Diagrama de radiación (Patrón de radiación)

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena. Es habitual representar el módulo del campo eléctrico o la densidad de potencia radiada, aunque también se pueden encontrar diagramas de polarización o de fase.

en un acces point que utiliza una antena omnidireccional el instalador necesita estar conciente de que el cono de cobertura reducida está directamente por encima y por debajo del Access Point (zona roja).

la antena tiene un patrón de cobertura horizontal de 360 grados.

antena isotropica

Físicamente esta antena no existe. Se define como una antena puntual que radía energía uniformemente en todas direcciones. El flujo de energía en la unidad de tiempo y por unidad de área es conocido como Vector de Poynting, o Densidad de Potencia [Watts / m2]. Este vector solo tiene componente radial para una fuente puntual.
De acuerdo a lo expresado, La potencia aplicada a dicha antena se repartirá por igual en el área de una esfera, y la Densidad de Potencia para un radiador isotrópico, a una distancia dada d es:



p = Pt / 4 p d2 --- ( 1 )


donde
p = Densidad de Potencia. [Watts / m2]
Pt = Potencia en las terminales de la antena. [Watts]


Para explicar mejor de qué se trata he hecho este esquema que intenta ser un diagrama de radiación de la antena. Un diagrama de radiación sirve para determinar la energía radiada en cada dirección del espacio. Si analizamos esta antena veremos que en los planos verticales (x, z) e (y, z) la cantidad de energía radiada es exactamente la misma en todas las direcciones. Tenemos lo mismo para el plano horizontal (x, y). Esto nos indica que esta antena podrá enviar o recibir señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté.

diversidad de espacio

Considerando que los dispositivos WIFI se han diseñado fundamentalmente para ser utilizados al interior de edificios, y este tipo de entorno favorece a que se presente fácilmente el fenómeno de multitrayectoria. Para solucionar el problema que hemos descrito anteriormente, algunos fabricantes dotan a sus unidades de dos antenas para que operen en la forma llamada "diversidad de espacio" ( space diversity ). Al estar las dos antenas separadas físicamente, la probabilidad que ambas reciban una misma reflexión que siga el mismo trayecto es nula. Es decir que, prácticamente, una antena estará en condiciones más ventajosa que la otra, para producir el enlace.

El receptor del dispositivo estará recibiendo por las dos antenas y luego de verificar por cual de ellas se produce el mejor enlace, ocupará esa para transmitir. Si por alguna razón, la condición cambia, conmutará a la otra. Esto lo estará haciendo permanentemente mientras dure la comunicación y sea necesario que se produzca la conmutación.

La mayoría de los A.P. (puntos de acceso) vienen equipados con dos antenas, cuya función es resolver el problema que se presenta cuando la señal proveniente del usuario llega a su destino por dos a mas rutas distintas, como consecuencia de las reflexiones que ocurren en los objetos que encuentran a su paso. Estas reflexiones, al seguir caminos distintos a la que sigue el haz directo, recorren mas distancia y por lo tanto llegan al receptor con diferencia de tiempo. Este fenómeno llamado "multitrayectoria" puede ser muy perjudicial, llegando a cancelar la señal cuando esta llega al receptor con una diferencia de fase de 180º.

instalacion de una antena

Una antena debería ser montada como para que utilice completamente sus características de propagación.
Una forma de hacer esto es orientar la antena en forma horizontal, tan alta como sea posible, en o cerca del
centro de su área de cobertura.

La densidad de los materiales usados en la construcción de un edificio determina la cantidad de paredes
que la señal puede atravesar y aun mantener una cobertura adecuada. Considere lo siguiente antes de
elegir el lugar donde instalar una antena:
• Las paredes de papel y de vinilo tienen muy poco efecto sobre la penetración de la señal.
• Las paredes sólidas y de concreto pre-moldeado limitan la penetración de la señal a una o dos
paredes sin degradar la cobertura.
• Las paredes de concreto y de bloques de madera limitan la penetración de la señal a tres o cuatro
paredes.
• Una señal puede penetrar cinco o seis paredes construidas de yeso o madera.
• Una pared de metal grueso causa que la señal se refleje, lo que produce una penetración pobre.
• Un alambrado o un tejido metálico espaciado entre 2.5 y 3.8 cm (1 y 1.5 pulgadas) actúa como un
reflector armónico, por lo que bloquea una señal de radio de 2,4 Ghz.

perdida de un 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.
4. Materiales del cable: Los cables flexibles pierden más potencia que los cables rígidos.

Polarización de la antena.

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).

Considérese un radioenlace entre el satélite y la estación terrestre. En general, el sistema de referencia de la nave no ha de coincidir necesariamente con el de la antena terrestre. En el caso de trabajar con antenas linealmente polarizadas (dipolos, por ejemplo), se produciría un desacoplo de potencia porque las antenas no se encuentran paralelas. Se podría pensar en ajustar el sistema de referencia de la antena terrestre al del satélite para alinear ambas antenas, pero una forma más fácil de solucionar el problema consiste en usar polarización circular. Además, aunque se consiguiese la alineación total entre las dos antenas, la onda linealmente polarizada no llegaría con la misma dirección con la que fue emitida. Ello es debido a que la dirección de polarización se altera cuando la onda atraviesa la ionosfera. Este fenómeno es conocido como rotación Faraday y se manifiesta para frecuencias menores que 1 GHz. Sin embargo, el fenómeno no afecta a las ondas circularmente polarizadas y llegan a su destino con la misma polarización.

Por otra parte, las antenas se suelen compartir entre el transmisor y el receptor. Si el sistema utiliza dos polarizaciones ortogonales, una para transmitir y otra para recibir, el aislamiento entre transmisor y receptor se aumenta de forma considerable.

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.

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.

antenas omnidireccionales

esta posee una cobertura no solo horizontal sino tambien vertical.lo cual indica una cobertura de 360º. Son usadas para aplicaciones punto a multipunto .
como estas antenas irradian su señal en todas las direcciones van a ver lugares en los que la señal va a ser mas debil,que en otras direcciones.
Existen antenas para aplicaciones interiores y para exteriores

pararrayos

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un y canalizar la descarga eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause daños a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado en Benjamín Franklin mientras efectuaba una serie de experimentos sobre la propiedad que tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados situados en su proximidad.
Están compuestos por una barra de hierro coronada por una punta de colocada en la parte más alta del edificio al que protegen. La barra está unida, mediante un cable conductor, a tierra (la toma de tierra es la prolongación del conductor que se ramifica en el suelo, o placas conductoras también enterradas, o bien un tubo sumergido en el agua de un pozo). En principio, el radio de la zona de protección de un pararrayos es igual a su altura desde el suelo, y evita los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos, como edificios, árboles o personas.
El principio del funcionamiento de los pararrayos consiste en que la descarga electrostática se produce con mayor facilidad, siguiendo un camino de menor resistividad eléctrica, por lo cual un metal se convierte en un camino favorable al paso de la corriente eléctrica. Los rayos caen también principalmente en los objetos más elevados ya que su formación se favorece cuanto menor sea la distancia entre la nube y la tierra.
El pararrayos obtuvo tal éxito que hasta la moda se apoderó de él: las mujeres elegantes de la época se paseaban bajo sombrillas de larga punta equipadas con una cadena metálica que se arrastraba por el suelo.
Como elemento protector de los circuitos eléctricos, se utilizan en la actualidad dos tipos de pararrayos, los de Resistencia Variable y los de Óxido de Zinc. Los primeros asocian una serie de explosores y unas resistencias no lineales (varistancias) capaces de limitar la corriente después del paso de la onda de choque. Se caracterizan por su tension de extinción a frecuencia industrial más alta bajo la cual el pararayos puede descebarse espontáneamente. Los segundos están constituidos solo por varistancias y reemplazan a los anteriores cada vez más, ya que su característica principal es la no linealidad de las varistancias de ZnO, que facilitan que la resistencia pase de unos 1.5 Mohms a 15 Ohms entre la tensión de servicio y la tensión nominal de descarga.

En la planificación de un enlace inalámbrico de grandes distancias a 2.4GHz, con línea de vista (LOS), deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

La zona fresnel: es una zona de despeje adicional que hay que tener en consideración además de haber una visibilidad directa entre las dos antenas.

La curvatura de la tierra: Esta se vuelve un problema cuando son enlaces de mas de 11km. La linea de vision se pierde a las 16 millas, por lo tanto se debe tomar en cuenta cuando se determine la montura de la antena.

Estudio del sitio: Los árboles, los edificios, tendidos eléctricos, etc. influyen en la recepción de la señal. La señal se reflecta en los objetos y llega con retardo de fase a la antena receptora, pudiendo provocar pérdidas de señal.

variables

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.)
• Nivel de confiabilidad deseada (disponibilidad) del enlace
Figura 1

ganancia

La característica mas importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de amplificación de la señal. La ganancia representa la relación entre la intensidad de campo que produce una antena en un punto determinado, y la intensidad de campo que produce una antena omnidireccional (llamada isotrópica), en el mismo punto y en las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena.

La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se calcula como el logaritmo de una relación de valores. Como para calcular la ganancia de una antena, se toma como referencia la antena isotrópica, el valor de dicha ganancia se representa en dBi.
la
ganancia de una antena y su patrón de radiación están profundamente relacionados. Las antenas de mayor
ganancia siempre tienen anchos de rayos o patrones más angostos. Las antenas de menor ganancia
siempre tienen anchos de rayo más amplios.