Taller Antenas

Taller de Antenas

[ Luís Calero - Wireless II – 2004 - ReusWireless.net ]

Taller de Antenas Biquad (Direccionales)…………………………………………………………….. 1

Parabólicas – Iluminadores ……….………………………………………………. 8

Antena Yagi ……………………………………………………………………... 13

Antena Guia ondas ranurada 8+8………………………………………………….. 14

Omni de 5 / 12 di………………………………………………………………….. 18

Polarización ………………………………………………………………………. 24

Routers, antenas externas…………………………………………………………. 25

Mediciones de ganancia………………..…………………………………………. 27

El uso de antenas externas es crucial si deseamos mejorar la cobertura proporcionada, o sencillamente realizar un buen enlace punto a punto . Las antenas que llevan de serie los componentes como tarjetas o routers, disponen de una potencia límitada que suele estar entre 1 / 1,5 / 2 dbi. En casos extremos como routers externos dedicados, podemos encontrar antenas integradas de tipo panel que pasan de 8 dbi …

Existe un número concreto de tipo de antenas indicadas para su uso con frecuencias de microondas, cada una funciona de forma determinada para la aplicación que fue diseñada, y ninguna sirve para todas las aplicaciones a la vez.

En los siguientes puntos, muestro antenas fabricadas de forma casera para su uso dentro de la comunidad WiFi ReusWireless.net. Existe mucha documentación en la red que puede complementar los esquemas y documentación que proporciono (Annex. URL’s).


Direccionales Este tipo de antenas se centran en un espacio reducido, en lugar de abarcar una zona amplia, se centran en un punto, lo que permite abarcar más distancia., cerrando en su contra el abanico de cobertura, normalmente son las que ofrecen mayor ganancia .Son perfectas para enlaces punto a punto

Biquad (Antena de tipo direccional) Este tipo de antena, utilizando directamente la base mostrada en la foto, es utilizada por clientes en busca de mejor conexión con Ap’s próximos … En el caso de uso de un plato de parábolica, aumentando asi la recepción de señal, es utilizado para conexiones punto a punto entre nodos, enlaces P2p.

Material necesario :

- Cable de antena 30 cm aprox - Tarrian deCd’s vacia - CD, grabado o sin grabar ;) - Pistola de termocola - Conector de tipo panel N o SMA, dependiendo

del tipo de pigtail o cable que utilicemos. - Soldador de 30w + Estaño - Alicates

Cogemos la base de la tarrina de CD’s y nos cargamos el soporte central, dejando un hueco en la base, q es por donde pasaremos el conector de tipo panel, el grosor dependerá de si es N o SMA. En mi caso se trata de tipo SMA. N- Panel SMA-Panel Más conectores en : http://www.hyperlinktech.com

http://www.hyperlinktech.com/web/connectors/connectors_panel.php

http://www.hyperlinktech.com/


1) Procedemos a crear el boquete central, que es donde ubicaremos el conector de tipo panel. 2) Cogemos el cable de antena, y le quitamos la funda que lo recubre, incluida la malla. Debemos tener cuidado de no seccionar el cable. 3) Llega el momento de secciónar los segmentos de cable: Como podemos observar en el grafo, los laterales de cada rombo son 32 mm, y cuando bajemos hacia el conector unos 18 mm, yo he dejado 20 y no problem.


Procedo a marcar las distancias con un permanente,cada 32 mm marco linea, 4 lados = 4 marcas, y un segmento final de 20mm. Secciono con los alicates un tramo total de 148 mm aprox, y con sumo cuidado de no romperlo, vamos doblegando por las marcas modelando un rombo acabado en un tramo que baja en vertical. Con el segundo rombo, procedemos de la misma forma. 4) Para mi la que tiene más dificultad, es la hora de emplear el soldador y utilizar la pericia de cada uno. Cogemos el conector panel, y rascamos un lateral de su plataforma, ya que el tramo de masa que cierra el circuito se debe soldar ahí. Soldamos el primer bajante de rombo en la zona anteriormente mencionada. Recordar que debe guardar la simetría que después nos permita enlazar el segundo rombo manteniendo la estructura. Como vereis es algo complejo mantenerlo recto, pero con paciencia se consigue, cuidado con los excesos de estaño que son malos. Acabado el primero vamos a por el segundo rombo, su bajante debe estar soldado en la parte central del conector. Una vez terminado esto, acabamos soldando los laterales sueltos de cada rombo con una unión de estaño… El proceso se puede realizar segmentando en más trozos, pero más trozos son mas juntas de estaño = más perdida de señal.


A veces es más simple seccionar el segmento que baja en vertical, y unirlo al rombo una vez este este unido con el conector. 5) Pegamos con termocola el CD alrevés, dejando la parte mas reflectante hacia arriba. 6) En esta foto podemos observar la altura de la figura. La base del conector panel, en mi caso la pego mediante una pequeña goma que es la que me hace de tope. 7) Tunning :Me interesaba proporcionar a la antena unas mini abrazaderas para que amarrara en la pantalla del portátil. Podemos observar como el pigtail se conecta perfectamente a la tarrina por la parte de atrás.


Queda por confirmar la potencia real de la antena, pero yo calculo que pasa de los 5dbi . Este tipo de antena, se utiliza tb para la creación del iluminador para un plato de parabólica q trabaje a 2,4 GHz, este paso lo veremos mejor en el manual creado con la estimable cooperación de KatNivoR de ReusWireless.net Modificaciones varias encontradas por la Red: SorGonet proporciona un diseño que utiliza 2 CD’s, para atrapar como si fuera un Sándwich el conector N en la tarrina de CD. = El tunnig esta permitido ;) La versión más difundida por su uso en platos de parabólica, es la version de http://trevormarshall.com/biquad.htm :

Esta versión no es más que la anterior con alguna modificación en el reflector. Este modelo es el más difundido como iluminador de platos de parabólica., plancha de 110x110 mm con alturas de 30 mm .

Los segmentos del rombo pueden variar a nivel de milimetros, de igual forma con la altura .

Como curiosidad, se pueden hacer cambios de forma sencilla en la polarización en la que hacemos funcionar esta antena…

http://trevormarshall.com/biquad.htm


En el caso de la foto, tenemos los 2 rombos creando una linea horizontal, estamos emitiendo en polarización vertical. Si modificamos la orientación en 90º, hemos cambiado la polarización, en algunos documentos he visto que puede haber una diferencia de 3 db en el uso de platos de parabólica. Lo ideal es que tengamos todo nuestro sistema de antenas trabajando en la misma polarización , lo normal es la polarización vertical. Biquad :

Podemos observar la direccionalidad de la antena, y como el reflector corta la propagación de posibles lobulos traseros, y potencia la emisión direccional. En mi opiñón , esta es una de las antenas más fáciles y económicas, y con un resultado realmente envidiable .


Parabólicas En antenas parabólicas podemos diferenciar en dos tipos básicos, las de plato rígido o de regilla, este útlimo es aconsejable para situaciones con mucho viento, la rejilla al permitir el paso del aire, descarga la fuerte presión que pueden provocar los fuertes vientos … De este tipo hemos montado varias, con unos resultados satisfactorios, el único inconveniente es el gran tamaño que suelen tener, y en mi caso, rejillas mal cortadas,que me han costado más de una camisa. El tamaño del plato incide directamente en la ganacia. Montaje de un iluminador Biquad en plato de parabólica de compañía XXX ;) , son como setas en plena montaña, estan por todos lados … Plato de 65 Cm, es el más común y barato … Desmontamos el brazo y quitamos el LNB .


Montamos la Biquad como iluminador. En este caso, estamos utilizando polarización horizontal. Iluminadores de lata Bote aluminio de 90 a 110 mm , un conector chasis, lo más normal es conector hembra y un cable de un grosor de 1,5 .. 2mm, que lo podemos obtener pelando un cable rígido con vivo de dicho tamaño. Para valores determinados A partir de la frecuencia de trabajo y del diámetro utilizaso, sacaremos el valor de A y B .

http://www.turnpoint.net/wireless/images/insidepringlesbig.jpg


Ejemplos :

Source values:

f= 2.4 GHz D= 100 mm

Calculate

Results: Lo = 125 mm Lo/4 = 31 mm Lg = 184 mm Lg/4 = 46 mm

Source values:

f= 2.4 GHz D= 1000 mm

Calculate

Results: Lo = 125 mm Lo/4 = 31 mm Lg = 125 mm Lg/4 = 31 mm

Valores precalculados : http://www.mendoza-wireless.net.ar/hardware/antenas/tarrito/precalculadoFórmulas para cálculo : http://www.mendoza-wireless.net.ar/hardware/antenas/tarrito/explicacion Polarización, si metemos el conector en un lateral, conseguimos polarización horizontal, en caso de base, vertical. Los resultados de este tipo de antenas no han sido muy satisfactorios, como iluminadores hemos utilizado los biquad vistos anteriormente y del tipo helicoidal que veremos ahora …

http://www.mendoza-wireless.net.ar/hardware/antenas/tarrito/precalculado

http://www.mendoza-wireless.net.ar/hardware/antenas/tarrito/explicacion


Iluminador helicoidal Info sobre el montaje en: http://helix.remco.tk/

Este tipo de iluminador lo hemos utilizado para la parabólica utilizada en el enlace de Tarragona y La Plana, su resultado es realmente asombroso. El protector es simplemente un vaso del McDo… que ofrece la protección adecuada. En este tipo de antenas es muy importante respetar el sentido de la helice, dos antenas que desean verse con la máxima ganancia, deben seguir la misma polarización , eso implica mismo sentido de giro en el caso de las helicoidales. Detectamos mediante la antena, el nodo 6 ubicado en Tarragona. El programa HelixCalc, proporciona la distancia D para el número de vueltas que se le indique… El cable utilizado debe sobrepasar 1 mm de grosor …


Antena Yagui (direccional) Este tipo de antenas, son unas de las más complicadas en construcción que haya visto, en la actualidad sólo disponemos de una en el enlace del nodo GinTonik ((--)) NeCrOS. Esta antena dispone de una gran direccionalidad, lo que implica una complejidad enorme en encontrar la orientación adecuada … Podemos observar el gran parecido con las antenas de televisión, si todos los segmentos ubicados en horizontal son del mismo tamaño conseguimos una emisión Multipunto (No lo he probado), y en el caso de ir decrementando conforme vas llegando a la punta, obtenemos una punto a punto . Son muy directivas.


Esquema que hemos utilizado


Omni Ranurada 8+8 Antena omnidireccional o unidireccional de alta ganancia polarizada horizontalmente. En nuestro caso se han montado las omnidireccionales. Estamos delante de una antena del tipo resonante con un alcance de frecuencia operativa realmente reducida. Como siempre, el seguir la plantilla de montaje al dedillo, es lo que permitirá que la antena funcione de forma correcta en la frecuencia deseada . La guía-ondas ranurada es una línea de transmisión de pérdida baja. Nos permite propagar la señal a una serie de antenas más pequeñas que en este caso, son las ranuras realizadas en la chapa. Estas ranuras están dispuestas de forma de matriz lineal, donde la señal emitida por un cable coaxial se distribuye por dichas ranuras, creando la señal deseada. La polarización de esta antena es del tipo horizontal, la ganancia teoríca es de unos 15 dbi a 17 dbi reales sobre 360 grados de ancho de haz. La polarización horizontal, que es mejor para llegar mas lejos (aunque con menos intensidad), en una red de área amplia puede duplicar el número de usuarios que se conectan entre sí sin provocar interferencias, por ejemplo, usuarios emitiendo en canales 5 o 7 que son adyacentes al 6, no permitidos normalmente por interferencias entre canales, ahora si es posible . Por nuestra parte, siempre que sea posible, utilizamos la polarización vertical, ya que hemos observado que es mejor a la recepción por parte del cliente. El esquema utilizado fue extraido de: http://trevormarshall.com/waveguides.htm Se puede bajar la plantill en .pdf de http://trevormarshall.com/wave32.zip En nuestro caso montamos una 32 ranuras (16 cada cara ) con la ayuda de una fresadora, el tema Dremel a no ser que tengas el soporte para utilizarla como fresadora, es algo complejo, las hendiduras deben respetar al milimetro su tamaño y posición.

http://trevormarshall.com/waveguides.htm

http://trevormarshall.com/wave32.zip


Materiales utilizados: - Conector N- Panel. - Cono sacado de una lata de refresco, rascar punta a soldar, para mejor agarre del estaño. La base teórica es utilizar un fragmento de base de cobre o de bronce. - Tubo de aluminio de 161x40x100 - + 2 tapas para cubrir extremos. Aquí podemos ver el resultado final , como inconveniente tenemos su gran volumen. Antenuco finalizado Base con hendiduras para los agarres. Conector N-hembra Detalle del cono.


Antena Omni Vertical Las antenas omnidireccionales son de gran importancia por su forma de radiar, siempre en dirección horizontal, polarización vertical. El diagrama de radiación sería como un enorme Donut que rodea el poste, abarcan zonas amplias, una 12 dbi puede tener un ratio de 2,4 Km un día claro, en contra de esto de la misma forma que emiten en todas direcciones, reciben ruido en todas direcciones, por lo que para enlaces punto a punto son más ineficaces que una direccional. A mayor altura, más segmentos la forman. Es importante tener en cuenta que para realizar pruebas de rendimiento de la antena, debemos estar a distancia, ya que mejoran su señal a una distancia prudencial. Creación de una omni casera : En mi caso me decidí por montar una omni basada en el modelo Aerialix ARLX-OM2400 Collinear Antenna Kit , con algunos cambios en su esquema base, pasando de un montaje de 5 segmentos a 9 segmentos, con una ganancia comprobada de 5/8dbi a 11/12 dbi. Arriba 5/8 dbi Derecha 12 dbi ->


Material : - Conector SMA o N, lo más normal en conector de antenas es N-hembra. -Tubo latón bronce de 8mm de diámetro externo. - Tubo latón de 2 mm de diámetro exterior. - Cable rígido de 1,5 mm de vivo. - Tubo de PVC 10mm de diámetro. Esquema 5/8dbi :

En mi caso lo mejor fue la utilización de una plantilla : En esta foto podemos ver la Plantilla, la omni aerialix y una omni casera segmentada. Mediante esta foto podemos ver la diferencia en tamaños. La segmentada tubo un resultado pesimo.


Plantilla de aerialix :


Cortamos 9 cm de varilla de 2 mm de diametro, y lo soldamos en el vivo saliente del conector. En mi caso inserto un retractil de 3cm de largo alrededor de la varilla, de esa forma al insertar los 3 cm de tubo de latón de 8mm de diámetro, no pueda haber cruce alguno entre masa “Laton 8 mm” y el vivo “varilla 2 mm”. Pensemos que aunque la antena este ubicada dentro del tubo de PVC que asegura su linealidad en altura, podemos tener desplazamientos laterales de la varilla central por peso, se va de lado a lado… Asi me aseguro !!! Bobinas Llegado el momento de montar las bobinas, escogemos un tornillo con las medidas de la foto anterior. Con la ayuda de un torno sujetamos la cabeza del Tornillo, y siguiendo siempre el mismo sentido de rotación, procedemos a realizar 4 anillas. Es muy importante que todas las bobinas sigan el mismo sentido de rotación … Al utilizar el vivo del cable de 1,5 mm, observaremos que podemos insertar la bobina en el interior de la varilla de 2mm de diámetro… Respetemos las medidas cortando el vivo de la bobina para que se adapte a las medidas de la plantilla que estamos siguiendo.


Una vez terminada la antena, me aseguro la unión de las varillas con una punta de termocola … Estructura de antena finalizada: Una vez terminada, podemos acabar de linealizar la antena con mucho cuidado, moldeando las varillas . Ahora sólo falta insertar la estructura en un tubo de PVC de unos 10 mm de diámetro . Como podemos observar en la foto anterior, mi plantilla es de 12 dbi, observemos como con una franja amarilla zanjo hasta donde es de 5/8dbi = 4 segmentos. Y continuo con 4 segmentos más, con la peculariedad del tamaño reducido del útlimo tramo.


Testeando la Antena : A falta de tubo PVC, podemos utilizar una guia de madera que sujete la estructura. Conectamos nuestro pigtail y encendemos nuestra máquina. Mediante GPS marcaremos punto inicial y final, asi podremos calcular la distancia exacta de cobertura. Podemos observar la curba de mejora de calidad con la distancia, llegando a un rendimiento máximo, y como vuelve a decrementar gradualmente. Con una 5/8dbi llegamos a cubrir unos 600m. Detalle: he verificado que con algunas antenas omni, conseguimos cobertura incluso 5 pisos por debajo del balcón donde esta ubicada, estamos fuera del donut … ¿Pq? , es sencillo, tenemos cobertura gracias a los rebotes de los edificios colindantes, ;) y no soy aficionado al billar ;) .


Polarización Debemos utilizar la polarización electromagnética de una forma correcta, para evitar el ruido con otras antenas que emitan en el mismo espectro.

Una onda electromagnética se compone de dos campos simultaneos, el eléctrico y el magnético. Estos dos campos son perpendiculares entre si, es decir, que forman un ángulo de 90º. De igual forma también son perpendiculares en cada caso a su onda de propagación.

Debemos realizar los montajes de las antenas respetando la polarización utilizada, desde el principio del taller estamos presentando la polarización vertical como la más normal y la más utilizada, y en nuestro caso es la que utilizamos. Con eso quiero decir, que en el montaje y adaptación de nodos, debemos intentar que las antenas instaladas funcionen en polarización vertical.

Recordemos que a parte de la polarización vertical y horizontal, existen otros tipos de polarización como puede ser la circular y la helicoidal, esta última la hemos podido ver en el montaje del iluminador del plato del nodo de la Plana, comentado en puntos anteriores. En este caso era de gran importancia seguir el mismo sentido de rotación.

Las antenas omnidireccionales/sectoriales emiten por defecto en polarización vertical, aunque siempre podemos encontrar excepciones. Las antenas parabólicas/yagis pueden ser utilizadas en polarización vertical o horizontal, modificando su emisor en 90 º.

Lo ideal es que en un enlace punto a punto se prueben las dos polarizaciones para ver cual nos da mejor resultado, la máxima estaría en una emisión de 2 puntos con misma polaridad. En pruebas realizadas hemos podido observar que la polaridad vertical corta en distancia pero mejora en enlace, de igual forma la polarización horizontal nos permite llegar a mayor distancia pero con una comunicación con más ruido.

Como peculariedad, se podrían aprovechar las ventajas de la diferenciación en las polaridades para disponer de dos enlaces punto a punto de forma paralela, donde cada uno de ellos trabajara en distinta polaridad. Ello nos permitiría trabajar en el mismo canal, con un ruido acoplado mínimo.


Routers, antenas externas

Si miramos el mercado de routers, al día de hoy disponen de una o dos antenas. Si los fabricantes del router entienden la necesidad de mejorar la cobertura, habrán tenido el detalle de que las antenas se puedan desacoplar del router mediante un simple conector.

Las antenas que incorporan los routers de bajo coste, suelen ser de 1,5 / 2 dbi, en casos especiales, routers de gama alta, podemos encontrar antenas sectoriales de más de 10 dbi , estamos hablando de routers que pueden costar más de 400 Eur.

Si estamos ante el caso de router con antena acoplada sin adaptador, no queda otro remedio que desmontar el router y buscar el punto de soldadura de la antena, siempre bajo tu responsabilidad y pérdida de garantía del cacharro. Éxiste mucha info en la Red donde exponen el paso a paso.

Si estamos ante un router de antenitas desmontables, como puede ser un Linksys WRT54g, estas de suerte, si miras la ficha técnica podrás ver el tipo de conector utilizado, lo que implica que puedes ir a la tienda de electrónica más cercana y comprar su complementario para montar el adaptador.

¿Dos Antenas? , la funcionalidad de 2 antenas en un router tienen muchas opiniones, una de ellas es que una antena complementa a la otra en señal, es decir, en la recepción de señal, la antena complementaria permite una comprobación o complementación de la señal recibida, lo que mejora la sensibilidad y la reducción de ruido recibido .

A parte de este punto y por experiencia personal, hemos podido observar que en muchos routers podemos segmentar el uso de las 2 antenas de forma independiente, una antena la más fuerte de las dos, uenlace punto a punto mediante un plato de parabólica, mientras que el otro conector estaacoplado a una omni que permite dar cobertura en su sector .

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Las pruebas que verifican esta funcionalidad, se han realizado con un router WRT54g, antena parabólica de rejilla 24 dbi y una omni casera de 12 dbi, realizando un punto a punto con el nodo Gintonik y dando cobertura en el sector de la ubicación del nodo.

http://www.ciudadwireless.com/product_info.php?cPath=50_21_28&products_id=159

http://www.ciudadwireless.com/product_info.php?cPath=50_21_28&products_id=34

http://www.ciudadwireless.com/product_info.php?products_id=210


Siempre que la administración del router lo permita, nos podemos encontrar con opciones como las de regular la potencia de emisión o uso de antenas . Si deseamos utilizar las dos antenas o una de sola, incluso según routers podemos segmentar en una para recepción y otra para emisión.

De las 2 antenas ubicadas en un router, lo más normal es encontrarse con una antena fuerte, con eso quiero decir, que una de las dos antenas manda ante la otra. En su adaptador deberíamos conectar la antena más potente, como puede ser el plato de parabólica …

La conexión del router a la antena externa se puede llevar a cabo de dos formas, mediante un pigtail que nos proporcionará la distancia a la antena en caso necesario, o la conexión directa al conector del router mediante un adaptador . Este último es el mejor para una perdida de señal mínima, pero en su contra esta el detalle que si sopla el viento, se va al suelo la antena y el router ;) , todo es una pieza.


Mediciones de ganancia. Hasta el momento hemos visto como crear antenas de forma casera, pero lo que no hemos visto es como ver la ganancia obtenida. Lo ideal sería la utilización de un analizador de espectro, pero sus precios prohibitivos los hacen inaccesibles para nosotros.

En la búsqueda de medidores de señal, encontramos un montaje que era realmente tentativo en sincables.net

Montando una mini antena

parecida a la Biquad del taller,

un par de Condensadores y un

diodo muy difícil de encontrar,

tenemos un aparatejo que nos

aseguran que nos dará una relación proporcional a la señal en un voltímetro.

A parte de que el diodo en cuestión nos fue imposible encontrarlo, en foros de discusión aseguraban que el aparatejo en cuestión no proporcionaba el rendimiento deseado.


Otra forma de ver la ganancia de nuestro antenuco es la simple comparación :

Mediante el montaje de 2 máquinas WIFI, una de ellas con el pigtail que nos proporcione la conexión de las diferentes antenas, una de compra con ganancia conocida, y la nuestra de valor desconocido.

Encendemos máquinas y mediante una aplicación que nos muestre el nivel de señal como NetStumbler, conectamos la antena de compra, en nuestro caso una omni 12 dbi de la casa Stellus Doradus. Observamos el nivel de señal recibido, una vez marcado conectamos nuestra antena casera, con cuidado de no cortocircuitar, y vemos el nivel de ganancia con su uso .

La gráfica resultante nos muestra la ganancia proporcionada:

Vemos el primer escalón, en este caso no teniamos antena externa, los 2 puntos máximos siguientes son de la antena Omni de compra, y el resto es de la casera .

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