Prueba en terreno de Antena Biquad

Hoy, realizamos las pruebas en terreno de nuestras antenas. El proceso de prueba consistía en lo siguiente:
El profesor a cargo utilizó un receptor de señal de alta potencia, el cual lo colocó al lado del edificio biblioteca del campus norte. Desde ese punto nos posicionamos 120 metros aproximadamente de allí y nos encargamos de preparar nuestras antenas y verificar que tanto alcance tenían por medio de un programa llamado inSSIDer.

Receptor de señal.

a 120 metros del receptor.

realizando pruebas previas.

apuntando al objetivo.

revisando la señal.

A la antena biquad que ya habiamos hecho, esta vez le agregamos un plus, que fue una base forrada de papel de aluminio, la cual ayudó en la señal en específico al rededor de -3 dbm extras. A esto debemos añadir que la polaridad influye, ya que al ponerla horizontal obteníamos mejor señal que de manera vertical.

Finalmente, alcancé a sacar una captura de pantalla del programa inSSIDer, pero no mostraba en ese momento su mayor plenitud (mostraba -54dbm), ya que se le acabo la batería al equipo, sin embargo de igual forma mostraremos el pantallazo y los -52dbm por suerte los alcanzó a ver el profesor.

Nuestra antena Biquad fue evaluada de la siguiente manera, según lo que arrojaron nuestros resultados:

Ganancia (dBi)	SeñalMax (dbm)	Calidad
12	-52	Media

Teoría de la Antena Biquad

Primero debemos saber los conocimientos mínimos para la creación de una antena.

¿Qué es una antena?

Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Las antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnaticas y viceversa.

Existen antenas de distintos tipos, pero todas ellas cumplen la misma misión: servir de emisor-receptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectúa simultáneamente, sino alternativamente, se denomina comunicación semiduplex. Todas las comunicaciones dentro del ámbito WIFI son bidireccionales semiduplex.

La Ganancia

Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Las antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa.

Existen antenas de distintos tipos, pero todas ellas cumplen la misma misión: servir de emisor-receptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectoa simultaneamente, sino alternativamente, se denomina comunicación semiduplex. Todas las comunicaciones dentro del ambito WIFI son bidireccionales semiduplex.

Relación Señal Ruido

Siempre que se emite o se recibe una señal de radio, lleva acoplada una señal de ruido. Obviamente, cuanto menor sea la relación de ruido con respecto a la señal, mas óptima se considerara la señal "valida". Incluso en las transmisiones digitales, se tienen que usar matodos de modulación que reduzcan el ruido y amplifiquen la señal de radio.
El resultado de dividir el valor de la señal de datos, por la señal de ruido es lo que se conoce como relación señal/ruido. Cuanto mayor es, mejor es la comunicación.
Se expresa en decibelios (dB), y en escala exponencial, lo que quiere decir que una relación señal ruido de 10 dB, indica que la señal es 10 veces mayor que la de ruido, mientras que 20 dB indica 100 veces mas potencia.

Potencia transmitida
Se utiliza la unidad dBm (decibelios relativos al nivel de referencia de 1 milivatio). 1 mW es igual a 0 dBm y cada vez que se doblan los milivatios, se suma 3 a los decibelios. La radiación maxima emitida por una antena (que puede terminar muy por encima de los vatios de entrada), que admite la FCC en los EEUU es de 1 vatio (equivalente a 30 dBm). En Europa, el limite es de 250 mW (24 dBm).

En la siguiente tabla, se puede encontrar la conversión de decibelios a watios:

Las antenas directivas como la antena Biquad, son las que corresponden a ángulos menores a 70 grados aproximadamente. Esto permite que se concentre una mayor ganancia directiva siendo muy útiles en enlaces de larga distancia. Además que, al observar en 3 dimensiones, la antena presenta un lóbulo con mayor simetría axial, reduciendo el riesgo de pérdida por desviación.


La gran mayoría de las antenas direccionales en bandas de radioaficionados resultan ser antenas horizontales( como se demostró en la actividad con nuestra antena en terreno). Una antena horizontal es una antena  cuyo plano de dirección se encuentra en posición horizontal respecto al suelo.

El patrón de radiación de la antena biquad en 2D y 3D es la que se muestra en la siguiente imagen.

Para convertir de dBi a dBd( y vice versa) empleamos la siguiente fórmula

                                                           dBi=dbd-2.15

 

Por ejemplo.

Un transmisor conectado a una antena de 9dBi, que transmite 100W de potenciua tendría un desempreño idéntico a un trasmisor de 800W de potencia conectado a una antena bipolo ideal (0 dBd). Los primeros 3 dB de ganancia duplican nuestro 100W, dando como resultado 200W. Esos luego se duplican por los siguientes 3dB, hasta 400W y finalmente esos 400W y finalmente esos 400W se duplican hasta 800W con los 3 dB de ganancia en finales.

 Por lo que la formula sería...

                   

Donde Ps es la potencia "simulada" por la antena, P0 es la potencia suministrada a la antena, y G es la ganancia en decibeles de la antena.

En el caso anterior queda así.

 

La unidad de potencia
La potencia en radiofrecuencia (RF) se mide por lo general en Watts (W) o miliwatts (mW) aunque en muchas aplicaciones, también se encuentran referencias a esta magnitud expresada en decibelios o decibeles (dB). La relación que existe entre ambas formas de mesurar el nivel de señal de RF sostiene que 1mW = 0dBm. Los dBm expresan la potencia absoluta mediante una relación logarítmica, siempre respecto a un valor de referencia que es 1mW (miliWatt). En el siguiente cuadro podemos ver la fórmula de cálculo para obtener el valor expresado en dBm de una potencia igual a P, referida a un valor determinado de 1mW. Los ejemplos mostrados en la tabla de la derecha son muy comunes de aplicarse al momento de, por ejemplo, sumar antenas y determinar la cantidad de señal que incrementará el sistema. Es decir, duplicar la cantidad de señal recibida, equivale a un incremento de 3dB respecto a si tuviéramos una sola antena. Si en lugar de dos, colocamos cuatro antenas, la ganancia aumenta a 6dB, es decir, 3dB más.

Cálculo del dBm y valores prácticos para una mejor comprensión

Como las antenas pueden sumarse en un número progresivo en base 2 (2, 4, 8, 16, etc.) pasaríamos en el siguiente caso a una instalación de 8 antenas. De cuatro pasamos a ocho, por lo tanto, al duplicar cantidad incrementamos 3dB. Esto significa que 4 antenas tendrán una ganancia de 6dB, mientras que 8 antenas sumarán una ganancia de 9dB. O sea, 3dB más que 4 antenas. Estos valores expresados en dB para una antena son características que ofrecen ganancia de señal a un sistema, tanto para transmisión como para recepción. Teniendo en cuenta lo expresado, un transmisor que emite con 1 Watt de potencia y una antena de cuatro elementos irradiantes, equivaldrá a un transmisor de 4 Watts transmitiendo con una antena simple (un solo elemento). Existen otros casos en los que no se utiliza la unidad dB para cuantificar ganancia sino pérdidas. En estos casos se utiliza el término atenuación que también se expresa en decibeles. Por lo tanto una correcta instalación de antena con mínimos factores de atenuación es fundamental para una conexión inalámbrica eficiente y segura.