Antenas para WIFI Martes, 29 de Mayo del 2007 Antenas para WIFI Sub Índice · Introducción · Operación básica de una antena · Impedancia · Patrón de radiación · Ganancia · Polarización de la antena · Ancho de haz de la antena · Ancho de banda de la antena · Tipos · Antena omnidireccional ·Antena de reflector o Parabólica ·Antena Yagui   Introducción En esencia, una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas, por lo general entre una antena y un transmisor, un receptor, o ambos. Una antena se utiliza como la interfase entre un transmisor y el espacio libre o el espacio libre y el receptor. Una antena es un dispositivo recíproco pasivo; pasivo en cuanto a que en realidad no puede amplificar una señal, por lo menos no en el sentido real de la palabra (sin embargo, una antena puede tener ganancia), y recíproco en cuanto a que las características de transmisión y recepción son idénticas. Operación básica de una antena Sin  meterse  en  cuestiones  físicas,  si  una  corriente  circula  por  un  conductor,  creará  un campo eléctrico y magnético en sus alrededores. Luego nuestra corriente creará un campo eléctrico y magnético, pero como supondremos que la distancia entre los dos conductores que forman nuestra línea es pequeña, no se creará una onda que se propaga, puesto que la contribución que presenta el conductor superior se anulará con la que presenta el conductor inferior. Pero si separamos en un punto los dos conductores, los campos que crean las corrientes ya no se anularán entre sí, si no que se creará un campo eléctrico y magnético que formará una onda que se podrá propagar por el espacio. Según  esto,  dependiendo  del  punto  desde  el  que  separemos  el  conductor,  tendremos  una longitud  en  los  elementos  radiantes  variable.  Al  variar  esta  longitud,  la  distribución  de corriente variará, y lógicamente la onda que se creará y se propagará. Hay que seguir observando que en los extremos seguimos teniendo un mínimo de corriente y  que  continúa  repitiéndose  cada  media  longitud  de  onda.  Luego  ahora  podemos  ver  de forma gráfica, que si suponemos que nuestra antena son solo los elementos radiantes y que el punto en el que los hemos separado es el punto de alimentación de la antena, el módulo de  la  intensidad  en  el  punto  de  alimentación  varía  y  lógicamente,  también  varía  la impedancia que presenta la antena. Como podemos ver, no por tener una antena más larga logramos radiar mejor, lo único que conseguimos es variar el diagrama de radiación y la impedancia que presenta. Impedancia   Una antena se tendrá que conectar a un transmisor y deberá radiar el máximo de potencia posible  con  un  mínimo  de  perdidas.  Se  deberá  adaptar  la  antena  al  transmisor  para  una máxima  transferencia  de  potencia.  Debiéndose  considerar  su  impedancia  característica, atenuación y longitud. Como  el  transmisor  producirá  corrientes  y  campos,  a  la  entrada  de  la  antena  se  puede definir la impedancia de entrada mediante la relación tensión-corriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes de la frecuencia. Si  a  una  frecuencia  una  antena  no  presenta  parte  imaginaria  en  su  impedancia  Ri(w)=0, entonces diremos que esa antena está resonando a esa frecuencia. Normalmente usaremos una antena a su frecuencia de resonancia, que es cuando mejor se comporta, luego a partir de ahora no hablaremos de la parte imaginaria de la impedancia de la antena, si no que hablaremos de la resistencia de entrada a la antena Re. Lógicamente esta resistencia también dependerá de la frecuencia. Esta  resistencia  de  entrada  se  puede  descomponer  en  dos  resistencias,  la  resistencia  de radiación (Rr) y la resistencia de pérdidas (RL). Se define la resistencia de radiación como una resistencia que disiparía en forma de calor la misma potencia que radiaría la antena. La antena por estar compuesta por conductores tendrá unas pérdidas en ellos. Estar pérdidas son las que definen la resistencia de pérdidas en la antena. Como nos interesa que una antena esté resonando para que la parte imaginaria de la antena sea cero. Esto es necesario para evitar tener que aplicar corrientes excesivas, que lo único que hacen es producir grandes pérdidas. Patrón de radiación El patrón de radiación es un gráfico o diagrama polar sobre el que se representa la fuerza de los  campos  electromagnéticos  emitidos  por  una  antena.  Este  patrón  varía  en  función  del modelo  de  antena.  Las  antenas  direccionales  representan  un  mayor  alcance  que  las omnidireccionales. Las líneas mas gruesa representa el mismo nivel de señal. No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y se disipa. Ganancia La característica más importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de  amplificación  de  la  señal.  La  ganancia  representa  la  relación  entre  la  intensidad  de campo  que  produce  una  antena  en  un  punto  determinado,  y  la  intensidad  de  campo  que produce  una  antena  omnidireccional  (llamada  isotrópica),  en  el  mismo  punto  y  en  las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena. La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se calcula como  el  logaritmo  de  una  relación  de  valores.  Como  para  calcular  la  ganancia  de  una antena,  se  toma  como  referencia  la  antena  isotrópica,  el  valor  de  dicha  ganancia  se representa en dBi. Siempre que se emite o se recibe una señal de radio, lleva acoplada una señal de ruido. Obviamente, cuanto menor sea la relación de ruido con respecto a la señal, más óptima se considerará la señal . El  resultado  de  dividir  el  valor  de  la  señal  de  datos,  por  la  señal  de  ruido  es  lo  que  se conoce como relación señal/ruido. Cuanto mayor es, mejor es la comunicación. Se expresa en decibelios (dB), y en escala exponencial, lo que quiere decir que una relación señal ruido de 10 dB, indica que la señal es 10 veces mayor que la de ruido, mientras que 20 dB indica 100 veces más potencia. Se utiliza la unidad dBm (decibelios relativos al nivel de referencia de 1 mili vatio). 1 mW es igual a 0 dBm y cada vez que se doblan los milivatios, se suma 3 a los decibelios. Polarización de la antena Este dato nos indica la orientación de los campos electromagnéticos que emite o recibe una antena. Pueden ser los siguientes: ·  Vertical:  Cuando  el  campo  eléctrico  generado  por  la  antena  es vertical con respecto al horizonte terrestre (de arriba a abajo). ·  Horizontal:  Cuando  el  campo  eléctrico  generado  por  la  antena  es paralelo al horizonte terrestre. ·  Circular: Cuando el campo eléctrico generado por la antena gira de vertical  a  horizontal  y  viceversa,  generando  movimientos  en forma de círculo en todas las direcciones. Este giro puede ser en el sentido de las agujas del reloj o al contrario. ·  Elíptica:  Cuando  el  campo  eléctrico  se  mueve  igual  que  en  caso anterior, pero con desigual fuerza en cada dirección. Rara vez se provoca  esta  polarización  de  principio,  mas  bien  suele  ser  una degeneración de la anterior. Ancho del haz de la antena El ancho del haz de la antena es solo la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3 dB) en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomado de uno de los planos "principales". 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. Tipos Una  antena  es  un  dispositivo  formado  por  un  conjunto  de  conductores  que,  unido  a  un generador,  permite  la  emisión  de  ondas  de  radio  frecuencia,  o  que,  conectado  a  una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos: Antena omnidirecional Se  utilizan  principalmente  para  emitir  la  señal  en  todas  las  direcciones.  En realidad la señal que emite   es en forma de óvalo, y sólo emite en plano (no hacia arriba ni hacia abajo). Se suelen colocar en espacios abiertos para emisión todas las direcciones. También se usan en espacios cerrados. Antena omnidirecional del Acess Point : La ganancia de esas antenas oscila entre los 2 y los 5 dBi. Antena de reflector o parabólica Las   antenas   reflectoras   parabólicas   proporcionan   una   ganancia   y   una   directividad extremadamente altas y son muy populares para los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo o una tabla de  dipolo),  que  irradia  ondas  electromagnéticas  hacia  el  reflector.  El  reflector  es  un dispositivo pasivo que solo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (un frente de ondas en fase). Las antenas parabólicas son las más potentes que se pueden adquirir (hasta 27 dBi), por lo que  son  las  mas  indicadas  para  cubrir  largas  distancias  entre  emisor  y  receptor.  Cuanta mayor ganancia tienen, mayor diámetro de rejilla   Antena Yagui Antena  constituida  por  varios  elementos  paralelos  y  coplanarios,  directores,  activos  y reflectores,  utilizada  ampliamente  en  la  recepción  de  señales  televisivas.  Los  elementos directores  dirigen  el  campo  eléctrico,  los  activos  radian  el  campo  y  los  reflectores  lo reflejan. La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 21 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlaza. Como todas las antenas exteriores hay que protegerla ante posibles descargas eléctricas.   En España la potencia maxima de emisión en 2,4GHz es de 100mw, en otros paises como EEUU la potencia puede llegar a ser hasta de 10w. Cada país tiene una serie de canales wireless asignados hay un total de 14 canales, solo se pueden usar legalmente estos 14 en Japon, aqui en España tenemos asignados el 10 y el 11 que estan entre las frecuencias de 2457MHz y 2462MHz. Por lo tanto en España debemos usar los canales 10 y 11 y no superar una potencia de emisión de 100mW.