Diferentes tipos de polarización en antenas de radiofrecuencia

En la industria de comunicación por radiofrecuencia, es común escuchar los términos de polarización vertical, horizontal o circular, y a menudo que nos adentramos más en este tipo de tecnología vamos viendo que hay diferentes antenas con diferentes polarizaciones, y puede ser el caso que no sepamos cuál utilizar para tu proyecto u aplicación. Cada polarización tiene sus características y desventajas, y es bueno saber cómo funciona cada una de ellas para saber cuál es la mejor para tu aplicación.

Para empezar, ¿qué significa el término polarización?

En electromagnetismo, existe un concepto que describe una de las principales características de las ondas electromagnéticas y toma un papel importante en la identificación por radiofrecuencia (RFID): La polarización electromagnética. La polarización es una característica de ondas transversales que describe la orientación de la oscilación de estas.

Hay que entender que una onda electromagnética es un tipo de onda que viaja por el espacio y transporta energía. Las ondas electromagnéticas se conforman de un campo eléctrico y un campo magnético y se pueden manifestar como luz visible, radiación térmica como el calor, ondas de radio, luz infrarroja, rayos X, luz ultravioleta, etc.

Por lo general este tipo de ondas se conforman de varias ondas de diferentes orientaciones de oscilación, y cuando esto ocurre se les conoce como ondas electromagnéticas no polarizadas. Cuando alguna de estas ondas atraviesan alguna superficie o son reflejadas, tienden a perder algunas de estas ondas para pasar a tener solamente ondas de un solo tipo de orientación de oscilación, y a estas se le conocen como ondas electromagnéticas polarizadas.

Fig 2. Luz polarizada mediante un filtro polarizador

Cuando una onda es polarizada solamente puede ser detectada o visualizada en una posición o medio en específico. Por ejemplo existen filtros polarizadores de luz que solamente dejan pasar luz hasta un cierto nivel ya que el polarizador solamente deja pasar un tipo de onda en específico. Dependiendo del tipo de filtro o superficie donde la luz sea reflejada será el tipo de polarización que se va a obtener.

Existen 3 tipos de polarización en las ondas electromagnéticas: La polarización lineal, circular y elíptica. La polarización lineal es un tipo de propagación de onda en la que la orientación de la oscilación del campo eléctrico es recta en un plano, es decir la onda oscila de manera lineal como se puede ver en la siguiente imagen de color azul claro.

Este tipo de polarización puede tener variantes dependiendo de la magnitud de sus componentes, pero las más comunes son la polarización vertical y horizontal, es decir la onda viaja por un plano horizontal o vertical respecto a la dirección de la onda.

Fig 2. Polarización Lineal (Medium:Steven Rojas)

La polarización circular ocurre cuando los componentes de la onda son de igual magnitud y esto crea un movimiento de oscilación circular. La polarización elíptica ocurre cuando los componentes de la onda son de diferente magnitud, lo cual crea una trayectoria elíptica. Esta es la forma más habitual de las ondas ya que solamente se crea con una diferencia de magnitudes lo cual ocurre muy comúnmente en la naturaleza.

Viendo que existen diferentes tipos de polarización y que cada una describe cómo se comporta la dirección de una onda, ahora podemos pasar a ver cómo se relaciona esto con la tecnología RFID.

Fig 4. Polarización Circular (Medium:Steven Rojas)

Tipos de polarización utilizado en RFID

Un sistema RFID consiste de 2 componentes principales: un lector y una tag. Las tags RFID son dispositivos electrónicos que consisten de una antena, un chip y un encapsulado. Por lo general el chip contiene una memoria en donde se almacena un código único que identifica a esa tag.

Este chip está conectado a una antena la cual manda el código por radiofrecuencia. El lector RFID es el dispositivo electrónico que capta el código proveniente de la tag y lo procesa para mandarlo a un sistema o software. El lector necesita de una antena para poder recibir el código de la tag, y aquí es donde entra en juego el uso de antenas de diferentes polarizaciones.

Las antenas utilizadas por el lector RFID suelen ser de 3 tipos diferentes: Antenas de polarización vertical, horizontal y circular. Tanto las antenas de polarización de tipo vertical como las de tipo horizontal son antenas que captan señales de ondas de radio con polarización lineal.

Las antenas de polarización vertical “solamente” pueden recibir una señal de polarización vertical a cierta distancia pero no podría recibir una señal de polarización horizontal, y viceversa. Las antenas de polarización circular pueden recibir señales de polarización circular de cualquier dirección.

Aplicaciones de la polarización de ondas de radio en RFID

Nuestro proveedor de dispositivos de radiofrecuencia RFID Inc. ofrece una gran variedad de antenas para diferentes tipos de sistemas y aplicaciones. Desde antenas de baja frecuencia (125 KHz) hasta antenas de ultra alta frecuencia (915 MHz).

Las antenas RFID de UHF son usualmente utilizadas para aplicaciones de alto alcance como por ejemplo en estaciones de peaje y control de acceso en edificios. Las antenas de UHF de RFID Inc. se pueden encontrar en 3 diferentes tipos de polarización pero, ¿Cómo se cuál tipo de polarización en mi antena necesito para mi aplicación?

Podemos empezar con las antenas lineales, es decir, las antenas verticales y horizontales.

Las antenas de polarización lineal:

Direccionan y concentran las ondas de radio en un solo plano, por lo que la transmisión será estable y de largo alcance pero la tag necesita estar alineada perfectamente con la antena para no perder señal.
Son adecuadas para aplicaciones donde se necesita alta estabilidad y donde sabemos que la tag estará en una sola posición.
Son simples y baratas, fáciles de reparar.
Se utilizan comúnmente en radios portátiles, sistemas de peaje, control de acceso a instalaciones, etc.

Las antenas de polarización circular es una polaridad un poco más complicada ya que se oscila en una trayectoria no lineal.

Las antenas de polarización circular:

Su trayectoria circular hace que el pueda leer tags en diferentes posiciones e inclinaciones, pero su alcance se reduce.
Inmune a interferencias, por lo que es ideal para uso en lugares con árboles, edificios o un entorno cerrado.
Son adecuadas para aplicaciones en las que la tag estará cambiando de inclinación constantemente y no hay una posición determinada.
Se utilizan comúnmente en satélites, detección de objetos en movimiento, drones, etc.