IoT Wireless: Conectores y cables de antena

Los dispositivos IoT emplean una variedad de tecnologías de conectividad inalámbrica, cada una con sus propios requisitos para cables de antena y conectores de RF. Estas son algunas de las tecnologías de conectividad inalámbrica IoT más comunes  y los componentes de ensamblaje de cables de RF asociados:

1. Wi-Fi (802.11)

Wi-Fi es una tecnología inalámbrica ampliamente utilizada para dispositivos IoT, especialmente en hogares y empresas. Las antenas Wi-Fi funcionan en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz. 

2. Bluetooth

Bluetooth se usa comúnmente para conexiones IoT de corto alcance, como las que existen entre teléfonos inteligentes y altavoces inteligentes. Los conectores RF como MMCX y U.FL se utilizan a menudo en aplicaciones Bluetooth, y los cables coaxiales delgados  como RG-178 son adecuados para conexiones de antenas.

3. Zigbee

Zigbee es una tecnología inalámbrica de bajo consumo y corto alcance que se utiliza en muchas aplicaciones de IoT, como la automatización y el control domésticos o industriales. Los conectores MCX y MMCX, junto con los cables coaxiales flexibles como RG-174 y RG-316, son adecuados para dispositivos Zigbee.

4. LoRaWAN

La red de área amplia de largo alcance (LoRaWAN) es ideal para aplicaciones de IoT de largo alcance y baja potencia. Los conectores de tipo N y los cables coaxiales más gruesos como el LMR-400 se utilizan habitualmente para antenas e instalaciones LoRaWAN debido a su capacidad para manejar niveles de potencia más altos y distancias más largas.

5. Celular (3G / 4G / 5G)

La conectividad celular se utiliza en dispositivos IoT que requieren cobertura de área amplia. Los conectores de tipo N son comunes para aplicaciones celulares, y se utilizan cables de baja pérdida como LMR-400 o incluso cables coaxiales rígidos como Heliax para minimizar la pérdida de señal en distancias más largas.

Conectores SMA, RP-SMA, U.FL, MHF4, MMCX y tipo N

El floreciente ecosistema del Internet de las cosas (IoT), caracterizado por la intercomunicación de innumerables dispositivos, se apoya en gran medida en soluciones de conectividad eficaces y eficientes. Los cables de las antenas, fundamentales para ello, cierran la brecha entre los dispositivos y sus infraestructuras de comunicación. Entre el laberinto de conectores, destacan seis tipos: SMA, RP-SMA, U.FL, MHF4, MMCX y tipo N. Esta sección profundiza en sus características distintivas y su idoneidad para aplicaciones específicas de IoT.

1. Conector SMA (versión SubMiniatura A)

Características: Reconocido por su alta durabilidad y rendimiento, el conector SMA generalmente maneja frecuencias de hasta 18 GHz. Idoneidad de IoT: Dada su fiabilidad, SMA se emplea habitualmente en aplicaciones de IoT de alta frecuencia, como módulos de IoT, enrutadores y equipos de laboratorio de precisión. Conjuntos de cables de antena:  LMR-100, LMR-200, RG58, RG174, LMR-195.

2. Conector RP-SMA (SMA de polaridad inversa)

Características: Casi una imagen especular de SMA pero con polaridad invertida, diseñada para evitar conexiones de antenas no autorizadas. Idoneidad de IoT: RP-SMA, que se encuentra principalmente en equipos Wi-Fi de consumo, garantiza que los usuarios cumplan con los estándares regulatorios. Esto lo hace apto para dispositivos IoT domésticos y puntos de acceso inalámbricos. Tipos de cable coaxial aplicables: LMR-100, LMR-200, RG58, RG316.

3. U.FL (conectores coaxiales ultra miniatura) y MHF4

Características: Conectores ultracompactos diseñados para integraciones internas de dispositivos. Idoneidad de IoT: Los dispositivos que requieren conexiones de RF internas, como los dispositivos portátiles, los componentes internos de los teléfonos inteligentes y las tarjetas Wi-Fi de los portátiles, dependen en gran medida de U.FL y MHF4 debido a las limitaciones de espacio. Tipos de cable coaxial aplicables: cables coaxiales de  1,13 mm, 1,32, 1,37 mm de diámetro, así como RG-174 y RG-178.

4. Conector MMCX (coaxial microminiatura)

Características: Logrando un equilibrio entre tamaño y rendimiento, los conectores MMCX son pequeños con una interfaz a presión. Idoneidad de IoT: Al ser versátil, MMCX se adapta a una variedad de dispositivos IoT, especialmente aquellos que exigen compacidad sin comprometer el rendimiento. Piense en antenas GPS y ciertos módulos de comunicación inalámbrica. Tipos de cable coaxial aplicables: LMR-100, RG-178, 1.13, 1.32, 1.37.

5. Conector tipo N

Características: Su  cuerpo de latón niquelado los hace robustos y construidos para soportar condiciones adversas. Por lo tanto, los conectores de tipo N son el tipo de conector principal para  aplicaciones resistentes a la intemperie en exteriores que estarán expuestas a factores externos. Funcionan de manera eficiente hasta 11 GHz. Idoneidad de IoT: Ideal para aplicaciones que exigen durabilidad en entornos desafiantes. Por lo tanto, se encuentran en configuraciones al aire libre como estaciones meteorológicas,  sistemas industriales de IoT e instalaciones satelitales. Se utiliza con los tipos coaxiales LMR-100, LMR-200, LMR-400.

Selección del cable de antena y el conector de RF adecuados para su aplicación de IoT

• Aplicaciones de IoT para el consumidor: Dado el marco regulatorio y los diseños fáciles de usar, RP-SMA suele ser el conector de referencia.
• Wearables y dispositivos compactos: La miniaturización es la clave, lo que convierte a U.FL y MHF4 en los principales contendientes.
• IoT industrial y exterior: Debido a la necesidad de robustez y rendimiento constante, los conectores de tipo N brillan intensamente.
• Aplicaciones flexibles y diversas: Aquí entra en juego la versatilidad de MMCX, que se adapta a una amplia gama de dispositivos

El Internet de las cosas (IoT) está creciendo exponencialmente, con miles de millones de dispositivos conectados en todo el mundo. Cada dispositivo necesita comunicarse de manera confiable y eficiente. El sistema de antena, que comprende la antena, el cable y el conector de RF, es un componente crítico en esta cadena de comunicación. Una elección incorrecta podría degradar el rendimiento del sistema, lo que provocaría la caída de conexiones y una reducción del rendimiento de datos. Este artículo ofrece orientación sobre cómo seleccionar el cable de antena y el conector de RF adecuados para aplicaciones de IoT.

1. Comprenda los requisitos de su aplicación

Antes de sumergirse en los tecnicismos, comprenda la aplicación:

• Banda de frecuencia: Diferentes dispositivos IoT operan en varias bandas de frecuencia. El cable y el conector elegidos deben tener un buen rendimiento en la banda prevista.
• Entorno de instalación: Condiciones como la humedad, la temperatura y la exposición a los rayos UV pueden afectar la longevidad y el rendimiento de los cables y conectores. Elija materiales diseñados para el entorno específico.
• Requisitos mecánicos: Tenga en cuenta factores como la flexibilidad del cable, el radio de curvatura y la tensión mecánica que sufrirá el sistema durante su vida útil.

2. Selección del cable de la antena

2.1. Atenuación

La atenuación es la pérdida de intensidad de la señal a medida que viaja a través del cable. Para las aplicaciones de IoT, es esencial minimizar esta pérdida.

• Tipo de cable: Los cables de baja pérdida como LMR-400 o RG-58 ofrecen una atenuación reducida y son adecuados para tramos más largos. La elección específica del cable depende de la frecuencia y la longitud de cable deseada.
• Longitud del cable: Los cables más cortos significan menos atenuación. Es beneficioso colocar la antena lo más cerca posible del dispositivo.

2.2. Blindaje

Un buen blindaje evita las interferencias externas y reduce la fuga de señal. Los cables con doble o incluso triple blindaje proporcionan un rendimiento mejorado en entornos ruidosos de RF.

2.3. Durabilidad y flexibilidad

Si su aplicación implica un movimiento regular, elija cables que ofrezcan una buena flexibilidad sin sacrificar el rendimiento. Además, para puertas exteriores o entornos hostiles, opte por cables con propiedades resistentes a los rayos UV y al agua.

3. Selección del conector RF

3.1. Tipo de conector

Hay numerosos conectores RF disponibles: SMA, RP-SMA, BNC, tipo N y más. La elección depende de:

• Frecuencia: Algunos conectores están optimizados para rangos de frecuencia específicos. Por ejemplo, los conectores de tipo N funcionan bien para aplicaciones de hasta 11 GHz.
• Compatibilidad del dispositivo: asegúrese de que el conector coincida con el puerto del dispositivo IoT y la antena.

3.2. Adaptación de impedancia

Para un rendimiento óptimo, la impedancia del conector  debe coincidir con la del cable y el dispositivo. La impedancia estándar para la mayoría de las aplicaciones de IoT es de 50 ohmios.

3.3. Durabilidad

Si el conector se va a enchufar y desenchufar con frecuencia, ten en cuenta su durabilidad. Los conectores SMA, por ejemplo, están clasificados para hasta 500 acoplamientos.

3.4. Género y polaridad

Asegúrese de seleccionar el género (macho/hembra) y la polaridad (estándar/inverso) correctos para sus conectores. Esto es especialmente importante para conectores como RP-SMA, donde el género y la polaridad pueden ser confusos.

Conclusiones

Seleccionar el cable de antena y el conector de RF correctos es crucial para la confiabilidad y eficiencia de los dispositivos IoT. Al tener en cuenta los requisitos de la aplicación y comprender los matices de los cables y conectores, los diseñadores e ingenieros pueden tomar decisiones informadas que optimicen el rendimiento del sistema. En el mundo en rápida expansión de IoT, incluso pequeñas optimizaciones pueden conducir a mejoras sustanciales en la funcionalidad general del sistema y la satisfacción del usuario.