Redes Wireless - Conceitos Básicos IV

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Olá, prezados leitores!

Primeiramente, muito obrigado por todos os comentários que tenho recebido. Eles têm sido um incentivo a continuar compartilhando conhecimento e, com certeza, aprendendo mais.

Lembrando que agora temos um grupo de discussões para facilitar a troca de experiências entre os leitores. O meu objetivo é transformar cada vez mais este espaço em uma via de mão dupla no que se refere ao conhecimento dentro da área de automação industrial.

Neste post, vamos abordar mais alguns conceitos sobre redes wireless, lembrando que o foco está em aplicações industriais, mas esta parte é
comum às redes de TI. Mais à frente teremos alguns casos onde serão mostradas aplicações deste assunto em conjunto com sistemas de automação.

Vamos nessa...

Antenas

As antenas são dispositivos que irradiam para o espaço uma onda eletromagnética guiada recebida de um cabo e/ou absorvem ondas eletromagnéticas do espaço e as enviam através de um cabo.

Na fase de projeto de uma antena, são levados em consideração alguns fatores listados a seguir:

• Frequência de operação (todos os elementos de uma antena de qualquer tipo leva em consideração o comprimento de onda, visto neste outro post).
• Potência máxima que pode ser recebida do transmissor pelo cabo.
• Ganho desejado.
• Tipo de aplicação (interna ou indoor, ao tempo ou outdoor, operação em equipamento fixo ou móvel, etc.).

Dos fatores apresentados acima, comumente vejo erros de aplicação relacionados com o primeiro e último item. Já vi sistemas onde os equipamentos operavam em 900MHz e as antenas eram para 180MHz... é bem verdade que estava funcionando, contudo, quando se aplica uma antena para uma frequência em um equipamento de frequência diferente da antena, dentre outros problemas o que tem maior impacto talvez seja o fato de que o ganho da antena não será o mesmo do especificado em projeto (em praticamente todos os casos o ganho será menor) o que reduzirá sensivelmente o alcance.

Outro erro comum está relacionado ao tipo de aplicação. Uso de antenas para área interna em área externa, uso de antenas mais apropriadas para equipamentos fixos em situações móveis, descumprimento das recomendações do fabricante quanto à instalação, e por aí vai...

Diagramas de irradiação

Dentro os dados disponibilizados pelo fabricante para as antenas, se encontram os diagramas de irradiação, que são gráficos que mostram o ganho proporcionado pela antena em todas as direções, tanto no plano vertical como no plano horizontal.

Essas nomenclaturas são originadas nas ondas eletromagnéticas, pois elas são formadas por um campo elétrico e um campo magnético, dispostos  ortogonalmente entre si (fazendo um ângulo de 90°), conforme mostra a Figura 1.

Figura 1 - Representação de uma onda eletromagnética senoidal 

(E=Campo elétrico e B=Campo Magnético).

(Imagem disponível em http://media.photobucket.com/)

Assim, as antenas possuem basicamente dois diagramas, um para o plano vertical (que seria o padrão de irradiação do campo elétrico) e outro para o plano horizontal (padrão de irradiação do plano magnético).

Tipos de antenas

Podemos enumerar quatro tipos básicos de antenas:

• Omnidirecionais.
• Direcionais tipo Yagi (lê-se "iágui").
• Direcionais tipo painel setorial.
• Parabólicas.

Vamos às explicações:

Antenas omnidirecionais

São aquelas que irradiam ou absorvem ondas eletromagnéticas em todas as direções ao seu redor com a mesma intensidade (ou ganho). A Figura 2 apresenta uma imagem ilustrativa de uma antena omnidirecional.

Figura 2 - Exemplo de uma antena omnidirecional.

(Imagem disponível em http://etutorials.org)

Esta é a mais simples das antenas, mas nem por isso é a mais barata. Antenas omnidirecionais de alto ganho possuem uma engenharia de desenvolvimento muito complexa, o que as tornam muitas vezes mais caras do que antenas direcionais (que via de regra possuem ganhos muito mais elevados do que as omnidirecionais).

Os diagramas de irradiação de uma antena omnidirecional são mostrados na Figura 3.

Figura 3 - Diagramas de irradiação vertical e horizontal de uma antena omnidirecional

(Imagens disponíveis em http://www.tsm.com.br/)

Note que o diagrama de irradiação horizontal nem precisaria ser representado (o que ocorre no datasheet de alguns fabricantes), pois, representa apenas uma circunferência.

Antenas Yagi

São aquelas que irradiam ou absorvem ondas eletromagnéticas em uma direção de ganho máximo. Isso quer dizer que ela também irradia e absorve em outras direções, mas com um ganho muito mais baixo. A Figura 4 apresenta uma imagem ilustrativa de uma antena Yagi.

Figura 4 - Exemplo de uma antena Yagi

(Imagem disponível em http://www.wlanmall.com)

As antenas deste tipo direcional (Yagi, Painel Setorial e Parabólicas) possuem algumas características e detalhes que merecem ser mencionados:

• Polarização, que representa o posicionamento dos elementos na posição vertical (como mostrado na Figura 4) ou horizontal, onde os elementos ficam nesta orientação.
• Relação frente-costas, que representa a diferença em dB entre o ganho na direção de ganho máximo e na direção oposta (180°).
• Isolação por polarização cruzada, que representa a diferença em dB observado entre dois pontos com antenas direcionais quando estas estão com a mesma polarização (as duas na horizontal ou vertical) e com polarização invertida (uma está na horizontal e outra está na vertical).

As antenas do tipo Yagi podem possuir ter outros aspectos físicos que podem confundir leigos. A antena mostrada na Figura 5 possui um elemento chamado radome, geralmente em fibra de vidro que protege a antena, de modo que seus elementos (no popular, as "varetas") não ficam aparentes e, devido ao seu aspecto tubular, pode ser confundida com uma Omnidirecional. Visitei um cliente certa vez que estava reclamando de problemas em um determinado sistema wireless após a troca de uma antena. Ao chegar ao local, me deparei com uma antena desse tipo instalada como se fosse uma omnidirecional (apontando para cima). A solução foi apenas corrigir o posicionamento da mesma.

Figura 5 - Exemplo de uma antena Yagi com radome de proteção

(Imagem disponível em http://www.wlanantennas.com)

No próximo post daremos sequência a este assunto, finalizando a parte de antenas e cabos. Até lá!