Aclaración sobre la ganancia de las antenas. Por Santos EA4AK

 

ea4akLa única antena sin ganancia es un radiador puntual (radiador isotrópico) en el espacio, que radia
teóricamente energía por igual en todas direcciones (eso es lo que significa literalmente “isotrópico).
Un dipolo ideal en el espacio (situación ideal, sin perdidas, sin ninguna interacción con un plano de
tierra infinitamente lejos) tiene un diagrama de radiación en forma de “donut” y, al redistribuir la energía
total de ese modo, muestra ganancia en la dirección privilegiada (perpendicular al dipolo). Su ganancia
es de aproximadamente 2,15 dB sobre el radiador isotrópico, es decir 2,15 “dBi” (dBi = ganancia sobre
radiador isotrópico). Pero este dato nos vale de poco a los radioaficionados –a efectos prácticos-
porque nuestras antenas están siempre sobre tierra real.
 
–Ganancia del dipolo en dBi = Ganancia en dBd + 2,15
–La ganancia de un dipolo en el espacio es de 2,15 dB respecto a un isotrópico.
 
Cuando colocamos un dipolo sobre un plano de tierra real, se produce en él una fortísima redistribución
de la energía y desaparece el diagrama en forma de “donut”, para aparecer otro tipo de diagramas de
radiación, en función de la distancia al suelo. Esta redistribución de la energía radiada da lugar a una
mayor ganancia.
 
La ganancia es una magnitud comparativa. En el caso de un dipolo sobre tierra lo lógico es hablar de
dB sobre el mismo dipolo en el espacio.
 
En el caso de una Yagi tenemos dos alternativas iniciales: hablar de sus dB sobre un dipolo en el
espacio, o de su ganancia en dB sobre el mismo dipolo en la misma situación sobre tierra (es decir,
sobre el dipolo en el mismo sitio pero sin los elementos parásitos).
A la primera ganancia (sobre dipolo en el espacio) podemos llamarla Ganancia Total. A la segunda cifra
(sobre dipolo a la misma altura) podemos llamarla Ganancia Neta, que es la ganancia resultado de
ponerle a un dipolo varios elementos parásitos delante (directores) y detrás (reflector). La adición de
elementos parásitos produce en el dipolo una más intensa redistribución de la energía radiada y, por
tanto, una mayor ganancia.
 
–La Ganancia Total de una Yagi es su ganancia respecto a un dipolo en el espacio.
–La Ganancia Total de una Yagi es la ganancia de los elementos parásitos + la ganancia por estar
sobre tierra real.
 
MÁXIMA GANANCIA DE UN DIPOLO
¿Cuál es la máxima ganancia teórica de un dipolo “pelao” sobre el suelo respecto al mismo dipolo en el
espacio? La respuesta es aproximadamente de 5 a 6 dB. Podemos llamar a esta ganancia “Ganancia
de Tierra”. Tres de esos dB tiene su origen en que la energía total que se inyecta en el dipolo se radia
sobre “media esfera”, mientras que un dipolo en el espacio ilumina una “esfera completa”. Al dividir por
2 el espacio en el que se radia la energía la ganancia resultante son 3dB. Los otros dos o tres dB son el
resultado de la interferencia constructiva de la onda que abandona directamente el dipolo con la onda
reflejada en la tierra inmediatamente debajo del dipolo (por eso depende de la calidad del suelo). Esta
ganancia adicional varía con la calidad del suelo y sobre todo con la altura. Cuanto más alto está un
dipolo su energía se reparte entre más lóbulos de radiación
(un dipolo tiene tantos lóbulos de radiación
como medias longitudes de onda esté sobre el suelo). Con la altura el diagrama se radiación se hace
más complejo y el lóbulo principal, más estrecho y más bajo.

 
-La ganancia de un dipolo sobre tierra real sobre el mismo dipolo en el espacio es de 5 a 6 dB.
-Podemos llamar “Ganancia de Tierra” a los 5 o 6 dB que gana un dipolo al colocarlo sobre tierra.

Un dipolo de media onda para 14 MHZ situado a 20 m de altura (1 longitud de onda) tiene un lóbulo
principal de radiación con 5,5 dB de ganancia sobre ese mismo dipolo en el “espacio libre”.
Si alargamos cada rama de un dipolo hasta 5/8 de longitud de onda, conseguimos la máxima ganancia
posible con un dipolo simple, que puede llegar a ser ¡¡de más de 9 dB!!. El problema es que ese dipolo
muestra un fortísimo componente de reactancia capacitiva en el punto de alimentación (por eso las
verticales de 5/8 llevan una inductancia en el punto de alimentación: para compensar la naturaleza
capacitiva de un radiador de 5/8).
Ilustración: Los gráficos muestran los diagramas de radiación de dipolos horizontales situados a
diversas alturas, desde 0,25 hasta 2 longitudes de onda sobre el suelo. Como se ve, el diagrama de
radiación se hace cada vez más complejo con la altura. Un dipolo horizontal tiene aproximadamente
tantos lóbulos de radiación como medias longitudes de onda este sobre el suelo.
Estas ilustraciones, que nos dan una idea clara, en tres dimensiones, de cómo radia un dipolo, son la
base para entender el comportamiento en el aire de este tipo de antenas.
Se ve claramente que, a bajas alturas, los dipolos radian la mayor parte de la energía hacia arriba. Sólo
a partir de 0,75 longitudes de onda de altura existe un lóbulo bien formado que radia en ángulos
apropiados para hacer DX. De aquí la importancia de situar nuestra antena lo más alto posible.
También se puede observar que a 0’5,1 y 1’5 longitudes de onda se minimiza la radiación en la vertical
(que sirve para bastante poco).
 
¿CÓMO EXPRESAMOS LA GANANCIA DE UNA ANTENA YAGI?
Podemos expresar la ganancia de una Yagi (que es, como hemos dicho, una magnitud “comparativa”)
de muchas formas, usando varias referencias de comparación.
(1)
Una Yagi es un dipolo con elementos parásitos añadidos, por tanto la expresión más evidente de su
ganancia es la comparación con el dipolo a la misma altura sin elementos parásitos; y esto se expresa
como “dBd” (decibelios sobre dipolo). Esta ganancia representa la diferencia que -en la práctica-
notaremos al instalar una Yagi en vez de un dipolo, y por eso podemos llamarla “Ganancia Neta”. Una
Yagi con 10 dBd de ganancia neta significa que su lóbulo principal de radiación concentra en su
dirección máxima de radiación 10 veces más energía que el dipolo aislado a la misma altura. La
“Ganancia Neta” es la manera más práctica y estricta (o realista) de expresar la ganancia de una
antena. Es la cifra más baja, pero la más real. Muchos fabricantes no la declaran.
 
–La Ganancia Neta de una Yagi es la que resulta exclusivamente de sus elementos parásitos.
 
(2)
También podemos, en segundo lugar, usar una referencia muy aséptica y precisa como es un “radiador
isotrópico puntual” en el espacio (un punto radiante en el espacio libre) y expresar la ganancia en “dBi”.
La Ganancia “dBi” es la manera más fácil de comparar antenas, aunque sea un poco “teórica”. Para
calcular la Ganancia en “dBi”, la Ganancia Neta de una Yagi -en dBd- debe incrementarse con la
“Ganancia de Tierra” (5 o 6 dB) y la “Ganancia del Dipolo” sobre isotrópico (2,15 dB). La ganancia dBi
es siempre la cifra más “gorda” y vistosa. Todos los fabricantes la usan.
 
–La Ganancia dBi de una Yagi (referencia isotrópico) es el resultado de añadir a la Ganancia Neta las
ganancias “de Tierra” y “del Dipolo sobre isotrópico”.
–Ganancia de una Yagi en “dBi” = Ganancia Neta + 2,15 + (5 a 6) dB = Neta + 7,15 a 8,15

ganancia antena

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