REDES INALAMBRICAS
TEMA V
Comprensión de Antenas
Documento Base
CCNA Wireless 200-355 Official Cert Guide
Características de la antena
El mundo de las LAN inalámbricas sería bastante simple si todas las antenas se crearan de la misma manera, demasiado simple, de hecho. Para proporcionar una buena cobertura de LAN inalámbrica en un edificio, un área exterior o entre dos ubicaciones, es posible que se enfrente a una serie de variables. Por ejemplo, un espacio de oficina podría estar dispuesto como un grupo de cubículos abiertos o como una franja de oficinas cerradas en un pasillo largo. Es posible que deba cubrir un gran vestíbulo abierto, un gran salón de clases abierto, una sección de una arena deportiva abarrotada, una porción oblonga del techo de un hospital donde aterrizan helicópteros, una gran extensión de un parque al aire libre, calles de la ciudad donde viajan vehículos de seguridad pública, y así.
Patrones de radiación
Recuerde en el Tema 1, "Señales y modulación de RF", que la ganancia de la antena es normalmente una comparación de una antena con una antena isotrópica, y se mide en dBi (decibel-isotrópico). Una antena isotrópica no existe realmente porque es ideal, perfecta e imposible de construir. También es la antena más simple y básica posible, lo que la convierte en un buen punto de partida para la teoría de antenas.
Una antena isotrópica tiene la forma de un pequeño punto redondo. Cuando se aplica una corriente alterna, se produce una señal de RF y las ondas electromagnéticas se irradian por igual en todas las direcciones. La energía producida por la antena toma la forma de una esfera en constante expansión. Si tuviera que moverse por una antena isotrópica a una distancia fija, descubriría que la intensidad de la señal es la misma.
Para describir el rendimiento de la antena, puede dibujar una esfera con un diámetro que sea proporcional a la intensidad de la señal, como se muestra en la Figura 4-1. Lo más probable es que dibujes la esfera en una escala logarítmica para que se puedan mostrar números muy grandes y muy pequeños en la misma gráfica lineal. Una gráfica que muestra la intensidad relativa de la señal alrededor de una antena se conoce como patrón de radiación.
tridimensional con dos planos ortogonales y mostrar los dos contornos que se forman a partir del diagrama. En la Figura 4-1, la esfera está cortada por el plano XY, que se encuentra plano a lo largo del horizonte, y por el plano XZ, que se encuentra verticalmente a lo largo de la elevación de la esfera. La figura 4-2 muestra los cortes resultantes.
Los círculos también se dividen en sectores para que se pueda trazar un barrido completo de 360 grados. Esto permite tomar medidas en todos los ángulos alrededor de la antena en el plano que se muestra.
¿Estas confundido? No estas solo Los diagramas polares E y H del diagrama de radiación se presentan aquí porque la mayoría de los fabricantes de antenas los incluyen en la literatura de sus productos. La antena siempre se coloca en el centro de las gráficas polares, pero no siempre podrá descubrir cómo se orienta la antena con respecto a los planos E y H. Cisco generalmente incluye una pequeña imagen de la antena en el centro de las parcelas como referencia práctica.
Como ingeniero inalámbrico, tendrá que observar varios patrones de antena e intentar averiguar si la antena es una buena combinación para el entorno que está tratando de cubrir con una señal de RF. Necesitarás un poco de imaginación para fusionar las dos tramas en una imagen 3D en tu mente. Como se describen varias antenas en este tema, se presentan las tramas, los planos y una representación en 3D para ayudarlo a tener una idea del proceso de pensamiento.
Ganancia
Las antenas son dispositivos pasivos; no amplifican la señal de un transmisor con ningún circuito o alimentación externa. En cambio, amplifican o agregan ganancia a la señal al dar forma a la energía de RF a medida que se propaga al espacio libre. En otras palabras, la ganancia de una antena es una medida de cuán efectivamente puede enfocar la energía de RF en una determinada dirección.
Debido a que una antena isotrópica irradia energía de RF en todas las direcciones por igual, no puede enfocar la energía en una dirección determinada. Recuerde del tema 1 que la ganancia de una antena en dBi se mide en relación con una antena isotrópica. Cuando se compara una antena isotrópica consigo misma, el resultado es una ganancia de 10log10 (1) o 0 dBi.
Amplitud de rayo
La ganancia de la antena puede ser un indicador de cuán enfocado podría estar el patrón de una antena, pero en realidad es más adecuado para los cálculos de presupuesto de enlace. En cambio, muchos fabricantes enumeran el ancho del haz de una antena como una medida del foco de la antena. El ancho de haz normalmente se muestra en grados para los planos H y E.
El ancho del haz se determina al encontrar el punto más fuerte en la gráfica, que generalmente está en algún lugar del círculo exterior. A continuación, se sigue la trama en cualquier dirección hasta que el valor disminuye en 3 dB, lo que indica el punto donde la señal es la mitad de la potencia más fuerte.
Polarización
Cuando se aplica una corriente alterna a una antena, se produce una onda electromagnética. En el Tema 1, aprendiste que la onda tiene dos componentes: una onda de campo eléctrico y una onda de campo magnético. La porción eléctrica de la onda siempre dejará la antena en una cierta orientación. Por ejemplo, una antena dipolo simple que se monta apuntando verticalmente producirá una onda que oscila hacia arriba y hacia abajo en dirección vertical a medida que viaja a través del espacio libre. Esto es cierto para la mayoría de las antenas de Cisco cuando se montan de acuerdo con las recomendaciones de Cisco. Se podrían diseñar otros tipos de antenas para producir ondas que oscilan horizontalmente de un lado a otro. Aún otros podrían producir ondas que realmente se retuercen en un movimiento en espiral tridimensional a través del espacio.
La orientación de la onda del campo eléctrico, con respecto al horizonte, se llama polarización de la antena. Las antenas que producen oscilación vertical están polarizadas verticalmente; los que producen oscilación horizontal están polarizados horizontalmente. (Tenga en cuenta que siempre hay también una onda de campo magnético, que está orientada a 90 grados de la onda del campo eléctrico). Por sí misma, la polarización de la antena no es de importancia crítica. Sin embargo, la polarización de la antena en el transmisor debe coincidir con la polarización en el receptor. Si la polarización no coincide, la señal recibida puede degradarse severamente.
Tipos de antenas
Las antenas LAN inalámbricas están disponibles en una variedad de estilos, formas y patrones de radiación. Además, las antenas normalmente están clasificadas para uso en interiores o exteriores, dependiendo de la resistencia a la intemperie y las opciones de montaje. Las antenas generalmente están diseñadas para un rango de frecuencia específico y están aprobadas por el organismo regulador local, como la FCC en los Estados Unidos. Hay dos tipos básicos de antenas, omnidireccionales y direccionales, que se analizan en las siguientes secciones.
Antenas omnidireccionales
Una antena omnidireccional generalmente se hace en forma de un cilindro delgado. Tiende a propagar una señal igualmente en todas las direcciones lejos del cilindro, pero no a lo largo de la longitud del cilindro. El resultado es un patrón en forma de rosquilla que se extiende más en el plano H que en el plano E. Este tipo de antena es muy adecuado para una amplia cobertura de una habitación grande o área de piso donde la antena está ubicada en el centro. Debido a que una antena omnidireccional distribuye la energía de RF en un área amplia, tiene una ganancia relativamente baja.
Los dipolos a menudo están conectados a dispositivos LAN inalámbricos que se montan en los techos de habitaciones y pasillos. La mayoría de las antenas dipolo tienen entre 3.5 y 5.5 pulgadas de largo, por lo que no siempre son estéticamente agradables cuando se pegan desde un techo. Por esta razón, Cisco ofrece varias antenas monopolo como alternativa.
Las antenas monopolo son muy cortas, de menos de 2 pulgadas de largo, como se muestra en la Figura 4-10. Para lograr un tamaño tan pequeño, contienen solo una corta longitud de cable. Puede pensar en esto como una antena dipolo comprometida, donde uno de los segmentos de antena se destaca del dispositivo inalámbrico. El otro segmento se mueve hacia abajo en el dispositivo, en forma de un plano de tierra de metal. Por lo tanto, las antenas monopolo solo se pueden usar en dispositivos que tengan una carcasa metálica grande y plana. El patrón de radiación es similar al de un dipolo, pero no tan simétrico. Las antenas monopolares tienen una ganancia típica de 2 .2 dBi en las bandas de 2.4 y 5 GHz.
Las antenas omnidireccionales integradas suelen tener una ganancia de 2 dBi en la banda de 2,4 GHz y 5 dBi en la banda de 5 GHz. Los patrones de radiación del plano E y H se muestran en la Figura 4-12. Cuando se fusionan los dos planos, se revela el patrón tridimensional que se muestra en la Figura 4-13.
Antenas direccionales
Las antenas direccionales tienen una ganancia mayor que las antenas omnidireccionales porque enfocan la energía de RF en una dirección general. Las aplicaciones típicas incluyen áreas interiores alargadas, como las habitaciones a lo largo de un pasillo largo o los pasillos de un almacén. También se pueden usar para cubrir áreas exteriores alejadas de un edificio o largas distancias entre edificios.
Las antenas de parche tienen una forma rectangular plana, como se muestra en la Figura 4-14, para que puedan montarse en una pared.
Resumen de Antenas
La Tabla 4-2 enumera cada tipo y estilo de antena, junto con los valores típicos de ancho de haz y ganancia. Puede usar esta tabla como resumen para ayudar a comparar las antenas una al lado de la otra. Observe que el ancho del haz es el más grande para las antenas omnidireccionales, y luego comienza a reducirse a través de la progresión de las antenas direccionales. Lo contrario es cierto para la ganancia: las antenas omnidireccionales tienen la ganancia más baja, mientras que las antenas direccionales aumentan la ganancia a medida que se reduce su ancho de haz.
Agregar accesorios de antena
de salida, o el cable que conecta el transmisor a la antena es demasiado largo o introduce demasiada pérdida. Puede agregar un amplificador para proporcionar una ganancia adicional, siempre que el PIRE no exceda el valor máximo permitido. Un amplificador es un dispositivo activo y alimentado que está conectado en línea entre un transmisor y una antena, como se muestra en la Figura 4-23.
En otras ocasiones, es posible que deba reducir la intensidad de la señal de un transmisor más allá de lo que es posible con la configuración del transmisor. Por ejemplo, el transmisor ya puede estar configurado para su nivel de potencia de transmisión más bajo posible, pero la intensidad de la señal aún es demasiado grande para los receptores cercanos. Puede colocar un atenuador, un dispositivo pasivo que absorbe parte de la energía, en línea entre un transmisor y una antena, como se muestra en la Figura 4-24.
Cuando un transmisor o receptor está conectado a una antena exterior,
siempre existe la posibilidad de que un rayo induzca una cantidad tremenda de energía a través de la antena, suficiente para dañar el equipo LAN inalámbrico y partes de la red. Para protegerse contra tales daños, siempre debe conectar un pararrayos en línea entre una antena exterior y un dispositivo LAN