Redes Wireless – Parte XIII

 

5.2 – Semi-Direcionais

 

Essas antenas concentram de forma significativa a energia do transmissor em uma determinada direção. Diferentemente das antenas omni que possuem um diagrama de radiação circular e uniforme em várias direções, as antenas semi-direcionais possuem um diagrama de irradiação na forma hemisférica ou cilíndrica.

 

Figura 61 – Diagrama de irradiação horizontal e vertical de uma antena semi-direcional

 

Existem vários tipos de antenas semi-direcionais, mas aqueles freqüentemente mais usados em WLAN são: Patch, Painel e Yagi. Todas são planas, possuem diferentes características e são projetadas para montagem em superfícies planas, como paredes ou muros.

 

Figura 62 – Tipos de antenas semi-direcionais, da esq para dir: Yagi, patch e painel

 

5.2.1 – Aplicação

 

Antenas semi-direcionais são ideais em situações em que desejamos interligar duas redes distintas localizadas em prédios diferentes separados por uma curta distância em um link ponto a ponto.

 

Muitas vezes em um site survey indoor, é comum avaliar qual o melhor local para colocar antenas omni-direcionais em um prédio por exemplo, porém em alguns casos antenas semi-direcionais podem se tornar uma solução de melhor custo x benefício eliminando a necessidade de um número alto de Pontos de Acesso se comparados com a solução de usar antenas omni-direcionais. Normalmente elas possuem lóbulos laterais e traseiros que se usados de forma efetiva podem reduzir ainda mais a necessidade de pontos de acesso adicionais.

 

Figura 63 – Link ponto a ponto usando antenas semi-direcionais

 

5.3 – Altamente –Direcionais

 

Essas antenas como o próprio nome já diz emitem o cone mais estreito de irradiação de todas as antenas, além de possuir o ganho mais alto de todos os três grupos.

 

São tipicamente côncavas e alguns modelos se assemelham a antenas de satélite porém menores. Outros modelos são chamados de grade, devido a seu design perfurado para resistir a ventos fortes.

 

Figura 64 – Antena Parabólica

 

Figura 65 – Antena Grade

 

5.3.1 – Aplicação

 

Em virtude do seu estreito cone de irradiação, essas antenas não possuem uma área de cobertura que possa ser usada por usuários, ao invés, são ideais para links de comunicação ponto a ponto de longa distância e podem transmitir a uma distância de até 20 km. Devem ser cuidadosamente alinhadas uma para a outra para que haja boa recepção de sinal devido a seu estreito feixe. Seu uso potencial é na conexão de dois prédios separados por kilômetros sem nenhuma obstrução no caminho do feixe de irradiação. Como o feixe é extremamente estreito a probabilidade da existência de um obstáculo que possa interferir de forma significativa no sinal é bem menor se comparado com os outros tipos de antenas. Adicionalmente essas antenas poderiam estar apontadas uma para outra dentro de um prédio com o intuito de passar por obstruções, dessa levando conectividade a lugares que não podem ser cabeados e onde redes wireless comuns não são capazes de operar

 

Figura 66 – Feixe de irradiação de uma antena altamente direcional

 

5.4 – Conceitos de RF

 

Existem diversos conceitos cujo entendimento é essencial na implementação de soluções que necessitam de uma antena de RF. São eles:

 

» Polarização

» Ganho

» Largura de feixe (BW)

» Perda em espaço livre

 

Esses conceitos não são todos os existentes, mas os essenciais para nos fazer entender como um equipamento WLAN funciona sobre um meio wireless.

 

Saber onde colocar as antenas, como posicioná-las, qual a potência que elas estarão irradiando, a distância que essa potência irradiada irá percorrer e quanto dessa potência chegará até o receptor é a parte mais complexa, porém necessária no projeto.

 

5.4.1 – Polarização

 

Uma onda de rádio possui dois campos: um elétrico e outro magnético. Esses campos estão em planos perpendiculares um ao outro. A soma dos dois campos é chamado campo elétrico-magnético e a energia é transferida continuamente entre os dois campos num processo conhecido como oscilação. O plano paralelo ao elemento da antena é chamado Plano-E enquanto que o plano perpendicular ao elemento, chamado de Plano-H.

 

Figura 67 – Campos elétrico e magnético de um dipolo

 

Nós estamos interessados no campo elétrico uma vez que sua posição e direção em relação a superfície da terra determinam a polarização da onda.

 

Polarização nada mais é que a orientação do campo elétrico de uma onda de rádio com respeito a terra ou direção de propagação; e é determinado pela estrutura física da antena e por sua orientação.  O campo elétrico é paralelo ao elemento de radiação de forma que se a antena é vertical a polarização é vertical. Na polarização vertical o campo elétrico está perpendicular a terra e na polarização horizontal o campo elétrico está paralelo a terra.

 

A polarização vertical é a mais usada em WLANs. Para que não haja perda significativa de sinal, as antenas transmissora e receptora devem ser polarizadas da mesma forma, isto é ambas verticalmente ou ambas horizontalmente. Polarização normalmente é elíptica, significando que a antena varia na polarização da onda de rádio que está transmitindo ao longo do tempo.

 

Polarização vertical ou horizontal, são tipos de polarização linear. Na polarização linear, a elipse mencionada se situa ao longo de uma linha. Existe um outro tipo de polarização menos utilizado chamado de polarização circular. Nesse tipo a antena continuamente varia a orientação do campo elétrico em relação a terra.

 

5.4.2 – Ganho

 

O ganho de uma antena é expresso em dBi, que significa decibéis em relação a um irradiador isotrópico. Como vimos anteriormente um irradiador isotrópico é uma esfera que irradia potência igualmente em todas as direções simultaneamente, mas na prática não pode ser implementado. Ao invés, existem as antenas omni-direcionais que irradia potência em 360º horizontalmente, mas não irradia 360º verticalmente. A radiação RF dessa forma nos dá um formato de uma rosca. Quanto mais apertamos essa rosca, ela vai se assemelhando a uma panqueca. Esse é o efeito do aumento ganho sobre a radiação da antena.

 

Quanto maior o ganho da antena, mais estreito é o feixe de radiação e mais longe conseguiremos levar o sinal, de forma que mais potência é entregue ao destino em longas distâncias.

 

5.4.3 -  Largura de Feixe (BW)

 

Como discutimos anteriormente, o estreitamento do feixe de irradiação da antena aumenta o seu ganho. Largura de feixe como o próprio nome já diz, nada mais é que a largura do feixe do sinal RF que a antena transmite.

 

Figura 68 – Largura de feixe horizontal e vertical de uma antena direcional

 

Há dois fatores a se considerar quando falamos de largura de feixe. A largura de feixe vertical, perpendicular a terra e a largura de feixe horizontal paralela a terra, ambas são medidas em graus. Isso é importante para entendermos as diferentes larguras de feixe de vários tipos de antenas, veja a tabela abaixo:

 

 

Selecionar uma antena com largura de feixe apropriada é essencial para implementação da área de cobertura desejada. Por exemplo, imagine um longo corredor em um hospital. Há diversas salas em ambos os lados do corredor e ao invés de usar diversos APs com antenas omni, você decide usar um único AP com uma antena semi-direcional, uma antena patch.

 

O AP e a antena são colocados no final do corredor. Para uma cobertura completa imediatamente acima e abaixo deste andar, uma antena patch poderia ser escolhida já que possui uma BW vertical bem larga, em tono dos 60 a 90 graus. Após alguns testes a seleção de uma antena patch com 80 graus, faria bem o trabalho.

 

Para decidirmos sobre o BW horizontal, devido ao comprimento do corredor, um estudo revela que uma antena patch de alto ganho seria necessária para fazer o sinal chegar ao lado oposto. Porém antenas de alto de ganho possuem uma largura de feixe muito estreita de forma que os quartos em ambos os lados do corredor não terão cobertura adequada. Além disso antenas de alto ganho não terão BW vertical de largura suficiente para cobrir os andares acima e abaixo. Logo a melhor solução, seria usar duas antenas patch de baixo ganho em ambas as extremidades do corredor com dois pontos de acesso. Dessa forma os quartos de ambos os lados do corredor terão cobertura adequada assim como os andares acima e abaixo.

 

Por esse pequeno exemplo pode-se perceber claramente a importância do BW na determinação do número de APs necessários para uma instalação.