Banda de frecuencia de 433MHz 412-440 MHz

El espectro de frecuencias de 412-440 MHz se encuentra alrededor de la  banda ISM de 433,050 MHz a 434,790 MH para dispositivos de baja potencia (LPD433). La banda está asignada y licenciada de manera diferente en diferentes regiones. En la mayoría de los países europeos bajo la administración de la CEPT, 433 MHz es de uso libre en dispositivos de corto alcance y baja potencia con diferentes especificaciones legales. Para algunos países de Asia y América del Norte, el uso del espectro de 433 MHz está restringido a dispositivos gubernamentales y RFID.

Las leyes administrativas locales y el organismo rector de RF establecen diferentes regulaciones con respecto a la naturaleza del uso de la frecuencia de RF de 433 MHz. donde está permitida, esta banda de frecuencia tiene una restricción común en el alcance y el uso. El alcance está limitado a 100 metros y una transmisión de 30 segundos cada 10 segundos.

Esta banda de frecuencias es popular en controles remotos inalámbricos y  dispositivos IoT (Internet de las cosas). Esta frecuencia se ve favorecida por su bajo consumo de energía y componentes de ensamblaje más baratos en comparación con las bandas ISM alternativas de mayor frecuencia.

Las aplicaciones comunes incluyen:

• IoT (Internet de las cosas)
• Instrumentos inalámbricos
• Dispositivos de control remoto
• Dispositivos RFID
• Radioaficionado
• Satélites de aficionados
• Dispositivos de radar del gobierno

La banda de frecuencia de 433 MHz

La banda de frecuencia de 433 MHz es una banda de frecuencia sin licencia que abarca de 433,05 MHz a 434,79 MHz. El rango de frecuencia entre 412-440 MHz se asigna típicamente a radioaficionados y satélites de aficionados en regiones no restringidas. La gama del espectro y las restricciones de usuario varían considerablemente en las diferentes regiones.

En ciertas regiones geográficas (Región 1 según la Unión Internacional de Telecomunicaciones) se designa como banda Industrial, Científica y Médica. En los Estados Unidos, el uso de esta banda está restringido ya que se encuentra dentro de la banda de 70 centímetros (420 MHz a 450 MHz) que se utiliza para radioaficionados con licencia (Ham) y uso gubernamental. Esta banda de frecuencia ultra alta (UHF) también se describe como la banda Low Power Device 433 (LPD433) para comunicaciones de radio de voz sin licencia. Esto significa que las aplicaciones para las que se requiere una antena de 433 MHz son diversas, como se explica a continuación.

Se prefiere la banda ISM de 433 MHz para la conectividad inalámbrica de larga distancia y baja potencia.

1. Interurbano

Como frecuencia UHF, la propagación de la señal de 433 MHz se realiza predominantemente por línea de visión, con cierta reflexión en el suelo. Con una exposición clara y sin obstrucciones de las antenas de comunicación, se pueden lograr distancias de transmisión de decenas de kilómetros, con distancias adicionales posibles si se utilizan repetidores. Las estructuras físicas, como las colinas y los edificios altos, impedirán las frecuencias de 433 MHz, pero son capaces de penetrar paredes y proporcionar recepción en interiores.

2. Baja energía

La propagación de radio en la frecuencia de 433 MHz tiene un bajo consumo de energía. Su pérdida en el trayecto en el espacio libre es significativamente menor que las pérdidas en frecuencias más altas (por ejemplo, 2,4 GHz). Por lo tanto, con una potencia de salida y una sensibilidad del receptor idénticas, se pueden lograr mayores rangos a 433 MHz que a frecuencias más altas.

Esta banda inferior a 1 GHz también es ventajosa porque hay menos problemas de propagación y menos interferencias que significan que se gasta menos batería en la adquisición o el mantenimiento de una señal. Esto hace que 433 MHz sea una banda de frecuencia candidata ideal para redes de área inalámbricas de baja potencia alternativas  y comunicaciones de uno o varios saltos.

Antenas de 433 MHz para LP-WAN

Las redes de baja potencia, también conocidas como redes de área amplia de baja potencia, son redes que dependen de la comunicación por radio alimentada por batería a través de grandes distancias. Las antenas o sensores que participan en la red utilizan transferencia de datos de baja tasa de bits, no más de 50 kbps en la más sofisticada de estas redes. Estas redes de ingeniería simple se utilizan para una variedad de aplicaciones debido a su bajo consumo de energía, facilidad de mantenimiento y bajo costo. También son muy escalables, lo que significa que las implementaciones iniciales se pueden expandir rápidamente cuando sea necesario. Una serie de normas de red propietarias especifican esta forma de red en la banda de frecuencias de 433 MHz, entre ellas:

• LoRa son las siglas de Long Range y es un protocolo LP-WAN que se desarrolló originalmente en Francia, utilizando la modulación Chirp Spread Spectrum (CSS) como base. Utilizando la banda de frecuencia de 433 MHz, este estándar proporciona especificaciones de capa física para una red capaz de transmitir a más de 10 kilómetros (6,21 millas). La geolocalización también se puede integrar con esta tecnología y puede mantener velocidades de datos constantes de 27 kbps. Se puede implementar con varios protocolos de red y capa MAC, normalmente LoRaWAN, aunque no están especificados explícitamente por el estándar LoRa. La LoRa Alliance, que comprende más de 500 participantes, incluidos IBM y Cisco, supervisa los desarrollos en el protocolo y garantiza la interoperabilidad entre los dispositivos compatibles.
• SigFox es una empresa francesa que desarrolla redes de topología de estrella de baja potencia para dispositivos como medidores de servicios públicos que necesitan ser alimentados continuamente. Su estándar de redes inalámbricas utiliza la modulación binaria diferencial por desplazamiento de fase (DBPSK) y la modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana (GFSK) con tasas de bits de hasta 100 kbps. SigFox puede aprovechar la banda de frecuencia de 433 MHz en las regiones donde está disponible legalmente. La señal de banda estrecha utilizada es de baja energía y tiene buena penetración en las paredes e incluso puede llegar a objetos subterráneos.
• El protocolo Dash7 Alliance es un estándar de red inalámbrica de código abierto que conecta en red sensores y actuadores inalámbricos. Originalmente un protocolo relacionado con la defensa, Dash7 ha evolucionado para admitir una variedad de aplicaciones basadas en sensores, incluido el control de acceso y la automatización de edificios. En condiciones óptimas, este protocolo puede lograr una duración de batería de varios años y cubrir distancias de hasta 2 kilómetros (1,2 millas). Las velocidades de transferencia de datos de 167 kbps se logran en ráfagas cortas que también se pueden cifrar. Se puede utilizar en todas las bandas ISM inferiores a 1 GHz y se puede desplegar a nivel mundial con bajos requisitos de infraestructura y costo.
• Weightless es un protocolo LP-WAN altamente escalable que puede funcionar eficazmente a 433 MHz. El estándar de redes inalámbricas de código abierto de Weightless proporciona especificaciones para la comunicación bidireccional entre dispositivos en red y controladores centrales utilizando canales de banda estrecha de solo 12,5 kHz. Weightless utiliza una variedad de técnicas de modulación para admitir velocidades de transferencia de datos de hasta 100 kbps. También es de baja energía con una potencia de transmisión de 14 dB como máximo para permitir que los dispositivos en red funcionen con baterías de celda de botón.

Antenas de 433 MHz para IEEE 802.15.4f

Las antenas de 433 MHz son clave para la conexión en red de acuerdo con el estándar 802.15.4 para redes rentables y de baja energía producido por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 802.15.4 se centra específicamente en sensores remotos alimentados por batería que pueden implementarse durante años sin intervención humana. El protocolo se ocupa de las capas MAC y PHY de la red, lo que permite que empresas como ZigBee desarrollen estándares de marca y propietarios para la capa superior.

La  versión 802.15.4f cubre la comunicación inalámbrica compatible a 433 MHz. La red puede basarse en una topología en estrella o peer-to-peer con comunicaciones entre nodos o un controlador central. Los nodos pueden ser completamente funcionales y capaces de enviar y recibir datos o ser dispositivos secundarios de función reducida que son más parecidos a sensores. Todas las redes 802.15.4 tendrán un dispositivo de coordinación o control que administra la red a través de antenas de 433 MHz en red. El rango de comunicaciones especificado por esta tecnología es de 10 metros (33 pies), pero se extiende mediante redes de malla escalables. Son posibles velocidades de transferencia de datos de hasta 250 kbps.

Aplicaciones clave que utilizan la frecuencia de 433 MHz

• Antena de 433 MHz para IoT

El Internet de las cosas implicaba la creación de redes, la conectividad y la comunicación de objetos, a menudo con poca o ninguna intervención humana. Los elementos del sensor o actuador con dirección IP pueden transmitir información sobre su ubicación o estado y potencialmente afectar las respuestas automatizadas. Los proyectos de IoT involucran redes LP-WAN en una variedad de niveles, desde electrodomésticos inteligentes y entornos domésticos hasta infraestructuras regionales o nacionales como sistemas de transporte o servicios públicos. Una de las grandes limitaciones en la creación de hogares inteligentes, ciudades inteligentes y el teórico Internet de Todo (IoE), es el consumo de energía requerido para respaldar dichas redes. Las LP-WAN que operan a frecuencias más bajas, como la banda de 433 MHz, se consideran ventajosas debido a la cobertura y penetración que se pueden lograr y los bajos costos de energía involucrados. Al mantener deliberadamente bajas las velocidades de datos, se minimiza el consumo de batería y las redes se pueden extender a largas distancias.

En los EE. UU., el uso de la banda de frecuencia de 433 MHz está estrictamente regulado por la FCC bajo la Regulación 10CFR47 Parte 15.231. Esta banda de frecuencia está destinada al control remoto y los usos alternativos están restringidos, con duraciones de transmisión limitadas a solo segundos o milisegundos. La potencia de salida del transmisor también está limitada. Esto significa que las aplicaciones de IoT con sede en EE. UU. deberán asegurarse de que funcionen de manera compatible.

• Antena de 433 MHz para M2M

La comunicación y la conectividad de la máquina 2 (M2M) pueden ser compatibles con esta banda inferior a 1 GHz con preferencia a la banda de 2,4 GHz, que a menudo está sobrecargada. Dash7 y 802.15.4f son contendientes viables para un protocolo que facilitará   redes M2M resistentes a la intemperie tanto en interiores como en exteriores  a 433 MHz, que está armonizado en Europa y Asia. En entornos industriales, el movimiento inalámbrico automatizado de los datos del sensor se puede utilizar para ajustes automáticos en condiciones de temperatura, presión, velocidad y medio ambiente. Tiene margen para aplicaciones prácticas e innovadoras en sectores como la agricultura, el petróleo y el gas, la energía, el almacenamiento y la logística. Originalmente, las redes M2M dependían de conexiones celulares o cableadas, pero la conectividad inalámbrica a baja frecuencia puede facilitar la conexión en red de máquinas de baja energía entre un mayor número de máquinas y a mayores distancias.

• Antenas de 433 MHz para radioaficionados/radioaficionados

La banda de 70 centímetros abarca de 430 MHz a 440 MHz (420 a 450 MHz en los EE. UU.) y se utiliza en todo el mundo para la transmisión de radioaficionados, satélite e incluso televisión (Fast Scan Television). El equipo para un uso óptimo y conforme de esta frecuencia se obtiene fácilmente y los componentes pueden incluso ser construidos específicamente por entusiastas.

Esta banda de frecuencia puede ser utilizada por los aficionados para:

• Modulación de frecuencia (FM)
• Mensajería de voz digital (DV)
• Comunicaciones de banda estrecha a larga distancia.
• Morse (CW)
• Telefonía (SSB)
• Modos generados por la máquina (MGM)
• Televisión de exploración lenta (SSTV)
• DX
• Rebote lunar
• Pasarelas de voz por Internet
• Servicio de Satélite de Aficionados

A menudo hay restricciones de energía y ubicación para los usuarios. Por ejemplo, en el Reino Unido, el equipo no se puede utilizar dentro de un radio de 100 kilómetros (62 millas) de Charing Cross, en el corazón de Londres. Esto evita la interferencia potencial de las antenas de alta ganancia. Algunos reguladores y grupos de aficionados utilizan la planificación de bandas y separan diferentes frecuencias para tipos particulares de tráfico (por ejemplo, banda estrecha o televisión de barrido rápido).

• Mandos a distancia inalámbricos que funcionan a 433 MHz

La banda de frecuencia de 433 MHz está asignada internacionalmente para  la transmisión por control remoto y esta es una de las aplicaciones más comunes que utilizan esta frecuencia. Las comunicaciones por radio de corto alcance necesarias para:

• abridores de puertas de garaje,
• persianas con mando a distancia,
• interruptores inalámbricos,
• sensores domésticos,
• y las alarmas inalámbricas se transmiten adecuadamente a frecuencias seleccionadas dentro de la banda de 70 centímetros. Los módulos transceptor y receptor de 433 MHz son baratos (algunos cuestan menos de un dólar dependiendo de las cantidades solicitadas) y se pueden integrar en unidades de microcontrolador compactas y llaveros que se instalan donde sea necesario. Para aumentar la cobertura de la señal, se pueden utilizar antenas externas de 433 MHz y repetidores de señal de 433 MHz para extender la señal de un transmisor inalámbrico.

Tipos de antena de 433 MHz

Debido a que la longitud de onda de 433 MHz es más larga que, por ejemplo, la longitud de onda a 2,4 GHz, el alcance de los diseños de antena de 433 MHz puede ser ligeramente más limitado de lo esperado. La ganancia de la antena está limitada para las transmisiones debido a las regulaciones de la FCC, como se discutió anteriormente, que pueden limitar el alcance que se puede lograr. Las distancias suelen ser de alrededor de 100 a 300 pies en un entorno al aire libre y de 30 a 100 pies en interiores. También se debe tener en cuenta el tipo de conector de radiofrecuencia instalado en la antena, ya que pueden variar ampliamente. Los conectores comunes  utilizados en estas antenas incluyen SMA, RP-SMA y TNC. Estos son los tipos más comúnmente disponibles:

[A] antena helicoidal de cuarto de onda

Este tipo de antena helicoidal de 433 MHz reduce el tamaño de la antena a dimensiones viables. El elemento de la antena está enrollado helicoidalmente para condensar su tamaño a unos 7,5 centímetros. Un mayor ajuste en el tono y la densidad de la bobina produce una antena stub que se ve favorecida por su pequeño tamaño (aprox. 5 centímetros).

[B] Antena de látigo de 433 MHz

Las antenas de látigo de 1/4 de onda proporcionan un mejor rendimiento y disponibilidad de ancho de banda, pero son más largas que las antenas helicoidales. Su longitud de 170 milímetros suele estar cubierta con un radomo y un faldón de plástico. Son muy flexibles y pueden soportar golpes.

[C] Antena Yagi de 433 MHz

Esta antena direccional de 433 MHz puede lograr altas ganancias, especialmente si lleva múltiples elementos alimentados. Un Yagi de 433 MHz es comparable a una antena de televisión en tamaño y montaje. Están diseñados para implementaciones en exteriores con cableado conectado a la fuente de alimentación y al dispositivo de radio.

[D] Antena de panel de 433 MHz

Las antenas de panel son otro tipo de antena direccional que se puede utilizar para proporcionar cobertura en una dirección específica. La ganancia que se puede conseguir con esta antena es menor que con la Yagi.

El  elemento dipolo está oculto detrás de un reflector de panel plano, que se puede montar fácilmente en la pared.

[E] Antenas omnidireccionales de 433 MHz

Las antenas Omni de alta ganancia son antenas largas, en forma de poste, que pueden alcanzar la mitad, la totalidad o el doble de la longitud de onda a 433 MHz (alrededor de 70 cm). Por lo general, se montan en altura. Son de ganancia mucho más baja que las antenas direccionales.

[F] Antenas de 433 MHz de montaje en orificio pasante

Las antenas de disco, llamadas así por su forma de disco de hockey, proporcionan un montaje presentable y seguro en orificios pasantes en techos, paredes o techos de vehículos y brindan cobertura omnidireccional. Este diseño de antena discreto y de bajo perfil es omnidireccional y tiende a ser de baja ganancia. Se puede instalar fácilmente en una variedad de entornos. Se proporciona un cable flexible con conectores de antena para facilitar las conexiones posteriores.

Preguntas frecuentes

¿Qué tipo de antenas y cables de 433 MHz debe usar un aficionado a la radioafición?

Para obtener resultados óptimos con las comunicaciones de radioaficionado dentro de la banda de 70 centímetros, el tipo y la calidad del equipo marcan la diferencia. Las antenas pequeñas son menos potentes y sensibles, especialmente cuando se combinan con longitudes largas de cable coaxial delgado "con pérdidas".

Las antenas más grandes, de longitud de onda completa o de doble longitud de onda, son populares entre los usuarios experimentados de radioaficionados. Las antenas omnidireccionales son preferibles, especialmente si las comunicaciones se mantienen locales. Una antena colineal vertical de 433 MHz es una opción adecuada. Para distancias más largas, la directividad es vital y son preferibles las antenas Yagi. La calidad del cable de antena y los conectores conectados también es clave y la atenuación de la señal  debe mantenerse al mínimo absoluto. Es preferible un cable coaxial de diámetro más grueso (>10 mm), siendo el RG 8 el que se utiliza habitualmente. La altura también es importante, por lo que también será necesario un equipo de montaje adecuado y una impermeabilización.

¿Es 433 MHz mejor que 2,4 GHz para la tecnología de hogar inteligente?

La banda de frecuencia de 2,4 GHz sin licencia es conocida por ser compatible con una amplia gama de soluciones inalámbricas de automatización del hogar. Desde el punto de vista funcional, estas tecnologías tienen un solapamiento significativo con aplicaciones similares que operan a 433 MHz, especialmente cuando se utiliza el protocolo IEEE 802.15.4.

Como se mencionó anteriormente, el uso de 433 MHz para soluciones de hogar inteligente de EE. UU. está limitado por las regulaciones de la FCC, pero los dispositivos que tienen una potencia de transmisión y relaciones de trabajo bajas están permitidos, lo que hace viable una variedad de aplicaciones basadas en sensores o interruptores.

Una de las principales ventajas de utilizar 433 MHz frente a 2,4 GHz es el alcance que se puede conseguir. La cobertura a esta frecuencia es casi cinco veces mayor que a 2,4 GHz si se utiliza la misma cantidad de potencia de transmisión.

Pero, a 2,4 GHz hay mucho más ancho de banda disponible y se puede acomodar un mayor rendimiento de datos. Las antenas utilizadas también suelen ser más pequeñas. La banda de frecuencia de 2,4 GHz se ha saturado con todo tipo de tráfico inalámbrico (Bluetooth, ZigBee y WiFi), lo que significa que la conectividad simple basada en interruptores o sensores solo aumenta la probabilidad de interferencias y, por lo tanto, estos dispositivos son mejores para usar una frecuencia más baja en un hogar inteligente bien planificado.

En conclusión:

La banda de frecuencia de 433 MHz es sorprendentemente versátil y se está utilizando de manera efectiva para una amplia gama de aplicaciones profesionales y de aficionados. La expansión del Internet de las Cosas y la conectividad M2M en una serie de objetos, dispositivos y electrodomésticos apuntan a una inminente expansión y apropiación de esta banda de frecuencia para estos fines. Hay una amplia gama de antenas de 433 MHz disponibles, lo que significa que seleccionar la mejor antena de 433 MHz para su aplicación debería ser sencillo.

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