03- Redes sem Fios - antenas

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03- Redes sem Fios - antenas

  1. 1. Tópicos Avançados em Redes de Computadores - Antenas - Prof. André Peres andre.peres@poa.ifrs.edu.br
  2. 2. Sobre este material • Vídeos da apresentação em: https://youtu.be/YR7g3Gp9VZE Este trabalho está licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial-SemDerivações 4.0 Internacional. Para ver uma cópia desta licença, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.
  3. 3. • Antenas • Algumas características da propagação de microondas: • Atenuação • Reflexão • Refração • Dispersão • Difração Antenas
  4. 4. • Atenuação • Como qualquer sinal enviado em um meio de propagação os sinais de microondas sofrem atenuação • Atenuação = perda de potência do sinal • Interferem na atenuação: • Distribuição do sinal no espaço na transmissão • Capacidade da antena de recepção de capturar o sinal Antenas
  5. 5. • Atenuação • Distribuição do sinal no espaço • O sinal transmitido espalha-se no espaço conforme o ângulo de abertura da antena • Considera-se como referência a antena isotrópica (irradiação em forma de esfera) • A área de propagação é definida pela área de uma esfera, ou seja: Antenas
  6. 6. • Atenuação • Uma antena isotrópica irradia em todas as direções, formando uma esfera • Apenas parte da energia é absorvida pela antena de recepção Antenas
  7. 7. • Atenuação • A potência distribuída S na área expressa em mW por m2 na distância d (raio da esfera) com potência de transmissão Pt é definida por: • Isto significa que a potência de um sinal em um ponto é proporcional ao quadrado da distância entre este ponto e a antena de transmissão Antenas
  8. 8. • Atenuação • ou seja: Antenas
  9. 9. • Atenuação • A abertura de recepção de sinal de uma antena isotrópica é definida como: • Sendo λ = comprimento da onda em metros Antenas
  10. 10. • Atenuação • Tendo esta abertura, pode-se concluir que o sinal S presente nesta área será o equivalente à potência de recepção Pr : Antenas
  11. 11. • Atenuação • unindo tudo: Antenas
  12. 12. • Atenuação • Têm-se então que a atenuação no espaço, definida por FSPL (Free Space Path Lost) é: • Com d sendo a distância em metros • λ sendo o comprimento da onda em metros Antenas
  13. 13. • Atenuação Antenas
  14. 14. • Atenuação em obstáculos: Antenas
  15. 15. • Reflexão: • Conforme o material de um obstáculo, o sinal de microondas é refletido (metal e água) • O ângulo de reflexão depende do ângulo de incidência do sinal • Sempre relativo à normal N Antenas
  16. 16. • Reflexão: • A reflexão é utilizada na confecção de antenas • Objetivo de direcionar o sinal Antenas
  17. 17. • Refração: • Quando o sinal troca de meio de propagação com densidades diferentes, altera sua direção • A alteração da direção depende do material do meio original e do material do novo meio Antenas
  18. 18. • Disperção: • Ao atingir um obstáculo com superfície irregular, o sinal pode sofrer reflexões em diferentes direções • Este efeito depende da irregularidade e profundidade da irregularidade do obstáculo Antenas
  19. 19. • Difração: • O sinal de microondas contorna qualquer objeto que possua tamanho maior que o comprimento da onda • Isto faz com que o sinal preencha toda a área de um ambiente • Também permite comunicação entre dois pontos sem visada • Ocorre devido à forma de propagação das ondas Antenas
  20. 20. • Difração: Antenas
  21. 21. • Difração: • Cada ponto de uma onda é uma fonte de energia para a formação da onda subsequente • Analogia: água ou som: • Ao atirar-se uma pedra na água, criam-se ondas • Quandos as ondas atingem um pier, por exemplo, nota-se que atrás do obstáculo se formam ondas de menor intensidade, porém sua amplitude não é totalmente absorvida pelo obstáculo • Ao utilizarmos um obstáculo para uma onda sonora, nota-se que o som continua propagando-se atrás do obstáculo em menor intensidade Antenas
  22. 22. • Difração: • Princípio Huygens • Cada pondo em uma onda funciona como uma fonte para uma onda secundária denominada wavelet • Uma nova onda é formada a partir da união das diversas wavelets • Esta nova onda não é irradiada igualmente em todas as direções, apesar de possuir amplitude máxima na direção da onda original e zero em direção oposta • Este efeito causa a difração ao encontrar-se um obstáculo Antenas
  23. 23. • Difração: • Princípio Huygens Antenas
  24. 24. • Difração: • A área mais importante para a propagação do sinal é denominada Zona de Fresnel Primária Antenas
  25. 25. • Difração: • Cálculo da Zona de Fresnel: • Elispóide • O raio em um determinado ponto em metros é determinado como: • Onde d1 é a distância entre a primeira antena e o ponto em Km • d2 é a distância entre o ponto e a segunda antena em Km • d é a distância total em Km • f é a frequência da onda em Mhz • rm é o raio da elipsóide em metros Antenas
  26. 26. • Difração: Antenas
  27. 27. • Difração: • Altura das torres de comunicação • A Zona de fresnel deve estar livre de objetos • Até 20% da área pode estar comprometida, acima disso não existe comunicação! • Deve-se considerar a inclinação do planeta quando a distância for maior de 10 Km • ≤ 10 Km = 0m • 10 Km → 20 Km = 6m • 20 Km → 30 Km = 12m • ... Antenas
  28. 28. • Difração: • Altura das torres de comunicação Antenas
  29. 29. • Link sem fios -- exemplo: • Transmissor (AP): 20 dBm • atenuação no cabo (3m RG213) ≃ 2dB • antena de 24 dBi de ganho • distância de 10 Km entre as antenas • FSPL = 20 log (4πd / λ) • FSPL = 20 log ( 4.π.10000/0,125) • FSPL = 20 log (1005312) = 20 x 6,0023 ≃ 120 dB • antena de recepção = 24 dBi de ganho • atenuação no cabo ≃ 2dB Pr = 20dBm - 2dB + 24dBi - 120dB + 24dBi - 2dB = -56dBm Antenas
  30. 30. • Link sem fios -- exemplo: • Interferências: • Adiciona-se uma perda entre 6-9dB a cada 2 Km • colocando 6dB x 5 ≃ 30 dB de perda Pr = -56dBm - 30dB = -86dBm Antenas
  31. 31. • Link sem fios -- exemplo: • exemplo de sensibilidade na recepção [802.11n]: Antenas Vazão Sinal 150 Mbps -76dBm 121.5 Mbps -78dBm 108 Mbps -80dBm 81 Mbps -84dBm 54 Mbps -87dBm 40.5 Mbps -91dBm 27 Mbps -92dBm 13.5 Mbps -95dBm
  32. 32. • Link sem fios -- exemplo: • Altura das torres: • ex: obstáculo mais alto entre as antenas = prédio de 5 andares = 5 x 3m = 15m de altura a 4 Km da primeira antena • Zona de fresnel primária a 4 Km: Rm = 547 sqr ( 4 . 6 / 2400 . 10) = 547 sqr (20/24000) Rm = 547 sqr (0,000833333) = 547 . 0,028867513 = 15,79m altura das antenas = 15m (prédio) + 16m (fresnel) = 31 m Antenas

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