Cartilhas uca.4-antenas

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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Copyright © 2009, Escola Superior de Redes RNP

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Revisão técnicaNome do Revisor 1 e Nome do Revisor 2

Supervisão técnicaNome do supervisor

Revisão finalPedro Sangirardi

Projeto visual e diagramaçãoTecnodesign

Coordenação acadêmicaLuiz Coelho

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Todos os direitos reservados, no Brasil, porEscola Superior de Redes RNPhttp://www.esr.rnp.br


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O papel deste impresso foi feito com madeira de

florestas certificadas FSC e de outras fontes controladas















































[email protected]://www.mec.gov.br

Cartilhas Projeto UCA: Antenas


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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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


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)


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


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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