplicaciones IoT en entornos interiores y exteriores que requieren una conectividad fiable y de alta fiabilidad.
Fuente: https://www.digikey.es/es/articles/enhancing-iot-applications-with-versatile-compact-antennas
