Ganancia de antena: qué es y cómo se calcula

La ganancia describe con qué intensidad una antena concentra la energía de RF en una dirección concreta, comparada con una referencia ideal.

Conviene empezar por lo que más se malinterpreta: una antena de más ganancia no crea potencia. Redistribuye la que se le entrega. Estrecha el haz en unas direcciones y radía menos en otras. Si alguien le dice que una antena «amplifica», está mezclando dos cosas distintas.

Directividad y eficiencia: las dos mitades de la ganancia

La ganancia combina dos conceptos:

• Directividad (D): lo enfocado que está el diagrama de radiación.
• Eficiencia (η): cuánta potencia de entrada se radía realmente, frente a la que se pierde en calor, desadaptación y otras pérdidas.

La relación habitual es:

G = ηD

Donde G es la ganancia como relación lineal de potencia, η la eficiencia (entre 0 y 1) y D la directividad lineal.

Como la eficiencia nunca pasa de 1, dos antenas con la misma directividad pueden tener ganancias distintas si una pierde más. Por eso la directividad sola no sirve para comparar: es solo la mitad del dato.

dBi, dBd y la antena isotrópica

La ganancia se expresa casi siempre en dBi, decibelios respecto a un radiador isotrópico. El radiador isotrópico es una fuente puntual ideal que radía igual en todas direcciones: no existe físicamente, pero sirve como referencia común.

También verá dBd, que toma como referencia un dipolo de media onda. Un dipolo de media onda tiene 2.15 dB de ganancia sobre el radiador isotrópico, así que:

dBi = dBd + 2.15
dBd = dBi - 2.15

Ejemplos:

• 8 dBi = 5.85 dBd
• 0 dBd = 2.15 dBi
• 5 dBd = 7.15 dBi

Antes de decidir qué antena tiene más ganancia, pase las dos a la misma referencia. Comparar un valor en dBi con otro en dBd es la forma más rápida de equivocarse por 2.15 dB. Y si una ficha técnica pone solo «dB», el dato está incompleto: falta decir respecto a qué.

Cómo se calcula la ganancia

No hay una única fórmula. Depende de qué información tenga delante.

A partir de directividad y eficiencia

Es la más práctica para diseño, porque recoge a la vez la direccionalidad y las pérdidas:

G = ηD
G(dBi) = 10 log₁₀(ηD)

Ejemplo: directividad 8, eficiencia 0.70.

G = 0.70 × 8 = 5.6
G(dBi) = 10 log₁₀(5.6) = 7.48 dBi

Redondeado: 7.5 dBi.

A partir de una relación de potencias

Si compara la radiación en una dirección concreta contra una referencia:

G(dB) = 10 log₁₀(P₂ / P₁)

P₂ es la potencia en la dirección de interés de la antena bajo prueba y P₁ la potencia en esa misma dirección del radiador de referencia. Con referencia isotrópica, el resultado se expresa en dBi.

A partir del área y la longitud de onda

Para parabólicas, bocinas y otras antenas de apertura, la ganancia se estima a partir del área física y la longitud de onda:

G = 4πηA / λ²
G(dBi) = 10 log₁₀(4πηA / λ²)

Donde η es la eficiencia de apertura, A el área física en m² y λ la longitud de onda en m.

Ejemplo: A = 2 m², η = 0.60, λ = 0.1 m.

G = 4π × 0.60 × 2 / 0.01 = 1507.96
G(dBi) = 10 log₁₀(1507.96) = 31.78 dBi

Redondeado: 31.8 dBi.

Esta relación explica también por qué a frecuencias más altas, con la misma antena física, se consigue más ganancia: λ es menor y el área cuenta más.

A partir del factor de antena

En medidas de EMC, los datos de calibración a veces llegan como factor de antena (AF) en lugar de ganancia. La conversión habitual es:

G(dBi) = -AF + 20 log₁₀(f) - 29.8

AF en dB/m, f en MHz, y 29.8 como constante para sistemas de 50 ohmios.

Ejemplo: AF = 20 dB/m, f = 1000 MHz.

G(dBi) = -20 + 60 - 29.8 = 10.2 dBi

Las constantes pueden variar ligeramente según el laboratorio y las hipótesis del sistema. Si trabaja con un certificado de calibración, use la fórmula que indique ese certificado.

¿Se puede calcular la ganancia midiendo campo?

Sí, pero fuera de condiciones controladas el resultado suele ser poco fiable. Reflexiones, efecto del suelo, desadaptación de polarización, objetos cercanos y errores de campo cercano distorsionan bastante el valor.

Si va a medir, asegúrese de estar en campo lejano. Una estimación habitual de esa distancia:

R ≥ 2D² / λ

Donde R es la distancia de campo lejano, D la mayor dimensión de la antena y λ la longitud de onda.

¿Cuál es una buena ganancia para una antena?

No hay un número universal, y desconfíe de quien se lo dé sin preguntar nada antes. La razón es que más ganancia suele significar un haz más estrecho.

Eso ayuda o estorba según el caso:

• Enlace punto a punto fijo: más ganancia normalmente es mejor, porque el haz apunta siempre al mismo sitio.
• Equipos móviles, vehículos o interiores: un haz muy estrecho puede reducir la cobertura justo cuando el equipo cambia de orientación.

Así que la pregunta útil no es «¿cuántos dBi?», sino «¿hacia dónde tiene que radiar y cuánto se mueve?». Con eso, y con las pérdidas del cable y del montaje reales, ya se puede elegir.

¿Cuál es la antena con mayor ganancia?

Las antenas de apertura —parabólicas y bocinas— son las que alcanzan las cifras más altas, porque su ganancia crece con el área física y con la frecuencia. El propio cálculo del apartado anterior, con 2 m² de apertura y λ = 0.1 m, ya da 31.78 dBi.

En el otro extremo, un dipolo de media onda queda en 2.15 dBi. Entre medias están las estructuras directivas habituales: Yagi, arrays de parches y bocinas pequeñas.

Ahora bien, la antena de mayor ganancia no es la mejor antena: es la más enfocada. Cuál conviene depende del enlace, no del número.

Errores frecuentes

1. Confundir la ganancia de antena con la de un amplificador. Las antenas no añaden potencia; redistribuyen la energía radiada.
2. Ignorar la eficiencia. La directividad sola no es ganancia; las pérdidas reducen el resultado real.
3. Mezclar dBi y dBd. Se diferencian en 2.15 dB. Convierta antes de comparar.
4. Dar por hecho que el área física es el área efectiva. En antenas reales la eficiencia de apertura es menor que 1.
5. Medir demasiado cerca. En campo cercano salen cifras que engañan.
6. Tomar la ganancia de la ficha técnica como ganancia instalada. Pérdidas de línea, desadaptación, herrajes y objetos próximos bajan el rendimiento del sistema.
7. Olvidar que la ganancia depende de la dirección. «10 dBi» suele ser la ganancia de pico; fuera del eje puede ser mucho menor.

Cómo conseguir más ganancia

• Aumentar el área de apertura, es decir, una antena más grande.
• Mejorar la eficiencia: menos pérdidas en conductor y dieléctrico, mejor adaptación.
• Usar estructuras más directivas: Yagi, bocina, array de parches, parabólica.
• Optimizar las dimensiones para la frecuencia de trabajo.
• Reducir pérdidas del sistema: líneas más cortas, mejores conectores, instalación más limpia.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la ganancia de una antena? Es la medida de cuánta energía concentra en una dirección frente a una referencia ideal. Se expresa casi siempre en dBi, respecto a un radiador isotrópico.

¿Cómo se calcula la ganancia de una antena? Depende del dato de partida. Con directividad y eficiencia, G = ηD. Con una relación de potencias, G(dB) = 10 log₁₀(P₂ / P₁). Con las dimensiones de una parabólica o bocina, G = 4πηA / λ². Con datos de calibración EMC, mediante el factor de antena.

¿Cuál es una buena ganancia para una antena? La que corresponde a su patrón de uso. Más ganancia estrecha el haz: bien para enlaces fijos, arriesgado para equipos móviles o instalaciones interiores.

¿Cuál es la antena con mayor ganancia? Las de apertura, parabólicas y bocinas, porque su ganancia crece con el área y con la frecuencia. Un dipolo de media onda, en cambio, se queda en 2.15 dBi.

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