Entendendo e definindo o uso de Antenas wireless

achei esse texto na internet eh achei interessante posta aqui para os amigos do forum pra da uma auxiliada na galera que tem dificuldades em resolver problemas nos quais nem sabe por aonde começar :D

bom proveito

Entendendo e definindo o uso de Antenas wireless 2,4 ghz para internet via rádio.

A escolha correta do elemento irradiante (antena), na transmissão de dados via rádio é de extrema importância para o bom funcionamento do sistema. É o elemento irradiante (antena) que efetua o acoplamento de impedância entre a saída do transmissor e o espaço livre o qual é de 377 ohms.

Seus componentes, tais como: diretor, refletor, gama, plano terra etc... Devem ser proporcionais ao comprimento de onda da freqüência a ser irradiada.

O comprimento de onda de uma freqüência é o resultado da divisão da velocidade da luz por esta freqüência. Ex: 300.000. Km/s = 12,18 cm, ou seja, a freqüência de 2.462 Mhz possui o comprimento de onda de 12,18 cm Para escolher corretamente o tipo de antena a ser usado, devemos observar os seguintes itens, os quais serão comentados em suas individualidades no momento oportuno:

a) A distância que os sinais deverão atingir.
b) As direções a serem enviados os sinais.
c) A freqüência a ser usada.
d) A geografia do terreno entre os pontos de transmissão e recepção.

Embora existam muitos modelos de antenas, os tipos são basicamente três:

1) Direcional.
2) Semi-Direcional ou Setorial.
3) Onidirecional.

Direcional: são antenas que transmitem os sinais em uma única direção, com ângulo de irradiação bastante fechado, ficando aproximadamente entre 3 e 20 graus, cobrindo uma área bastante restrita, os modelos básicos são as parabólicas, podendo a parábola ser fechada ou não, as yagis e as helicoidais.

- A parabólica com parábola fechada, atenua sensivelmente os ruídos vindo de traz, enquanto a parábola de grade, atenua apenas moderadamente

- A yagi atenua moderadamente os ruídos vindos de traz.

-A helicoidal atenua sensivelmente os ruídos vindo tanto de traz como dos lados.

Semi-Direcional ou setorial: são antenas que transmitem os sinais também em uma única direção, porém com um ângulo de ir ra diação bastante aberto, ficando aproximadamente entre 30 e 180 graus, cobrindo uma área bastante extensa, o modelo básico é o painel setorial.

- O painel setorial atenua moderadamente os ruídos vindo de traz.

Onidirecional: são antenas que transmitem os sinais em várias direções, em ângulo de irradiação de 360 graus, conhecidas como omnis.

Todo o tipo de antena tem algum ganho em alguma direção, proveniente do fato de que as antenas não irradiam uniformemente em todas as direções.

A única antena que irradia uniformemente em todas as direções com intensidade igual de sinal existe somente na teoria, e se chama antena isotrópica, (é como se uma antena estivesse concentrada em um único ponto, dentro de uma esfera, irradiando para toda a superfície da mesma ao seu redor com intensidade igual). A utilidade prática da antena isotrópica é servir como base de comparação para todas as demais antenas.

O ganho de uma antena é medido em dB, sendo sua unidade expressa em dBi onde a letra "i" indica que o sinal máximo da antena foi comparado com o sinal de uma antena isotrópica, colocada no mesmo lugar. A largura e direção da área atingida pela irradiação de uma antena com seu ganho máximo a meia potência, chamamos de lóbulo de irradiação, o qual tem como medida seu ângulo de abertura e seu sentido de direção, pode ser horizontal ou vertical.

A onda eletromagnética irradiada por uma antena pode ter seu formato horizontal, vertical, circular ou helicoidal, o que chamamos de polarização.

Para que duas ou mais antenas se comuniquem entre si, é necessário que as mesmas estejam irradiando com polarização igual.

Obs: não confundir lóbulo de irradiação com polarização, ou seja, lóbulo de irradiação é a largura e direção da área atingida pela irradiação e polarização é o formato da onda irradiada.

Para que uma antena seja considerada de bom rendimento, é necessário que além do ganho em dBi, ela esteja sintonizada na freqüência para que foi projetada, irradiando no mínimo 89% da potência recebida pelo transmissor.

Para sabermos se uma antena esta sintonizada, é necessário medirmos sua R.O.E, que é a relação entre a potência irradiada e a refletida, o que chamamos de onda estacionária,a qual pode ser medida através da escala própria da R.O.E, ou em percentual.

Comparativo entre a escala da R.O.E e percentual:
ROE. = 1___1.2__1.5___2___3_____4_____5_____9
Perc. = 0%__1%__4%_11%_25%__36%__50%__65%

Classificamos a onda estacionária de acordo com seu percentual conforme Segue:

Até 4% ótima, entre 4 e 8% boa, entre 8 e 11% regular, entre 11 e 18% ruim, entre 18 e 25% péssima e acima deste percentual estaremos sujeito a sérios problemas.

Muitas vezes para baixar a estacionária de um sistema irradiante, torna-se necessário usar o cabo da linha de transmissão entre o transmissor e a antena, com extensão proporcional a múltiplos do comprimento de onda referente à freqüência em operação.

Em transmissão de dados via rádio, a distância atingida pela irradiação de uma antena pode ser estabelecida de acordo com seu ganho em dBi, isto é, para cada dBi de ganho acrescenta-se 900m de alcance.

Ex: Uma antena com ganho de 20 dBi terá um alcance de aproximadamente 18 Km, considerando que a potencia de saída do radio transmissor seja a usual de 32 mw.

O presente cálculo foi baseado na potencia usual de saidado rádio de aproximadamente 32 Mw. Para alcance maior que 900m por dBi, será necessário a troca por equipamento especial de maior potência ou o uso de amplificador.

Qual a melhor antena?

A melhor antena é aquela que coloca o sinal necessário, no local de recepção, com o menor desperdiço em outras direções, com a menor potência gerada, com o menor espaço ocupado, com a menor resistência ao vento, com o menor peso e com o menor custo.

Para a escolha da antena que mais se aproxime do ideal, é necessário primeiro definir o que desejamos fazer:

1º - Enviar ou receber sinais de/ou para um ponto predeterminado.
2º- Enviar ou receber sinais de/ou para vários pontos dentro de uma área predeterminada.
3º- Enviar ou receber sinais de/ou para vários pontos ao nosso redor.
4°- Para/ou de que distâncias queremos enviar/ou receber sinais.

Primeiro item - utilizaremos uma antena do tipo PARABÓLICA, podendo ser do modelo com parábola de grade ou fechada.

A diferença básica entre ambas, é que a parábola fechada atenua um pouco mais os ruídos vindo tanto de trás quanto dos lados, sendo indicada principalmente para locais onde a incidência de ruídos seja mais acentuada.

Obs: É bom lembrar que tanto a freqüência de 2.4 quanto à de 5.8 Ghz são freqüências chamadas de "visuais", tem que haver um ponto visual entre as antenas, pois trata-se de freqüências muito altas e qualquer obstáculo a sua frente pode interromper seu trajeto ou desvia-lo.

Segundo item - utilizaremos uma antena setorial, a qual ira cobrir uma área predeterminada que dependera do lóbulo de irradiação da mesma.

O ângulo de abertura do lóbulo de irradiação destas antenas variam de aproximadamente 40° a 120º graus na polarização horizontal e de 20° a 60° graus na polarização vertical.

Obs: Lóbulo de irradiação é a relação entre a direção, forma e área atingida pelos sinais de radio freqüência emitidos por uma antena, podendo ser comparado a um facho de luz. Antenas com dois lóbulos de irradiação distintos, um no sentido horizontal e outro no sentido vertical são antenas que possuem polarização, e as com um único lóbulo de irradiação, tipo circular ou helicoidal não possuem polarização.

Para que haja comunicação (link) entre duas ou mais antenas, é necessário que elas estejam polarizadas entre si.

Terceiro item - utilizaremos uma antena onidirecional, conhecida como omnidirecional, a qual irradia num ângulo de 360º graus horizontal e dependendo do seu ganho, de 10 a 3 graus verticais aproximadamente.

A quem diz que quanto mais alto instalarmos uma antena melhor, neste caso em que a freqüência é alta,tal ideia não condiz com a realidade, pois vai depender da distânciba e da altitude do ponto a ser atingido e do lóbulo de irradiação vertical da mesma.

Se uma antena for instalada muito mais alta do que os pontos a serem atingidos, e seu lóbulo de irradiação for muito fechado no sentido vertical, os pontos muito próximos da mesma e com desnível acentuado terão péssima qualidade de sinal ou nem haverá link com esta.

Uma antena omnidirecional com ganho de oito dBi possui um lóbulo de irradiação vertical de aproximadamente 7° a 9º graus dependendo do fabricante e sua irradiação chega aproximadamente a 7,2 Km com 32 mw de excitação, enquanto que uma omnidirecional com 15 dBi de ganho possui um lóbulo de irradiação na vertical aproximadamente entre 3º a 5º graus e sua irradiação chega aproximadamente a 13,5 Km.

Conclusão:

Devido a grande diferença acentuada dos graus nos lóbulos de irradiação vertical entre as duas antenas, teremos nos pontos bem próximos da omni de oito dBi um sinal de alta qualidade e em distancias superiores a 7,2 Km um sinal de regular para ruim, enquanto que na omni de 15 dBi teremos nos pontos bem próximos da mesma um sinal de péssima qualidade e entre 7,2 e 13,5 KM um sinal de ótima qualidade.

Portanto se substituirmos uma antena de oito dBi por uma de quinze dBi, teremos um maior alcance do sinal, porem aqueles pontos próximos da antena, que estavam com um sinal de boa qualidade, ficarão comprometidos.

Ou seja, nem sempre iremos resolver nosso problema com a substituição de uma omni de 8 dBi por uma de 15.O desnível entre antenas ficará mais acentuado devido ao ângulo do lóbulo de irradiação da antena de 15 dBi ser menor e portando mais crítico.

Cuidados na instalação de antenas 2.4 e 5.8 Ghz.

A escolha correta do elemento irradiante (antena), sua qualidade, bem como a qualidade do cabo de transmissão com seus conectores que interligam o mesmo ao equipamento e qualidade de instalação, são requisitos fundamentais para uma boa performance na transmissão de dados.

1- verifique a situação geográfica entre os pontos de emissão e recepção dos sinais para ver se há visada entre os mesmos, e se possível faça um teste prático com transmissão de sinais para avaliar a qualidade do mesmo, determinando a viabilidade de link entre os pontos desejados.

2- Caso haja algum obstáculo entre os pontos definidos para efetuar o link (edifício, morro, etc...), que impeça o link, teremos que localizar um terceiro, que tenha visada para com os dois primeiros, a fim de servir de apoio para podermos viabilizar o projeto.

3- Verifique sempre se o local escolhido para a instalação da antena está dentro de uma área protegida por pára-raios, caso isto não aconteça, deixe sempre uma parte do metal onde se esta fixando o suporte da antena, mais alto que a mesma (de preferência que o mesmo seja pontiagudo), e faça um bom aterramento desta estrutura caso a mesma não esteja aterrada, para que sirva de pára-raios.

4- Mesmo que as instalações estejam protegidas por pára-raios, devemos reforçar a proteção dos equipamentos instalando um centelhador no cabo de transmissão, entre a antena e o rádio, e na tomada de energia dos equipamentos, usaremos um conjunto de tomadas de energia elétrica, do tipo régua filtrada, que além de possuir um filtro para atenuar ruídos da rede, ainda possui um varistor para proteção contra sobre tensão.

5- Procure instalar a antena o mais próximo possível do radio, pois as perdas do cabo em distâncias superiores a 15 metros já começam a ser preocupantes.


6- Se o local onde for instalada antena estiver poluído por vários sinais de R.F, tente mudar a polarização da antena para atenuar os ruídos causados pela interferência dos mesmos.

7-Sempre procurar melhorar o sinal com antenas de maior ganho e do tipo e modelo com lóbulo de irradiação mais apropriado para o que se deseja.

8-Só fazer uso de amplificadores em último caso, pois os mesmos junto com os sinais amplificam também os ruídos, alem de interferirem (causar batimento) em sinais distintos próximos a ele.

9-Usar cabos e conectores de boa qualidade e com a impedância de acordo com os equipamentos, neste caso 50 ohms.

10-É de estrema importância que os conectores que ficarem expostos a intempéries, sejam perfeitamente impermeabilizados contra a umidade, de preferência com silicone, pois a umidade é o principal inimigo das altas freqüências.

-Podemos afirmar que noventa por cento dos problemas com perda de qualidade do sinal, diminuição no ganho da antena, perda de pacotes na transmissão de dados e aumento de ruídos, deve-se à entrada de umidade no elemento irradiante ( umedecendo seu gama ), e principalmente nas conexões por falta de uma perfeita impermeabilização, e com o passar do tempo vai piorando cada vez mais a qualidade de transmissão devido à oxidação dos componentes, processo este que continua independente se o componente já estiver seco.

Obs: Quando começar a aparecer alguns dos problemas acima, ou todos ao mesmo tempo e haja duvidas quanto ao diagnóstico da causa, inicie primeiro, verificando o cabo proprietário (aquele que conecta o cartão do radio a antena), se estiver bom, faça a manutenção nas conexões, se possível com a troca de conectores, centelhadores, etc... .

Se o problema ainda persistir, verifique se houve possibilidade de ter entrado umidade na parte interna das antenas tipos omnidirecional, setorial, e yagi, ou no alimentador no caso de antenas tipo parabólica.

Com este procedimento, poderemos ganhar tempo e evitar custos com envio de equipamentos para testes.