Routers, extensores de señal, tarjetas de red, puntos de acceso inalámbrico, centros multimedia, o impresoras inalámbricas, son solo algunos de los aparatos que llevan incorporada una antena. De las características de la misma depende que estos dispositivos funcionen adecuadamente para el propósito para el que se les necesita, así como el rendimiento de los mismos.
El funcionamiento de las antenas es una materia compleja y, al igual que ocurre con las cámaras digitales, existe bastante confusión sobre las cifras que los fabricantes ponen en la caja y en cómo influencian sus prestaciones reales. Si en las cámaras digitales los fabricantes han querido siempre dar a entender que cuantos más megapíxeles mejor, en el caso de las antenas la tónica es cuantos más dBi mejor.
En el caso de las antenas esto es algo que se aleja bastante de la realidad pues, de hecho, en función de cómo necesites que sea la cobertura que proporcione el dispositivo, puede que te interese una con menos dBi. Este artículo pretende aclarar los conceptos básicos sobre el funcionamiento de las antenas, mostrar los tipos más comunes y explicar cómo funcionan en la práctica, para poder orientar la compra de aquella que más nos convenga según nuestras necesidades.
Tipos básicos de antenas
Las antenas pueden dividirse en dos grandes grupos según como irradian: omnidireccionales y direccionales. Las antenas omnidireccionales radian en todas las direcciones, idealmente lo harían por igual en todas las direcciones, como si se tratara de una esfera. Las antenas direccionales, por el contrario irradian concentrando la señal en una dirección específica.
La siguiente figura representa el patrón de radiación en 3D de una antena omnidireccional y una direccional. En el punto donde se cruzan los tres ejes sería donde estaría ubicada la antena.
¿Hasta dónde llega mi antena?
Antes de profundizar en los tipos de antenas omnidireccionales y direccionales más frecuentes explicaré las características básicas que definen a ambos tipos de antenas, y que serán las que tendremos que tener en cuenta para saber cómo irradian, así como para hacerse una idea de hasta donde podrían llegar.
La tendencia de una antena a concentrar la señal en una dirección específica se conoce como ganancia y se mide decibelios (dB). En Hispanoamérica se emplea más comúnmente el termino decibeles en lugar de decibelios.
Para explicar a qué se refiere esta unidad de medida pondré un ejemplo práctico. Imaginemos una antena omnidireccional que irradiara como una esfera perfecta, uniforme y con la misma intensidad en todas las direcciones, esta tendría 0dB. Una antena omnidireccional con una ganancia de 2dB irradiaría con una forma similar a la Tierra (esfera achatada por los polos) y una de 15 dB radiaría en una forma similar a la de un plato, prácticamente en horizontal.
De esta forma, si pusiéramos la antena omnidireccional de 15 dB en un edificio, y la señal irradiara principalmente en el plano horizontal, esta claro que nunca llegaría a los pisos de arriba o de abajo. Este concepto se aplica igualmente a las antenas direcciónales, así que os podéis imaginar que si tenéis una antena direccional como la que aparece en la figura anterior, con una ganancia de 20 dB, más os valdría apuntar bien al receptor de la señal, porque esta estaría muy concentrada.
Realmente no existen antenas perfectas ya que no somos capaces de fabricarlas y cualquier antena construida tendrá cierta ganancia en una dirección. El motivo de mencionar esta antena es que se emplea como modelo teórico, a modo de referencia para compararla con otras antenas. Más concretamente existen dos antenas que se emplean comúnmente como modelo:
- Radiador isotrópico: Una antena imaginaria omnidireccional perfecta que irradia como una esfera perfecta, uniforme y con la misma intensidad en todas las direcciones.
- Dipolo estándar o ideal: Antena casi perfecta tipo dipolo que cuando opera en condiciones controladas de laboratorio muestra un comportamiento acorde a un estándar establecido para antenas dipolo.
Si comparamos la ganancia de una antena con la del radiador isotrópico emplearemos la unidad dBi (decibelios sobre radiador isotrópico) y si lo hacemos sobre el dipolo ideal emplearemos dBd (decibelios sobre dipolo estándar). Generalmente, cuando compres un aparato que disponga de antena la información en la caja aparecerá en dBi, por la sencilla razón de que tiene un valor más alto pero realmente no es útil ya que lo estamos comparando con una antena imaginaria. Existe una fórmula para pasar de dBi a dBd: X dBd = X dBi - 2.15. Esto quiere decir que una antena de 8 dBi sería el equivalente a 5.85 dBd.
Concentrar la señal en una dirección específica nos va a permitir que esta llegue más lejos a una misma potencia de transmisión, pero perdiendo cobertura en el resto de direcciones. Así pues, si queremos conocer el alcance de nuestra antena también nos hará falta saber la potencia de transmisión, que se puede expresar en watios o en dBm. El efecto multiplicador que existe entre la ganancia y la potencia produce que cada 3dB de ganancia equivalga a duplicar la potencia del transmisor. Recordemos una vez más que este efecto es causado por la concentración de energía en una dirección, por lo que no es gratis, como explicaba en el ejemplo anterior de la antena omnidireccional de 15 dB.
Además debemos tener en cuenta que las comunicaciones por Wi-Fi no son como las que se emplean para escuchar radio, donde la antena de tu receptor solo escucha. En una conexión Wi-Fi los distintos elementos que forman parte de la red suelen comunicarse entre ellos por lo que transmiten y reciben; esto quiere decir que aunque tuvieras un router con una antena capaz de enviar una señal a 50 km de distancia, de poco te iba a servir si el ordenador que intenta conectarse tiene una tarjeta de red que no supera los 50 metros
Antenas omnidireccionales más frecuentes
Dipolo
El dipolo es el tipo de antena más simple y más empleada, está formada por dos elementos conductores colineales de igual longitud. La siguiente figura muestra algunas antenas de este tipo, donde podéis diferenciar los dos elementos radiantes.
Seguramente ahora estaréis pensando "en mi vida he visto yo nada parecido a ese tipo de antenas para wi-fi"; pues bien, lo creais o no, las siguientes antenas también son dipolos, aunque no lo parezcan por su encapsulado en plástico negro.
Como se muestra en la siguiente imagen, una antena tipo dipolo puede encontrarse dentro de este encapsulado tan típico (1), pero también dentro de otros como paneles (2) o incluso impresos en una placa (3).
En cualquier caso, lo que debemos tener claro es que el patrón de radiación de una antena dipolo es el que se vió en la primera figura de este artículo y el efecto que causan en ella que tenga más o menos dBi.
Antenas colineales
Cuando se habla de antenas colineales (collinear antenna arrays, en inglés) se suele hacer referencia a antenas construidas mediante varios dipolos de forma que cada uno de ellos queda situado paralela y colinearmente a los otros; lo que significa que están colocados a lo largo de una línea o eje. En la imagen podéis ver dos antenas colineales profesionales, donde se distinguen muy bien los dipolos, una antena casera construida simplemente a partir de “un alambre y vueltas” (la lata de Pringles y los CDs son solo para hacer una base, no tiene que ver con la radiación de la antena) y una antena comercial para WiFi “destripada”, donde se pueden ver los distintos elementos soldados.
El objetivo de apilar múltiples dipolos verticalmente de forma colinear es el de aumentar el poder irradiado en direcciones horizontales y reducir la irradiación hacia el cielo y hacia hacia la tierra, donde generalmente no es útil. Por supuesto, si queremos proporcionar cobertura a distintos pisos habrá que tener esto en cuenta, pero pensemos que los pisos generalmente tienen una altura de menos de 3 metros mientras que la planta de una casa ocupa bastante más, por lo que nos sigue interesando que irradie más en la horizontal que en la vertical.
Antenas guíaondas
Estas antenas están formadas por un tubo conductor hueco, que puede ser rectangular o circular (o incluso grabarse dentro de una placa) a través del cual se propagan las ondas electromagnéticas. Las ondas son guiadas a través del tubo por donde se van reflejando. Estas antenas deben estar totalmente hechas de metal y tener unas dimensiones exactas de acuerdo con la frecuencia y longitud de onda de la señal, ya que sólo van a poder guíar las ondas para las que se haya preparado la antena. En la imagen podéis ver una antena guíaondas comercial rectangular y una casera circular hecha con una lata.
La antena fabricada con una lata, más concretamente se trata de la Tin can antenna , un modelo de antena Wi-Fi casera que adquirió bastante popularidad, por ser sencilla de construir y dar muy buenas prestaciones. A continuación os dejo unas fotos del interior y lateral, así como un esquema de su construcción rescatadas de un curso que preparé hace ya unos añitos.
La última imagen sobre este tipo de antenas es el patrón de radiación en 3d de la Tin can antenna os habréis dado cuenta de que no parece una antena omnidireccional porque claramente predomina una dirección, bien, esto es porque la tapa de la lata actúa de reflector, de no ser por esto, sería mucho más omnidireccional.
Antenas direccionales más frecuentes
Yagi
Este tipo de antenas fueron concebidas por los japoneses Hidetsugu Yagi y Shintaro Uda, de quienes toman su nombre, a veces se refieren a ellas como Yagi-Uda, pero el pobre Uda no suele aparecer en los créditos y comunmente se conocen simplemente con el nombre de Yagi. Se basa en una estructura simple de dipolo, combinada con elementos parásitos conocidos como reflector y directores (los "palitos" a lo largo de la antena), y que permiten construir una antena direccional de muy alto rendimiento. Es la típica antena de televisión y también en la que está basada uno de los modelos de antena Wi-Fi casera más conocidos, el de la lata de Pringles.
Al contrario de lo que piensa mucha gente, la caja de Pringles es básicamente el soporte de la antena, en concreto una antena tipo Yagi que se distingue muy bien en las imágenes anteriores. De igual forma, el resto de los elementos circulares de plastico y cartón que se observan en la antena están destinados simplemente a que se sujete mejor la antena una vez montada. En la siguiente imagen se puede ver una antena de Pringles montada y funcionando con el patrón de radiación típico de las antenas Yagi.
Antenas de Panel
Las antenas de panel en su versión más básica consisten en una placa o lámina conductora que adopta distintas formas y tamaños en función de la señal que quiera transmitir. El patrón de radiación puede variar sustancialmente atendiendo a la forma de la placa y a sí se coloca en solitario o formando un conjunto, pero con caracter general todas son muy direccionales, radiando casi en su totalidad en el plano horizontal o en el vertical. En la imagen se muestra una antena de panel casera, elaborada a partir de una placa de circuito impreso, que luego se ha metido en una bonita caja, lo que le hace parecer una antena comercial.
Las antenas de panel se basan en la teoría de las antenas sectoriales, operan en ángulos específicos y son direccionales, pero en cierto sentido se podrían situar entre las omnidirecionales y otras antenas direccionales como la Yagi. Por un lado tienen un mayor alcance que las omnidireccionales pero no operan en todas direcciones y por otro, concentran la señal como las direccionales pero sin
el alcance y la efectividad de estas para concentrar como éstas. Para aclarar esto, la siguiente imagen muestra el patrón de radición característico de una antena de panel y un esquema (a modo ilustrativo) que muestra los patrones de radiación omnidireccional, sectorial y direccional.
Parabólicas
Las antenas parabólicas, se basan en situar un panel reflector (reflector parabólico) que permite concentrar la señal en un punto (foco) o reflejarla en una dirección específica si se coloca un elemento emisor en ese punto.
La imagen anterior muestra una antena parabólica donde aparece destacado el foco, en donde se encuentra situado un elemento radiante, concretamente una antena de bocina, que es un tipo de antena guía ondas. A su lado se muestra como actúan distintos tipos de reflectores: elíptico (1), plano (2) y parabólico (3), la letra S muestra la situación del foco.
Lo realmente importante en este caso es conocer que el elemento radiante que se encuentra en el foco puede ser cualquier antena, por lo que se podría reciclar una antena parabólica de televisión y convertirla en una parabólica para Wi-Fi, simplemente cambiando esta pieza. En la siguiente imagen se puede ver esta transformación-
En el foco se podría colocar un dipolo, una guía ondas, de panel o incluso colocar un dispositivo Wi-Fi USB, sea cual sea la antena que lleve dentro. A continuación una parabólica casera elaborada con un dispositivo Wi-Fi USB y uno de esos aparatos para cocinar al vapor.
Resumen y consejos finales
- Más dBi no significa mejor antena, simplemente significa que es más direccional. Para saber "hasta donde llega tu antena" también deberás conocer la potencia de emisión que se suele expresar en watios.
- Deberás tener en cuenta que las comunicaciones por wi-fi no son como las que se emplean para escuchar radio, donde la antena de tu receptor solo escucha, aunque tuvieras un router con una antena capaz de enviar una señal a 50 km de distancia, de poco te iba a servir si el ordenador que intenta conectarse tiene una tarjeta de red que no supera los 50 metros
- Plantéate a que zonas quieres dar cobertura antes de elegir tu antena y su ganancia, que generalmente te darán en dBi.
- Los routers generalmente tienen antenas omnidireccionales, por lo que colocarlo en el suelo (a menos que quieras que llegue al piso de abajo), en un extremo de la casa o junto a una ventana generalmente será un desperdicio y facilitará que otros se conecten. Procura situarlo en el centro de la casa.
- En cualquier caso, comprueba el tipo de antena de tu router y colócalo en el lugar más indicado según como sea su patrón de radiación. Algunos routers permiten conectar distintas antenas y puede que te convenga emplear una antena direccional.
- Evita colocar el router cerca de electrodomésticos u otros aparatos que puedan causar interferencias.
- Si tu router tiene varias antenas, colócalas alineadas en distintas posiciones.
- Los routers que te proporcionan las operadoras de acceso a internet suelen ser muy limitados, presentan complicaciones con algunos extensores de señal y problemas de seguridad, si tienes la oportunidad, adquiere otro de mejor calidad.
