ANTENAS WIFI DIRECCIONALES.docx

I.E.S.T.P “CUTERVO”

ANTENAS WIFI DIRECCIONALES Las antenas direccionales son usadas para conexiones Punto a Punto y en algunas ocasiones para sistemas Multipuntos dependiendo de la configuración. Si estas tratando de conectarte de una ubicación (por ejemplo tu ruteador), a otro lugar, este es el tipo de antena recomendada. Existen distintos tipos de antenas direccionales como: Backfires, Yagi, Panel y tipo disco parabólica.

ANTENA WI-FI OMNI-DIRECCIONAL Esta es la antena básica básica y utilizada para conexiones punto a multipunto o también es la que se utiliza en los automóviles. Una antena Omnidireccional es la que utilizas como tu antena principal para distribuir la señal a otras computadoras y a otros dispositivos (como impresoras inalámbricas, celulares, PDAs, etc.) en tu red inalámbrica. Claro que es posible utilizar 2 antenas Omni-Direccionales para un sistema punto a punto, pero no es recomendable hacerlo porque no tiene sentido distribuir tu seal en todo el lugar cuando solo requieres conectarte del punto A al punto B. Las antenas WiFi Omni-Direccionales antenas consisten de antenas Omnidireccionales Verticales, Domos de techo, antenas verticales móviles entre otras.

ANCHO DE BANDA DE LA ANTENA El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena. Cada subconjunto o banda de frecuencias dentro del espectro electromagnético tiene propiedades únicas que son el resultado de cambios en la longitud de onda . Por ejemplo, las frecuencias medias (MF, Medium Frequencies) que van de los 300 kHz a los 3 MHz pueden ser radiadas a lo largo de la superficie de la tierra sobre cientos de kilómetros, perfecto para las estaciones de radio AM (Amplitud Modulada) de la región. Las estaciones de radio internacionales usan las bandas conocidas como ondas cortas (SW, Short Wave) en la banda de HF (High Frequency) que va desde los 3 MHz a los 30 MHz. Este tipo de ondas pueden ser radiadas a miles de kilómetros y son rebotadas de nuevo a la tierra por la ionosfera como si fuera un espejo, por tal motivo las estaciones de onda corta son escuchadas casi en todo el mundo. Los estaciones de FM (Frecuencia Modulada) y TV (televisión) utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) localizadas de los 30 MHz a los 300 MHz y de los 300 MHz a los

ALUMNO: JHONATTAN JHOAM RUÍZ DELGADO

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900 MHz, este tipo de señales debido a que no son reflejadas por la ionosfera cubren distancias cortas, una ciudad por ejemplo. La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencias para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras " en ciudades diferentes " puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Banda VLF LF

MF HF VHF UHF

Significado Rango de Frecuencias Very Low 3 kHz - 30 kHz Frequency Low Frequency 30 kHz - 300 kHz

Medium 300 kHz - 3 MHz Frequency High Frequency 3 MHz - 30 MHz Very High 30 MHz - 300 MHz Frequency Ultra High 300 MHz - 3 GHz Frequency

SHF

Super Frequency

High 3 GHz - 30 GHz

EHF

Extremely Frequency

High 30 GHz en adelante

Servicios Conducción de electricidad Conducción de electricidad, navegación marítima, control de tráfico aéreo Radio AM Radio SW Radio FM, TV, radio dos vías TV UHF, telefonía celular, WLL, comunicaciones móviles Servicios por Satélite y microondas, MMDS, LMDS LMDS

Infrarojo

3 x 1012 - 4.3 x 1014 WPANs Hz Luz visible 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 Fibras ópticas Hz Ultravioleta 7.5 x 1014 - 3 x 1017 Hz 1 kHz = 1x103 1 MHz = 1x106 1 GHz = 1x109 WLL = Wireless Local MMDS = Multichannel Multipoint Distribution LMDS= Local Multipoint Distribution WPANs = Wireless Personal Area Networks

Hz Hz Hz Loop Service Service

CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS: Una antena es un dispositivo hecho para transmitir (radiar) y recibir ondas de radio (electromagnéticas). Existen varias características importantes de una antena que deben de ser consideradas al momento de elegir una específica para su aplicación:


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Patrones de Radiación: El patrón de radiación de una antena se puede representar como una grafica tridimensional de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de como es realmente radiada la energía desde la antena.

Patrones de radiación

Figura 1. a) Patrón de elevación de un dipolo genérico b) Patrón de azimuth de un dipolo genérico c) Patrón de radiación 3D

Ganancia: La ganancia de una antena es la relación entre la potencia que entra en una antena y la potencia que sale de esta. Esta ganancia es comúnmente referida en dBi's, y se refiere a la comparación de cuanta energía sale de la antena en cuestión, comparada con la que saldría de una antena isotrópica. Una antena isotrópica es aquella que cuenta con un patrón de radiación esférico perfecto y una ganancia lineal unitaria.

Directividad: La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia radiada en una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad de la antena para direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es usualmente una relación de intensidad de radiación en una dirección particular en comparación a la intensidad promedio isotrópica.

Polarización: Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos básicos de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye vertical, horizontal y oblicua) y circular (que incluye circular derecha,


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circular izquierda, elíptica derecha, y elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy importante si se quiere obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.

ANTENAS WIFI Para un buen enlace entre el MODEM y el adaptador Wifi, si la distancia es corta la antena no es importante, pero si la distancia es larga si tiene importancia el tipo de antena de ambos aparatos, dependiendo de ella, podemos conectarnos de una manera mas estable y desde mas distancia, se ha conseguido hacer conexiones entre MODEM y adaptador desde distancias superiores a los 5 Km. Vamos a ver los tipos de antenas, para así poder elegir la mas adecuada a nuestras necesidades.

Existen tres grandes grupos de antenas. ANTENAS DIRECCIONALES Orientan la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance, actúa de forma parecida a un foco de luz que emite un haz concreto y estrecho estrecho pero de forma intensa intensa (más alcance). alcance). Generalmente el haz haz o apertura y el alcance son inversamente proporcionales, esto es a mayor apertura menos alcance y a menor apertura más alcance. El alcance de una antena direccional viene determinado por una combinación de los dBi de ganancia de la antena, la potencia de emisión del punto de acceso emisor y la sensibilidad de recepción del punto de acceso receptor. Dentro de las antenas direccionales podemos distinguir varios tipos, de menor a mayor apertura serían: Parabólicas (disco o rejilla), con estas se consigue el mayor alcance, pueden llegar a los 5 Km. de distancia. Yagis (pronúnciese “yaguis”), son similares a las antenas de televisión, también tienen gran alcance y no es tan complejo orientarlas. Planares o Paneles, estas aunque no tienen tanto alcance, pero es mucho mas fácil orientarlas y además no son tan voluminosas como las anteriores, por lo que su instalación es muy sencilla.


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ANTENAS OMNIDIRECCIONALES Orientan la señal en todas direcciones con un haz amplio pero de corto alcance. Si una antena direccional sería como un foco, una antena omnidireccional sería como una bombilla emitiendo luz en todas direcciones con menor alcance. Las antenas Omnidireccionales “envían” la información teóricamente a los 360 grados por lo que es posible establecer comunicación independientemente del punto en el que se esté, ya que no requieren orientarlas. En contrapartida, el alcance de estas antenas es menor que el de las antenas direccionales.

ANTENAS SECTORIALES Son la mezcla de las antenas direccionales y las omnidireccionales. Las antenas sectoriales emiten un haz más amplio que una direccional pero no tan amplio como una omnidireccional. De igual modo, su alcance es mayor que una omnidireccional y menor que una direccional. Para tener una cobertura de 360º (como una antena omnidireccional) y un largo alcance (como una antena direccional) deberemos instalar, tres antenas sectoriales de 120º ó 4 antenas sectoriales de 80º. Este sistema de 360º con sectoriales se denomina “Array”. Las antenas sectoriales suelen ser más costosas que las antenas direccionales u omnidireccionales.


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TIPOS DE ANTENAS Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son:

ANTENAS DIPOLO: Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación. Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del patrón de azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados alrededor de la antena. Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por naturaleza, y pueden ser ahusadas o con formas especificas en el exterior para cumplir con especificaciones de medidas. Estas antenas son usualmente alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero también pueden tener el conector en el centro de la misma.

Antenas Dipolo Multi-Elemento: Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la direccionalidad de la antena en el plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas similares. Tal como se puede ver en el patrón de elevación de la fig. 2, múltiples antenas de dipolo son muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar igualmente bien en configuración horizontal.

Patrón de Elevación multi-dipolo Figura 2. Patrón de Elevación de una antena multi-dipolo


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ANTENAS YAGI: Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.

Antena Yagi Figura 3. Construcción de una antena Yagi

Patrón de Elevación Yagi Figura 4. Patrón de Radiación en Elevación Yagi

ANTENAS PANEL PLANO (FLAT PANEL): Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación (Fig. 4) y en el patrón de azimuth (Fig. 5) se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede proveer excelente directividad y considerable ganancia.

Patrón de Elevación Flat Panel Figura 5. Patrón de Elevación Flat Panel de Alta Ganancia


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Patrón de Azimuth Flat Panel Figura 6. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta Ganancia

ANTENAS PARABÓLICAS: Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.

Patrón Figura 7, Parabólico

de Patrón

Elevación Parabólica de Elevación de Plato

ANTENA DE RANURA: Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como evidencían su patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.

ANTENAS MICROSTRIP: Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes tipos de antenas antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es el caso de otras


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antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos. En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.

PARA AYUDAR EN LA ELECCIÓN DE LA ANTENA CORRECTA PARA SU APLICACIÓN, LA TABLA 1 SE PROVEE COMO UN MEDIO DE COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS: Patrón Radiación

de

Ganancia

Directividad Polarización

Baja

Baja

Lineal

Dipolo Multi Amplio Elemento

Baja/Media

Baja

Lineal

Panel Plano Amplio (Flat Panel)

Media

Media/Alta Lineal/Circular

Plato Parabólico

Amplio

Alta

Alta

Yagi

Endfire

Media/Alta

Media/Alta Lineal

Ranura

Amplio

Baja/Media

Baja/Media Lineal

MicroStrip

Enfire

Media

Media

Dipolo

Amplio


Lineal/Circular

Lineal

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