La antena en forma de F invertida es una evolución de la ampliamente utilizada antena monopolo de cuarto de onda, que consiste en una varilla conductora montada perpendicularmente sobre un plano de tierra conductor, alimentada en su base. La antena en forma de F de alambre fue inventada en la década de 1940.^[1]​ En esta antena, la alimentación se conecta a un punto intermedio a lo largo de la longitud de la antena en lugar de a la base, y la base de la antena está conectada al plano de tierra. La ventaja de esto es que la impedancia de entrada de la antena depende de la distancia del punto de alimentación al extremo conectado a tierra. La porción de la antena entre el punto de alimentación y el plano de tierra actúa esencialmente como un stub de cortocircuito. Así, el diseñador puede adaptar la antena a la impedancia de la línea de alimentación ajustando la posición del punto de alimentación a lo largo del elemento de la antena.

La antena en forma de L invertida es una antena monopolo doblada para discurrir paralela al plano de tierra. Tiene la ventaja de ser compacta y de menor longitud que el monopolo de , pero la desventaja de una impedancia muy baja, típicamente de solo unos pocos ohmios si se alimenta en la base, mientras que un monopolo de alimentado en la base tiene una impedancia de 36,5 Ω.^[2]​ La antena en forma de F invertida combina las ventajas de ambas antenas; tiene la compacidad de la antena en forma de L invertida y la capacidad de adaptar la impedancia del circuito de alimentación (a menudo 50 Ω en un circuito impreso) como la antena en forma de F.^[3]​

La antena en forma de F invertida fue propuesta por primera vez en 1958 por el grupo de Harvard liderado por Ronold W. P. King.^[4]​ La antena de King era de alambre y estaba destinada al uso en misiles para telemetría.^[5]​

Una antena en forma de F invertida planar (PIFA) se utiliza para circuitos inalámbricos implementados en Microstrip. Una antena en forma de F invertida impresa puede implementarse en la forma clásica de F invertida, generalmente a un lado de la placa de circuito donde se ha eliminado el plano de tierra debajo de la antena. Sin embargo, otro enfoque es una antena de parche modificada, la antena de parche cortocircuitada.

En este enfoque, un borde del parche, o algún punto intermedio, se conecta a tierra con pines de conexión a tierra o vías hasta el plano de tierra. Esto funciona bajo el mismo principio que una antena en forma de F invertida; vista de lado, se puede ver la forma de F, solo que el elemento de la antena es muy ancho en el plano horizontal.^[6]​ La antena de parche cortocircuitada tiene un ancho de banda más amplio que el tipo de línea delgada debido a la mayor área de radiación.^[7]​ Como el tipo de línea delgada, la antena de parche cortocircuitada puede imprimirse en la misma placa de circuito impreso que el resto del circuito. Sin embargo, comúnmente se imprime en su propia placa o en un dieléctrico fijado a la placa principal. Esto se hace para que la antena pueda estar suspendida y, efectivamente, esté en un dieléctrico de aire, a una mayor distancia del plano de tierra de lo que estaría de otra manera, o para que el dieléctrico utilizado sea un material más adecuado para el rendimiento de radiofrecuencia.^[8]​

El término PIFA está reservado por muchos autores (por ejemplo, Sánchez-Hernández^[9]​) para la antena de parche cortocircuitada donde el elemento de la antena es ancho con el plano de tierra debajo. El tipo de línea delgada de antenas en forma de F invertida con el plano de tierra a un lado, como A y B en el diagrama, se denominan simplemente IFA incluso si están en formato planar. Un autor puede incluso llamar a una IFA de este tipo una antena en forma de F invertida impresa, pero aún reservar PIFA para el tipo de parche cortocircuitado (por ejemplo, Hall y Wang.^[10]​)

Una configuración común para una antena de parche cortocircuitada es colocar el pin de cortocircuito lo más cerca posible de una esquina con el pin de alimentación relativamente cerca del pin de cortocircuito. En esta configuración, la frecuencia de resonancia se da aproximadamente por, : :donde :f0 es la frecuencia de resonancia :w, b son el ancho y la longitud del parche :c es la velocidad de la luz :εr es la constante dieléctrica del sustrato. Esta fórmula solo es válida si la antena no se ve afectada por dieléctricos cercanos, como la carcasa del dispositivo.^[11]​

Otra variación que puede encontrarse es la antena en forma de F invertida meandrada (MIFA). Cuando no hay suficiente espacio en la placa para extender una antena a la longitud requerida, la antena puede meandrarse para reducir su altura mientras se mantiene su longitud eléctrica diseñada.^[12]​ Esto puede compararse con el enrollamiento de una antena como se encuentra en la antena de pato de goma.^[13]​

Las antenas en forma de F invertida tienen anchos de banda estrechos. Un ancho de banda más amplio puede lograrse alargando la antena, lo que aumenta su resistencia de radiación. Otra solución es colocar dos antenas en estrecha proximidad. Esto funciona porque los resonadores acoplados tienen un ancho de banda más amplio que el de cada resonador por sí solo. La mayoría de las técnicas para producir antenas multibanda también son efectivas para ampliar el ancho de banda.^[14]​

La necesidad de antenas multibanda surge con dispositivos móviles que necesitan operar entre países y redes donde las bandas de frecuencia utilizadas pueden ser diferentes. Quizás el diseño más simple conceptualmente, reportado por primera vez en 1997,^[16]​ es anidar dos antenas de parche PIFA una dentro de la otra. Otra técnica es insertar una o más líneas de espuela en el parche, lo que tiene el efecto de resonadores acoplados que amplían la banda. Otras técnicas dependen de la generación de múltiples modos, lo que resulta en un diseño más compacto. Ejemplos de esto son el patrón de ranura en C, que es un patrón similar al filtro interdigital, y el patrón meandrado apretado mostrado como C y D en el diagrama, respectivamente.^[17]​

Las antenas en forma de F invertida se utilizan ampliamente en dispositivos inalámbricos portátiles compactos donde el espacio es limitado. Esto incluye teléfonos móviles y tabletas que usan transmisiones inalámbricas como GSM, Bluetooth y Wi-Fi.^[18]​ La antena en forma de F invertida planar es la antena interna más frecuentemente utilizada en diseños de teléfonos móviles.^[19]​ Estas antenas también son útiles para telemática de vehículos. Los fabricantes de vehículos prefieren usar antenas que sigan los contornos del vehículo por razones de estilo y aerodinámica. Las PIFA multibanda pueden usarse para combinar las alimentaciones de antena para teléfono móvil, navegación por satélite y radio de coche.^[20]​

Estas antenas se han utilizado para aplicaciones de telemetría en rangos de pruebas militares, incluyendo aquellos que soportan los estándares del Grupo de Instrumentación Inter-Rangos.^[21]​

Se ha propuesto una PIFA de doble banda en forma de R para su uso en vehículos militares. Las bandas a cubrir son 225 MHz y 450 MHz. Estas frecuencias están en la misma proporción que las bandas GSM de teléfonos móviles a 900 MHz y 1,8 GHz, por lo que el diseño también podría usarse para esta aplicación si las dimensiones se redujeran proporcionalmente.^[22]​

1. ↑ Waterhouse & Novak, p. 19
2. ↑ Hall et al., pp. 197–198
3. ↑ Hall et al., pp. 197–198, Yarman, p. 67
4. ↑ King, Harrison & Denton (1958, 1960)
5. ↑ Petosa, p. 62, Prasad & King, pp. 449, 452
6. ↑ Hall et al., pp. 198–199
7. ↑ Yarman, p. 68
8. ↑ Hall et al., pp. 200, 209
9. ↑ Sánchez-Hernández, pp. 16–22
10. ↑ Hall & Wang, p. 96
11. ↑ Hall et al., pp. 199–200, Yarman, pp. 68–69
12. ↑ Kervel, pp. 1, 3–4
13. ↑ Cohen, p. 43: "Viendo el pato de goma como una línea de meandro tridimensional usando una hélice, es fácil ver que son posibles otros intentos de miniaturización."
14. ↑ Hall et al., p. 200
15. ↑ Hall et al., pp. 221–222, Kin-Lu et al., pp. 223–225
16. ↑ Liu et al., p. 1451
17. ↑ Hall et al., pp. 203–204
18. ↑ Hall et al., p. 197
19. ↑ Yarman, p. 67
20. ↑ Hall et al., p. 222
21. ↑ Barton, 2017
22. ↑ Ali et al., p. 29

• Ali, M.; Guangli Yang; Huan-Sheng Hwang; Sittironnarit, T., "Design and analysis of an R-shaped dual-band planar inverted-F antenna for vehicular applications", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 53, vol. 1, pp. 29–37, enero 2004.
• Barton, "Nosecone Inverted-F (IFA) for S-Band Telemetry", DTIC, 2017
• Cohen, N., Fractal antenna applications in wireless telecommunications", Professional Program Proceedings: Electronics Forum of New England, 1997, pp. 43–49, 6–8 mayo 1997, IEEE  ISBN 0780339878.
• Hall, Peter S.; Lee, E.; Song, C. T. P., "Planar inverted-F antennas", pp. 197–227, in Waterhouse, Rod (ed), Printed Antennas for Wireless Communications, John Wiley & Sons, 2008  ISBN 0470512253.
• Hall, Peter S.; Yang Hao, Antennas and Propagation for Body-Centric Wireless Communications, 2nd ed., Artech House, 2012  ISBN 1608073769.
• Kervel, Fredrik, 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz inverted F Antenna, Texas Instruments, Design Note DN023 30 setiembre 2011.
• Kin-Lu Wong, Yen-Yu Chen, Saou-Wen Su, Yen-Liang Kuo, "Diversity dual-band planar inverted-F antenna for WLAN operation", Microwave and Optical Technology Letters, vol. 38, vol. 3, pp. 223–225, 5 agosto 2003.
• King, Ronold W. P.; Harrison, C. W., Jr.; Denton, D. H., Jr., "Transmission-line missile antennas", Sandia Corp Technical Memo 436-58, vol. 14, noviembre 1958.
• King, Ronold W. P.; Harrison, C. W., Jr.; Denton, D. H., Jr., "Transmission-line missile antennas", IRE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 8, vol. 1, pp. 88–90, enero 1960.

• Petosa, Aldo, Frequency-Agile Antennas for Wireless Communications, Artech House, 2013 ISBN 1608077691.
• Prasad, Shiela; King, Ronold W. P., "Experimental study of inverted L-, T-, and related transmission-line antennas", Journal of Research of the National Bureau of Standards, vol. 65, no. 5, pp. 449–454, setiembre–octubre 1961.
• Sánchez-Hernández, David A., Multiband Integrated Antennas for 4G Terminals, Artech House, 2008 ISBN 1596933984.
• Waterhouse, Rod; Novak, Dalma, "Wireless systems and printed antennas", pp. 1–36, in Waterhouse, Rod (ed), Printed Antennas for Wireless Communications, John Wiley & Sons, 2008 ISBN 0470512253.
• Yarman, Binboga Siddik, Design of Ultra Wideband Antenna Matching Networks, Springer, 2008 ISBN 1402084188.