Transcript Ganancia de la antena

TEMA 2:
Fundamentos de la
Tecnología Inalámbrica
Profesora María Elena Villapol
[email protected]
Conceptos Básicos

Radio Frequency (RF) o Tecnología
Inalámbrica:
• Incluye la generación, manejo, transmisión y recepción
de ondas de radio.
• Y su uso para transmitir información.
• “Cualquier cosa relacionado a señales
electromagnéticas”.

Las señales electromagnéticas o señales RF
se caracterizan por:
• Frecuencia.
• Amplitud.
Conceptos Básicos






Señal sinusoidal
• Es una forma de onda que se representa mediante una serie
de ondas seno o coseno.
Amplitud pico (A)
• Máxima fuerza de la señal
Frecuencia (f)
• Tasa de cambio de la señal
• Hertz (Hz) o ciclos por segundo
• Período = tiempo de una repetición (T)
T = 1/f
Fase ()
• Posición relativa en el tiempo
Por ejemplo, se puede escribir como
S(t) = A sen (2ft + )
Conceptos Básicos
Conceptos Básicos
Análisis Espectral
Dominio del tiempo y
de la frecuencia
Conceptos Básicos

Bandas de frecuencias: especifican un

Algunas bandas de uso frecuente son:
determinado rango de frecuencias.
•
•
•
•
•
HF High Frequency 3 MHz - 30 MHz
VHF Very High Frequency 30 MHz - 300 MHz
UHF Ultra High Frequency 300 MHz - 3 GHz
SHF Super High Frequency 3 GHz - 30 GHz
EHF Extra High Frequency 30 GHz - 300 GHz
Conceptos Básicos

Rango Microonda:
•
•
•
•
•
•
•

L banda 1GHz - 2 GHz
S banda 2GHz - 4GHz
C banda 4GHz - 8GHz
X banda 8GHz - 12GHz
Ku banda 12GHz - 18GHz
K banda 18GHz - 27GHz
Ka banda 27GHz - 40GHz
Bandas ISM (Industrial, Scientific and
Medical) (ver ITU-T S5.138 S5.150) –
bandas no licenciadas:
• “900MHz” ISM banda 902MHz - 928MHz (Americas
only)
• “2.4GHz” ISM banda 2400MHz - 2483.5MHz
• ”5GHz” ISM banda 5725MHz - 5875MHz
Conceptos Básicos

Ancho de banda
• Usualmente usado para expresar la cantidad de
información transportada en cierto tiempo.
• Una definición más especifica:
• Ancho del rango de frecuencias que una señal
eléctrica ocupa.
• Se expresa como la diferencia entre el
componente de la señal de más alta frecuencia
y el de menor frecuencia.
• Por ejemplo:
 Transmisión de voz tiene aprox. 3kHz.
 Radio FM tiene 200 kHz.
 TV tiene 6 MHz.
Conceptos Básicos
La velocidad de transmisión en bit/s
es proporcional al ancho de banda
disponible.
 El factor de proporcionalidad
depende de la eficiencia del método
de modulación empleado.

Conceptos Básicos



Cantidad de Información. Si el número de niveles o estados
de una señal es M, la cantidad de información asociada es
• I= log2 M
Velocidad de Información. Si cada impulso de señal posee
M estados o niveles,y se transmite en un tiempo Tb, la
velocidad de información es
• Vi= I/Tb = log2 M/Tb
Velocidad de Modulación. Es la cantidad de estados o
niveles que se transmiten en un segundo. Si la duración del
estado es Tb, la velocidad de modulación es
• Vb = 1/Tb baudios
• Vi = Vb log2 M bits/s (bps)
Conceptos Básicos

Capacidad del Canal:
• Cantidad de información que se puede
transmitir por unidad de tiempo,
expresada en bps

C = B log 2(1 + S/N)
• A menudos e confunde con el ancho de
banda y la velocidad de transmisión.
Conceptos Básicos

Longitud de onda:
• Distancia ocupada por un ciclo.
• Distancia entre dos puntos que tienen fase
correspondiente en dos ciclos consecutivos.
• Asumiendo que la velocidad de la señal es v
•  = vT
•  = v/f
• Un caso particular es cuando v=c = 3*108 m/s
(velocidad de la luz en el espacio libre)
Conceptos Básicos


La potencia de una señal es medida en Watts
(W).
El decibelio (dB) es una expresión logarítmica
que mide el radio entre la potencia, voltaje o
corriente de dos señales.
• PdB = 10 Log10 (P2/P1)
• P1 potencia señal 1
• P2 potencia señal 2


Cuando la cantidad en decibelios es positiva
entonces hablamos de ganancia.
Caso contrario es un pérdida.
Conceptos Básicos
Incremento
Factor
Decremento
Factor
0 dB
1x
0 dB
1x
1 dB
1.25 x
-1 dB
0.8 x
3 dB
2x
-3 dB
0.5 x
6 dB
4x
-6 dB
0.25 x
10 dB
10 x
-10 dB
0.10 x
12 dB
16 x
-12 dB
0.06 x
20 dB
100 x
-20 dB
0.01 x
30 dB
1000 x
-30 dB
0.001 x
40 dB
10,000 x
-40 dB
0.0001 x
Decibelios dBm

dBm usualmente usado en WLANs.

PdBm
=
10 log10 (PWATTS/1mW)
• 1mW = 0,001 Watts
Decibelios dBm
dBm
mW
dBm
mW
0 dBm
1 mW
0 dBm
1 mW
1 dBm
1.25 mW
-1 dBm
0.8 mW
3 dBm
2 mW
-3 dBm
0.5 mW
6 dBm
4 mW
-6 dBm
0.25 mW
7 dBm
5 mW
-7 dBm
0.20 mW
10 dBm
10 mW
-10 dBm
0.10 mW
12 dBm
16 mW
-12 dBm
0.06 mW
13 dBm
20 mW
-13 dBm
0.05 mW
15 dBm
32 mW
-15 dBm
0.03 mW
17 dBm
50 mW
-17 dBm
0.02 mw
20 dBm
100 mW
-20 dBm
0.01 mW
30 dBm
1000 m W(1 W)
-30 dBm
0,001 mW
40 dBm
10,000 mW (10 W)
-40 dBm
0,0001 mW
Antenas


Dispositivo usado
para transformar una
señal RF, viajando
sobre un conductor,
en una onda
electromagnética en
el espacio libre.
Reciprocidad: se
refiere al hecho que
una antena conserva
sus mismas
características sin
importar que este
trasmitiendo o
recibiendo.
Antenas


Ancho de banda:
• Rango de frecuencias sobre el cual la
antena puede operar.
Directividad (Directivity):
• Habilidad de una antena de enfocar la
energía en una dirección en particular
cuando transmite o de recibir energía mejor
de una dirección particular cuando esta
recibiendo.
Antenas

Patrón de
radiación:
• Distribución relativa
de la potencia radiada
en el espacio.
• Una gráfica de la
intensidad de campo
emitido en función del
ángulo a partir de la
dirección de máxima
emisión.
Antenas
Antenas: Patrón de Radiación
Tridimensional
Antenas

Ancho del Haz (beamwidth):
• Conocido también como mitad de la potencia del
ancho del rayo.
• El ángulo que subtienden los dos puntos sobre el
lóbulo principal del patrón de potencia del campo al
cual la potencia pico del mismo se reduce en 3 dB.
• Se busca la intensidad de la radiación pico y los
puntos a ambos lados del pico que representan la
mitad de la potencia de la intensidad pico.
Antenas
Polarización: dirección del campo
eléctrico emitido por una antena.
 Puede ser:

• Vertical
• Horizontal
• Elíptica
• Circular
Antenas
Antenas
Tipos de Antenas

Antena isotrópica (ideal)
• Radia potencia en todas las direcciones por
igual.
• Produce un campo electromagnético útil en
todas las direcciones con igual intensidad y
100% de eficiencia
Tipos de Antenas

Antenas dipolo
• Antena “Half-wave dipole” (o antena Hertz).
• Antena “Quarter-wave vertical” (o antena Marconi).
Antena Half-Wave Dipole




La antena más corta que puede ser usada para
radiar señales en el espacio libre.
Está formada por un conductor eléctrico recto.
Este mide ½ la longitud de onda.
Es una de las antenas más simples.
/2
Antena Quarter-Wave
Dipole



Es un cuarto de la longitud de onda de la
frecuencia transmitida o recibida.
También conocida como antena Marconi.
Es una antena que necesita estar en contacto
directo con tierra para poder tener las
características de una antena half wave dipolo.
/4
Antena Quarter-Wave
Dipole

La radiación esta compuesta por:
• Señal radiada por la antena.
• Reflexión de la tierra (llamada imagen espejo).

Otro método de obtener imágenes
reflejadas es a través del uso de planos a
tierra.
Tipos de Antena

Según la frecuencia
y el tamaño:
• Los tipos de antena
varían de acuerdo a las
bandas de frecuencias
donde se vayan a
utilizar.
• El tamaño de la antena
varía también de
acuerdo a la longitud de
onda en las diferentes
frecuencias.
Tipos de Antena

Directividad:
• Omnidireccionales:
 Radian el mismo patrón alrededor de la antena en un
patrón completo de 360 grados.
 Tipo dipolo
 Plano a tierra
Antena Omni Direccional de 2.4 GHz.
Tipos de Antena
• Sectorial:


Radia primariamente en una área
específica
El rayo puede oscilar entre 180
grados o ser tan delgado como 60
grados.
• Direccionales


El ancho del rayo es mas angosto
que las anteriores.
Tienen mayor ganancia y por lo
tanto se usan en largas distancias.
•
•
•
•
•
•
Yagi
Biquad
Horn
Helicoidal
Antena de panel
Disco parabólico
Antena sectorial
Antena Direccional 2.4 GHz
Tipos de Antena: Antena YagiUDA


1 Reflector
Directores:
• 1 director = 8dBi
• 15 directores = 14 dBi
Tipos de Antena: Antena YagiUDA
Tipos de Antena:Antena de
Patch o Plana
Tipos de Antena:Antena
Parabólica

El reflector
Parabólico enfoca
la señal Puede ser
sólido o grillado
• 25 cm -15dBi
• 1 m X 50 cm -24
dBi
• 1 m sol -27 dBi
• 2m sol -31 dBi
• 3m sol -37 dBi
Tipos de Antena: Reciclaje de
un Reflector Parabólico




Transceptor
colocado en el foco
de la parábola.
Puede alcanzar
unos 10 km.
Es fácil de
construir y de bajo
costo.
Se puede utilizar
en el interior.
Tipos de Antena: Antena
Parabólica con Reflectores
Grillados
Tipos de Antena: Antena GuíaOnda o “Cantenna”




Tubo metálico tapado en
un extremo dotado de un
elemento activo de ¼ λ (=
12 cm a 2,4 GHz).
El diámetro debe ser tal
que se pueda propagar el
modo fundamental pero se
atenúen los modos
superiores.
En 2,4 GHz esto significa
que el diámetro debe ser
mayor que 73 mm y
preferiblemente menor que
95 mm.
La longitud no es crítica,
idealmente > 2 λ.
Tipos de Antena: Antena GuíaOnda o “Cantenna”



Dentro de la guía se forma una onda estacionaria, que tiene
un nulo en el fondo del tubo.
El elemento activo debe posicionarse en un máximo de la
onda estacionaria, el cual ocurre a ¼ λg.
λg es la longitud de onda de la onda estacionaria dentro de
la guía.
Tipos de Antena: Antena GuíaOnda o “Cantenna”




La longitud de onda de corte depende del
diámetro de la guía: λc= 1,706 D.
La longitud de onda en el vacío es λ= c/f,
con c = 300.000 km/s.
(1/ λ)2 = (1/ λc)2 + (1/ λg)2.
De donde: λg = ( (1/ λ)2 - (1/ λc)2 ) -1/2 o
también:
g 

  
1 

 1,706D 
2
Tipos de Antena: Antena GuíaOnda o “Cantenna”

Para la frecuencia de 2,42 GHz, λ = 124
mm, λ/4 = 31 mm
Tipos de Antena: Antena GuíaOnda o “Cantenna”

Con una lata de D = 100 mm, λc = 170,6 mm
λg = (1/(124)2 – 1/(170,6)2)-1/2
λg = 180,5 mm, λg/4 = 45 mm
Ganancia de una Antena

• Potencia de salida, en
una dirección
particular, comparada
con aquel producido
por una antena
omnidireccional
(isotrópica).

G
Ganancia de la
antena
Área efectiva
• Relacionada al tamaño
y forma de una
antena
4Ae
2
4f 2 Ae

c2
G = ganancia de la
antena
 Ae = área efectiva
 f = frecuencia
portadora
 c = velocidad de la luz
(3 * 108 m/s)
  = longitud de la
onda portadora

Ganancia de una Antena

dBi es usado para definir la ganancia de un
sistema de antena relativo a una antena
isotrópica.
Modos de Propagación


La manera en que viaja una onda
depende de la frecuencia de la misma.
Hay tres forma básicas:
• Ondas de Tierra
• Ondas del Cielo
• Línea de Vista
Modos de Propagación:
Ondas de Tierra




Las señales siguen el
contorno de la tierra.
Pueden propagarse a
grandes distancias.
Se encuentra en
ondas de hasta aprox
2 MHz.
Eg AM radio.
Modos de Propagación:
Ondas de Cielo




Las señales son
reflejadas desde la
capa superior de la
ionosfera de regreso
a la tierra.
La reflexión es
causada por la
refracción.
Ondas con estas
características están
ubicadas en approx.
3 a 30 MHz.
Eg radio amateur.
Modos de Propagación: Línea
de Vista


Línea de vista (lineof-sight LOS)
Las antenas
receptoras y
transmisoras deben
estar en la línea de
vista.
• Comunicación por satélite
– las señales por encima
de 30 MHz no son
reflejada por ionosfera.
• Comunicación terrestre –
las antenas deben estar
dentro de la línea de vista
efectiva de cada una,
porque las ondas son
refractadas por la
atmósfera.
Propagación de la señal
Antena
transmisora
Antena
receptora
tierra
Radio de la Línea de Vista

Línea de vista óptica
d  3.57 h

Línea de vista efectiva o de radio
d  3.57 h
• d = distancia entre las antenas y el horizonte
(km)
• h = altura de la antena (m)
• K = factor de adaptación para tomar en cuenta
refracción K = 4/3 (regla de dedo)
Radio de la Línea de Vista

Máxima distancia
entre las antenas para
la propagación LOS:

3.57 h1  h2
h1 = altura
antena uno
 h2 = altura
antena dos


Antenas: Conectores

Conector N:
• Tipo rosca.
• Habitual en antenas
de 2,4 GHz.

Conector BNC:
• Tipo bayoneta.
• Bueno para bajas
frecuencias.

Conector TNC:
• Similar al anterior
pero roscado.
• Utilizado en
telefonía celular.
• Utilizado en muy
altas frecuencias.
Antenas: Conectores

Conector SMA:
•
•
•
•
Roscado.
Pequeño.
Uso interior.
Baja pérdida.

Conector MC Card:
• Son conectores
miniatura usados en
microndas
• Usado, especialmente
en
• las tarjetas PC Cards
(PCMCIA) de
• fabricantes copmo:
Apple, Avaya,
• Buffalo, Compaq, Dell,
Enterasys, IBM
yOrinoco.
• No tiene rosca
• Esta dotado de un pin
central.
Antenas: Conectores

Conector MMCX:
• Conector microminiatura.
• Usado por fabricantes como: Cisco, Microtik,
Samsung y Zcom.
• No tiene rosca y esta dotado de un pin central.

Ver
http://www.hyperlinktech.com/web/conne
ctors.php para una buena referencia de
tipos de conectores y su utilización.
Antenas: Cables

Usados para conectar una antena
con el radio.
Atenuación de cables coaxiales de uso frecuente
en dB/ 100 ft y (dB/ 100 m)
Atenuación de cables coaxiales de uso frecuente
en dB/ 100 ft y (dB/ 100 m)
Antenas: Cables - PigTail

Usado para
conectar la antena
(con un conector
N) al equipo
inalámbrico (con
conector distinto).