Antenas Wireless.

     Una antena es un dispositivo que permite la emisión y recepción de ondas electromagnéticas (ondas de radio), es decir, convierten las señales electromagnéticas en eléctricas y viceversa.

     Todos los equipos Wi-Fi ya incorporan sus propias antenas. No obstante, cuando se desea disponer de una red de mayor alcance o cobertura resulta conveniente sustituir la antena incorporada en el equipo por otra con mayor ganancia.

     Una antena es un dispositivo destinado a la radiación y/o captación de ondas radioeléctricas. Una antena puede funcionar como emisor (radia) como receptor (capta), siendo el equipo de radio el que se use para transmitir y recibir.

Conceptos generales.

• La ganancia.- Es una característica importante en una antena. Viene a ser el grado de amplificación de la señal. Una antena es mejor cuanto mayor ganancia tiene. La ganancia se mide en decibelios (dB) y se representa en dBi y se calcula como el logaritmo de una relación de valores y toma como referencia la antena isotrópica (omnidireccional).
• La relación señal/ruido.- Uno de los mayores inconvenientes de los sistemas de radio es que, además de los datos, también se transmite ruido. Una transmisión se recibirá mejor cuanto más potente sea la señal de los datos en comparación con los ruidos. La relación se expresa en decibelios (dB) y es una escala exponencial, es decir, que un valor de 10 dB indica que la señal tiene 10 veces más potencia que el ruido, mientras que 20 dB indica 100 veces más señal (y no 20 veces).
• Patrón de radiación.- Es un gráfico o diagrama polar sobre el que se representa la fuerza de los campos electromagnéticos radiados pon una antena y depende del modelo de antena. El patrón de radiación puede ser representado en dos planos perpendiculares conocidos con los nombre de “azimut” y “elevación”.
• Apertura del haz.- Representa la separación angular entre los dos puntos del lóbulo principal del patrón de radiación donde el valor de la energía electromagnética es la mitad de la original (-3 dB). Se expresa en grados y se suele representar sobre el plano horizontal.
• Polarización.- Describe la orientación de los campos electromagnéticos que irradia o recibe la antena. La polarización de las antenas de ambos extremos de la comunicación debe ser la misma para minimizar la pérdida de ganancia. Las más comunes son:
  • Vertical.- Cuando el campo eléctrico generado por la antena es vertical con respecto al horizonte terrestre (de arriba abajo).
  • Horizontal.- Cuando el campo eléctrico generado es paralelo al horizonte terrestre.
  • Circular.- Cuando el campo eléctrico generado por la antena va rotando de vertical a horizontal. y viceversa, creando movimientos circulares en todas direcciones.
  • Elíptica.- Cuando el campo eléctrico se mueve como en la polarización circular pero con desigual fuerza en las distintas direcciones.

Tipos de antenas.

     Las antenas de redes inalámbricas se pueden dividir en tres tipos principales:

• Antena omnidireccionales
       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 direccionales (o directivas)
       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 panel o patch.- Es una antena plana para ser montada en la pared. Emite energía siguiendo un modelo semiesférico. Tienen ganancias de 12 a 22 dBi.
  • Antena yagui.- Es una antena direccional con apertura de haz de entre 15 y 60 grados y una ganancia de 6 a 21 dBi. Suelen estar montadas en el interior de una cobertura cilíndrica.
  • Parabólica.- Tiene forma de disco cóncavo con la que se consigue unos haces muy direccionales. Útiles para comunicaciones punto a punto y se pueden conseguir ganancias hasta 27 dBi. Existen en configuraciones redondas, cuadradas, mayadas, etc.

• 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.

Tipos de conectores.

     La mayoría de los equipos Wi-Fi disponen de un conector para enchufar una antena externa. Habitualmente la antena se une con el equipo Wi-Fi a través de un cable. Dicho cable introduce pérdidas en la señal que van desde los 0,05 a 1 dB por metro. Los cables más utilizados son los de tipo LMR, fabricados por Times Microwave Systems.

     Las antenas no suelen disponer de un conector del mismo tipo que los adaptadores de red, por lo tanto se necesita de un adaptador que los conecten  con sus conectores correspondiente, denominados “pigtails”.

     Los tipos de conectores más comunes son:

• N (Navy – marina).- Es el conector más habitual en las antenas de 2,4 Ghz. Es de tipo rosca.
• BNC.- Es un conector usado en las redes Ethernet tipo 10Base2. No es muy apto para trabajar en la frecuencia de 2,4 Ghz.
• TNC.- Es la versión roscada del conector BNC.
• SMA.- Son conectores muy pequeños que van roscados y trabajas en frecuencias de hasta 18 Ghz.
• SMC.- Una versión todavía más pequeña de los conectores SMA. Su mayor inconveniente es que sólo son utilizables con cables muy finos. El conector SMB es una versión que se conecta y desconecta más fácilmente.
• APC-7.- Cable con muy poca pérdida y muy caro. Tiene la particularidad de que no tiene sexo.

 

¿Qué antena elegir?

     Las antenas direccionales se suelen utilizar para unir dos puntos a largas distancias mientras que las antenas omnidireccionales se suelen  utilizar para dar señal extensa en los alrededores. Las antenas sectoriales se suelen utilizan cuando se necesita un balance de las dos cosas, es decir, llegar a largas distancias y a la vez, a un área extensa.

     Si necesita dar cobertura de red inalámbrica en toda un área próxima (una planta de un edificio o un parque por ejemplo) lo más probable es que utilice una antena omnidireccional. Si tiene que dar cobertura de red inalámbrica en un punto muy concreto (por ejemplo un PC que está bastante lejos) utilizará una antena direccional, finalmente, si necesita dar cobertura amplia y a la vez a larga distancia, utilizará antenas sectoriales.

     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, aunque siempre hay que valorar su costo.

     Una antena direccional oscilará su apertura horizontal entre los 4º y los 40º y una antena sectorial oscilará entre los 90º y los 180º. La apertura vertical debe ser tenida en cuenta si existe mucho desnivel entre los puntos a unir inalámbricamente. Si el desnivel es importante, la antena deberá tener mucha apertura vertical.

     Por lo general las antenas, a más ganancia (potencia por decirlo de algún modo) menos apertura vertical. En las antenas direccionales, por lo general, suelen tener las mismas aperturas verticales y horizontales.