todo sobre la teoria, topologia, arquitectura de antenas en redes inalambricas

1. Electiva Complementaria II
Erick Alexander Pereira Polo
Universidad del Sinú

3. INTRODUCCIÓN
Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores
que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia
por el espacio libre, o que, conectado a una impedancia (Resistencia), sirve
para captar las ondas emitidas por una fuente lejana.
Las antenas deben de dotar a la onda
radiada con un aspecto de dirección.

4. RECIPROCIDAD
Reciprocidad: La antena básica es un dispositivo reciproco pasivo por que las
caracteristicas de desempeño de transmisión y de recepción son idénticas.
(Ganancia, Directividad, Frecuencia de Operación, Ancho de Banda, eficiencia, etc.)
Puede definirse la reciprocidad como la
capacidad de una antena para transferir
energía desde el espacio libre hacia el
receptor con la misma eficiencia con la cual
transfiere energía desde el transmisor hacia el
espacio libre.

5. ANTENA ISOTROPICA
vemos que en los planos verticales (x, z) e (y, z) la cantidad de energía radiada
es exactamente la misma en todas las direcciones. Tenemos lo mismo para el
plano horizontal (x, y). Esto nos indica que esta antena podrá enviar o recibir
señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté.
http://4.bp.blogspot.com/_CB9sVXo9EqY/S9HTJ4MpQI/AAAAAAAAAIQ/ZN2EKxeEK6c/s1600/omni.png

6. GANANCIA
La ganancia de una antena es la
relación entre la potencia que entra
en una antena y la potencia que
sale de esta. Esta ganancia es
comúnmente referida en dBi's, y se
refiere a la comparación de cuanta
energía sale de la antena en
cuestión, comparada con la que
saldría de una antena isotrópica.
Una antena isotrópica es aquella
que cuenta con un patrón de
radiación esférico perfecto y una
ganancia lineal unitaria.

7. Ganancia Directiva
La ganancia directiva es la relación de la densidad de potencia radiada en
una dirección en particular con la densidad de potencia radiada al mismo
punto por una antena de referencia, suponiendo que ambas antenas
irradian la misma cantidad de potencia. El patrón de radiación para la
densidad de potencia relativa de una antena es realmente un patrón de
ganancia directiva si la referencia de la densidad de potencia se toma de
una antena de referencia estándar, que por lo general es una antena
isotrópica. La máxima ganancia directiva se llama directividad.
Ganancia De Potencia
La ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva excepto que se
utiliza el total de potencia que alimenta a la antena (o sea, que se toma en
cuenta la eficiencia de la antena). Se supone que la antena indicada y la
antena de referencia tienen la misma potencia de entrada y que la antena
de referencia no tiene pérdidas.

8. DIRECTIVIDAD
La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la
intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la
intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma
potencia total. La Directividad no tiene unidades y se suele expresar en
unidades logarítmicas (dBi)

9. FRECUENCIA
la frecuencia es sólo una medida de la rapidez con la onda es
oscilante. Y puesto que todas las ondas electromagnéticas viajan a
la misma velocidad, más rápido que oscila más corta es la longitud
de onda y una longitud de onda más larga implica una frecuencia
más lenta.

10. POLARIZACIÓN
Es
la
orientación
de
las
ondas
electromagnéticas al salir de la antena. Hay
dos tipos básicos de polarización que aplican
a las antenas.
• Lineal (incluye vertical, horizontal y
oblicua)
• Circular
(que
incluye
circular
derecha, circular izquierda, elíptica
derecha, y elíptica izquierda).
Nota: La antena transmisora debe de tener la
misma polaridad de la antena receptora para
máximo rendimiento.

11. Polarización De La Antena
La polarización de una antena se refiere sólo a la orientación del campo eléctrico
radiado desde ésta. Una antena puede polarizarse en forma lineal (por lo
regular, polarizada horizontalmente o verticalmente, suponiendo que los
elementos de la antena se encuentran dentro de un plano horizontal o
vertical), en forma elíptica, o circular. Si una antena irradia una onda
electromagnética polarizada verticalmente, la antena se define como polarizada
verticalmente; si la antena irradia una onda electromagnética polarizada
horizontalmente, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el
campo eléctrico gira en un patrón elíptico, está polarizada elípticamente; y si el
campo eléctrico gira en un patrón circular, está polarizada circularmente.

12. IMPEDANCIA
Es la relación entre la tensión y la
corriente de entrada. . La
impedancia es compleja. La parte
real de la impedancia se denomina
Resistencia de Antena y la parte
imaginaria es la reactancia. La
resistencia de antena es la suma de
la resistencia de radiación y la
resistencia de pérdidas. Las antenas
se denominan resonantes cuando se
anula su reactancia de entrada.

13. QUE ES EFICIENCIA
La eficiencia de una antena se refiere la
potencia suministrada a la antena y la potencia
radiada o disipada dentro de la antena. Una
antena de alta eficiencia ha la mayor parte de
la energía presente en la entrada de la antena
irradia. Una baja eficiencia de antena tiene la
mayoría de la potencia absorbida en pérdidas
dentro de la antena.

14. Ancho de banda
Es el margen de frecuencias en el cual los parámetros
de la antena cumplen unas determinadas
características. Se puede definir un ancho de banda de
impedancia, de polarización, de ganancia o de otros
parámetros.
Ancho De Banda De La Antena
El ancho de banda de la antena se
define como el rango de frecuencias
sobre las cuales la operación de la
antena es "satisfactoria". Esto, por lo
general se toma entre los puntos de
media potencia, pero a veces se
refiere a las variaciones en la
impedancia de entrada de la antena.

15. DIAGRAMA DE RADIACIÓN

19. PROPAGACIÓN ELECTROMAGNÉTICA RED WIFI DENTRO DE UNA CASA

20. IRRADIACIÓN ANTENA DE CORNETA

21. TUTORIAL DIPOLO 900MHZ EN PROGRAMA SIMULADOR FEKO

22. Dipole Antenna - Animated E-Field Radiation Patterns

23. EEE 802.11n Wifi N
IEEE 802.11n es una propuesta de modificación al estándar IEEE 802.11-2007. Agregando
Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) y unión de interfaces de red (Channel Bonding), además
de agregar tramas a la capa MAC. También mejora significativamente el desempeño de la red
más allá de los estándares anteriores, tales como802.11b y 802.11g, con un incremento
significativo en la velocidad máxima de transmisión de 54 Mbps a un máximo de 600Mbps.
Actualmente la capa física soporta una velocidad de 300Mbps, con el uso de dos flujos
espaciales en un canal de 40 MHz. Dependiendo del entorno, esto puede transformarse a un
desempeño visto por el usuario de 100Mbps.
El estándar 802.11n hace uso simultáneo de ambas bandas, 2,4 Ghz y 5,0 Ghz. Y de todos
los Canales del Wifi a/b/g.
*La Tasa de Velocidad cambia de acuerdo a la posición(Exteriores o Interiores) de los Equipos
Emisor y Receptor.
El estándar 802.11n fue ratificado por la organización IEEE el 11 de septiembre de 2009.
MIMO usa múltiples antenas transmisoras y receptoras para mejorar el desempeño del sistema.
MIMO es una tecnología que usa múltiples antenas para manejar más información (cuidando la
coherencia) que utilizando una sóla antena. Dos beneficios importantes que provee a 802.11n
son la diversidad de antenas y el multiplexado espacial.
La tecnología MIMO depende de señales multiruta. Las señales multiruta son señales reflejadas
que llegan al receptor un tiempo después de que la señal de línea de visión (line of sight, LOS)
ha sido recibida. En una red no basada en MIMO, como son las redes 802.11a/b/g, las señales
multiruta son percibidas como interferencia que degradan la habilidad del receptor de recobrar el
mensaje en la señal. MIMO utiliza la diversidad de las señales multirutas para incrementar la
habilidad de un receptor de recobrar los mensajes de la señal.
“Traducción: El Protocolo 802.11n se le integra de manera permanente la tecnología MIMO
para así garantizar una potente señal, rapidez y estabilidad de los datos en comunicación por
Aire. Los Protocolos 802.11a/b/g no posee MIMO ni ninguna tecnología similar, aun que algunos
Protocolos 802.11g(Wifi G) traen la Tecnología MIMO y son los Router que traen 2 Antenas y
dicen que su tasa de transferencia es de hasta 108mbps y no de 54mbps que son los normales.
El Wifi N ya supera estas Expectativas garantizando altas tasas de transferencia hasta de
600mbps pero Certifican hasta 300mbps estables siendo un gran ancho de banda.
El Wifi N es compatible con los anteriores protocolos a/b/g, el modifica es la velocidad para que
los mismo se conecten. También muy importante es que el Receptor que usemos (Smartphone,
Laptop, Pc,T.Red Usb, Etc) también juega un papel importante para garantizar una buena
Velocidad y estabilidad de conexión.”
Protocolo
Frecuencia
802.11a
802.11b
802.11g
802.11g+
802.11n
5,0 Ghz
2,4 Ghz
2,4 Ghz
2,4 Ghz
2,4 Ghz
Velocidad de
Transferencia
25-54 Mbps*
5-11 Mbps*
25-54 Mbps*
25-108 Mpbs*
54-300 Mbps*

24. Un
array es una antena
compuesta por un número de
radiadores idénticos ordenados
regularmente y alimentados
para obtener un diagrama de
radiación predefinido.

25. CARACTERÍSTICA DE LOS ARRAYS DE ANTENA
Las características principales de los arrays de antenas es que su diagrama de
radiación es modificable, pudiendo adaptarlo a diferentes aplicaciones/necesidades.
Esto se consigue controlando de manera individual la amplitud y fase de la señal que
alimenta a cada uno de los elementos del array.

26. NIVEL DE APLICACIÓN
Los arrays de antenas se utilizan para la construcción de antenas inteligentes.
Una definición básica de un sistema de antenas inteligentes es cualquier
configuración adaptativa de múltiples antenas que mejoran el rendimiento de
un sistema de comunicaciones inalámbricas.

27. NIVEL DE APLICACIÓN
Las características de las antenas inteligentes con unos haces de radiación con
una mayor directividad (es decir, mayor ganancia y mayor selectividad
angular), proporcionan múltiples ventajas:
• Incremento de la zona de cobertura: Dado que la ganancia es mayor que en
el caso de antenas omnidireccionales o sectorizadas.
• Reducción de la potencia de transmisión: La mayor ganancia de la antena
permite incrementar la sensibilidad.
• Reducción del nivel de interferencia: La mejor selectividad espacial de la
antena permitirá al receptor discriminar las señales de usuarios
interferentes a favor de la señal del usuario deseado. Incluso se pueden
utilizar antenas inteligentes con configuración antena principal y secundarias
donde las secundarias anulan las interferencias.

28. NIVEL DE APLICACIÓN

29. NIVEL DE APLICACIÓN
• Reducción de la propagación multitrayecto: Debido a la menor dispersión
angular de la potencia radiada, se reduce el número de trayectorias que
debe seguir la señal antes de llegar al receptor.
• Mejora de la seguridad: Gracias a que la transmisión es direccional, hay una
probabilidad muy baja de que un equipo ajeno intercepte la comunicación.
• Introducción de nuevos servicios: Al poder identificar la posición de
usuarios
se
puede
aplicar
a
radiolocalización,
tarificación
geográfica, publicidad en servicios cercanos.

30. Según se Geometría
• Lineales
Es llama así cuando N elementos se
agrupan a lo largo de una línea
recta, permitiendo controlar el
diagrama de radiación en el plano
que contiene la línea.

31. RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS
Antena Sectorial, 16 Dbi de ganancia, haz
de apertura de 180º

32. Según se Geometría
• Planas
Se llama así cuando los elementos se sitúan en 2D sobre un
plano, permitiendo mayor directividad y control del diagrama. Pueden
apuntar el haz principal en cualquier dirección, en forma de pincel. Las
formas más utilizada son la reticular y la circular.
Reticular
Circular

33. Según se Geometría
• Conformada (Cilindricas, Esferica)
Se llama así cuando los elementos se sitúan sobre una superficie
curva, como un cilindro, un cono, una esfera o sobre otras superficies como
el ala de un avión.
Array cilíndrico de bocinas
rectangulares.
Agrupación cilíndrica
de parches cuadrados
Array de estructuras multicapas
con elementos impresos.

34. Según el elemento radiante
• Hilos (Dipolos)
Un dipolo es una antena con
alimentación central empleada
para transmitir o recibir ondas
de radiofrecuencia. Estas antenas
son las más simples desde el punto
de vista teórico

35. RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS
Antena Omnidireccional, 9 Dbi de ganancia, haz de
apertura de 360º

36. Según el elemento radiante
• Impresas (Parches)
Las antenas de elementos impresos tienen como
ventajas su facilidad de fabricación y bajo precio.

37. Según el elemento radiante
• Ranuras
Están formadas por una estructura de dos
planos metálicos sobre los que se induce una
onda cilíndrica. Las ranuras se acoplan a la
onda de la guía en función de su posición,
orientación y tamaño.

38. Según el elemento radiante
• Bosinas

39. IRRADIACIÓN ANTENA DE CORNETA

40. Según la Red
• Pasivas (un solo haz, multihaz)
• Sistema de antena Multihaz
• Antena Multihaz Offset
• Antena Multihaz Offset Cassegrain

41. RADIACIÓN DE DISTINTOS TIPOS DE ANTENAS
Antena con Reflector Parabólico, 29 Dbi
de ganancia, haz de apertura muy
estrecho 6º Ideal para enlaces punto a
punto a varios kms

42. Según la Red
• Activas
agrupación de antenas de recepción con una
pluralidad de canales para convertir señales de
recepción de elementos de antena de recepción
en una señal de frecuencia intermedia (FI) por
medio de un circuito que comprende uno o más
preamplificadores y un mezclador conectado en
serie, alimentándose al circuito una señal de
oscilador y una señal de calibración centralmente
generadas, caracterizada porque está presente una
red distribuidora común para la señal de oscilador
local y la señal de calibración centrales, la cual está
conexionada de tal manera que la señal de
oscilador local central y la señal de calibración
central se acoplan al circuito a la salida del
elemento de antena de recepción.

43. Según la Red
• Adaptativas
Un sistema de antenas adaptivo puede
determinar la ubicación de un usuario porque:
• Recibe la señal del usuario a través sus
sensores (elementos de la antena)
• La señal arriba a cada elemento de la
antena en un tiempo diferente (retardo
de tiempo)
• Su procesador digital de señales, es un
procesador de señales especializado,
calcula la dirección de arribo (DOA
Direction-Of-Arrival) del usuario de los
retardos de tiempo
• El DSP también suma las intensidades
de las señales de cada elemento de la
antena y forma el haz hacia la dirección
calculada por el DOA.

44. Según su Aplicación
• Comunicación (Movil, Satelital)
Cada satélite tiene una masa de 689kg y vida util de 5 a 8
años. 40 de ellos fueron lanzados con la lanzadera DELTA II
con capacidad para 5 satelites, 21 fueron lanzados con el
coehete PROTON con capacidad para 7 satelites iridium, y
12 fueron lanzados con el cohete LONG MARCH IIC/SD con
2 satelites por lanzamiento.
Actualmente Iridium ofrece comunicaciones de datos de
2,4 Kbps full-duplex nativos (Ancho de banda canal de voz:
8 kHz) y un sistema de conexión a internet que emula 10
Kbps, lo que limita las posibles aplicaciones, por lo que se lo
usa, sobre todo, para el envío y recepción de correos
electrónicos en formato de texto.El servicio OpenPort
permite hasta 128 kbps en datos.
Los organismos de seguridad estadounidenses utilizan
soluciones Iridium como su sistema preferido de
telecomunicaciones satelitales móviles de voz.

45. Según su Aplicación
•
•
•
•
Radar
Emisión de impulsos y recepción de ecos
Antenas directivas (grandes en longitudes de onda)
Gran capacidad de control

46. Los arrays planos son agrupaciones
bidimensionales cuyos elementos
están sobre un plano.

47. Los arrays planos son agrupaciones
bidimensionales cuyos elementos están
sobre un plano.

50. La creciente necesidad de camuflar de las estaciones
base (BTS) ha llevado a crear soluciones de
mimetización de las antenas, como por ejemplo
los árboles artificiales, que se pueden insertar
fácilmente en ambientes que requieren un bajo
impacto ambiental.
Una larga experiencia práctica sobre materiales
plásticos y metálicos, respecto de la calidad y
duración de esta antena mimetizada, incluso en
condiciones climáticas extremas.

51. ÁRBOLES CAMUFLADOS

52. PALMERA COCOTERA

53. ESTRUCTURAS ROOFTOP CAMUFLADAS
Estructuras camufladas sobre las azoteas

54. ESTRUCTURAS CAMUFLADAS