El ESP32-C3 SuperMini es un módulo de desarrollo compacto y económico que ha ganado popularidad en la comunidad de la electrónica por su versatilidad y bajo costo. Sin embargo, su diseño compacto presenta limitaciones, especialmente en lo que respecta al rendimiento de su antena integrada, lo que puede afectar negativamente el alcance y la estabilidad de la conexión WiFi. En este artículo, exploraremos una modificación sencilla pero efectiva que mejora notablemente el rendimiento de la antena, basada en la experiencia compartida por Peter Neufeld en su blog.

Descripción de la modificación de la antena

La modificación consiste en añadir una antena de hilo de 31 mm de longitud, fabricada con alambre plateado de 1,0 mm de diámetro. Esta antena se configura como un elemento de un cuarto de longitud de onda (λ/4). La sección inferior del alambre se dobla formando un lazo horizontal de aproximadamente 8 mm de diámetro, mientras que el resto del alambre se orienta verticalmente hacia arriba.

Para implementar esta modificación, se suelda directamente la nueva antena en ambos extremos de la antena SMD original del módulo ESP32-C3. Específicamente, se conecta al pin de antena de 50 ohmios (el extremo izquierdo de la antena original) y al otro extremo «activo» de la antena original. Esta configuración anula efectivamente la antena PCB original, permitiendo que la nueva antena de hilo asuma la función de radiación principal. Es crucial asegurar soldaduras de buena calidad en ambos puntos para garantizar un rendimiento óptimo.

Evaluación del rendimiento con el programa WiFi Logger

Para medir la efectividad de esta modificación, se utilizó un programa personalizado de registro WiFi escrito en ANNEX32 BASIC. Este programa compara la intensidad de señal (RSSI) entre dos módulos ESP32: uno sin modificar y otro con la nueva antena instalada. Ambos módulos se montaron lado a lado en un banco de energía portátil para garantizar condiciones de prueba idénticas mientras se desplazaban por diversas ubicaciones cercanas a un punto de acceso (AP).

Resultados obtenidos

Los datos recopilados mostraron consistentemente una mejora significativa en el módulo modificado en comparación con el original. En promedio, se observó un incremento de al menos 6 dB en la intensidad de la señal. En muchas situaciones, especialmente en los límites del alcance de la señal WiFi o en entornos con mayor interferencia, la mejora superó los 10 dB. Esta diferencia tuvo un impacto notable en la estabilidad de la conexión: el módulo modificado mantuvo una conexión estable, mientras que el módulo sin modificar experimentó desconexiones o degradación del rendimiento.

Para ilustrar los resultados:

• Cerca del Punto de Acceso: La mejora fue de 6 a 8 dB, resultando en una conexión más estable y con menos fluctuaciones.

• A mayor distancia del Punto de Acceso: La mejora alcanzó 10 dB o más, marcando la diferencia entre una conexión utilizable y una inutilizable. El módulo modificado pudo enviar y recibir datos, mientras que el módulo sin modificar no lograba establecer una conexión o sufría transferencias de datos extremadamente lentas.

• En entornos con obstáculos (por ejemplo, paredes): La antena modificada mostró mejor penetración y proporcionó una conexión más estable en comparación con el módulo sin modificar, que tenía dificultades para mantener la señal.

Estas mejoras se tradujeron en una extensión significativa del alcance WiFi. Teóricamente, cada incremento de 6 dB en la intensidad de la señal corresponde a una duplicación del alcance en línea de vista libre. En la práctica, esto significa que el módulo ESP32-C3 SuperMini modificado pudo establecer una conexión WiFi confiable en áreas donde el módulo sin modificar tenía una conexión inexistente o muy inestable.

Observaciones técnicas

La antena SMD original CrossAir CA-C03 del ESP32-C3 SuperMini, debido a su pequeño tamaño y material cerámico de alta constante dieléctrica, es intrínsecamente menos eficiente en la radiación y recepción de energía RF en comparación con una antena de hilo independiente. Además, la antena no está posicionada en el lugar recomendado por el fabricante en la hoja de datos, sino que se monta demasiado cerca del plano de tierra y de otros componentes. Esta ubicación apantalla la energía RF en lugar de permitir una radiación efectiva.

Se realizaron experimentos con la nueva antena utilizando alambre ordinario de 0,8 mm y también se retiró la antena SMD del tablero. Sin embargo, se observó que el rendimiento mejoraba aproximadamente 2 dB más al utilizar alambre plateado de 1 mm y mantener la antena SMD intacta.

Consideraciones adicionales

Es importante destacar que, aunque la modificación descrita mejora significativamente el rendimiento de la antena, se requieren habilidades básicas de soldadura y precaución al manipular componentes electrónicos sensibles. Además, esta modificación puede no ser adecuada para todos los proyectos, especialmente aquellos donde el tamaño compacto del módulo es crítico.

Reflexiones finales

La modificación de la antena del ESP32-C3 SuperMini es una solución práctica y económica para mejorar el alcance y la estabilidad de la conexión WiFi en este módulo. Al implementar esta sencilla mejora, los desarrolladores pueden superar las limitaciones inherentes al diseño compacto del dispositivo y aprovechar al máximo sus capacidades en proyectos de IoT y aplicaciones inalámbricas.