An Ten As 2

Contenido ANTENAS.........................................................................................................................2 DEFINICIÓN................................................................................................................2 HISTORIA.....................................................................................................................2 PARAMETROS GENERALES DE LAS ANTENAS..................................................3 PÉRDIDAS Y GANANCIAS............................................................................................5 TIPOS DE ANTENAS......................................................................................................5 ANTENA DIRECCIONAL...........................................................................................6 ANTENA OMNIDIRECCIONAL................................................................................6 ANTENAS SECTORIALES.........................................................................................7 ANTENA ISOTROPICA..............................................................................................8 POLARIZACIÓN EN ANTENAS....................................................................................9 CARACTERÍSTICAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO...............................................10 EL SISTEMA DE RADIO DE LOS PUNTOS DE ACCESO........................................10 INGENIERIA DE ANTENAS.........................................................................................11 Influencia de la Tierra..................................................................................................11 DIVERSIDAD DE ESPACIO.....................................................................................11 SEPARACION DE ANTENAS...................................................................................12 LA GANANCIA EN ANTENAS................................................................................12 PÉRDIDA DE DATOS EN CABLES DE RED..............................................................13

ANTENAS DEFINICIÓN Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa. Si las dimensiones de la antena son mucho más pequeñas que la longitud de onda, las antenas se denominan elementales. Las antenas resonantes tienen dimensiones del orden de media longitud de onda.

HISTORIA En 1887 H. Hertz probó la validez de las teorías de Maxwell. Para su experimento Hertz utilizó un dipolo alimentado en su centro con las descargas de una bobina. Como antena receptora usó una espira cuadrada con un entrehierro en el que se producían descargas. Hertz consiguió sintonizar el sistema añadiendo esferas a los brazos del dipolo, equivalentes a carga capacitiva y bobinas serie y condensadores paralelos a la espira receptora. El físico francés Edouard Branly construyó en 1891 el primer receptor de ondas electromagnéticas al que denominó cohesor. Consistía en un tubo lleno de limaduras de hierro conectado a una pila y un galvánometro. Uno de los avances más significativos de la época lo constituyó el desarrollo de las antenas independientes de la frecuencia y de banda ancha. Rumsey estableció que la impedancia y diagrama de una antena serán independientes de la frecuencia si la antena está definida solamente por ángulos. John D.Dyson construyó una antena espiral plana y posteriormente una cónica. En la universidad de l1linois Raymond DuHamenl y Dwight Isbell crearon un nuevo tipo de antena con características logoperiódicas. En 1960 D. Isbell construyó el primer array logoperiódico de dipolos. En 1961 Carrel sistematizó los cálculos de dichas antenas.

PARAMETROS GENERALES DE LAS ANTENAS La antena va a formar parte de un sistema por ello tiene unos parámetros los cuales afectan al sistema y nos permitan describirla. •

Impedancia: dicha antena se conectara a un sistema y esta irradiara al máximo de potencia con el mínimo de perdidas, siendo conectada a una línea de transmisión a la cual se le debe 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 tensióncorriente en ese punto. Esta impedancia poseerá una parte real Re(w) y una parte imaginaria Ri(w), dependientes 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.

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Eficiencia esta relacionado con la impedancia de la antena tenemos la eficiencia de radiación y la eficiencia de reflexión. Estas dos eficiencias nos indicarán una, cuanto de buena es una antena emitiendo señal, y otra, cuanto de bien está adaptada una antena a una línea de transmisión. La Eficiencia de Radiación se define como la relación entre la potencia radiada por la antena y la potencia que se entrega a la misma antena. Como la potencia está relacionada con la resistencia de la antena, podemos volver a definir la Eficiencia de Radiación como la relación entre la Resistencia de radiación y la Resistencia de la antena; La Eficiencia de Adaptación o Eficiencia de Reflexión es la relación entre la potencia que le llega a la antena y la potencia que se le aplica a ella. Esta eficiencia dependerá mucho de la impedancia que presente la línea de transmisión y de la impedancia de entrada a la antena, luego se puede volver a definir la Eficiencia de Reflexión como módulo del Coeficiente de reflexión,

siendo el coeficiente de reflexión el cociente entre la diferencia de la impedancia de la antena y la impedancia de la línea de transmisión, y la suma de las mismas impedancias. Eficiencia de Reflexión = Coeficiente de Reflexión , donde Algunas veces se define la Eficiencia Total, siendo esta el producto entre la Eficiencia de Radiación y la Eficiencia de Reflexión. Eficiencia Total = Eficiencia de Radiación x Eficiencia de Reflexión •

Ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas irradian la misma cantidad de potencia. El patrón de radiación para la densidad de potencia relativa de una antena es realmente un patrón de ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de una antena de referencia estándar, que por lo general es una antena isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama directividad.

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Ancho del Haz de la Antena es sólo la separación angular entre los dos puntos de media potencia (-3dB) en el lóbulo principal del patrón de radiación del plano de la antena, por lo general tomando en uno de los planos "principales".

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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.

PÉRDIDAS Y GANANCIAS En una comunicación Wi-Fi extremo a extremo contamos con los siguientes factores: •

Gs. Ganancia de salida. Es la potencia con la que sale la señal del equipo de radio transmisor.

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Pca. Perdida del cable del extremo transmisor. Hay que contar las perdidas de todos los cables que intervienen en la instalación, incluido el cable adaptador (pigtail), si lo hubiera. Dependiendo de la calidad del cable, las perdidas pueden variar entre los 0,05 y 1 dB por metro. Si no se utilizase una antena exterior, no se utilizaría cable de antena y, por tanto, no se consideraría esta pérdida.

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Pna. Perdida de los conectores del extremo transmisor. Hay que contar las perdidas de todos los conectores. Generalmente se considera una perdida de 0,25 dB por conector. De la misma forma, si no se utilizase una antena exterior, no se utilizarían conectores para la antena y, por tanto, no se consideraría esta pérdida.

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Gaa. Ganancia de la antena del extremo transmisor. Este valor depende del modelo de antena que se utilice. Esta ganancia varía habitualmente entre los 6 y los 24 dB.

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Pp. Pérdida de propagación.

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Gab. Ganancia de la antena del extremo receptor.

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Pnb.

Pérdida

de

los

conectores

del

extremo

Pcb. Perdida del cable del extremo receptor. S = Gs - Pea - Pna + Gaa - Pp + Gab - Pnb - Pcb

TIPOS DE ANTENAS

receptor.

ANTENA DIRECCIONAL una antena direccional (o directiva) es una antena capaz de concentrar la mayor parte de la energía radiada de manera localizada, aumentando así la potencia emitida hacia el receptor o desde la fuente deseados y evitando interferencias introducidas por fuentes no deseadas. Las antenas direccionales como por ejemplo las antenas yagi, proporcionan mucho mejor rendimiento que las antenas de dipolo cuando se desea concentrar gran parte de radiación en una dirección deseada. Los tipos más comunes de antenas direccionales son las antenas Yagi. Orientan la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance. Una antena direccional actúa de forma parecida a un foco que emite un haz concreto y estrecho pero de forma intensa (más alcance). Las antenas Direccionales "envían" la información a una cierta zona de cobertura, a un ángulo determinado, por lo cual su alcance es mayor, sin embargo fuera de la zona de cobertura no se "escucha" nada, no se puede establecer comunicación entre los interlocutores. 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.

ANTENA OMNIDIRECCIONAL

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 pero con una intensidad menor que la de un foco, es decir, 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. En contrapartida el alcance de estas antenas es menor que el de las antenas direccionales. El alcance de una antena omnidireccional 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. A mismos dBi, una antena sectorial o direccional dará mejor cobertura que una omnidireccional.

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. La intensidad (alcance) de la antena sectorial es mayor que la omnidireccional pero algo menor que la direccional. Siguiendo con el ejemplo de la luz, una antena sectorial sería como un foco de gran apertura, es decir, con un haz de luz más ancho de lo normal. Para tener una cobertura de 360º (como una antena omnidireccional) y un largo alcance (como una antena direccional) deberemos instalar o tres antenas sectoriales de 120º ó 4 antenas sectoriales de 80º. Las antenas sectoriales suelen ser más costosas que las antenas direccionales u omnidireccionales.

ANTENA ISOTROPICA Esto nos indica que esta antena podrá enviar o recibir señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté. Esta antena recibe el nombre de antena isotrópica. Es una antena perfecta e ideal, como su nombre lo indica, radía en todas las direcciones (iso=igual y tropos= cambio) y su patrón de radiación será simbolizado por una esfera y en el caso de una antena dipolo de media longitud de onda, el patrón es en forma de un 8 acostado (Ver Fig. 2)

POLARIZACIÓN EN ANTENAS La polarización de la antena juega un papel importante en el diseño de la misma. Recuérdese que la polarización viene definida por la trayectoria que describe el vector de campo eléctrico (o magnético) cuando se observa en el sentido de propagación de la onda (la onda se aleja del observador). Así, se tiene: - polarización lineal: las variaciones del vector de campo eléctrico están contenidas una única dirección; - polarización circular: el vector de campo eléctrico describe una trayectoria circular. Si rota en el sentido de las agujas del reloj, la polarización es a derechas. Si lo hace en sentido contrario, la polarización es a izquierdas; - polarización elíptica: el vector de campo eléctrico describe una trayectoria elíptica. Al igual que antes, se puede distinguir entre polarización elíptica a derechas o a izquierdas. Se debe tener en cuenta que un cambio en el sistema de referencia del observador no produce un cambio en la polarización. En realidad, tanto la polarización lineal como la circular son casos particulares de la elíptica: una elipse de excentricidad infinita es una línea y una elipse de excentricidad nula es una circunferencia. La medida de la polarización se debe realizar en la zona lejana de la antena de tal forma que una variación en la distancia a la misma no cambie la polarización obtenida. Si una antena trabaja en polarización lineal vertical (por ejemplo, perpendicular a la superficie del suelo), en teoría sólo puede transmitir y recibir ondas

verticalmente polarizadas (el campo eléctrico ha de variar en una dirección perpendicular al suelo). Así, la antena no podrá recibir una onda polarizada horizontalmente (paralela al suelo) y se dice entonces que la antena no es capaz de trabajar con ondas de polarización cruzada. Esto mismo se aplica al resto de polarizaciones. Por ejemplo, una antena que use polarización circular a derechas no podrá recibir una onda polarizada circularmente a izquierdas. Si dos antenas no utilizan la misma polarización, sufrirán una pérdida de potencia (desacoplo de potencia).

LINEAL

CIRCULAR

ELIPTICA

CARACTERÍSTICAS DE LOS PUNTOS DE ACCESO Las características que tienen estos puntos de acceso en su interior no varían mucho con los fabricantes: • • • •

Un equipo de radio (de 2.4 GHz, es el caso de 802.11b o 5GHz en el caso de 802.11a). Una o dos antenas (que pueden o no apreciarse exteriormente) Un software de gestión de las comunicaciones. Puertos para conectar el punto de acceso a Internet o a la red cableada.

EL SISTEMA DE RADIO DE LOS PUNTOS DE ACCESO la finalidad de estos sistemas es bridarle la posibilidad de tener un cubrimiento de una zona determinada con ondas electromagnéticas que nos permita realizar varios tipos de enlaces con los cuales se envía información, estos sistemas son conocidos como chipset y vienen integrados a los equipos, los principales fabricantes de este tipo de chipset wi-fi son LUCENT e INTELSIL.

INGENIERIA DE ANTENAS Influencia de la Tierra La conductividad del terreno es un factor determinante en la influencia de la tierra sobre la propagación de las ondas electromagnéticas. La conductividad de la superficie de la tierra depende de la frecuencia de las ondas electromagnéticas que inciden sobre ella y del material por la que esté compuesta, comportándose como un buen conductor a bajas frecuencias y reduciendo su conductividad a frecuencias mayores. El coeficiente de reflexión del suelo es un parámetro relacionado con la conductividad e informa acerca de como se reflejan las ondas en él. Su valor depende del ángulo de incidencia y del material que conforma el suelo: tierra húmeda, tierra seca, lagos, mares, zona urbana, etc. Para un determinado coeficiente de reflexión, la energía reflejada por el suelo aumenta a medida que aumenta el ángulo de incidencia respecto de la normal, siendo la mayor parte de la energía reflejada cuando la incidencia es rasante, y teniendo los campos eléctrico y magnético de la onda reflejada casi la misma amplitud que los de la onda incidente. En el caso de las antenas, tratándose habitualmente de emisión o recepción a grandes distancias, casi siempre existe una incidencia rasante.

DIVERSIDAD DE ESPACIO Existe un creciente interés en el uso de la diversidad de espacio para aumentar la confiabilidad de los sistemas de telecomunicaciones por microondas. Se denomina diversidad de espacio a la radio recepción mediante dos o más antenas que generalmente se colocan en una misma torre, en ambos extremos del trayecto, con una separación equivalente a varias longitudes de onda. La información se envía en una sola frecuencia pero se recibe por dos o más trayectos distintos. Las señales recibidas se alimentan a receptores individuales,

los cuales

suministran

una señal

combinada de salida

esencialmente constante a pesar del desvanecimiento que pueda ocurrir durante la propagación.

SEPARACION DE ANTENAS En la transmisión por 6 GHz se puede obtener una excelente protección por diversidad con una separación de antenas en el orden de 9 a 12 m. Anteriormente existían opiniones contradictorias respecto a la manera correcta de calcular la separación. Los ingenieros que preferían la diversidad de espacio desarrollaron teorías para calcular la "separación optima". Estas teorías se basaban en la suposición de que el único factor importante que contribuía al desvanecimiento selectivo de las señales por efecto de trayectos múltiples, era una sola reflexión discreta desde un punto del trayecto, punto que se determinaba con cálculos de los parámetros del trayecto. Otros ingenieros opinaban que la mayoría de los trayectos de transmisión por microondas quedaban sujetos a numerosos factores atmosféricos y geográficos causantes de desvanecimiento, por lo cual consideraban que no había forma de calcular la separación óptima.

LA GANANCIA EN ANTENAS Una Antena es un elemento mecánico de longitud perfectamente definido, colocado al final de la línea de transmisión y que tiene la función de irradiar al espacio la señal producida por el equipo emisor (TX), y en el caso receptor (RX) el de captar y concentrar las señales hacia este último. En una estación de radio, la antena es un elemento que tiene una interrelación con todo lo que le rodea, por lo cuál su comportamiento es difícil de predecir, por lo que una antena ajustada en un lugar determinado puede comportarse de forma diferente al cambiar las condiciones de ubicación e instalación, siendo necesario un reajuste posterior. Una antena es un circuito resonante a una frecuencia determinada. El Decibel o Decibelio, "dB" como hemos visto en el apartado dedicado a él, es una relación logarítmica y que utilizamos para medir ganancias, bien de antenas, como de sistemas de audio, y ello para relacionar un cierto grado de amplificación determinado. Aunque hay fabricantes de antenas que usan diferentes modos de indicar la ganancia de sus productos, produciendo con ello un cierto grado de desconcierto entre los radioaficionados al indicar en dBi la ganancia de sus fabricados.

PÉRDIDA DE DATOS EN CABLES DE RED Unos datos también son corrompidos debido al funcionamiento defectuoso del cable de red. Los cables que son diseñados para aplicaciones de frecuencia inferiores pueden funcionar mal en frecuencias más altas. Eléctricamente la impedancia es una combinación de resistencia, capacitancia, e inductancia expresada en Ohmios. Los cables típicos son tasados alrededor de 100 ohmios. Una señal eléctrica es formada de electrones que se mueven a lo largo del alambre. Hay tres clases principales del problema que hacen que datos sean debilitados, perdidos, o corrompidos más allá de límites aceptables. Más allá de un límite la señal es se hace demasiado débil o deformado. La longitud de cable es el factor principal para la pérdida de datos debido a la medida de atenuación. La atenuación es el dependiente de frecuencia, haciéndose mayor como aumentos de frecuencia. Las Temperaturas más Altas aumentan la atenuación también. La atenuación es medida en decibelios. La resistencia es una función del área seccional enfadada del conductor. La resistencia en el alambre limita la señal y disipa la energía como el calor aumentado. Muchos alambres son colocados muy cerca juntos ellos almacenan esta energía, que actúa en términos eléctricos, como un condensador. El Polietileno de Densidad Alto es comúnmente usado porque sus propiedades eléctricas en frecuencias altas ayudan a minimizar las pérdidas. La impedancia cero indica un cortocircuito. Cualquier señal eléctrica en el alambre no la parte de la señal original del remitente es clasificada como el ruido. El ruido es generado tanto internamente como por fuera. Los dobles cable trenzados no producen ninguna interferencia; las torceduras anulan el uno al otro, en la teoría que es. En la verdadera vida cualquier variación en el grosor del alambre, en el aislamiento de cable, y en la capacitancia de alambres o aislamiento causará una falta de armonía y por consiguiente ruido. Los cables de buena calidad minimizan el ruido, pero no pueden borrarlo totalmente. La interferencia eléctrica puede venir de muchas fuentes. Los cables siempre deberían ser instalados en conductos separados lejos de cables de conducto principal. La diafonía al final de cable donde la señal proviene es llamada la Paradiafonía. La diafonía puede ser un problema en conectores de cable o

paneles de conexión provisional, donde los alambres tienen que ser destorcidos para hacer las uniones. Siempre guarde la sección del cable destorcido a mínimo; hasta un pedazo muy corto del cable destorcido puede introducir una cantidad grande de la diafonía. El tiempo tomado para una señal viajar abajo el par es el Retraso de Propagación. El retraso de propagación en sí mismo no es normalmente una cuestión; las longitudes de cable recomendadas habrán tomado ya este en cuenta. Sin Embargo el Retraso Sesga, descrito abajo es un factor significativo. Recuerde al hecho que los alambres son enroscados y por lo tanto las longitudes de los pares que arreglan el cable no son iguales. Las señales enviadas al mismo tiempo llegarán por lo tanto a tiempos ligeramente diferentes. Si el Retraso Sesga es excesivo entonces conectan a la red dispositivos tendrá comunicación de problema, causar muy lento o redes que no funcionan totalmente. Así, la calidad de Cable debe ser guardada en la mente. La longitud de cable y la calidad ambos son las causas principales para la pérdida de datos en el cable.