No se puede exagerar la importancia de la antena de un producto IoT.Es la interfaz con el mundo exterior.Este artículo analiza por qué la antena es importante y cómo el rendimiento de la antena puede dar forma a la percepción que tiene el cliente de un producto y, por lo tanto, influir en el éxito del producto.Para comenzar, discutiremos la teoría básica sobre las antenas seguida de estrategias que un diseñador podría usar para mejorar la comunicación e ilustrar que un buen diseño de antena es la opción más efectiva.Finalmente, una ilustración de cómo las elecciones de diseño de antena pueden tener un impacto significativo en el éxito de un producto inalámbrico o IoT.La antena es una parte de un sistema que transmite energía de RF desde un transmisor a un receptor.Ese sistema incluye el transmisor, un método para alimentar energía RF a la antena, la propia antena, la ruta de propagación de la señal desde la antena transmisora ​​hasta la antena receptora, la antena receptora, un medio para alimentar RF al receptor y el propio receptor.Para que este sistema funcione, debe llegar al receptor un nivel suficiente de señal para permitir que la transmisión se decodifique con éxito.Lo que constituye un nivel de señal "suficiente" depende del nivel de ruido en el receptor, por lo que ese nivel se expresa como una relación señal-ruido (SNR) en decibelios (dB).El ruido es simplemente cualquier señal no deseada, como la interferencia generada por otros dispositivos electrónicos.Las ganancias y pérdidas se expresan en decibelios.Los niveles de potencia transmitidos y recibidos normalmente se refieren a un nivel de 1 milivatio y se expresan como dBm.Podemos calcular el rendimiento de todo el sistema usando una ecuación como esta (ejemplo simplificado, usando las abreviaturas estándar Tx y Rx para transmisor y receptor):Esta ecuación se conoce como balance de enlace.Podemos calcular la señal recibida en el receptor y compararla con el nivel de ruido, dando una SNR.Si la SNR es lo suficientemente alta, la señal se decodificará con éxito.De esta ecuación, es obvio que querríamos maximizar los factores que tienen un impacto positivo en la señal recibida (potencia Tx, ganancia de antena Tx y ganancia de antena Rx) y minimizar los factores adversos (pérdida de alimentación Tx, pérdida de propagación, y pérdida de alimentación Rx).También nos gustaría minimizar el ruido en el receptor para mejorar la SNR.La potencia del transmisor se puede aumentar, pero ningún transmisor es 100 % eficiente (la potencia desperdiciada se disipa como calor), y duplicar la potencia equivale a un aumento de solo 3 dB.La mayoría de los proyectos carecen de la capacidad de la batería y la disipación de calor para una alta potencia de transmisión.Como ingenieros de RF, podemos hacer poco con respecto al ruido en el entorno, pero podemos asegurarnos de que la antena Rx esté ubicada para maximizar la recepción de las señales deseadas y minimizar la recepción de ruido de otras partes del producto.La pérdida de propagación depende de la distancia entre las antenas Tx y Rx y de lo que debe atravesar la señal.Las señales se propagan más fácilmente al aire libre que el metal, el hormigón o (en algunos casos) las personas.Debemos considerar si algo en el producto o cómo podría usarse el producto podría afectar la propagación de la señal.La proporción de energía de RF realmente radiada por una antena depende de si está o no sintonizada correctamente para la frecuencia en uso.Si la antena no está correctamente sintonizada, una parte de la potencia transmitida se refleja de vuelta al transmisor en lugar de ser radiada por la antena.La antena debe estar diseñada para un desempeño eficiente en las frecuencias requeridas y los diseñadores deben tener cuidado de no ubicar la antena de modo que se desafine (por ejemplo) por la carcasa del producto, sus componentes o por el cuerpo del usuario (como el cuerpo del cliente). mano en el caso de un dispositivo de mano).La antena más simple (teórica) es el radiador isotrópico.Emite una señal uniforme en todas las direcciones, como una esfera en expansión.Eso se conoce como el “patrón” de la antena.No importa cómo se oriente el producto o la antena, se recibirá la misma señal en el receptor.Sin embargo, ninguna antena práctica es verdaderamente isotrópica.Todos ellos irradian más señales en algunas direcciones que en otras.A veces, esto es deseable, por ejemplo, si el producto está fijo en una ubicación, y produce más ganancias.Pero si la antena de un producto portátil, portátil o móvil muestra un patrón no uniforme (lo que significa que la señal se emite más en algunas direcciones que en otras), existe el riesgo de que se pierda la comunicación cuando el producto está en ciertas orientaciones.La importancia de un diseño, prueba e integración adecuados de la antena debería ser evidente.Una antena bien diseñada y probada contribuye al éxito de un producto al:Tenga en cuenta que hay dos antenas involucradas en cada comunicación: la antena Tx y la antena Rx.Por lo tanto, cualquier mejora en el rendimiento de la antena de un producto genera una mejora doble en la SNR recibida.Mejorar la potencia Rx y, por lo tanto, la SNR, mejorará las tasas de datos, aumentará el alcance, mejorará la seguridad y, en general, mejorará la experiencia del usuario.Estos factores no solo promueven la satisfacción del cliente, sino que mejoran el rendimiento del producto en las revisiones y las pruebas directas como parte de un proceso de selección de productos.No podemos confiar en los diseños de antena de una implementación de referencia.Dichos diseños no tienen en cuenta factores específicos del producto, como la carcasa y el diseño de los componentes.Los diseños de referencia están destinados a brindar orientación en lugar de ser una solución optimizada lista para el cliente.Pueden funcionar en el banco de pruebas, pero eso no es adecuado en un mercado competitivo donde los productos inalámbricos/IoT dependen de una comunicación efectiva para la satisfacción del cliente y, en última instancia, el éxito.En 2010, el fabricante de un conocido teléfono inteligente lanzó un nuevo producto con un (ahora notorio) defecto en el diseño de la antena.Si el teléfono se sostenía de cierta manera, la proximidad de la mano o los dedos del cliente provocaba que las señales WiFi de 2,4 GHz se atenuaran.Esto ocurrió porque las señales de 2,4 GHz son absorbidas por el agua y el cuerpo humano es más del 50% agua.Aunque este problema se solucionó en modelos posteriores, el problema causó un daño significativo a la reputación y llevó a los clientes a evitar el producto.Era completamente prevenible y debería haberse identificado durante la fase de simulación o prueba.En 2019, otro fabricante de teléfonos inteligentes y tabletas lanzó un producto que presentaba problemas de rendimiento de Wi-Fi de 2,4 GHz cuando se sostenía en una orientación particular.Este problema puede haber sido causado por la colocación de las manos del cliente, o por un patrón de radiación de antena no uniforme, o por una combinación de ambos problemas.El problema recibió amplia cobertura en los medios y reseñas de productos, lo que dañó la reputación del fabricante.Gracias al diseño, las pruebas y la integración adecuados de la antena, las industrias de todo el mundo están construyendo con éxito productos IoT que están experimentando un éxito continuo.