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Cartilha sobre Antenas de redes sem fio.
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antenas
Projeto UCAAntenas
Esta cartilha apresenta os princí-pios básicos do funcionamento de uma antena, bem como os modelos mais comuns e suas propriedades.
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Supervisão técnicaNome do supervisor
Revisão finalPedro Sangirardi
Projeto visual e diagramaçãoTecnodesign
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Cartilhas Projeto UCA: Antenas
Copyright © 2010, Escola Superior de Redes RNP
AutorEquipe do Laboratório de Pesquisas MídiaCom, vinculado ao Departamentode Engenharia de Telecomunicações e ao Instituto de Computação daUniversidade Federal Fluminense (UFF)
Produção Editorial
Versão1.0.1
Esta obra é distribuída sob a licença Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil
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Projeto Um Computador por Aluno
Introdução >
Redes sem fio >>
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Antenas >>
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Antenas Esta cartilha apresenta os princípios básicos do funcionamento de uma antena para rede sem fio, bem como os modelos mais comuns e suas propriedades.
O que são antenas?
Antenas são equipamentos utilizados para enviar e rece-ber ondas eletromagnéticas. A antena converte energia de um transmissor (rádio) em onda eletromagnética, que se propaga no ar até uma outra antena. A antena recep-tora faz o contrário, convertendo a onda eletromagnética em energia para um receptor (figura 1).
O exemplo da figura 1 pode ser aplicado à comunicação entre um computador e um ponto de acesso: a antena acoplada ao computador transmite ondas eletromagnéti-cas através do ar até a antena do ponto de acesso (neste
Forma de propagação de energia capaz de conduzir informação sem a utilização de fios
Sinal
Ar
Para saber mais,leia a cartilha Redes sem fio
Figura 1Transmissão e recepção do sinal
Rádio Rádio
Projeto Um Computador por Aluno2
Tecnologia de rede sem fio que oferece acesso banda larga e mobilidade a quilômetros de distância
caso, o receptor). Durante a comunicação, ambas as an-tenas atuam nos dois sentidos: transmissão e recepção.
Em um projeto de um sistema de comunicação sem fio, como as redes sem fio celulares, Wi-Fi™ ou Wi-Max, o tipo e a localização da antena devem ser escolhidos visando atender o maior número de usuários. Por exem-plo, a antena transmissora da estação de TV da sua ci-dade está instalada em um local de altitude elevada, de forma a atingir o maior número de receptores.
Características das antenas
As duas principais propriedades de uma antena são di-retividade e ganho.
Diretividade
Uma lâmpada comum emite luz em todas as direções, enquanto uma lanterna irradia de forma mais concentra-da. A lanterna é mais diretiva que a lâmpada comum, porque concentra a luz em uma direção apenas. As an-tenas possuem propriedade similar, chamada de direti-vidade, que acontece nos dois sentidos: transmissão e recepção. Para entender o conceito de diretividade, apre-sentamos de forma simplificada 3 tipos de antenas:
\ Isotrópicas: transmitem e recebem por igual em todas as direções. Na prática, este tipo de antena não pode ser construído e serve apenas para fins didáticos e como uma referência para as antenas reais. O sol pode ser comparado a uma antena isotrópica.
\ Omnidirecionais: irradiam igualmente em todas as direções do plano horizontal.
3Antenas
\ Direcionais: transmitem e recebem com maior inten-sidade em uma direção.
Ganho
O ganho é a medida da capacidade de concentração da potência em uma certa direção. Uma antena não acres-centa potência ao sinal transmitido ou recebido, apenas o concentra em uma direção. A unidade de medida utili-zada para representar o ganho é o dBi.
Em comparação com a lâmpada comum, a lanterna possui um ganho maior na direção para a qual está apontada, por concentrar a luz nesta direção.
É importante notar que a escala em dBi não é linear, recomendando cuidado na interpretação dos valores. Por exemplo, o ganho de uma antena de 24 dBi é de-zesseis vezes maior que o ganho de uma antena de 12 dBi, e não o dobro, como se poderia concluir. A tabela 1 mostra algumas relações da escala em dBi com uma escala linear.
Figura 2Sol: antena isotrópica
Projeto Um Computador por Aluno4
Aumento em dBi Aumento em escala linear
+0 x 1
+3 x 2
+10 x 10
+13 x 20
+20 x 100
Tipos de antenas
Alguns equipamentos de rede sem fio possuem antenas fixas, enquanto outros trazem antenas destacáveis, per-mitindo maior flexibilidade no projeto da rede sem fio, através da escolha de uma antena com características mais apropriadas às aplicações desejadas (como ganho e diretividade). Os tipos de antenas mais comuns para aplicações de rede sem fio são: omnidirecional, direcio-nal e setorial.
Antena omnidirecional
As antenas omnidirecionais, normalmente presentes nos pontos de acesso, não irradiam em todas as direções, mas privilegiam apenas um plano, apesar do prefixo omni.
Na figura 3, observa-se que três pontos (A, B e C) po-sicionados em angulações diferentes, trocam informa-ções com o ponto de acesso que possui uma antena omnidirecional.
Um computador no ponto A receberá o sinal com má-xima intensidade, por estar na direção de maior ganho da antena. Um computador no ponto B, por sua vez,
Todos ou tudo; onipresente em latim
Tabela 1Escala em dBi × escala linear
5Antenas
receberá um sinal com potência menor do que aquela recebida no ponto A. Já no ponto C, o computador obterá uma intensidade mínima (praticamente nula) por estar numa angulação fora do feixe de irradiação da antena. Vale observar que, neste exemplo, não são considerados fenômenos como difração, reflexão e refração.
Na figura 4, é apresentada uma visão tridimensional das curvas de irradiação de uma antena omnidirecional.
Para saber mais, leia a cartilha Propagação de ondas
CB
A
Ponto de Acesso
Figura 3Curvas de irradiação de uma antena omnidirecional
Ponto de acesso
Ponto de acesso
Figura 4Curvas de irradiação de uma antena omnidirecional (3D)
Projeto Um Computador por Aluno6
Antena direcional
As antenas direcionais irradiam a maior parte da ener-gia eletromagnética em uma mesma direção, proporcio-nando um maior alcance do sinal. Elas possuem ganho maior que as omnidirecionais, por isso seu feixe de irra-diação é mais estreito, como mostra a figura 5.
Por sua capacidade de concentrar a energia numa dada direção, antenas direcionais são comumente utilizadas para o estabelecimento de enlaces ponto-a-ponto, onde as antenas se encontram distantes uma da outra.
Antena setorial
A antena setorial é um tipo de antena direcional com menor ganho e maior abertura, como mostra a figura 6. Trata-se de um meio termo entre as antenas omnidire-cionais e direcionais, em relação à forma como concen-tra energia em uma região do espaço.
Figura 6Curva de irradiação de uma antena setorial
Ligação única entre dois pontos de rede, formada por duas antenas direcionais
Figura 5Curva de irradiação de uma antena direcional
7Antenas
A antena setorial possui um ângulo de irradiação mais aberto que o da antena direcional, sendo capaz de atingir receptores em locais próximos sem a necessidade de que estejam posicionados na frente da antena. Em contra-partida, uma antena setorial não possui ganho suficiente para atingir receptores mais distantes, se comparada à distância atingida pela irradiação de uma antena direcio-nal para receptores posicionados em sua área de cober-tura, como mostra a figura 7.
Recomendações para a escolha da antena
A escolha da antena depende da área a ser atendida e da localização possível para a sua instalação. Uma análise da planta do local é recomendada para escolher o tipo adequado para cada caso. A seguir, são apresentados possíveis cenários de um projeto de instalação de uma rede sem fio em uma escola.
direcionalomni
setorial
Ponto de Acesso
Figura 7Relação entre as curvas de irradiação
Projeto Um Computador por Aluno8
Antenas para áreas internas
Para cobrir a área interna de uma escola, podemos usar uma antena omnidirecional no centro da área a ser co-berta, como na figura 8. Este é o caso mais comum, uma vez que a maioria dos pontos de acesso disponíveis no mercado possui antenas omnidirecionais. Em caso de dificuldade da instalação do ponto de acesso no ponto central, recomenda-se a instalação de uma antena seto-rial em uma das extremidades da escola, como mostra a figura 8.
Antenas para áreas externas
Suponha, por outro lado, que se deseja cobrir uma área externa da escola, onde as casas e alojamentos de alunos estão concentrados. Neste caso, uma antena direcional seria uma escolha apropriada, como mostra a figura 9.
ESCOLA
Figura 9Exemplo de uso de antena direcional
Figura 8À esquerda, exemplo de uso de antena setorial e à direita, exemplo de uso de antena omnidirecional
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Cartilhas Projeto UCA: Antenas
Copyright © 2010, Escola Superior de Redes RNP
AutorEquipe do Laboratório de Pesquisas MídiaCom, vinculado ao Departamentode Engenharia de Telecomunicações e ao Instituto de Computação daUniversidade Federal Fluminense (UFF)
Produção Editorial
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Esta obra é distribuída sob a licença Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil
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Esta cartilha apresenta os princí-pios básicos do funcionamento de uma antena, bem como os modelos mais comuns e suas propriedades.
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