Antenas

ANTENAS 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. En el caso que las antenas estén conectadas por medio de guiaondas, esta función de transformación se realiza en el propio emisor o receptor. Generalmente se dividen en dos tipos direccionales y omni-direccionales.

DIRECCIONALES 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, panel, patch.

OMNI-DIRECCIONAL Una antena omni-direccional es una antena capaz de radiar igualmente en todas las direcciones o sea 360°. Los tipos mas comunes de antenas omni-ditreccionales son las antenas dipolo, mast mount, ground plane.

VARIABLES La distancia máxima de la antena se expresa normalmente en kilómetros o metros. La determinación de la distancia máxima entre las antenas a cada lado de un enlace no es un problema sencillo. La distancia máxima del enlace está determinada por lo siguiente: • Potencia máxima de transmisión disponible • Sensibilidad del receptor • Disponibilidad de una ruta no obstruida para la señal de radio • Máxima ganancia disponible, para la(s) antena(s) • Pérdidas del sistema (como una pérdida a través del cable coaxial, conectores, etc.)7 • Nivel de confiabilidad deseada (disponibilidad) del enlace Las variables de las antenas son: ancho de banda, ancho de haz, ganancia, polarización, diversidad y poder.

La mejor forma de saber la distancia funcional entre dispositivos WLAN, es hacer un buen estudio del sitio. Un estudio del sitio comprende el examen de cada ubicación propuesta del enlace. Un examen del terreno y de las obstrucciones hechas por el hombre ayudará a determinar la factibilidad del sitio. Para estudios del sitio de bridging externo, también ayudará el determinar posibles necesidades de una torre. El resultado de tal examen arrojará la siguiente información: • La pérdida de la ruta de la radio • Cualquier problema que pueda comprometer el rendimiento del enlace, como la interferencia Una vez que el examen del sitio esta echo, se necesita hacer elecciones de infraestructura como el tipo de antena (direccional u omni-direccional), ganancia y polarización.

DESCRIPCIÓN GENERAL La instalación de redes inalámbricas requiere el mismo planeamiento básico que para cualquier red Cableada. La principal diferencia es que debido a la naturaleza de la señal inalámbrica, se necesita algún planeamiento adicional. Este planeamiento incluye la elección del sitio y el análisis de la ruta de RF. También puede ser necesario investigar las leyes zonales locales, además de las regulaciones Gubernamentales, cuando se deben levantar torres. El planeamiento de un enlace inalámbrico comprende la recolección de información haciendo un estudio del sitio físico y la toma de decisiones. Cuando diseñe una conexión edificio a edificio, no olvide la zona Fresnel. La zona Fresnel es un área elíptica que rodea directamente la ruta visual,” Varía dependiendo de la longitud de la ruta de la señal y de la frecuencia de la señal”. La zona Fresnel puede ser calculada, y debe ser tomada en cuenta cuando se diseña un enlace inalámbrico.

ELEVACIÓN DE LA TIERRA La curvatura de la Tierra se convierte en un problema para los enlaces mayores a 11 km (7 millas). La línea de visión desaparece a los 25 km (16 millas). Por lo tanto, la curvatura de la Tierra debe ser considerada cuando se determina la altura de la montura de la antena Para evitar la obstrucción de la curvatura de la Tierra, las antenas deben ser erigidas más alto sobre el suelo que si la Tierra fuera plana.

PARARRAYOS Un pararrayos está diseñado para proteger a los dispositivos WLAN de la electricidad estática y de los rayos. Es similar en su función a una válvula de seguridad en una caldera de vapor. Un pararrayos evita que picos de energía lleguen al equipo derivando la corriente hacia la tierra. Un pararrayos tiene dos propósitos principales: 1. Desagotar cualquier carga alta de estática que se acumule en la antena, lo que ayuda a evitar que la antena atraiga el golpe de un rayo. 2. Disminuir o disipar cualquier energía que se haya introducido en la antena o el coaxial, que viene desde un rayo caído en las cercanías. La parte más importante de la instalación de un pararrayos es instalar una descarga a tierra apropiada, que disipará el exceso de energía. Esto se realiza normalmente usando una varilla de tierra. Una varilla de tierra es un asta de metal clavada en la tierra, normalmente a una profundidad de al menos 2.44 m (8 pies). Las varillas de tierra pueden estar hechas de materiales que sean o no de hierro. Cuando una varilla de tierra está hecha de hierro o acero, que son metales ferrosos, necesita tener un grosor al menos de 15.9 mm (0.63 pulgadas). Las varillas no ferrosas deben estar libres de materiales no conductores incluyendo pintura. Debe tener un grosor mayor a 12.7 mm (0.5 pulgadas). La electricidad segurá el camino con la menor resistencia para llegar a tierra. La mayoría de los códigos piden un sistema de tierra de 25 ohms o menos. Se puede utilizar un medidor de tipo pinzas para medir la resistencia de las varillas de tierra. Si un único electrodo no cumple con los requisitos de tierra, se pueden agregar electrodos adicionales. Si se instalaron múltiples electrodos para cumplir con estos requisitos, deberían estar separados entre sí al menos 1.83 m (6 pies).

POLARIZACIÓN La polarización es la orientación física del elemento en la antena que emite realmente la energía de RF. La polarización es un fenómeno físico de propagación de la señal de radio. Normalmente, dos antenas cualesquiera que forman un enlace entre sí deben ser configuradas con la misma polarización. La polarización es normalmente ajustable durante o después del momento de la instalación de la antena.

Existen dos categorías, o tipos, de polarización. Ellas son lineal y circular. Cada tipo tiene dos subcategorías. Las subcategorías para la polarización lineal son vertical u horizontal. Las subcategorías para la polarización circular son a mano derecha o a mano izquierda. Una antena omnidireccional normalmente es una antena polarizada verticalmente. Las antenas en ambos extremos de un enlace no necesitan ser del mismo tipo o tamaño. En algunos casos, las monturas de la antena en un extremo de un enlace sólo pueden soportar físicamente a una antena relativamente pequeña. El enlace puede necesitar una antena más grande en el otro extremo para proporcionar la ganancia de antena necesaria para la longitud de la ruta. Por otra parte, una antena de alta ganancia y patrón angosto puede ser necesaria en un extremo para evitar un problema de interferencia, que puede no ser un problema en el otro extremo. Si dos antenas tienen diferentes ganancias, no importa cuál antena está en cada extremo, excepto si se consideran problemas de monturas o de interferencias. Recuerde que aunque las dos antenas para un enlace puedan parecer muy diferentes entre sí, deben tener la misma polarización para que el enlace funcione correctamente.

POLARIZACIÓN CRUZADA Cuando dos antenas no tienen la misma polarización, la condición se llama polarización cruzada. Por ejemplo, si dos antenas tienen ambas polarización lineal, pero una tiene polarización vertical y la otra tiene polarización horizontal, estarían polarizadas en forma cruzada. El término polarización cruzada también se utiliza para describir dos antenas cualesquiera con polarización opuesta. La polarización cruzada a veces es beneficiosa. Por ejemplo, suponga que las antenas del enlace A están polarizadas en forma cruzada con respecto a las antenas del enlace B. En este ejemplo, los enlaces A y B son dos enlaces diferentes, que están ubicados cercanos el uno del otro, pero no se pretende que se comuniquen entre sí. En este caso, el hecho de que los enlaces A y B tienen polaridad cruzada es beneficioso porque la polaridad cruzada evitará o reducirá cualquier posible interferencia entre los enlaces.

ENLACES INALÁMBRICOS DE EDIFICIO A EDIFICIO Las conexiones de edificio a edificio se llevan a cabo en general utilizando fibra óptica, a causa de las altas velocidades disponibles y para evitar medidas de protección de conexión a tierra que se requieren en los medios de cobre. Instalar cable de fibra óptica entre edificios es muy costoso y consume mucho tiempo. Incluso cortas distancias son difíciles de cubrir debido a utilidades subterráneas existentes, cemento armado y otros obstáculos estructurales. Una instalación aérea sujeta con cuerdas es una opción de instalación alternativa. Las WLANs se han convertido actualmente en una opción popular puesto que la instalación se limita a construir antenas montadas. ¿Qué sucedería si utilizáramos conexiones de edificio a edificio allí donde las distancias excedieran los límites de una propiedad o las limitaciones de cableado? La mayoría de los negocios utilizan una conectividad WAN entre sitios metropolitanos distantes. Algunos negocios utilizan microondas entre sitios distantes. En el caso de los bridges LAN inalámbricos, los edificios que se encuentran a hasta 32 km (20 millas) de distancia pueden conectarse a velocidades de hasta 11 Mbps En general, cuanto mayor es la distancia entre edificios, más alto es el costo de la instalación LAN Inalámbrica. Las antenas estándar rubber ducky no serán adecuadas. Se requieren torres y antenas de elevada ganancia. Las torres pueden resultar costosas, dependiendo de la altura y los requisitos de la construcción. El costo inicial puede recuperarse dentro del primer año. Se generan ganancias provenientes de un incremento en la productividad utilizando más elevado ancho de banda y tarifas de líneas arrendadas mensuales discontinuas.

GANANCIA La ganancia de cualquier antena es en esencia una medida de cuán bien la antena enfoca la energía RF irradiada en una dirección en particular. Existen diferentes métodos para medir esto, dependiendo del punto de referencia elegido. Este método de medición de ganancia utiliza una antena isotrópica como punto de referencia. Algunas antenas están medidas en dBd, que utiliza una antena de tipo bipolar en lugar de una antena isotrópica como el punto de referencia. Recuerde, para convertir cualquier número de dBd a dBi, simplemente sume 2,14 al número de dBd. Las antenas de mayor ganancia siempre tienen menor intensidad del ancho de rayo; mientras que una antena de menor ganancia tiene mayor intensidad en el ancho de rayo.

muestra la esfera de influencia y el cono de cobertura reducida para la antena. Con respecto al EPlane, como una rosquilla cortada por la mitad muestra la forma de rosquilla, el E-Plane muestra la forma de la propagación de RF producida por la antena.

COBERTURA DE UN ACCESS POINT En todo sistema 802.11 se establece un diálogo entre los CPE (Tarjetas de Red Inalámbricas) y el Access Point a través de una comunicación radioeléctrica a una frecuencia de 2.4 Ghz (802.11b) o de 5.8 Ghz (802.11a). La propagación a estas frecuencias es muy susceptible a atenuaciones producidas por obstáculos existentes en la trayectoria entre el CPE y el AP.

APLICACIONES EN INTERIORES En estas aplicaciones (antena integrada a la Tarjeta de Red Inalámbrica) la distancia entre el CPE y el AP puede llegar a los 300 mts cuando no existen paredes / obstáculos en la trayectoria entre el CPE y el AP. Cuando existen obstáculos en la trayectoria, estas distancias se achican acorde a cuan grande sea el obstáculo en cuestión. Valores típicos pueden ubicarse dentro los 100 mts.

CABLES Y ACCESORIOS Es importante mantener el cable de la antena corto para maximizar el alcance. Esto es cierto, sea que se instale un access point interior o sea que se instalen bridges para comunicarse sobre una gran distancia. Esto es así porque un cable largo atenuará la señal y reducirá el alcance confiable del equipo. La distancia máxima sobre la que dos bridges pueden comunicarse depende de las combinaciones de antena y cable que se utilicen. Puede ser posible utilizar el cable coaxial existente. Esta determinación dependerá de la calidad del cable y si cumple con las tres especificaciones siguientes: 1. La impedancia debe ser de 50 ohms. 2. La pérdida total a 400 MHz, para la longitud total del cable, debe ser de 12 dB o menos. 3. El tamaño del conductor central del cable debe ser #14 AWG, o mayor. .

PÉRDIDA DEL CABLE La cantidad de energía perdida en el cable se llama pérdida del cable. El uso de cable coaxial para transportar energía RF siempre produce alguna pérdida de fuerza de la señal. La dimensión de la pérdida depende de los cuatro factores siguientes:

1. Longitud: Los cables largos pierden más potencia que los cables cortos. 2. Grosor: Los cables delgados pierden más potencia que los cables gruesos. 3. Frecuencia: Las frecuencias más bajas de 2.4 GHz pierde menos potencia que las frecuencias superiores a 5 GHz, como se muestra en la Figura . 4. Materiales del cable: Los cables flexibles pierden más potencia que los cables rígidos. La pérdida del cable no depende de la dirección en que viaja la señal. Las señales transmitidas pierden el mismo porcentaje de fuerza que las señales recibidas. La energía perdida se libera como calor. Curiosamente, los bajos niveles de potencia de las WLANs hacen que el calor del cable sea casi indetectable.

REGLAS DE LA PIRE En los sistemas de comunicación de radio, potencia isótropa radiada equivalente (PIRE) o, alternativamente, potencia isotrópica radiada efectiva es la cantidad de energía que una antena isotrópica teórico (que distribuye uniformemente la potencia en todas las direcciones) se emiten para producir la densidad de potencia máxima observados en la dirección de la ganancia de la antena máximo. PIRE puede tener en cuenta las pérdidas en la línea de transmisión y los conectores, e incluye la ganancia de la antena. La PIRE se afirma a menudo en términos de decibeles más de una potencia de referencia emitida por un radiador isotrópico con una potencia de la señal equivalente. La PIRE permite comparaciones entre emisores diferentes, independientemente del tipo, tamaño o forma Desde el PIRE, y con conocimiento de la ganancia de una antena real, es posible calcular el poder real y los valores de intensidad de campo.