Antena LPDA vs. Antena Yagi

Una antena desempeña un papel fundamental en los sistemas de comunicación como componente principal encargado de transmitir y recibir señales entre la fuente y el destino. Básicamente, las antenas convierten la energía eléctrica en ondas electromagnéticas y viceversa. Existen muchos tipos de antenas de diferentes tamaños, formas y parámetros de rendimiento. El rendimiento global de un sistema de comunicación dependerá en gran medida del rendimiento de la antena y, por tanto, es crucial seleccionar una antena adecuada para el sistema. Este artículo ofrece una visión general de dos de los tipos más comunes de antenas, las antenas LPDA y las antenas Yagi.

¿Qué es una antena LPDA?

LPDA son las siglas de Logic Periodic Dipole Antenna (antena dipolo lógica periódica) y se denomina así debido a que la impedancia de esta antena es una función logarítmicamente periódica de la frecuencia. Las antenas LPDA se componen de elementos dipolares que se montan muy juntos, en paralelo, y a ambos lados de la línea de alimentación con fase alterna, a intervalos específicos siguiendo una función logarítmica de la frecuencia. La longitud de cada elemento dipolar disminuye hacia la parte delantera de la antena. Es un tipo de antena multidireccional y puede captar distintas frecuencias al tener elementos de distintas longitudes. El espaciado de estos elementos permite sintonizar el rango de frecuencias de la LPDA y determina los parámetros de rendimiento como la ganancia, la directividad, el diagrama de radiación, etc. Esto las hace ideales para aplicaciones en las que se tienen que transmitir o recibir diferentes frecuencias en diferentes ángulos y diferentes frecuencias como routers WiFi, boosters, antenas de televisión, etc.

Ventajas de la antena LPDA

Gran ancho de banda: Los LPDA cubren un amplio espectro de frecuencias gracias a su gran ancho de banda, lo que elimina la necesidad de múltiples antenas para diferentes bandas de frecuencia. Funcionan tanto en HF como en UHF.

Alta ganancia: Las antenas LPDA tienen una ganancia elevada, del orden de 9 a 11 dBi, lo que permite una transmisión y recepción focalizadas de las señales.

Versatilidad: Las antenas LPDA son versátiles para una amplia gama de aplicaciones, ya que pueden trabajar con múltiples frecuencias diferentes. Esto es posible gracias a que los distintos elementos de la antena LPDA pueden transmitir y recibir señales de distintas frecuencias.

Desventajas de la antena LPDA

Tamaño y complejidad: Las antenas LPDA son ligeramente complejas de diseñar y fabricar, ya que necesitan contener longitudes y espaciamientos precisos entre elementos. El tamaño puede ser pequeño y compacto; sin embargo, cuando se requieren antenas con altas ganancias o alto rendimiento VSWR, la longitud puede ser bastante larga.

Consideraciones sobre los costes: Las antenas LPDA diseñadas para uso comercial pueden ser ligeramente costosas, ya que requieren material de calidad y múltiples elementos dipolares de tamaños específicos.

Ganancia inferior a Yagiporque la antena LPDA está diseñada para banda ancha, por lo que la ganancia máxima es de 11dBi, pero la antena Yagi con un ancho de haz estrecho que le permite alcanzar un máximo de 17-20dBi.

¿Qué es una antena Yagi?

Las antenas Yagi tienen un aspecto ligeramente similar a las antenas LPDA. Pero, a diferencia de las antenas LPDA, las antenas Yagi son muy direccionales y suelen funcionar en una frecuencia o en un rango muy pequeño de frecuencias. Los principales componentes de una antena Yagi son el brazo central en el que se conectan los demás elementos, un elemento impulsor principal que transmite o recibe señales principalmente, un reflector en el extremo que refleja las señales hacia el diagrama de radiación, y los elementos directores a ambos lados del brazo que ayudan a enfocar todas las señales reflejadas hacia el diagrama de radiación. En una antena Yagi, el elemento impulsor genera ondas electromagnéticas y el elemento reflector situado detrás del elemento impulsor refleja esas ondas hacia delante de forma que los directores situados en la parte delantera dirigen y enfocan las ondas reflejadas hacia delante. Las antenas Yagi son ideales para aplicaciones que requieren que la señal se enfoque en una dirección concreta, como los radares y los sistemas de comunicación punto a punto de larga distancia.

Ventajas de la antena Yagi

Alta directividad: Las antenas Yagi suelen tener un ancho de haz de entre 8 y 50 grados. Como concentran todas las señales en un ángulo de campo más corto, tienen una directividad muy alta en comparación con las antenas multidireccionales o antenas omnidireccionales.

Diseño sencillo: Las antenas Yagi son bastante sencillas de construir, ya que tienen elementos pasivos de la misma longitud colocados a intervalos fijos a lo largo de una varilla. Aunque hay algunas antenas Yagi impresas avanzadas, por lo general se pueden construir con materiales fácilmente disponibles.

Rentabilidad: Las antenas Yagi pueden adquirirse a bajo coste. Incluso el equipo y los componentes de mantenimiento de las antenas Yagi pueden encontrarse a bajo coste. Teniendo en cuenta la alta ganancia y la alta direccionalidad que ofrecen las antenas Yagi, son muy rentables.

Desventajas de la antena Yagi

Ancho de banda estrecho: Las antenas Yagi proporcionan una alta ganancia, pero sólo para un ancho de banda limitado de unos 45 a 90 grados, por lo que son muy específicas para cada aplicación y menos versátiles.

Gama de frecuencias limitada: Las antenas Yagi se construyen normalmente para trabajar con una frecuencia o con un rango muy pequeño de frecuencias. Más allá de este rango, la capacidad de recepción o transmisión de la señal es muy pobre.

Comparación entre antenas LPDA y antenas Yagi

Diseño y construcción:

Las antenas LPDA suelen tener una estructura triangular. Se componen de múltiples elementos conductores con diferentes longitudes y distancias entre sí dispuestos en un patrón específico a lo largo de una estructura en forma de brazo. Las antenas Yagi tienen una estructura más lineal con múltiples elementos directores de relativamente la misma longitud dispuestos en un conjunto a lo largo de una estructura similar a la de una LPDA. Las antenas Yagi son ligeramente más fáciles de construir y fabricar, ya que tienen elementos de longitud similar. Las antenas LPDA son ligeramente más complejas en cuanto a diseño y fabricación. Tanto las antenas LPDA como las Yagi son bastante similares en cuanto a instalación y mantenimiento. Sin embargo, las antenas Yagi requieren más atención durante la instalación, ya que requieren una alineación precisa para un rendimiento óptimo en una dirección específica.

Parámetros de rendimiento: 

Las antenas LPDA suelen funcionar en rangos de frecuencia entre 30 y 4200 MHz y las antenas Yagi entre 30 y 3000 MHz. Pero tanto las antenas LPDA como las Yagi también están disponibles en rangos de frecuencia mucho mayores dependiendo del fabricante. Las antenas LPDA tienen un patrón de radiación amplio en comparación con las antenas Yagi, que suelen tener un ancho de banda estrecho. Las antenas Yagi son muy direccionales y, por lo tanto, enfocan las señales en un ángulo de entre 45 y 90 grados. Las antenas LPDA, debido a su estructura con elementos de diferentes longitudes y espaciado, son capaces de cubrir un ángulo mucho más amplio en términos de directividad. Las antenas Yagi tienen una mayor ganancia en comparación con las antenas LPDA, pero ambas antenas se consideran generalmente como antenas direccionales de alta ganancia en comparación con otros tipos.

Escenarios de aplicación:

Las antenas LPDA se utilizan normalmente en sistemas de comunicación que necesitan transmitir y recibir señales simultáneamente en múltiples direcciones y múltiples frecuencias, como LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, aplicaciones M2M, etc. Las antenas Yagi, con su estrecho rango de frecuencias y alta direccionalidad, se utilizan normalmente en sistemas de comunicación punto a punto y para aplicaciones de radiocomunicación de difusión, domésticas y comerciales.

Consideraciones sobre los costes: 

La inversión inicial suele ser similar para las antenas LPDA y Yagi. Sin embargo, las antenas LPDA suelen considerarse más rentables, ya que pueden utilizarse como solución versátil para muchas aplicaciones. Aunque los costes de mantenimiento de ambos tipos de antenas son aproximadamente similares, las antenas Yagi pueden necesitar más mantenimiento periódico para mantener un rendimiento óptimo para sus casos de uso altamente directivo y específico.

Aplicaciones en el mundo real

Antenas logarítmicas periódicas

Radiodifusión: Las antenas LPDA se utilizan habitualmente en radiodifusión y televisión por su capacidad para cubrir un amplio espectro de frecuencias. Esto hace posible transmitir señales a través de varios canales proporcionando cobertura tanto en zonas urbanas como remotas.

Militar y defensa: Las antenas LPDA se utilizan ampliamente en aviones, satélites, sistemas de radar, equipos militares, etc. para aplicaciones de defensa y seguridad. Las antenas LPDA son ideales para misiones críticas y operaciones de vigilancia en el ejército debido a su durabilidad, ancho de banda y características direccionales.

Antenas Yagi

Radioaficionados: Las antenas Yagi se utilizan habitualmente en las comunicaciones de radioaficionados debido a su alta ganancia y direccionalidad. Como las antenas Yagi reducen eficazmente las interferencias de otras fuentes, son ideales para entornos con mucho tráfico de radio. Pueden utilizarse para establecer enlaces fiables a través de amplias zonas geográficas sin degradar la calidad de la señal.

Recepción de televisión: Las antenas Yagi son muy útiles, sobre todo en zonas con emisoras débiles o lejanas. Gracias a su gran direccionalidad y alta ganancia, pueden captar eficazmente señales de torres de radiodifusión lejanas, mejorando así la calidad de la recepción televisiva.

Conclusión

Las antenas pueden considerarse el componente más importante de un sistema de comunicación. Su rendimiento tendrá un impacto clave en la calidad global del sistema de comunicación. La selección de una antena para una aplicación específica dependerá de los requisitos de rendimiento, así como de las condiciones ambientales, consideraciones de coste, facilidad de instalación y mantenimiento, etc. En este artículo se ofrece una breve descripción de las antenas LPDA y Yagi y su comparación. Para aplicaciones que requieren una mejor señal en una banda de frecuencia, la antena Yagi es la mejor opción, mientras que para aplicaciones que requieren una antena versátil para un amplio rango de frecuencias, la antena log periódica es una mejor opción. Pero para seleccionar una antena óptima para una aplicación, es importante tener en cuenta todos los factores, y también puede ser beneficioso consultar a expertos y fabricantes de antenas.