PIFA ProAnt - Antenas planares con forma de F invertida

En el mercado de la electrónica actual, la conectividad inalámbrica se ha convertido en una característica cada vez más importante. El resultado de esto es un aumento de la demanda de componentes asociados con la comunicación inalámbrica, incluyendo las antenas.

En este blog, nos centraremos en un tipo de antena, la antena planar en forma de F invertida (PIFA, por sus siglas en inglés), que puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones inalámbricas. La PIFA es una antena monopolo especializada (con un brazo de cortocircuito) procedente de la antena en forma de F invertida (Figura 1). La PIFA (Figura 2) es un tipo de antena en forma de F invertida que tiene una placa superior en lugar de un solo cable.

Antena en forma de F invertida (izquierda) típica y antena PIFA típica (derecha) (Fuente de las imágenes: ProAnt)

Las antenas de parche y las PIFA son similares en que ambas tienen bandas inherentemente estrechas. Sin embargo, al incorporar diferentes técnicas, tales como los elementos terrestres parasitarios y el corte de ranuras en la placa, se puede ampliar el ancho de banda de una PIFA. Además, el uso de estas técnicas permite cambiar el tamaño de la placa superior, lo que se traduce en antenas más pequeñas que requieren menos espacio en placa.

Figura 3: El uso de una PIFA permite montar un módulo RF y otros componentes debajo de la antena. (Fuente de la imagen: ProAnt)

También se puede modificar el tamaño de la PIFA mediante cargas superiores. Sin embargo, esto tiene consecuencias. Para llegar a las frecuencias más bajas, se pueden agregar pequeñas capacitancias hasta el final de la antena. No obstante, esto disminuirá la capacidad de radiación. El uso de este método puede ayudar a lograr un equilibrio óptimo entre el tamaño y el rendimiento de una aplicación determinada.

La antena se coloca en paralelo y por encima de la placa de circuito, donde se colocan los pines de fijación que es el único espacio de placa requerida. Esta es una gran ventaja de utilizar las PIFA. Además, no se requiere una distancia disponible hacia la tierra u otros objetos metálicos. Esto significa que se pueden montar otros componentes debajo de la antena en ambas capas de la placa de CI (Figura 3).

El brazo de cortocircuito, mencionado anteriormente, actúa para hacer coincidir la impedancia de la antena con el resto de los circuitos. Los monopolos, al ser naturalmente capacitivos, requieren agregar una inductancia, de manera que se pueda hacer coincidir la antena con la impedancia óptima (generalmente 50 Ω). El brazo de cortocircuito ofrece esta adaptación de impedancia e inductancia. El resultado de esto es que se requiere un menor número de componentes pasivos para igualar la impedancia. Con menos componentes, hay menos pérdidas parásitas y, por consiguiente, una mayor eficiencia de radiación.

Figura 4: Ejemplos de patrón de radiación y polarización de PIFA (fuente de la imagen: ProAnt)

Dependiendo de la aplicación, las PIFA suelen exhibir un ancho de banda moderado a alto y un patrón de radiación que es omnidireccional con polarización mixta (Figura 4). Además, las PIFA son inherentemente sólidas en cuanto a los cambios ambientales debido a su fuerte conexión a GND de placa de CI plana a través del brazo de corto circuito. El resultado de esto es que las PIFA tienden a mantener sus patrones de radiación eficiente mientras que otros tipos de antenas muestran una tendencia a la deriva en frecuencia y pierden la capacidad de radiación cuando encuentran cambios ambientales inferiores a lo óptimo (por ejemplo, cuando se trabaja cerca de metal).

Conclusión

Las antenas son necesarias para una multitud de aplicaciones, tanto fijas como móviles, con una variedad de protocolos de comunicación y frecuencias. Seleccionar la tecnología de la antena puede ser crucial para la estabilidad de la conectividad inalámbrica.

Mientras que ciertos tipos de antena normalmente sólo son buenos para aplicaciones donde la dirección de radiación es constante y siempre conocida (por ejemplo, antenas de parche cerámico), las PIFA ofrecen más flexibilidad. La tecnología de las PIFA ofrece un patrón de radiación omnidireccional con mucha polarización mixta. Esto resulta muy útil en aplicaciones fijas, pero puede resultar particularmente útil con dispositivos móviles que se utilizan en entornos cambiantes, tales como dispositivos portátiles, debido al hecho de que las PIFA permanecen muy estables, sin importar el entorno donde se ubican.

 

Referencias:

1 - Nota técnica ProAnt 2016-08-23 - Antena planar en forma de F invertida (PIFA)

Acerca de este autor

Image of Rich Miron, Digi-Key Electronics

Rich Miron, desarrollador sénior de contenido técnico de Digi-Key Electronics, ha trabajado en el grupo de Contenido técnico desde 2007 y su principal tarea ha girado en torno de la escritura y edición de artículos, blogs y módulos de capacitación sobre productos. Antes de trabajar en Digi-Key, probó y calificó sistemas de control e instrumentación para submarinos nucleares. Rich es ingeniero eléctrico y electrónico de la Universidad Estatal de Dakota del Norte, Fargo, ND.

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