La Antena Yagi (Parte 2)

Luego de analizar el principio de funcionamiento de esta singular antena, veremos cómo realizar su construcción, paso a paso, con todos los elementos necesarios para obtener un funcionamiento correcto. Además del armado mecánico y físico de la antena, veremos algunos conceptos importantes sobre las unidades de ganancia (los decibeles o decibelios), los diferentes métodos de uso de estas antenas y por supuesto, su comparación respecto a antenas elementales. Con la teoría, la demostración y los ensayos realizados, sólo te resta realizar algunas operaciones matemáticas sencillas y construir tu propia antena Yagi. ¡A trabajar!

Existe una antena ideal que no es otra cosa que un modelo, o ente matemático y se llama Antena (o Radiador) Isotrópica. En su concepto ideal es un punto en el espacio que es capaz de irradiar señales en todos los sentidos por igual. Es como si fuera un punto luminoso dentro de una esfera que puede iluminar todo su interior en forma uniforme. Esta sería una antena “adireccional”. En la práctica, todas las antenas presentan algún grado de direccionalidad que sería la aptitud de la antena para concentrar la radiación en una dirección definida o, en su defecto, en algunas direcciones más intensamente que en otras.

Aquí aparece entonces, un tipo de antena más teórico que la antena elemental que conocíamos y que era el dipolo de media onda o, en su defecto, la antena vertical de un cuarto onda. Esta antena isotrópica por lógica, no posee ganancia alguna, ya que irradia en todos los sentidos por igual, mientras que cualquier antena física es capaz de emitir (o recibir) señales en algún sentido más intenso que en otro. De este modo, se considera que la antena isotrópica posee 0dB de ganancia, mientras que “se considera” que el dipolo de media onda o la antena vertical de un cuarto de onda tienen una ganancia de 2,15dBi, “decibeles respecto a la isotrópica”

Para diferenciar en forma correcta sobre qué tipo de modelo se define la ganancia de una antena, a la unidad de medición se le agrega la letra “i”, en el caso de que se considere como referencia la antena isotrópica. Por ejemplo, en la entrega anterior mencionamos que una antena Yagi de 3 elementos poseía una ganancia de 8,5dB. Esto nos expresa una ganancia respecto a un dipolo de media onda.

Si la “referencia” es una antena isotrópica, la ganancia será de 11dBi (presta atención a la unidad “dBi”). Muchos fabricantes de antenas colocan entre las características de la antena su valor de ganancia expresado en dBi. Esto suele ser una “trampilla” para aparentar tener más ganancia de transmisión o recepción, cuando en realidad una de 10dB tendrá más alcance que una de 11dBi, porque esta última tendrá 8,5dB, o poco más de eso en realidad. El cambio de unidades favorece la confusión de quien recién se inicia y se presta a comprar antenas que luego no tienen el rendimiento esperado.

Pero, ¿que es el decibel? En telecomunicaciones, es una unidad que surge de la relación entre la potencia de salida respecto a la potencia de entrada. Aquí debemos interpretar potencia como la intensidad de señal, ya sea en transmisión como en recepción. En forma escrita sería: 10 veces el logaritmo en base 10 del cociente entre la potencia de salida y la potencia de entrada, mientras que la fórmula es la que encuentras a la izquierda de este texto.

Si el resultado es igual a cero, no existe ganancia, si es menor a cero existe atenuación (pérdida) y sólo si es mayor a cero existe ganancia. Por lo tanto, debemos tener cuidado al leer las especificaciones de una antena, en particular cuando los fabricantes hablan de ganancia de señal. Una vez que tenemos asimilado el conocimiento de lo que es un decibel (o decibelio) en comunicaciones, lo que es un dBi y lo que es una antena isotrópica, todo relacionado al dipolo de media onda simple, podemos avanzar hacia la construcción de nuestra antena direccional Yagi  que ya vimos en teoría en la entrega anterior.

Como mencionamos antes, separaciones entre elementos de 0,15 a 0,35 longitudes de onda, son aceptables en la construcción. Recordemos que a medida que acercamos elementos al irradiante, la ganancia se incrementa, se estrecha el haz de radiación y se hace más angosto el ancho de banda de la antena. Debemos tener presente que el ancho de banda de una antena es la capacidad de desplazamiento que tendrá la antena, desde una frecuencia de trabajo a otra, sin variar su nivel de ganancia, ni incrementar su relación de ondas estacionarias (ROE).

Por ejemplo, desde 430Mhz hasta 450Mhz (con centro en 440Mhz) tenemos un “ancho de banda” de 20Mhz,  pero si hablamos de 435Mhz a 445Mhz (también con centro en 440Mhz) el ancho de banda se habrá reducido a la mitad. Por lo tanto, una medida que combina una ganancia adecuada y un tamaño aceptable, puede ubicar la separación entre elementos en 0,2 y 0,25 longitudes de onda. UHF es considerada la banda de 70 centímetros de longitud de onda y en este caso (0,25), la separación entre elementos será de  17,5 centímetros.

En el caso de los elementos pasivos, tenemos también el conocimiento de que los directores serán más cortos que el irradiante mientras que el reflector (usaremos uno solo) será más largo. Aquí, en forma empírica, se combina la teoría de ajustar las medidas de los elementos pasivos en un 5% y además se combina con la frecuencia de resonancia más baja y la más alta a las que trabajará nuestra antena. Es decir, cortamos los directores en una medida de “compromiso” que se ubicará entre el 5% teórico y la mayor frecuencia que intentaremos cubrir.

Lo mismo hacemos en el caso del reflector, con la mínima frecuencia que pretendamos trabajar. De este modo, obtuvimos un director de 0,317 metros, dos de 0,325 metros, uno de 0,328 metros (igual que el irradiante) y el reflector de 0,334 metros. Con esas longitudes y aplicando la fórmula del dipolo de media onda nos queda una frecuencia máxima (director más corto) de 449,52Mhz y una mínima de 426,64Mhz, definida “en pretensiones” por la longitud del reflector. Por su parte, el irradiante y un director (el inmediato a él hacia el frente de la antena) quedó cortado para resonar en la frecuencia de 434Mhz, lo más próximo posible a nuestro objetivo, 433,92Mhz.

Recordemos que en última instancia, la longitud del conductor central que forma el adaptador gamma será quien dictamine el centro de banda de trabajo de la antena. El punto de cortocircuito de la abrazadera, a lo largo del “capacitor” (o condensador) que forma el Gamma-Match, determinará por otro lado, la mínima ROE de la antena.

El armado del adaptador Gamma-Match, puede resultar algo complejo de comprender o de lograr mecánicamente en los primeros montajes, pero con paciencia y algunos materiales específicos, la tarea se torna sencilla. Un disipador de una fuente de ordenador en desuso, con muchas aletas puede brindarnos el elemento indicado que necesitamos para esta necesidad. Un punto, importante a tener en cuenta, es que debemos realizar esta abrazadera “cortocircuitante” tan estrecha como sea posible.

La teoría hablaría de un alambre haciendo contacto en un punto único, pero en la práctica un centímetro es una buena medida. Si no eres muy hábil en los trabajos artesanales, ésta puede ser la parte más compleja de la construcción, pero no te preocupes, siempre aparece alguien con una nueva idea y con soluciones alternativas a la falta de imaginación, que a veces suele invadirnos.  Los aficionados a la radio nos caracterizamos por ese motivo (entre tantos).

Buscamos soluciones en las cosas cotidianas. Si esperamos algún tipo de manufacturación especial y por encargue o por pedido, no sólo que nos perderemos muchos días de disfrutar una nueva antena sino que además, nuestra instalación de equipos puede ser útil para ayudar a personas que no tengan otra cosa que una radio para pedir ser rescatadas de una situación comprometida.

Una vez terminado el montaje de la antena, nos resta ajustarla a la frecuencia de trabajo deseada, medir su relación de ondas estacionarias y darle el toque definitivo de terminación. Si deseas dejar instalada la antena en forma permanente en el exterior puedes cubrirla con una capa de laca o pintura. Eso no alterará el funcionamiento de la antena. Por el contrario, ayudará a preservarla por más tiempo ya que la radiación ultravioleta, que emite el sol, es destructiva para el aluminio.

Un aluminio expuesto durante años a las inclemencias del tiempo se convierte, poco a poco, en un material muy fácil de romper, casi comparable a una cáscara de huevo por lo tanto, un recubrimiento exterior, será una idea muy acertada. En nuestro caso será una antena portátil con boom de madera y no le haremos ningún tratamiento especial, pero tú sabrás el tipo de antena que construirás y que destino le darás, por lo tanto, serás quien decida esta parte del desarrollo.

ero antes que nada, debemos ajustarla y el procedimiento es el que te mostramos en el video. Escribir cada detalle de lo que podrás apreciar en el video ocuparía demasiado espacio y quizás no quedaría explicado de la mejor manera, por este motivo un video habla por sí mismo y muestra mejor que nadie la realidad a imitar.

Una vez ajustada la antena, sólo nos resta conectarla en forma directa al equipo donde deseamos utilizarla y comenzar dos caminos: uno es disfrutarla y el otro será iniciar el estudio de una antena mejor. Creas o no, es lo que nos sucede a todos los aficionados “que aspiramos a mejorar y crecer”, luego de construir una antena y al comenzar a utilizarla. Recuerda esto que es muy importante: este método empleado es el mismo para cualquier banda, para cualquier frecuencia, para cualquier longitud de onda.

Es decir, ¿deseas hacer una antena para 315Mhz? Este es el método. ¿Deseas tener una antena para 144Mhz? Este es el método. Cualquier antena Yagi que quieras construir podrás alcanzarla con este procedimiento. Sólo cambiarán las dimensiones al cambiar la longitud de onda de la frecuencia de trabajo deseada.

Imagina lo siguiente: para una frecuencia de 2,4Ghz (2400Mhz) la longitud de onda es de (300/2400Mhz) 12,5 centímetros, por lo tanto, una separación de 0,25 longitudes de onda será de tan sólo 3,12 centímetros. Por su parte, ¡un irradiante será (142,5/2400Mhz) de 5,93 centímetros de longitud! Imagínate ahora que una antena del ancho de la pantalla de tu ordenador puede ser una Yagi para Wi-Fi o Bluetooth de casi 15 elementos (o más, si utilizas 0,2 longitudes de onda para el espaciado entre elementos).

Con más de 15 elementos podrás alcanzar una ganancia de unos 20dB o más (¡100 veces más señal!). En ese caso, podrás captar redes Wi-Fi a mucha más distancia de la que te permite tu dispositivo, y mucho más aún si logras elevarla por sobre el techo de tu casa. Si alguna vez has visto que las grandes antenas para Wi-Fi tienen forma tubular, ahora comprenderás que en el interior de ese tubo tienen una simple antena Yagi que tú mismo puedes construir.

Una antena del ancho de la pantalla de tu ordenador puede ser una Yagi para Wi-Fi o Bluetooth de casi 15 elementos