¿Qué es una antena de panel?

La comunicación inalámbrica se ha desarrollado a pasos agigantados en los últimos tiempos. Hoy en día existe en el mercado una gran variedad de antenas para distintas aplicaciones. Las antenas de panel son un tipo de antena que se utiliza para obtener una intensidad y dirección óptimas de la señal. Básicamente, una antena de panel consiste en un dipolo colocado delante de un reflector de panel plano y se utiliza en muchas aplicaciones, desde redes celulares hasta banda ancha inalámbrica. Las antenas de panel son versátiles por su diseño minimalista y su capacidad para utilizarse en aplicaciones fijas y portátiles, tanto en interiores como en exteriores.

En este artículo, le ofrecemos una comprensión exhaustiva de su definición básica hasta aspectos detallados de diseño, principios de funcionamiento, características clave, usos, tipos, comparación con algunas otras antenas y directrices de instalación.

Diseño y estructura de la antena de panel

El diseño y la estructura de una antena de panel dependen de varios factores, como la gama de frecuencias, la ganancia y la anchura del haz, polarizacióny adaptación de impedancia. Las antenas de panel pueden tener varios diseños, como antenas de parche, antenas microstrip, antenas de ranura, etc. Algunos de los materiales más utilizados para el sustrato son FR-4, Rogers y teflón. Cuando se determinan el diseño y la estructura de una antena de panel, también hay que tener en cuenta factores ambientales como la durabilidad, la resistencia a la intemperie y las opciones de montaje. Las antenas de panel constan de varios elementos o paneles para transmitir o recibir señales en una dirección específica, dispuestos en forma de rejilla. Suelen tener forma rectangular o cuadrada, lo que crea una superficie mayor y ayuda a aumentar la ganancia de la antena. Su diseño compacto y minimalista las hace versátiles para muchos casos de uso.

Funcionamiento de las antenas de panel

Las antenas de panel están formadas por múltiples elementos radiantes dispuestos en un conjunto específico en un panel plano y estos elementos están conectados a una red de alimentación para suministrar energía a la antena. Los elementos radiantes de una antena de panel suelen tener forma rectangular o cuadrada y el rendimiento global y la direccionalidad de la antena dependen de la disposición y configuración de los elementos radiantes.

Características principales de las antenas de panel

Cobertura direccional

Las antenas de panel suelen tener un haz estrecho, por lo que emiten y reciben señales en una dirección concreta. Se trata de una antena altamente direccional centrar la transmisión y recepción de la señal en un área específica. De ahí que las antenas de panel se utilicen mucho en sistemas de comunicación inalámbrica punto a punto y punto a multipunto. El área de cobertura de una antena de panel es menor debido a su alta direccionalidad. Para cubrir un área de 360 grados es necesario desplegar varias antenas de panel. Sin embargo, debido a su alta directividad y estrecho ancho de haz, son capaces de transmitir y recibir señales a larga distancia.

Alta ganancia

Dado que las antenas de panel tienen un ancho de haz estrecho que se centra en una región específica, la ganancia de las antenas de panel suele estar en el extremo superior. Sin embargo, se pueden encontrar antenas de panel con una ganancia desde 6 a 10 dB hasta 23 dB. La alta ganancia de las antenas de panel las hace más resistentes a las interferencias y, por tanto, ideales para sistemas de comunicación punto a punto, incluso a larga distancia.

Ancho de haz

Las antenas de panel suelen ser muy direccionales y, por tanto, tienen un haz estrecho y concentrado. Esto permite a las antenas de panel transmitir y recibir señales a grandes distancias con mínimas interferencias. Además, la estrecha anchura del haz garantiza que la intensidad de la señal sea alta, constante y fiable. Sin embargo, debido a la estrecha anchura del haz, las antenas de panel sólo son capaces de proporcionar cobertura a una dirección limitada y específica.

Opciones de polarización

Las antenas de panel están disponibles en distintas polarizaciones para satisfacer diversos requisitos de rendimiento. Las antenas de panel pueden tener polarización vertical, horizontal o una combinación de ambos. En la polarización vertical, el campo eléctrico se orienta verticalmente, y éste es el modo de polarización más común que se ha utilizado en los sistemas de comunicación tradicionales. En la polarización horizontal, el campo eléctrico se orienta horizontalmente y se utiliza cuando es necesario evitar interferencias con sistemas polarizados verticalmente. En la polarización dual o polarización combinada, la antena admite tanto la polarización horizontal como la vertical o admite la polarización en un ángulo específico. Este tipo de polarización se utiliza habitualmente para MIMO (Entrada múltiple Salida múltiple).

Diseño compacto

Las antenas de panel suelen tener un diseño muy sencillo y minimalista. A diferencia de Antenas YagiLas antenas de panel son menos voluminosas. Su diseño plano y compacto facilita su instalación y ocupa menos espacio. El diseño de las antenas de panel reduce la dependencia de piezas mecánicas y, por tanto, minimiza el desgaste. Las antenas de panel también se imprimen como placas de circuitos, lo que permite utilizarlas incluso en dispositivos electrónicos pequeños.

Facilidad de instalación

Gracias a su diseño compacto, las antenas de panel son fáciles de instalar y montar en la mayoría de los entornos. El diseño aerodinámico de las antenas de panel garantiza que puedan integrarse perfectamente en cualquier entorno sin resultar molestas. Las antenas de panel están disponibles como dispositivos plug-and-play, lo que las hace mucho más cómodas de instalar que otras antenas tradicionales.

Versatilidad

Las antenas de panel son extremadamente versátiles, ya que pueden fabricarse para funcionar en una amplia variedad de rangos de frecuencia, ganancias, polarizaciones, etc. Además, su diseño compacto permite instalarlas fácilmente tanto en interiores como en exteriores. Las antenas de panel pueden utilizarse como antena única o como conjunto de antenas de panel en función del caso de uso. La capacidad de adaptarse y personalizarse según el caso de uso hace que las antenas de panel sean extremadamente útiles en los sistemas de comunicación.

Uso interior y exterior

Las antenas de panel pueden utilizarse tanto en interiores como en exteriores. Hoy en día existen en el mercado antenas de panel fabricadas específicamente para interiores o exteriores. Las antenas de panel para interiores suelen montarse en paredes o colocarse en superficies planas como escritorios o estanterías. Suelen tener forma rectangular y múltiples antenas internas que les permiten recibir y transmitir señales en una dirección específica. Una aplicación habitual de las antenas panel de interior es en los amplificadores de señal dentro de los edificios para mejorar la intensidad y calidad de la señal. Las antenas de panel para exteriores están diseñadas para montarse en el exterior y mejorar la potencia de la señal y la cobertura de una red inalámbrica. Gracias a su estrecho ancho de haz, son más tolerantes a las interferencias y se suelen utilizar en sistemas de comunicación inalámbricos como Wi-Fi, telefonía móvil, RFID, etc. Las antenas de panel para exteriores suelen montarse en superficies como tejados, postes y paredes. Las antenas de panel fabricadas para su uso en exteriores son más duraderas y resistentes a las inclemencias del tiempo sin perder sus prestaciones.

Gama de frecuencias

Las antenas de panel pueden funcionar en una amplia gama de frecuencias, lo que las hace versátiles para diversas aplicaciones. Su capacidad para concentrar señales de alta frecuencia en direcciones específicas mejora el rendimiento de la antena. Algunas de las bandas de frecuencia más comunes para las antenas de panel son 2,4 GHz, que se utiliza en redes WiFi (IEEE 802.11b/g/n) y otras aplicaciones ISM (Industrial, Científica y Médica), 5 GHz, que se utiliza para redes WIFI (IEEE 802.11a/n/ac/ax) y otras aplicaciones de alta frecuencia, 6 GHz, que se utiliza para Wi-Fi (IEEE 802.11ax y 802.11be) y 24 GHz y superiores, que se utilizan generalmente para aplicaciones 5G de onda milimétrica.

¿Para qué sirve una antena de panel?

Como se ha mencionado a lo largo del artículo, las antenas de panel son versátiles y, por tanto, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. A continuación se explican algunas de ellas.

Comunicación celular

Las antenas de panel se colocan en estaciones base de telefonía móvil para dar cobertura a una zona concreta. Suelen montarse en torres o edificios y apuntan en la dirección donde se necesita cobertura. Gracias a la alta ganancia y direccionalidad de las antenas de panel, la estación base podrá proporcionar una cobertura fuerte y consistente a los usuarios de esa zona. Las antenas de panel son capaces de transmitir y recibir señales entre estaciones base con una intensidad de señal de alta calidad y gran precisión gracias al ancho de haz focalizado.

Redes WiFi

Las antenas de panel se utilizan en redes WiFi para proporcionar conectividad a los usuarios de una zona específica. Se utilizan en conexiones punto a multipunto para transmitir y recibir datos a larga distancia. Con las antenas de panel, la señal se puede enfocar en una dirección específica y, por lo tanto, puede proporcionar un mejor ancho de banda, una mayor intensidad de la señal y una conectividad eficiente y fiable para la red WiFi. Se pueden utilizar varias antenas de panel para redes WiFi en zonas de cobertura más amplias. Al montar las antenas de panel en un lugar elevado, los usuarios podrán recibir la señal WiFi de forma constante sin muchos obstáculos y, por lo tanto, se puede garantizar una conectividad de alta calidad.

Comunicación punto a punto

Esta es una de las principales aplicaciones de las antenas de panel. Las antenas panel se utilizan para establecer conexiones punto a punto entre dos ubicaciones, como entre dos edificios dentro de un campus, en enlaces backhaul entre dos estaciones base, etc. Las características clave de las antenas de panel, como la alta direccionalidad, la alta ganancia y el estrecho ancho de haz, las hacen ideales para estas aplicaciones punto a punto.

Radiodifusión

Las antenas de panel se utilizan en radiodifusión por su alta ganancia y directividad. Las antenas panel son capaces de soportar más interferencias y emitir señales en una amplia banda de frecuencias, lo que las hace ideales para redes de radiodifusión. Se pueden utilizar varias antenas de panel para proporcionar cobertura de radiodifusión a una zona más amplia.

Redes de seguridad pública

Las antenas de panel pueden utilizarse en sistemas de seguridad pública y de respuesta a emergencias. Son capaces de dar cobertura a una zona extensa y, por tanto, pueden facilitar una comunicación coherente incluso en entornos remotos o difíciles. Las antenas de panel son ideales para la comunicación a larga distancia y para ofrecer la alta tolerancia a las interferencias que requieren estas redes de seguridad pública.  

Aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT)

Las antenas de panel están disponibles en bandas de alta frecuencia y son útiles en aplicaciones IoT, ya que permiten una comunicación fiable y rápida. Su diseño compacto y su facilidad de instalación y mantenimiento las hacen ideales para su uso en aplicaciones IoT.

Tipos de antenas de panel

Antena plana

También se conocen como antenas de panel de parche. Estas antenas tienen una forma plana, compacta y fina, y suelen tener un dipolo colocado delante de un panel reflector plano. Las antenas de panel plano son ligeras y pueden montarse fácilmente en una amplia gama de superficies. Su diseño y estructura sencillos las hacen adecuadas tanto para aplicaciones portátiles como fijas. Este tipo de antena de panel suele funcionar a frecuencias muy altas y se utiliza habitualmente en sistemas de comunicación inalámbricos, como las redes Wi-Fi, para proporcionar cobertura direccional en un área específica. Las antenas de panel plano facilitan una conexión de red fiable y de alta velocidad.

Antena de panel sectorial

Una antena de panel sectorial suele tener un ancho de haz más estrecho, normalmente de 3 dB en el plano acimutal, que proporciona direccionalidad en sectores o ángulos específicos, como 60, 90 o 120 grados. Se suelen utilizar en redes celulares, especialmente en estaciones base, para dar cobertura a un área o sector específico y se emplean sobre todo en aplicaciones exteriores. En cuanto a su estructura, son antenas largas y estrechas con altas ganancias y suelen consistir en un conjunto de dipolos colocados delante de un reflector. El rendimiento de la antena depende del tamaño y la forma del reflector, así como de la altura de despliegue de la antena.

Antena de parche Microstrip

También se conocen como antenas de parche. Las antenas de parche Microstrip son unas de las más pequeñas y compactas del mercado. Estas antenas se imprimen en un sustrato plano hecho de un material dieléctrico generalmente conocido como PCB (Printed Circuit Boards). Debido a su diseño minimalista y tamaño compacto, este tipo de antenas se utilizan en la mayoría de los dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, dispositivos GPS y sistemas de comunicación inalámbrica.

Ventajas e inconvenientes de la antena de panel

Ventajas

Cobertura de largo alcance: Las antenas de panel tienen una alta direccionalidad, por lo que pueden utilizarse para transmitir y recibir señales a larga distancia.

Interferencias mínimas: La alta direccionalidad y el ancho de haz focalizado minimizan las interferencias de otras señales. Esto mejora el rendimiento general. Así, proporciona una comunicación más rápida, estable y consistente.

Facilidad de instalación: Gracias a su diseño minimalista y compacto, es fácil de instalar y montar en la mayoría de superficies. Las antenas de panel impresas son fáciles de integrar en dispositivos electrónicos. Las antenas de panel también están disponibles como opciones plug and play, lo que facilita su instalación en distintas aplicaciones.

Bajo coste: Las antenas de panel tienen un bajo coste de fabricación y suelen ser más fáciles de mantener.

Versátiles: Las antenas de panel son extremadamente versátiles, ya que se pueden fabricar y están disponibles en el mercado en una amplia gama de frecuencias y diferentes patrones de polarización y radiación. Las antenas de panel pueden utilizarse tanto en interiores como en exteriores y en aplicaciones fijas y portátiles.

Desventajas

Área de cobertura limitada: Debido al estrecho ancho de haz, para cubrir un área de 360 grados, se necesitarán múltiples antenas de panel.

Requisitos de alineación: Cuando se alinean las antenas de panel, es necesario hacerlo con una orientación óptima para obtener el máximo rendimiento, lo que puede requerir conocimientos profesionales. La colocación, orientación y alineación son cruciales para optimizar el rendimiento de una antena de panel.

Pérdidas de energía: Las antenas de panel de parche microstrip específicamente pueden tener pérdidas dieléctricas y pérdidas de conductor durante la transmisión de la señal.

Por qué la antena de panel es ideal para aplicaciones punto a punto

Las antenas de panel se utilizan a menudo en sistemas de comunicación punto a punto, están diseñadas para transmitir y recibir señales en una dirección específica, las antenas de panel son capaces de enfocar la señal en una dirección específica debido a su alta direccionalidad, alta ganancia y estrecho ancho de haz. Esto permite una mayor intensidad de la señal y una conectividad constante y fiable en el sistema de comunicación, lo que las hace ideales para sistemas de comunicación punto a punto. Debido a su estrecho ancho de haz, las antenas de panel están sujetas a interferencias mínimas, lo que también resulta útil en sistemas de comunicación punto a punto.

Antena de panel SISO frente a antena de panel MIMO

Las antenas de panel SISO utilizan una sola antena para transmitir y recibir señales y Antenas de panel MIMO utilizan varias antenas simultáneamente para la transmisión y recepción de señales. Las antenas de panel SISO son más sencillas de utilizar y menos caras que las antenas de panel MIMO. El procesamiento de la señal también es mucho más sencillo en las antenas de panel SISO que en las antenas de panel MIMO.

Las antenas de panel SISO suelen utilizarse en aplicaciones menos complejas en las que es necesario minimizar el tamaño, el coste y la complejidad del sistema, mientras que las antenas de panel MIMO se utilizan en aplicaciones que requieren un procesamiento de señales complejo y avanzado, altas velocidades de transmisión de datos, una zona de cobertura elevada y una mejor calidad de la señal. Las antenas de panel MIMO son más eficaces y fiables, pero mucho más caras que las antenas de panel SISO.

Por lo tanto, en función de los requisitos de rendimiento de la aplicación, hay que decidir si es mejor una antena de panel SISO o una antena de panel MIMO para el caso de uso específico.

Instalación y alineación

Cuando se instala una antena de panel, ante todo hay que decidir una ubicación adecuada. Es importante tener en cuenta factores ambientales a la hora de seleccionar la ubicación, como el efecto del viento y la capacidad de la antena para soportar condiciones meteorológicas, corrosión, etc.

Lo ideal es que la ubicación sea un lugar elevado con interferencias mínimas y una línea de visión despejada. También es importante asegurarse de que la antena de panel esté montada en una superficie o ubicación lo suficientemente estable como para sostener la antena. Las antenas de panel deben instalarse y configurarse siguiendo correctamente las directrices del fabricante, ya que cada antena será única según el fabricante. Es fundamental asegurarse de que la antena esté montada de forma segura y firme, de modo que la orientación y la colocación permanezcan estables y constantes.

Durante el montaje, los cables deben fijarse para evitar daños, desconexiones o conexiones sueltas. Por último, debe comprobarse el rendimiento de la antena.

Diferencia entre antena de panel y antena Yagi

Comprender antena yagi vs panel es importante para usted a la hora de elegir la mejor antena para sus soluciones inalámbricas, la antena de panel y la antena Yagi son ambas antenas direccionales. Sin embargo, tienen algunas diferencias clave en la forma y el diseño, los parámetros de rendimiento, así como aplicaciones.

Las antenas de panel suelen ser planas y rectangulares, con un diseño muy sencillo y minimalista. Tienen un panel plano con un elemento radiante en su interior. Las antenas Yagi se componen de varios elementos, entre ellos un elemento conducido, un reflector y uno o varios directores dispuestos en un patrón lineal específico. Las antenas de panel tienen un ancho de banda mucho mayor y una ganancia menor que las antenas Yagi.

Entre estos dos tipos de antenas, las antenas de panel son más adecuadas para aplicaciones que requieren una mayor área de cobertura y las antenas Yagi para aplicaciones que requieren comunicación a larga distancia. Las antenas de panel se utilizan más en aplicaciones de interior, como redes WiFi en hogares y oficinas, mientras que las antenas Yagi se suelen utilizar más en aplicaciones de exterior, como estaciones base de telefonía móvil y recepción de televisión.

Diferencia entre antena de cúpula y antena de panel

Las antenas de cúpula son antenas omnidireccionales mientras que las antenas de panel son antenas direccionales, que es la principal diferencia. Las antenas domo se utilizan en aplicaciones que requieren que las señales se transmitan y reciban en un área de cobertura de 360 grados. Las antenas domo suelen tener una ganancia menor y una anchura de haz mayor que las antenas de panel. Pueden utilizarse para dar cobertura a zonas abiertas de manera uniforme en todas las direcciones. Por otro lado, las antenas de panel tienen un ancho de haz estrecho y una mayor ganancia, lo que las hace adecuadas para dar cobertura a un área determinada. Las antenas domo sufren más interferencias durante la comunicación que las antenas de panel.

Conclusión

Las antenas de panel son una de las antenas más versátiles disponibles para los sistemas de comunicación modernos. Las antenas de panel tienen una alta ganancia y una gran directividad, lo que las hace ideales para sistemas de comunicación punto a punto y para comunicaciones de largo alcance. Las antenas de panel suelen ser planas y de forma rectangular o cuadrada, y este diseño sencillo y compacto de las antenas de panel permite utilizarlas en una amplia gama de aplicaciones, desde pequeños dispositivos electrónicos hasta estaciones base de telefonía móvil. Las antenas de panel pueden utilizarse como antena única o como antenas de panel múltiples en una configuración MIMO en función de los requisitos de rendimiento de una aplicación.

Comprender el diseño, las características, la instalación y el principio de funcionamiento de las antenas de panel será crucial para obtener el rendimiento óptimo de una antena de panel. A medida que seguimos avanzando en el campo de la tecnología, la utilidad de las antenas de panel para mantener una infraestructura de comunicaciones sólida sigue siendo significativa.