Informe Inform e de proyecto proyec to N°1 N°1
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INFORME DE PROYECTO N°1 ANTENA WIFI UTILIZANDO UNA ANTENA GRILLA DE INVESTIGACION Y DESARROLLO UDI INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL Carlos Alberto Romero Torres e-mail:
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Alex Eduardo Gómez Escobar e-mail:
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3 MATERIALES
RESUMEN:
En este informe se explicara el funcionamiento de una antena parabólica grilla, mediante una aplicación práctica, que permite la recepción de señales en la frecuencia de 2.4 GHz, utilizando un adaptador WIFI tipo USB.
Antena de Grilla 24 dBi - 2.4 GHz
PALABRAS CLAVE: Antena, Grilla, Parabólica, Reflector.
1 INTRODUCCIÓN [1] Una antena es un dispositivo (conductor metálico) diseñado con el objetivo de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma energía eléctrica en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.
Pigtail Rp-sma / N-macho
Existe una gran diversidad de tipos de antenas. En unos casos deben expandir en lo posible la potencia radiada, es decir, no deben ser directivas (ejemplo: una emisora de radio comercial o una estación base de teléfonos móviles), otras veces deben serlo para canalizar la potencia en una dirección y no interferir a otros servicios (antenas entre estaciones de radioenlaces).
Adaptador USB Inalámbrico de Alta Potencia 300Mbps
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL •
Tabla 1. Materiales requeridos.
4 MARCO TEÓRICO
Verificar la funcionalidad de una antena grilla, mediante una aplicación.
4.1 HISTORIA
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS •
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[2] El origen de la antena con reflector se remonta a
1888 en el laboratorio de Heinrich Hertz, que demostró experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas que habían sido predichas por James Clerk Maxwell unos quince años antes. En sus experimentos, Hertz utilizó un reflector parabólico cilíndrico de zinc, excitado por una chispa en la parte central de un dipolo colocado en la línea focal y otro similar como receptor. Las dimensiones del reflector de Hertz eran de 1.2 m de abertura por 2 metros de largo.
Realizar el análisis matemático de los aspectos de diseño de la antena. Identificar las características principales de funcionamiento de la antena. Verificar el correcto funcionamiento de antena en esta aplicación.
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. Cuando se desea la máxima directividad de una antena, la forma del reflector generalmente es parabólica, con la fuente primaria localizada en el foco y dirigida hacia el reflector. Las antenas con reflector parabólico, o simplemente antenas parabólicas se utilizan extensamente en sistemas de comunicaciones en las bandas de UHF a partir de unos 800 MHz y en las de SHF y EHF. Entre sus características principales se encuentran la sencillez de construcción y elevada direccionalidad. La forma más habitual del reflector es la de un paraboloide de revolución, excitado por un alimentador situado en el foco como se ilustra en la figura 1.
Una antena de grilla puede mejorar la recepción de señales inalámbricas en más de un 50 por ciento. Estas antenas se conectan directamente a varios tipos de dispositivos inalámbricos y ayudan a crear redes inalámbricas de largo alcance. Una antena de grilla es compatible con las redes de área local inalámbricas, WiFi, aplicaciones inalámbricas y transferencia inalámbrica de datos en los ordenadores conectados a Internet, teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos. Se pueden adquirir estas antenas a partir de una variedad de fabricantes, o se puede hacer una antena de grilla casera.
4.3 ESTRUCTURA Una antena de grilla cuenta con una rejilla por lo general hecha de alambre. La forma de la rejilla típicamente toma la forma de un rectángulo, triángulo o cuadrado. Las redes que funcionan con mayor frecuencia con estas antenas son las redes WiFi. El reflector corresponde a una configuración de tipo cilindro parabólico, alimentado por una yagui de dos elementos (excitador y reflector).
5 DISEÑO Figura1. Antena con reflector parabólico
La antena grilla es una variación de la antena parabólica, su diferencia fundamental radica en que aunque su contorno es parabólico, el reflector no es un plato, sino un arreglo de varillas horizontales y perpendiculares. En el siguiente diseño, se consideran los mismos parámetros de geometría considerados en la parábola. (Ver figura 2)
4.2 GENERALIDADES [3]
Las antenas rejillas pueden ser usadas en frecuencias de microondas bajas, por debajo cerca de 2.5 GHz, la ventaja de las antenas rejillas es que ellos tienen significativamente menos carga de viento (wind loading) sobre la torre. Desde un punto de vista eléctrico tienen los mismos parámetros de la antena de plato sólido, exactamente puede ser usado el mismo terminal alimentador (conector). La longitud de onda se escoge tal que la “abertura” entre las rejillas no afecta el comportamiento eléctrico de la antena. Eléctricamente no hay diferencia entre un reflector sólido y un reflector tipo rejilla. En la práctica, el reflector rejilla tiene un poco menos razón F/B debido a la difracción alrededor de los elementos de rejillas. Una limitación de las rejillas es que ellos no pueden soportar más de una polarización. La varilla reflectora naturalmente polariza la señal en la dirección que la varilla se sitúa. Esto resulta una muy buena discriminación de cruce polar. Las antenas de grilla tienden a ser significativamente más económicas que las antenas sólidas. El terminal alimentador es de simple construcción. Los costos por transporte, una porción significativa del costo de una antena, son también reducidos debido a que ellos pueden ser distribuidos en partes.
Figura 2. Aspectos de diseño del reflector parabólico
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. F= frecuencia f= longitud focal D= diámetro de la antena
Para la construcción de este modelo, se utilizan los cálculos obtenidos anteriormente, empezando con dos parábolas transversales como lo indica la figura 3 y 4, luego haciendo operaciones de simetría y matriz se obtienen las figuras 5 y 6.
=distancia desde el foco al reflector = El ángulo comprendido entre el eje focal y la línea que une el foco con un extremo de la parábola.
Datos: F= 2.4GHz Relación
Figura 3. Sección horizontal
Angulo entre el eje focal y la línea que une el foco con un extremo de la parábola es:
Distancia foco-reflector:
La profundidad del reflector desde el vértice de la parábola hasta el punto de intersección entre las rectas comprendidas por el eje focal y la línea que une los extremos de la parábola es:
La separación entre varillas es:
Figura 4. Sección vertical.
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6 RESULTADOS DEL DISEÑO Para comprobar la funcionalidad del diseño, se procedió a utilizar una referencia comercial, que coincidía con los parámetros diseñados. El modelo escogido fue:
HyperLink Wireless brand 2.4 GHz 24 dBi High Performance - Model: HG2424G. su patrón de radiación se observa en la Figura 8.
Figura 5. Ejes guías transversales.
Figura 8 .patrón de radiación. Antena Grilla HyperLink Model: HG2424G Las especificaciones técnicas de esta antena son:
Figura 6. Operaciones de matriz para antena grilla.
Puede ser instalada en polarización horizontal o vertical, para su utilización de manera directiva.
Luego de implementar esta antena en conjunto con el Adaptador USB Inalámbrico de Alta Potencia 300Mbps, se realizaron pruebas de recepción de señales WiFi. Obteniendo los siguientes resultados. •
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Figura 7. Diagrama de radiación de la antena Grilla.
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Sin conectar la antena se detectaron 3 redes inalámbricas WiFi. (ver figura 9) Conectando la antena de grilla se detectaron 14 redes inalámbricas WiFi.(ver figuras 10 y 11)
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7 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Este tipo de antenas tiene diversas aplicaciones como: •
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Figura 9. Detección de redes sin a ntena de grilla.
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Retransmitir internet sin línea telefónica (en costa, sierra y selva). Compartir señal de internet, para reducir costos (cabinas, oficinas). Interconectar sucursales y oficinas de empresas públicas y privadas (Wireless LAN). Telefonía por IP (VOIP). Vigilancia y monitoreo remoto, cámaras IP. Proveer servicios de internet inalámbrico (ISP inalámbrico). Sistemas WiFi.
Se observó que esta antena tiene gran capacidad de recepción de señales en el rango de frecuencia de 2.4Ghz, lo que la convierte en una muy buena alternativa para aplicaciones WiFi.
8 REFERENCIAS [1] CEVALLOS, M. (2007). Curso de Sistemas Radiantes. Escuela Politécnica Nacional. [2]
VEGA, Constantino Pérez. (2008). Antenas con reflector parabólico. Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones .Universidad de Cantabria.
[3] UNAD. Universidad nacional abierta y a distancia. (2009). Antenas para Enlaces de Microondas
Figura 10. Detección de redes con antena de grilla.
Figura 11. Continuacion. Detección de redes con antena de grilla.
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