Cartilha sobre Antenas de redes sem fio.

1. antenas
Projeto Um Computador por Aluno
4 Ministério da Educação

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Cartilhas Projeto UCA: Antenas
Copyright © 2010, Escola Superior de Redes RNP
Autor
Equipe do Laboratório de Pesquisas
MídiaCom, vinculado ao Departamento
de Engenharia de Telecomunicações
e ao Instituto de Computação da
Universidade Federal Fluminense (UFF)
Produção Editorial
Versão
1.0.1
Esta obra é distribuída sob a licença
Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil

3. 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
Forma de de um transmissor (rádio) em onda eletromagnética, que
propagação de se propaga no ar até uma outra antena. A antena recep-
energia capaz tora faz o contrário, convertendo a onda eletromagnética
de conduzir
em energia para um receptor (figura 1).
informação sem a
utilização de fios
Ar
Figura 1
Transmissão e
Sinal
recepção do sinal
Rádio Rádio
Para saber mais,
leia a cartilha O exemplo da figura 1 pode ser aplicado à comunicação
Redes sem fio 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
Antenas

4. 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,
Tecnologia de o tipo e a localização da antena devem ser escolhidos
rede sem fio que visando atender o maior número de usuários. Por exem-
oferece acesso plo, a antena transmissora da estação de TV da sua ci-
banda larga e dade está instalada em um local de altitude elevada, de
mobilidade a forma a atingir o maior número de receptores.
quilômetros de
distância
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.
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5. Figura 2
Sol: antena
isotrópica
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.
Antenas 3

6. Tabela 1 Aumento em dBi Aumento em escala linear
Escala em dBi ×
escala linear +0 x1
+3 x2
+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.
Todos ou tudo;
onipresente Na figura 3, observa-se que três pontos (A, B e C) po-
em latim 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,
4 Projeto Um Computador por Aluno

7. receberá um sinal com potência menor do que aquela
recebida no ponto A. Já no ponto C, o computador obterá
Para saber mais, uma intensidade mínima (praticamente nula) por estar
leia a cartilha numa angulação fora do feixe de irradiação da antena.
Propagação de Vale observar que, neste exemplo, não são considerados
ondas fenômenos como difração, reflexão e refração.
Figura 3 C
Curvas de irradiação B
de uma antena
omnidirecional
A
Ponto de acesso de Acesso
Ponto
Na figura 4, é apresentada uma visão tridimensional das
curvas de irradiação de uma antena omnidirecional.
Figura 4
Curvas de
irradiação de
uma antena
omnidirecional (3D)
Ponto de acesso
Antenas 5

8. 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.
Figura 5
Curva de irradiação
de uma antena
direcional
Por sua capacidade de concentrar a energia numa dada
direção, antenas direcionais são comumente utilizadas
para o estabelecimento de enlaces ponto-a-ponto, onde
Ligação única as antenas se encontram distantes uma da outra.
entre dois pontos
de rede, formada Antena setorial
por duas antenas
direcionais
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 6
Curva de irradiação
de uma antena
setorial
6 Projeto Um Computador por Aluno

9. 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.
Figura 7
Relação entre
as curvas de
irradiação
direcional
omni
setorial
Ponto de Acesso
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.
Antenas 7

10. 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.
Figura 8
À esquerda, exemplo
de uso de antena
setorial e à direita,
exemplo de uso
de antena
omnidirecional
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.
Figura 9
Exemplo de uso de
antena direcional
OLA
ESC
8 Projeto Um Computador por Aluno

11. Projeto Um Computador
por Aluno
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12. Projeto UCA
Antenas
Esta cartilha apresenta os princí-
pios básicos do funcionamento
de uma antena, bem como os
modelos mais comuns e suas
propriedades.