Quais antenas usar?

Olá, bom dia a todos.
Me deparei com a seguinte situação, me pediram para enviar sinal Wifi para 3 casas diferentes, e eu topei este desafio. Não é meu ramo, pois trabalho com antenas C e KU.
Andei pesquisando a respeito, e verifiquei que a casa mais longe da dele tem 275 metros, outra com 150 m e outra com 50 m. Como vocês podem ver na imagem.
Esse pessoa já possui um PCBA, Krazer, ela falou que o modelos seja este WAP254E, como ele já possuí a PCBA tentarei partir dessa, para não precisar de comprar outra.
O seu firmware é: KR-WAP254G-WISP

Ele não possuí antena para essa PCBA, eu não encontrei nenhum cálculo que mostra-se como verificar a distância que uma antena omni de acordo com seu ganho possa enviar. Então estipulei uma antena de 12DBI:

http://produto.mercadolivre.com.br/M...link-24ghz-_JM

Aqui no fórum encontrei em um tópico um usuário fazendo o calculo dos graus na vertical de uma antena. Com esse cálculo fiz os meus e cheguei aos seguintes resultados:
Casa 1 - 275 Metros 6º - (7,17 m /3º)
Casa 2 - 150 Metros 6º - (3,92 m /3º)
Casa 3 - 45 Metros 6º - (1,17 m /3º)


Caso venha utilizar a PCBA citada aciMa e a antena mostrada no link, terei os alguns problemas:
As duas casas mais longes não possuem visada para antena, dependendo do ponto da casa é Possível ter visada. Mas poderia complicar muito essa instalação, por conta dos locais.

Outro problemas, é a altura dessas casas, a casa mais perto, apesar que ainda não verifiquei a altitude com o celular, deve ficar 5 metros abaixo da antena, a casa a 150 metros também deve ficar uns 5 metros abaixo, já a casa mais longe deve ficar uns 6 metros acima da antena. De acordo com o calculo acima, a Casa 1 e 2 não se adequaria no melhor sinal da antena.

Agora Partindo do pressuposto, que tenho essa PCBA e que irei utilizar ela, minha dúvidas são:
a) Qual o tipo de antena poderia usar nessa PCBA, pois uma antena setorial de 120º, poderia nos atender, Mas como não sei se entrará uma nova casa, então a omni (360º) ainda é o que seria mais interessante.
http://produto.mercadolivre.com.br/M...ada-anatel-_JM

b) Quantos Dbi, deveria ter essa antena, pois o local mais longe é de 275m no momento, pode ser que algum dia, venha a aumentar isso, mas no momento não é o caso.

c) Agora no caso do "Clientes", que tipo de antena deveria usar. Eu pensei em utilizar uma CPE com saída para antena externa (SMA). Daí surgiram as dúvidas: Marca, modelo, ganho(dbi). Eu pensei nesta daqui:
http://produto.mercadolivre.com.br/M...-nano-loco-_JM

O que vocês acham? quantos dbi eu poderia utilizar como antena externa nessa CPE?

Além disso, ele possui alguns roteadores. Poderia talvez utiliza-los para não gastar com CPE. Pois o link é de apenas 3MB.

d) Qual é a melhor configuração para essa situação (PCBA), pois ela é de 1000mw, eu coloquei em 250MW, e tipo de banda coloquei em G. Essa configuração, digamos, seria a certa, ou teria que modificar isso, entre outras modificações que poderiam ser feitas?



Agora partindo do pressuposto de que fossemos fazer do zero, sem nenhuma equipamento, o que vocês que possuem conhecimento muito maior que o meu, fariam, o que comprariam numa situação dessa?

Anexo 54238

Se puderem ajudar, agradeço.
ATT FG

- Uma coisa que toda antena tem é o lobulo secundário de emissão.

- A regra não-oficial é que você vende a antena com o angulo que ela tem entre 100 e 50% da potencia. Uma antena de 12dBi de 60º vai ter até 9dBi na borda desses 12º, porque 12-9 = 3dB, e a cada 3dB a potencia dobra ( http://www.melhorantena.com.br/apren...-db-dbm-e-dbi/ ), fora desses 60º a antena ainda funcionará, mas terá menos de 9dBi, no caso de antenas biquad de 12dBi elas chegam nos 90º com ganho tipo 4dBi.

Juntando lobulo secundário, com antena de angulo real maior que o nominal, você tem muitas opções de antenas, não precisa antena de 120º, nem precisa omni.
(Afinal omni sai cara)

Nessa casa a 45m de distancia, os lobulos secundário da omni atingirão ela com nível de sinal suficiente, na pior das hipóteses teria que girar a omni, porque as vezes um lobulo tem largura vertical pequena. Isso só testando.

Mas... omni tem outros problemas, como ruído, e não dá pra colocar muita potencia. Então, porque não usar uma CPE com antena de 60º, com possibilidade de potencia mais alta? Nanostation M2, Nanostation Loco M2, ambas com antena de 60°, 13 a 18dBi, isso é mais que suficiente pra conectar a 500m, que dirá a apenas 300m. Elas tem angulo de 30º na vertical e 60º na horizontal, então independente de a casa ser de um Hobbit e ter 50cm de altura, vai conectar.

Nanostation Loco M2 sai mais barato que omni+roteador. Aponta ela reto pro meio da distancia dos 2 usuarios mais distantes, e o usuario mais proximo vai pegar lobulo secondário ou pegar o lobulo primário com ganho menor, mas 50m é tranquilo pra isso.

E nessa distancia nos cliente você não precisa (Nem deve) colocar antena externa em CPE, CPE conecta bem até em 1200 a 1500m, uma conexão de 300m com visada é fichinha pra elas!
(Fora que a WA5210G tem algum problema no chaveamento pro conector SMA, ficou péssima com antena externa sempre que testei, e tentei muito. Sem antena externa: 1500m; Com antena externa grade 24dBi: 2000m... pfff... não vale a pena))


Mas... sem visada complica. CPE NAnostation Loco M2 é leve, levíssima, põe num mastro de 4m sobre os telhado, estaia com arame liso fino em 3 pontos (4 chacoalha, 3 fica firme) e pronto. Sem visada DEPENDE do tipo de obstaculo. Antena de grade de 24dBi poderia ser a solução pra falta de visada, ligada num roteador Intelbras WIN240 (E a outra antena nessa PCBA Krazer que já tem). O segredo seria: Usar modo B, a 11M. Porque? Porque o tipo de modulação, dsss, usa uma portadora única, se perder pacote perde tudo e reenvia, não é como G ou N que perde apenas uma ou outra portadora e igual tem que reenviar tudo mas precisa processar mais dados (Datarate maior = Mais processamento). Em modo B tanto o NanoStation Loco, como a PCBA KRazer, ou qualquer outra CPE ou roteador instalados, tem mais sensibilidade e potencia, um sinal -75dB é suficiente pra ter conexão pra lá de estável em modo B, e com sinal -80 dá até pra navegar (Estou imaginando que a conexão seja menos que 2M).

@rubem , esta definição de dbi de ganho em uma antena , sei que é levado em comparação com uma antena isotrópica "teorica" de ganho 0

Mas nos gráficos dos lóbulos de irradiação não levam em conta as distâncias. E isso sempre me incomoda quando leio um gráfico desses
São só duas variáveis nos gráficos, dbi e ângulo.

Existe alguma norma aceita universalmente para distâncias? Pois sempre há uma atenuação em função das distâncias. Creio que este dado deveria constar num gráfico de lóbulos de irradiação, não?

O ganho 0 é definido como o de uma "antena isotropica" mas isso só gera confusão, tem é que imaginar a energia liberada magicamente num ponto do espaço, ela vai pra todo lado porque não tem um cabo a levando, mas não dá pra chamar isso de antena de comparação, é só uma forma teórica de comparar. Mal-comparando é como uma bomba que explode no ar, ela pode emitir a energia de maneira exatamente igual (tropos) pra toda direção (iso), seria uma bomba isotropica teórica, talvez alguma bomba exploda assim mas não tem como medir a uniformidade de maneira continua, em RF tem como, se trabalhar com potencia baixa (Watts). Qualquer elemento metalico será melhor que um "nada" emitindo energia pra todo lado, mas obviamente o objeto metalico terá forma, e a energia chegará nele por alguma via, então antena isotropica é impossível, o que temos são antenas praticamente isotropicas, emitindo sinal pra todo lado de forma razoavelmente perene (Segundo a norma, isto é, com menos de 3dB de variação, comercialmente é isotropica mas filosoficamente um ponto tem o dobro de energia que outro (3dB) então não é istropica).


Na prática o alcance varia porque a fabricação da antena e o ambiente variam. Quando você coloca qualquer pedaço de metal como antena ele terá uma area de contato com o ar maior que uma emissão isotrópica no ar, pelo menos 0,000001dBi vai ter. Se você usa metal X ou Y o ganho pode subir pra 0,0000002dBi, se usar ressonador de tamanho certo pode ter ganho grande tipo 1,3dBi, se mudar 0,01mm o ganho pode mudar pra 1,2dBi, esse tipo de margem de erro existe na fabricação, seja "erro" na mistura gerando cobre mais impuro que o desejado (100% puro nunca é usado mesmo), seja erro nos dimensionamentos. Tudo dentro da margem de erro, claro, mas o erro está lá, e isso não é preocupante porque as antenas precisam operar num range de frequencia meio grande, de 80 a 160MHz (2,4/5GHz), o ganho não será uniforme em todos os canais então a margem de erro pode ser elástica, na prática o que muda é o canal de maior ganho, onda estacionária, e impedancia, nada muito grave (É, impedancia muda conforme a frequencia, de 50,01 pra 50,02 ohms tem diferença, não importa na venda comercial, mas ajuda a mudar o alcance em longa distancia porque cria descasamento de impedancia).

O material do cabo vai atrapalhar também. Na prática a perda do cabo é perda de energia igual quede de tensão em cabo poe, se diz que 1dB-por-miliwatt é isso porque a escala de dB é um logarítmo simples em que a cada 3dB o valor dobra. Sendo 0dBm o equivalente a 1mW, 1dBm será equivalente a 1/3 do caminho de 1 até 2, é cerca de 1,3mW. Como você "ajusta" a potencia do roteador? Com tensão. Usando sinal de 1V numa antena de 50 ohms você terá 1 dividido por 50, que dá 0,002W, ou 20mW, essa energia foi "dissipada" na forma de campo magnético, foi "perdida pro ar", não está mais presente no cabo nem na antena. Queda de tensão em cabo POE é parecido, mas a perda vira calor devido a resistencia do cabo, infelizmente não aproveitamos esse calor, enquanto na antena aproveitamos o sinal eletromagnético enviado. Ou seja, a antena de maior ganho é a antena que "desperdiça" da melhor forma a energia, mas a desperdiça na forma de onda de radio enviada pro ar. Voltando a tensão... se você manda sinal de 1V você terá 20mW, 2 volts 40mW, 3=60, 4=80 e com 5 volts terá 100mW de DISSIPAÇÃO (Resistencias funcionam assim, quanto maior a tensão maior será a energia dissipada, energia consumida medida em watts), então os mosfets na etapa de RF são definidos pra liberar sinal de determinada tensão conforme o que o software manda, se você no software define "21dBm" o hardware vai aplicar no gate do mosfet sinal pré-definido de forma que tenha digamos 6,25 volts, que dividido pela impedancia da antena de 50 ohms via 0,125W, ou 125mW. Essa tensão de 6,25V vai estar sujeita a queda num cabo igual qualquer tensão, cabo de RF é grosso e a onda viaja ao redor do condutor, não é como DC que a espessura do cabo é fundamental na conta, mas existe queda de tensão.

Aí entra na conta do alcance efetivo esse mosfet e essa tensão. Na fabrica você descobre que se aplica X sinal no gate no mosfet, terá tensão Y no source, mas... e se houver despadronização na fabricação? Ela existe, todo componente é despadronizado, existe margem de erro mas o erro está lá, geralmente não faz diferença significativa. E quanto a tensão? Tensão é tensão, mas... usando chaveamento na fonte e nos VRM's dos roteadores e placas você terá DC com ripple, dependendo do valor do ripple você terá então tensão com 5% de variação, e se isso se refletir em 5% na tensão do mosfet? Não terá 5% de variação na potencia do sinal em bons roteadores, mas vai ter variação.

Conforme temperatura e umidade a propagação no ar muda, usuario de radio amador ( O @1929 pelo visto já usou/usa) nota "aberturas" que permitem conversar com usuarios mais distante (Argentina, Africa, Europa) ou "fechamentos" que não ter permitem nem sair do seu estado. Dependendo da frequencia entram interrupções em nuvens, reflexo em nuvens, em umidade, distorção em area quente, mas como wifi usa potencia beeeeem mais baixas (Radio-amador a 10W, PTMP a 0,1W (100mW), é uma diferença 100:1) o clima gera pequenas variações.

Junta variação em mosfet, em tensão que alimenta esse mosfet, em feedback lido da etapa de RF, material do condutor seja cabo ou trilha de circuito impresso, material da antena e pequenas variações na sua fabricação, ruído eletromagnético na frequencia, tipo de clima, tipo de reflexos, junta todos esses "Mas isso mal muda 1% o alcance" e você chega em 10% se tiver sorte/azar de somar todos. Com essas variações fica difícil fazer calculo teorico de media de alcance. Você teria que padronizar um ambiente, criar um mundo perfeito pra servir de referencia, e isso alguns fabricantes fazem, especialmente a TPLink e seus "50m indoor, 300m outdoor, 800m com Extend Range®", na prática nunca vemos isso porque vivemos num mundo diferente do padrão.

(Ah... se mede antena geralmente não com base numa isotrópica hipotética, mas num dipolo de meia onda, que por aferição sobre a teoria se sabe que tem 2,14dBi, então comparando o sinal da antena Y com um dipolo de 1/2 onda (122mm é 2,44GHz, meia onda é então 61mm) é o dobro, essa antena Y terá 5,14dBi (2,14dBi do dipolo + 3dB), verifica o angulo em que ela manda sinal (Hoje tem software pra calcular isso) e define o angulo em que baixa até 2dBi (Metade de 5dBi, afinal são 3dBi a menos) e usa esse angulo pra dar nome comercial pra antena. O angulo comercial ignora lobulos secundários e ganhos com menos de meia potencia, provedor tem que estar atento a isso porque pode perder boas oportunidades de uso de antenas, não é porque o ganho é menor no lado que não dá pra usar, é só usar sinal mais fraco na frente pra manter tudo equalizado e tá resolvido)

Ah nº 2, o alcance prático também depende da modulação e como esta se comporta naquele cabo, etapa de rf e antena, parece que uns tipos de antena se saem piores ou melhores com modulações com muitas portadoras, com 256 delas (802.11AC) fica difícil não ter algumas distorcidas na recepção quando tem determinado tipo de ruído, reflexo ou perturbação na zona de fresnel. E... tem etapa de RF que parece que não consegue aplicar de forma escalar a tensão de forma a ter alcance escalar, digo, você configura pra 20dB e tem alcance X, muda pra 21dB e o alcance dobra... tem algo errado aí, ou tem algo errado na etapa de RF, ou algumas portadoras mudam a definição (Devido a obstaculos físico, tipo ruído) com apenas 1dBm a mais de potencia..

Sim Rubem, nas frequências mais baixas dependemos da abertura da propagação.
Para falar com o Japão por exemplo o melhor horário que encontrei foi por volta das 20hs em 40metros.
Já em 80 metros a propagação abre por volta do entardecer e fecha ao amanhecer. E daí o alcance pode ser muito variável. O normal é aqui do RS alcançar SP, RJ.
Mas já alcancei Bahia e Pernambuco. E uma única vez consegui contato com a Groenlândia. Mas um sinal muito baixo misturado com todo QRM de fundo. Mas que permitiu o QSO. Foi isso que me entusiasmou a procurar contatos distantes, depois desse da Groenlândia.

Mas em microondas a propagação não é o problema. Por isso que ainda fico sem entender muito bem como interpretar um gráfico de irradiação de uma antena, se não tem indicação de distâncias. O máximo que entendo no ganho é a compressão do lóbulo de 360º para um lóbulo que vai se estreitando com o aumento de ganho. Mas isso ainda me diz pouco.

No gráfico do lóbulo ele atinge um pico de abertura depois vai afinando. Na penúltima linha do gráfico é que se mede o angulo. Mas que distância é essa?
Deve existir alguma tabela que faça uma medição média para cada faixa de frequência, ou não?

Com 3 M. não vale a penas o seu cliente investir, se ele diluir todo o valor gasto com mão-de-obra, material, tempo, risco de ser notificado etc em 12 meses, é só encrenca. Eu tinha 5, e fiz isso para ajudar parentes e financeiramente só perdi, ganhei é muita experiência com isso, dei os roteadores e o penúltimo pifou na sexta-feira agora que não aceita nem entrar no firmware mesmo com reset. Eu falo com meus cliente, cada um é dono do seu dinheiro; despesa fica por conta e risco seu e a mão de obra será cobrada da mesma forma. Apenas 30% assumem esse risco.

Microondas sofre com o tempo, TV via satelite tem sinal variando por isso, conforme o tempo abaixo da troposfera tem antena de banda KU que fica sem sinal, sinal cai de 70% pra 40% sem nem ter nuvem. Acima da troposfera existe o fenomeno de dutagem (Hoje tem mais gente usando radio a 146MHz mas parece que falam menos sobre isso), então o que passar das camadas mais baixas não terá problema acima, mas abaixo da troposfera tem o espalhamento por chuva que atinge em cheio 10 a 30GHz (Devido ao tamanho dos pingos coincidir com tamanho de onda), e sempre aprendi que ele comecaça a ser visíveil na banda L (1,4GHz), e que já abaixo de EHF (3-30GHz) começavam os efeitos causados pela cintilação na atmosfera (Mesmo apontado pro lado, tem atmosfera pra tras da antena que você apontou, a cintilação é menor pela distancia maior até o espaço, mas está lá em pequena escala). Nunca pude ler sobre isso por conta da mania besta de nomear as faixas genericamente, usam padrões de 100 anos atras, tipo "SHF, de 300MHz a 3GHz", oras... em 300MHz e em 3GHz o comportamento é completamente diferente. De 3 a 30GHz (EHF) a incomodo com chuva, sprays e aerosois é tanto que antena de TV via satelite precisa ganho enorme e amplificação logo no LNB/LNBF porque sinal -75 já não serve pra quase nada nessa faixa, não dá pra perder nada em cabo. Peraí, 6GHz precisa mais que -75 quando virado pro espaço? Como a gente quer usar sinal -75 em 5GHz virado pro horizonte? (Afinal tem horizonte atras de toda antena) Não é a toa que 5GHz exige potencias tão maiores que 2,4GHz, em distancia longa a cintilação da atmosfera começa a incomodar mais que em 2,4GHz (E mesmo que a antena esteja virada 5º pra baixo existe reflexo no solo). E 2,4GHz também não permite sinais tão baixo, GPS tá feliz da vida com sinal -120, tem celular e modem 1800MHz estabelecendo tranquilo comunicação a -100dBm (Tudo bem que o SNR necessario é menor, mas a sensibilidade é muito maior e não é limite de componente, é que PODE usar sinal baixo nessa frequencia, sinal baixo assim em 3GHz tá todo misturado com ruído).

Sobre a forma nos diagramas, não é circular porque o ganho varia, o circulo maior é o ganho maior da antena, você mede esse ganho e anota, depois você mede os ganhos (O nível de sinal) saindo desse angulo de maior ganho, quando o sinal cai pela metade (Isto é, tiver 3dBi a menos de ganho) você faz aquele segundo circulo, e usa esse angulo pra definir o nome comercial da antena. "Angulo a meia-potencia" é isso, o angulo em que a antena emite no MÍNIMO metade da potencia. É convenção comercial isso.

Exemplo:
Anexo 54259
A linha verde na horizontal está mais ou menos em 20°. São 20° pra direita, -20° pra esquerda, então temos antena com "40° a meia-potencia".
Mas se pensar bem, METADE da potencia só? Quer dizer que vai ter o DOBRO do alcance nesses 4 ou 5º centrais? Quase isso, não o dobro mas uns 50% a mais é facil ter! E aí, informa o alcance no angulo de melhor ganho? O pessoal do marketing da UBNT já fez isso, "NanoStation, ATÉ 14Km de alcance"... só se for a 1Mbps por ter maxima sensibilidade e maior potencia, com 10% de perdas, em ambiente ideal, e com alinhamento 100% perfeito usando o angulo central. Se for pra beira dos 60º nominais dele teria meia-potencia e alcance não chegaria nem perto de 7Km.

Outro exemplo:
Anexo 54261
Pintei e marquei o ponto em que o ganho cai 3dBi. Isso é uma omni em pé, vertical, essa é bem feita, o angulo de melhor ganho dos 2 lados é "caido" pra baixo por obviamente toda omni fica no alto. Eu diria que pra cima dos 90º o angulo de meia-potencia sobre 10º, e pra baixo de 90º (Linha do horizonte) desce uns 16º, dá pra dizer que essa antena tem 26º (Então deve ser uma omni de 7dBi ou algo assim, difícil ter angulo tão aberto com ganho grande).

Enfim, esse diagrama de irradiação tem regra comercial apenas, se não tem linha de cor diferente se entende que os círculos internos, de fora pra dentro, são -5, -10, -20 e assim por diante, raramente se usa algo além de -50 ou -60 porque precisaria muito ganho pra ter sinal medível com tanta atenuação.

Um exemplo que pode enganar:
Anexo 54262
Ela não tem a linha dos 3dBi, nem de -5, nem tem graduação, mas pela propria baixa definição você vê que o sinal abre 1 pixel pro lado com 3 pixels de distancia de 0dB, não dá pra ter certeza se ela seria uma antena comercialmente chamada de 2º ou de 4º, mas o que quero destacar é: "Posso usar os lobulos secundários dela? Ela parece uma omni tirando aquele bico em cima." Ela não é omni, olha o nível de sinal fora desse bico, está em -22 a -24. Ou seja, se isso for o diagrama de uma antena de grade de 24dBi, fora dos 2 ou 4º da frente, mas nuns 30º a partir da frente, ela terá entre 0 e 2dBi de ganho, e no resto ela será uma antena de -10dBi, ou seja, os valores escritos no diagrama são importantes.
(E eu já ví hotel que usava antena de grade pra mandar sinal pros clientes nos quartos, 50m de largura e uma grade apontada no meio, na prática era uma antena de 2dBi (30º) porque no angulo de maior ganho (4º centrais) não tinha ninguém, o diagrama enganou quem fez a instalação)

No caso de uns paineis com corte a laser e tal, tem diagramas esquisitos as vezes, opção do fabricante:
Anexo 54263
Tem 360º mas o 0º está numa posição incomum. A numeração está invertida, o 0 não está na borda do circulo, eles colocaram o GANHO nos circulos, então veja como o ganho varia conforme o angulo e o canal:
Anexo 54264
2 marcas discretas, mas.... PQP... 11dBi num ponto no canal 2, 17dBi noutro ponto no canal 4. Como que isso não altera o alcance de um cliente pra outro? São 6 dBi, um ter 100% de sinal e o outro tem 25% de sinal!!!! (3dBi cai 50%, mais 3dBi cai 50% de 50, ou 25% do total)
Mas... a regra comercial é essa, define um mundo hipotético, mede o ganho maximo, vê até que angulo ele cai pela metade, e define esse angulo como o angulo comercial da antena.

Por isso tem quem seja feliz com 3 ou 4 NS cobrindo 360º numa torre, quem tem 25% do sinal com uma BaseStation de 16dBi no canal errado pode ter 12,5% do sinal dum NS no canal certo, em distancia curta 3 ou 4dBi a mais de sinal não muda tanto as coisas.