laboratorio redes moviles
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Universidad Tecnológica De Panamá
Centro Regional de Veraguas
Facultad De Ingeniería De Sistemas Computacionales
Asignatura: Redes Móviles
Código: 8387
Título
Laboratorio N° 1 –Análisis de potencia Antenas de Comunicación
Profesor
José Peralta
Estudiante
Daniel Urieta: 9-734-93
Roger Escobar
Grupo: 41R241
I Semestre 2013
Fecha: 13/05/2013
Introducción
En este trabajo se dará a conocer los distintos tipos de antenas que hay, los tipos de
frecuencia que tienen dichas antenas, sus alcances y funcionamientos.
También se ha agregado información de las mismas antenas, como puede ser la
caracterización de las antenas, sus ganancias, sus pérdidas, sus ventajas y sus desventajas,
especificaciones técnicas entre otras.
En este trabajo se agregó una comparación de algunas antenas, la información está en
algunos links que están redirigidos a youtube.com, donde se apreciarán de mejor manera
Tipos de Antenas y Funcionamiento
Características de las antenas:
Una antena es un dispositivo hecho para transmitir (radiar) y recibir ondas de radio
(electromagnéticas). Existen varias características importantes de una antena que deben de
ser consideradas al momento de elegir una específica para su aplicación:
Patrón de radiación
Ganancia
Directividad
Polarización
Patrones de Radiación:
El patrón de radiación de una antena se puede representar como una grafica tridimensional
de la energía radiada vista desde fuera de esta. Los patrones de radiación usualmente se
representan de dos formas, el patrón de elevación y el patrón de azimuth. El patrón de
elevación es una gráfica de la energía radiada por la antena vista de perfil. El patrón de
azimuth es una gráfica de la energía radiada vista directamente desde arriba. Al combinar
ambas gráficas se tiene una representación tridimensional de como es realmente radiada la
energía desde la antena.
Patrones de radiación
Figura 1. a) Patrón de elevación de un dipolo genérico b) Patrón de azimuth de un dipolo
genérico c) Patrón de radiación 3D
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.
Directividad: La directividad de la antena es una medida de la concentración de la potencia radiada en
una dirección particular. Se puede entender también como la habilidad de la antena para
direccionar la energía radiada en una dirección especifica. Es usualmente una relación de
intensidad de radiación en una dirección particular en comparación a la intensidad
promedio isotrópica.
Polarización: Es la orientación de las ondas electromagnéticas al salir de la antena. Hay dos tipos básicos
de polarización que aplican a las antenas, como son: Lineal (incluye vertical, horizontal y
oblicua) y circular (que incluye circular derecha, circular izquierda, elíptica derecha, y
elíptica izquierda). No olvide que tomar en cuenta la polaridad de la antena es muy
importante si se quiere obtener el máximo rendimiento de esta. La antena transmisora debe
de tener la misma polaridad de la antena receptora para máximo rendimiento.
Tipos de antenas
Hay varios tipos de antenas. Los más relevantes para aplicaciones en bandas libres son:
Antenas Dipolo
Antenas Dipolo multi-elemento
Antenas Yagi
Antenas Panel Plano (Flat Panel)
Antenas parabólicas (plato parabólico)
Antenas Dipolo: Todas las antenas de dipolo tienen un patrón de radiación generalizado. Primero el patrón
de elevación muestra que una antena de dipolo es mejor utilizada para transmitir y recibir
desde el lado amplio de la antena. Es sensible a cualquier movimiento fuera de la posición
perfectamente vertical. Se puede mover alrededor de 45 grados de la verticalidad antes que
el desempeño de la antena se degrade más de la mitad. Otras antenas de dipolo pueden
tener diferentes cantidades de variación vertical antes que sea notable la degradación.
Un ejemplo de patrón de elevación puede verse en la figura 1a. A partir del patrón de
azimuth se ve que las antenas operan igualmente bien en 360 grados alrededor de la antena.
Físicamente las antenas dipolo son cilíndricas por naturaleza, y pueden ser ahusadas o con
formas especificas en el exterior para cumplir con especificaciones de medidas. Estas
antenas son usualmente alimentadas a través de una entrada en la parte inferior, pero
también pueden tener el conector en el centro de la misma.
Antenas Dipolo Multi-Elemento:
Las antenas multi-elemento tipo dipolo cuentan con algunas de las características generales
del dipolo simple. Cuentan con un patrón de elevación y azimuth similar al de la antena
dipolo simple. La diferencia más clara entre ambas es la direccionalidad de la antena en el
plano de elevación, y el incremento en ganancia debido a la utilización de múltiples
elementos. Con el uso de múltiples elementos en la construcción de la antena, esta puede
ser configurada para diferentes ganancias, lo cual permite diseños con características físicas
similares. Tal como se puede ver en el patrón de elevación de la fig. 2, múltiples antenas de
dipolo son muy direccionales en el plano vertical. Debido a que la antena de dipolo radía
igualmente bien en todas las direcciones del plano horizontal, es capaz de operar
igualmente bien en configuración horizontal.
Patrón de Elevación multi-dipolo
Figura 2. Patrón de Elevación de una antena multi-dipolo
Antenas Yagi: Estas se componen de un arreglo de elementos independientes de antena, donde solo uno de
ellos transmite las ondas de radio. El número de elementos (específicamente, el número de
elementos directores) determina la ganancia y directividad. Las antenas Yagi no son tan
direccionales como las antenas parabólicas, pero son más directivas que las antenas panel.
Antena Yagi
Figura 3. Construcción de una antena Yagi
Patrón de Elevación Yagi
Figura 4. Patrón de Radiación en Elevación Yagi
Antenas Panel Plano (Flat Panel):
Las antenas de panel plano como su nombre lo dice son un panel con forma cuadrada o
rectangular. y están configuradas en un formato tipo patch. Las antenas tipo Flat Panel son
muy direccionales ya que la mayoría de su potencia radiada es una sola dirección ya sea en
el plano horizontal o vertical. En el patrón de elevación (Fig. 4) y en el patrón de azimuth
(Fig. 5) se puede ver la directividad de la antena Flat Panel. Las antenas Flat Panel pueden
ser fabricadas en diferentes valores de ganancia de acuerdo a su construcción. Esto puede
proveer excelente directividad y considerable ganancia.
Patrón de Elevación Flat Panel
Figura 5. Patrón de Elevación Flat Panel de Alta Ganancia
Patrón de Azimuth Flat Panel
Figura 6. Patrón de Azimuth Flat Panel de Alta Ganancia
Antenas Parabólicas: Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de elementos
múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas antenas usan un plato
reflector con la forma de una parábola para enfocar las ondas de radio recibidas por la
antena a un punto focal. La parábola también funciona para capturar la energía radiada por
la antena y enfocarla en un haz estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la
antena parabólica es muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y
enfocarla en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.
Patrón de Elevación Parabólica
Figura 7, Patrón de Elevación de Plato Parabólico
Antena de Ranura: Las antenas de ranura cuentan con características de radiación muy similares a las de los
dipolos, tales como los patrones de elevación y azimuth, pero su construcción consiste solo
de una ranura estrecha en un plano. Así como las antenas microstrip mencionadas abajo, las
antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionabilidad, como
evidencían su patrones de radiación y su similiridad al de los dipolos. Su más atractiva
característica es la fáicilidad de construcción e integración en diseños existentes, así como
su bajo costo. Estos factores compensan por su desempeño poco eficiente.
Antenas Microstrip: Estas antenas pueden ser hechas para emular cualqueira de los diferentes tipos de antenas
antes mencionados. Las antenas microstrip ofrecen varios detalles que deben de ser
considerados. Debido a que son manufacturadas con pistas en circuito impreso, pueden ser
muy pequeñas y livianas. Esto tiene como costo no poder manejar mucha potencia como es
el caso de otras antenas, además están hechas para rangos de frecuencia muy especificos.
En muchos casos, esta limitación de frecuencia de operación puede ser benéfico para el
desempeño del radio. Debido a sus características las antenas microstrip no son muy
adecuadas para equipos de comunicación de banda amplia.
Conclusión: De esta introducción básica a las antenas, podemos obtener una comprensión simple de los
tipos de antenas y aplicaciones de estas. Por ejemplo, las antenas dipolo aun cuando no
proveen mucha ganancia ofrecen la mejor flexibilidad en cuanto a orientación de la antena.
Las antenas flat panel ofrecen mayor direccionabilidad y son buena opción para
instalaciones fijas. La antena parabolica con su alta ganancia y gran direccionabilidad son
muy buenas para proveer enlaces punto a punto en largas distancias, con antenas instaladas
permanentemente. Finalmente las antenas de ranura y las de microstrip son correctas para
aplicaciones de desempeño moderado que necesitan integrar la antena dentro del radio y
aplicaciones OEM. Adicionalmente es posible usar diferentes tipos de antena en el mismo
sistema. Por ejemplo, se puede montar una antena flat panel en una pared cerca de un
access point. Cuando una pieza de equipo con antena dipolo cerca del access point, el
sistema podría actualizar estadisticas inmediatamente en el equipo.
comparación entre los diferentes tipos:
Antena dipolo 2.4 GHz. 5 dBi Conector N ,
Plegable.
Referencia: DIPOLO245N
Antena dipolo 2.4 GHz. 5 dBi Conector N ,
Plegable. Esta antena omnidireccional proporciona
una amplia cobertura gracias a su ganancia de 5 dBi.
Un sobrio diseño de tipo N con un extraordinario
diagrama de cobertura omnidireccional. Diseñado
para alcanzar las máximas prestaciones en
aplicaciones punto a punto y punto a multipunto
donde se requieran ganancia y amplia cobertura.
Caracteristicas:
Frecuencia 2400-2483.5 MHz
Bandwidth 83.5 MHz
Ganancia 5dBi
V.S.W.R <2
Nominal Impedance 50 ohm
Polarización Vertical
Potencia 25W
Connector N
Altura 210 mm
Radome Material TPEE
Antena Grid 2.4 GHZ 24 dBi
La antena de rejilla reflectora de alto desempeño AG2424 ofrece 24 dBi
de ganancia con un haz horizontal de 8 grados para aplicaciones
direccionales de rango amplio. Sus aplicaciones incluyen sistemas punto
a punto, punto a multipunto y bridges inalámbricos en la banda ISM de
2.4 GHz, así como sistemas de LAN inalámbrica IEEE 802.11 b/g & n.
Puede ser instalada en polarización vertical u horizontal.
La manufactura de esta antena de rejilla de 24 dBi cuenta con rejilla
reflectora de aluminio extruido a prueba de óxido, bajo peso y máxima
fuerza. El reflector de dos piezas es fácil de ensamblar y reduce los
costos de flete significantemente. Su diseño de rejilla abierta minimiza
la carga de viento.
La antena HG2424G incluye un kit de montaje con 60 grados de
movimiento vertical y horizontal. Esto permite su instalación en
diferentes ángulos de inclinación para fácil alineación.
Aplicaciones:
Banda ISM 2.4 GHz
LAN Inalámbrica IEEE 802.11b, 802.11g & IEEE 802.11n (Pre-N, Draft-N)
Direcional de largo alcance y Sistemas WiFi
Sistemas Punto a Punto y Punto a Multipunto
Bridges Inalámbricos, Aplicaciones Backhaul & Sistemas de Video Inalámbrico
Especificaciones:
Eléctricas
Frequency 2400-2500 MHz
Gain 24 dBi
-3 dBi Beam Width 8 degrees
Cross Polarization Rejection 26 dBi
Front to Back Ratio 24 dB
Sidelobe -20dB Max
Impedance 50 Ohm
Max. Input Power 50 Watts
VSWR < 1.5:1 avg.
Lightning Protection DC Short
OMNI 15DBI 2.4GHZ 360° PROFESIONAL
Está diseñada para la banda ISM de 2.4 GHz.
Es ideal para aplicaciones IEEE 802.11 b/g/n, proveedores de internet inalámbrico WISP,
Radiobases Wi-Fi, hotspots inalámbricos, bluetooth y multipunto en general donde se
requiera amplia cobertura y alta ganancia.
Construida para operar en cualquier clima, la HG2415U-PRO cuenta con elementos
sellados colineares dentro de un durable radómo de fibra de vidrio resistente a rayos UV en
color gris.
Especificaciones • Conector N-Hembra
• Frecuencia 2400-2500 MHz
• Ganancia 15 dBi
• Apertura horizontal 360°
• Apertura vertical 8°
• Impedancia 50 Ohm
• Potencia Max de entrada 100 Watts
• Peso: 1,5 Kg
• Dimensiones: 1030 mm de largo
• Temperatura operable: -40°C a 85°C
• Polarización Vertical
ANTENA YAGI DE EXTERIOR, 2.4 GHZ, 15 DBI
DESCRIPCIÓN
Esta es una Antena Yagi de 15 dBi para montaje en extremo
de tubo.
Está diseñada para aplicaciones de amplio rango. Produce
una ganancia de 15 dBi y puede usarse para extender la
distancia de la LAN Inalámbrica. Es ideal para aplicaciones
de banda ICM (Industrial, Científica y Médica) de 2.4GHz
donde se requiera ganancia adicional ya sea para aumentar la
cobertura o para disminuir la atenuación resultante de largos
tendidos coaxiales. La antena también exhibe un Plano-E de
23 grados y un Plano-H de 57 grados.
CARACTERÍSTICAS
Antena Yagi
Opera en frecuencia de 2.4 GHz
Polarización V
Ganancia de 15dBi para extender la cobertura
Plano-E de 23 grados
Plano-H de 57 grados
Antena parabólica 2.4 Ghz, 38 dBi
Preparada para exteriores y condiciones atmosféricas extremas,
esta antena parabólica para enlaces wireless 2.4 Ghz. a larga
distancia la convierten en un elemento imprescindible en
cualquier instalación wireless profesional. Ofrece 38 dBi
ganancia, diseñada para cualquier ámbito operativo (bridges,
punto a multipunto, enlaces de video wifi, etc.). Robusta y con
señalización nítida entre puntos ofrece el máximo rendimiento de sus enlaces wireless sobre
2.4 Ghz. Incluye kit completo de montaje para instaladores, bridas mástil y cable pigtail. Se
adjunta documentación para el montaje e instalación.
Especificaciones Técnicas
Frequency Range--MHz 2350~2450MHz
Bandwidth -MHz 100
Gain – dBi 38
F/B ratio-dB ≥25
VSWR ≤1.5
Polarization Vertical or Horizontal
Max power –W 100
Nominal Impedance-Ω 50
Connector N-Type
Dimension M 0.9
Weight KG 10
Rated Wind Velocity 60
COMPARACIÓN DEL TIPO DE ANTENAS
Patrón de
Radiación
Ganancia Directividad Polarización Videos
Dipolo Amplio Baja Baja Lineal http://www.youtube.com/watch?v=2LC6amMfbmU
Dipolo Multi-
Elemento
Amplio Baja/Media Baja Lineal
Panel Plano
(Flat Panel)
Amplio Media Media/Alta Lineal/Circular http://www.youtube.com/watch?v=0B2Dk2S55tA
Plato
Parabólico
Amplio Alta Alta Lineal/Circular http://www.youtube.com/watch?v=Pj99pnZDVRY
Yagi Endfire Media/Alta Media/Alta Lineal http://www.youtube.com/watch?v=JHL1AHdot-k
Ranura Amplio Baja/Media Baja/Media Lineal http://www.youtube.com/watch?v=84IbcdLmHcQ
MicroStrip Enfire Media Media Lineal http://www.youtube.com/watch?v=-tIUGVNR1hI
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