Prueba de WiFi de largo alcance: antenas direccionales, la historia de la ganancia y una Yagi casera

Todo empieza con una cobertura inalámbrica irregular en casa. El presentador usa una antena pequeña en su router en lugar de una voluminosa, y recuerda un proyecto anterior en el que midió diseños de antenas cotidianas uno junto al otro. Ese proyecto dejó un vacío: las unidades direccionales, esas piezas robustas que a menudo se venden como antenas Yagi, que concentran la señal en un solo haz en lugar de repartirla de manera uniforme.

El montaje se construye con dos placas ESP32: una actúa como emisor bajo un refugio, la otra como receptor dentro de una caseta de jardín a unos 20 metros. Una batería externa alimenta al emisor, que emite paquetes inalámbricos a intervalos constantes. El lado receptor permanece conectado a un ordenador e imprime una lectura RSSI, el indicador de intensidad de señal recibida, por cada paquete que llega.

Con las mejores antenas cotidianas de la ronda anterior instaladas en ambos extremos, se establece un enlace pero los números decepcionan: el RSSI se sitúa alrededor de menos 65 dBm. Luego salen de sus cajas tres antenas direccionales comerciales enviadas por el proveedor de electrónica Mouser: una aleta compacta, una aleta grande y un modelo largo en forma de pértiga. Cambiar la antena emisora ordinaria por la aleta pequeña eleva el RSSI a unos menos 50 dBm, un salto que significa que la potencia de señal captada se ha multiplicado por más de treinta.

La aleta grande y la pértiga superan con holgura a la aleta pequeña, aunque qué unidad obtuvo qué puntuación se guarda como gancho que envía a los espectadores curiosos a las hojas de datos. Aquí es donde entra en escena la ganancia, y el presentador admite que la palabra lo engañó incluso a él: su eco de la era de los transistores sugiere que una antena puede ampliar una señal. En realidad una antena no amplía nada; solo gestiona cómo se distribuye la potencia disponible por el espacio.

La vara de medir es un radiador isótropo ficticio que brilla por igual en todas direcciones, definido como ganancia uno, o cero dBi. A medida que la señal se concentra en un solo rumbo, la cifra sube: la pértiga declara 14,5 dBi en su hoja, la aleta grande 6,8 dBi. Cuando la pértiga encabeza el ranking de RSSI en la prueba, esa diferencia queda confirmada, y los diagramas de radiación de las hojas cuentan la misma historia, con la pértiga dibujando un haz delgado mientras la aleta grande baña una zona más amplia.

La verdadera sorpresa espera bajo el capó: los dos productos en forma de aleta no son Yagi en sentido estricto. Sus siluetas escalonadas de abeto los señalan como antenas logarítmico-periódicas, LPDA para abreviar. Las longitudes de los elementos y los espaciados se reducen del grande al pequeño, de modo que en cualquier frecuencia solo un pequeño grupo cerca del tamaño resonante soporta la mayor parte de la carga, mientras los elementos vecinos combinan sus ondas hacia el extremo pequeño y se cancelan parcialmente hacia atrás, lo que forma el haz.

Dentro de la unidad de pértiga hay un dipolo genuinamente radiante en la base más una larga estructura frontal sin conexión cableada con él: esta pieza parásita capta el campo del dipolo, lo reradia, y sus ondas se acumulan en la dirección frontal, razón por la cual recibe el nombre de director. Una Yagi de libro de texto también llevaría un reflector más voluminoso detrás del elemento alimentado para ahogar el derrame trasero y reforzar el lóbulo frontal, y esa parte está ausente aquí. Una advertencia legal se cuela en medio: en Alemania el techo a 2,4 GHz es de 100 mW EIRP, o 20 dBm, y una antena de alta ganancia puede atravesarlo con facilidad, por lo que el presentador redujo deliberadamente la potencia de transmisión durante las pruebas.

Para el razonamiento detrás de los espaciados y la geometría, un informe de diseño Yagi de la Oficina Nacional de Estándares de EE. UU. se convierte en el plano de un intento artesanal: un dipolo, tres directores y un reflector, todo montado sobre un bastidor aislante. El bastidor sale de una impresora 3D, las piezas radiantes se cortan de una varilla de latón de 1 mm y se fijan con tuercas y pernos de nailon. La tarea más delicada es soldar la alimentación coaxial, pero la pieza terminada luce respetable a primera vista.

Una comprobación rápida en un analizador de redes vectorial muestra un acoplamiento muy lejos del ideal, pero el veredicto que cuenta viene del campo. Conectada al mismo montaje, la antena casera se queda en menos 52 dBm: detrás de las unidades comerciales, claramente por delante de la mejor antena látigo ordinaria. Girada hacia el lado opuesto cae a unos menos 60, lo que sirve de la prueba más clara de que el haz realmente apunta.

Para un diagrama de radiación como el que llevan las hojas comerciales, la simulación cede el paso a un montaje motorizado llamado NanoFarField, pronto rumbo al crowdfunding: el emisor se queda quieto mientras la unidad casera gira un círculo completo y el software incluido registra todo por su cuenta. A 2442 MHz, el canal que usa el enlace ESP32, aparece un haz definido, más rugoso que las curvas comerciales pero inconfundiblemente direccional. Un puñado de varillas de latón, un soporte impreso y literatura de antenas de hace décadas resultan ser suficientes para un haz de WiFi funcional.