Nos complace publicar este interesante e ilustrativo artículo de Luis Angosto Rauhausen sobre los diagramas de radiación de las antenas que nos ha hecho llegar como una colaboración especial para este blog. Gracias mil Lucho, en nombre de todos los participantes y visitantes de este blog.

Octavio Rossell Daal.
Administrador.

DIAGRAMAS DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA. COMO INTERPRETARLOS.

En términos generales, la antenas omnidireccionales tienen una característica que es deseable cuando se requiere cubrir un área en torno a un punto y es la de radiar la energía del transmisor en todas direcciones.

También es sabido que los enlaces en WIFI deben tender a evitar las obstrucciones, que producirán pérdidas, y la forma de evitarlas es elevando la altura de las antenas.

Considerando sólo lo anterior, pensaremos que una antena omnidireccional, de alta ganancia, instalada a la mayor altura que podamos, sería una buena solución para dar cobertura dentro de un área en torno al Punto de Acceso. Sin embargo, hemos omitido un factor importante en nuestra conclusión que, en ocasiones, produce un resultado inesperado, llegando a pensar que nuestra antena es de mala calidad o simplemente presenta algún tipo de falla, gastando importante tiempo en descubrir el problema.

Si observamos las especificaciones técnicas de las antenas, observaremos que los fabricantes nos muestran unos gráficos llamados “diagramas de radiación” en dos planos. El horizontal y el vertical. Habitualmente hacemos caso omiso a esta información, preocupándonos principalmente de la ganancia de la antena, creyendo que contra más alta, mejor.

Si nos ponemos a pensar un poco, veremos que los fabricantes de las antenas publican aquella información que es relevante de conocer de forma tal que, el diseñador del sistema, tenga todos los antecedentes necesarios para hacer una adecuada elección. Todas las antena unidireccionales de la misma ganancia, no son iguales.

Los diagramas de radiación no son otra cosa que la representación gráfica de la magnitud en que una antena radia su energía y en qué dirección, esto proyectado en el plano vertical y horizontal.

En el caso de las llamadas omnidireccionales, la energía se irradia en 360º en torno a la antena, pero en el plano horizontal y el gráfico que nos muestran los fabricantes es similar a este:

La siguiente figura muestra el diagrama de radiación, en el plano vertical, correspondiente a la misma antena anterior:

Con respecto al plano vertical, se podrá observar que dependerá del modelo y el fabricante, es decir que, aquí está la diferencia más notoria entre los distinto modelo y fabricante.

Para mejor comprensión, mostramos ambos diagramas combinados, en 3D.

Los datos más relevantes que podemos ver en un diagrama de radiación son:

Diagrama de radiación vertical de una antena direccional.

Lóbulo Principal.- Corresponde al área donde se concentra la mayor cantidad de energía y donde se obtiene la mayor ganancia.

Lóbulo Secundario.- Corresponden a todos aquellos distintos al Principal donde su energía es menor y de menor ganancia.

Nulos.- Aquellas zonas donde la energía es sustancialmente menor, comparada con la principal. Normalmente tiene ganancia negativa.

Lóbulos Traseros.- Son aquellos que se encuentran en dirección opuesta.

Como se puede ver en este ejemplo, las antenas distribuyen su energía en diferentes direcciones y con distinto nivel, por lo tanto lo que deberemos hacer es aprovecharlos de la mejor manera.

Todas aquellas estaciones que se encuentren en la dirección del lóbulo principal y a igual altura, aprovecharán la mayor ganancia de ésta antena.

Aquellas que se encuentren en la dirección de alguno de los lóbulos secundarios, sólo aprovecharán una porción pequeña. Para efectos prácticos es lo mismo que si se tiene una antena de menor ganancia.

Aquellas que se encuentren en dirección de los Nulos, serán las menos favorecidas por cuanto esos puntos presentarían ganancias de -35 o -40 dB, en este ejemplo.

¿Pero que ocurre en la práctica?

Las antenas de mayor ganancia tienden a tener lóbulos principales más angostos, propiciando las comunicaciones a distancias cercanas al horizonte, por lo tanto, al instalarlas a mucha altura, más bien aprovechamos su ganancia para las estaciones mas lejanas. Por esto, no es recomendable el uso de antenas de mucha ganancia, cuando lo que se persigue es cubrir áreas en el entorno próximo al Punto de Acceso, y menos instalarlas a mucha altura. Recuerdan haber leído………..cambié mi antena por una de mayor ganancia y aumenté su altura pensando que mejorarían los enlaces y el resultado es que los enlaces mas largos mejoraron pero no así los mas cercanos?. Lo expuesto es la explicación técnica del problema.

Si observamos con detalle el diagrama del ejemplo, notaremos que una estación ubicada al pie de la antena tendrá una pésima ubicación y será peor cuanto mas alta esté la antena, ya que el área que cubriría ese Nulo aumentaría con la altura. Contra más alta instalemos nuestra antena, la cobertura cercana tenderá a empeorar, aún cuando con esto despejemos las obstrucciones.

Existen algunas ocasiones en que se requieren contar con antenas de mucha ganancia. En esos casos, sólo queda usar antenas especiales del tipo “down tilt” o inclinarlas de forma tal que el lóbulo principal se dirija a un ángulo por debajo de la horizontal, en la dirección que nos interesa. Esto es lo que hacen las compañías de teléfonos celulares.

Cuando diseñamos un sistema correctamente, lo que se debe hacer es evaluar la ubicación y distribución de los usuarios y como consecuencia, elegir aquella antena que satisfaga de forma mas adecuada los requerimientos de nuestro proyecto. Antenas de mucha ganancia y gran altura, en muchos casos, es una elección equivocada.

Autor: Luis Angosto Rauhause. (la1450)
Noviembre 2.009