Aula 3 - Redes sem fios - Antenas

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Aula 3 - Redes sem fios - Antenas

  1. 1. Tecnologia em Redes de Computadores Tópicos Avançados em Redes – RED008 – Parte 3: Antenas Professor: André Peres andre.peres@poa.ifrs.edu.br Instituto Federal do Rio Grande do Sul - IFRS Porto Alegre
  2. 2. Antenas● As dimensões de uma antena dependem diretamente do comprimento da onda utilizada● Comprimento de onda é a razão entre a velocidade de propagação da onda no espaço e sua frequência
  3. 3. Antenas● Microondas viajam aprox. velocidade da luz – 300.000 km/s = 300.000.000 m/s – 802.11 = freq. De 2.4 GHz – 2.4 GHz = 2.400 MHz = 2.400.000 KHz = 2.400.000.000 Hz 1 T= f
  4. 4. Antenas 1 −10 T= =4,16666∗10 2400000000 W =T x CW = 4,16666 x 10−10 s ∗300000000 m/s  W =0,125 m=12,5 cm
  5. 5. Antenas● Isto significa que a construção de antenas para 2,4GHz é relativa à 12,5cm Isto serve para qualquer comunicação que utilize 2,4GHz
  6. 6. Antenas● Antena Pringles
  7. 7. Antenas
  8. 8. Antenas
  9. 9. Antenas
  10. 10. Antenas2,5cm 3cm 14,2cm 0,6cm 0,3cm < 0,6cm 23cm Meio da lata 7,5cm 3cm 12,0cm - 12,5cm 6 cm
  11. 11. AntenasAntena Adaptador Pigtail Placa wireless Antena
  12. 12. Antenas Antena 2x WL Antena 5x WLDirecionador
  13. 13. Antenas● Algumas características da propagação de microondas: – Atenuação – Reflexão – Refração – Dispersão – Difração
  14. 14. 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
  15. 15. 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: A=4  r 2
  16. 16. Atenuação● Uma antena isotrópica irradia em todas as direções, formando uma esfera● Apenas parte da energia é absorvida pela antena de recepção Antena Receptora Antena Transmissora Área de sinal recebido Área do sinal Transmitido (esfera)
  17. 17. Atenuação● Distribuição do sinal no espaço – 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: Pt S= 4d2 – 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
  18. 18. Atenuação● Distribuição do sinal no espaço – Ou seja: Pt S= 2 4d P t =S 4  d 2 
  19. 19. Atenuação● Recepção do sinal – A abertura de recepção de sinal de uma antena isotrópica é definida como: 2 A= 4 – Sendo λ = comprimento da onda em metros
  20. 20. Atenuação● Recepção do sinal – Tendo esta abertura, pode-se concluir que o sinal S presente nesta área será o equivalente à potência de recepção Pr 2 P r =S 4
  21. 21. Atenuação● Recepção do sinal – Unindo toda a teoria, a atenuação A: 2 P t =S 4  d  Pt A=10 log  2 Pr P r =S 4 2 2 S 4d   4 d  4d A=10 log 2 =10 log 2 =20 log     S 4
  22. 22. Atenuação● Recepção do sinal – 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 4d FSPL=20 log   
  23. 23. Atenuação
  24. 24. Atenuação● Além do FSPL, obstáculos causam atenuação Obstáculo Atenuação parede de madeira sólida 6 dB divisória de escritório com janela de vidro 4 dB porta corta-fogo 25" 19 dB tijolo 3,5" 6 dB parede de concreto 18" 18 dB divisória de vidro 0,5" 12 dB corpo humano 3 dB
  25. 25. 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
  26. 26. Reflexão● A reflexão é utilizada na confecção de antenas – Objetivo de direcionar o sinal
  27. 27. 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
  28. 28. Dispersão● 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
  29. 29. Difração● 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
  30. 30. Difração● Comportamento do sinal ao encontrar um obstáculo: Esperado Real
  31. 31. 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 ondasQuandos as ondas atingem um pier, por exemplo, nota-se que atrás doobstáculo se formam ondas de menor intensidade, porém sua amplitudenão é totalmente absorvida pelo obstáculoAo utilizarmos um obstáculo para uma onda sonora, nota-se que o somcontinua propagando-se atrás do obstáculo em menor intensidade
  32. 32. Difração● Princípio HuygensCada pondo em uma onda funciona como uma fonte para uma ondasecundária denominada waveletUma nova onda é formada a partir da união das diversas waveletsEsta nova onda não é irradiada igualmente em todas as direções,apesar de possuir amplitude máxima na direção da onda original e zeroem direção opostaEste efeito causa a difração ao encontrar-se um obstáculo
  33. 33. Difração● Princípio Huygens
  34. 34. Difração● A área mais importante para a propagação do sinal é denominada Zona de Fresnel Primária
  35. 35. Difração● Cálculo da Zona de Fresnel: – Elispóide – O raio em um determinado ponto em metros é determinado como: r m =547  d 1. d 2 f .d – 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
  36. 36. Difração● Evolução do raio da zona de fresnel
  37. 37. 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 ● ...
  38. 38. Difração● Altura das torres de comunicação
  39. 39. Exercício● Pesquisar placas de redes sem fios – Obter potência de transmissão (dBm) – Obter sensibilidade de recepção/velocidade (dB)● Pesquisar cabos placa/antena – Obter atenuação por metro (dB)● Pesquisar antenas – Obter ganho (dBi)● Criar um projeto de enlace entre dois pontos
  40. 40. Exercício● No projeto de enlace: – calcule o ERP – calcule a atenuação do ar (FSPL) – calcule o raio da zona de fresnel no meio da distância entre as antenas – identifique a altura necessária para as antenas – identifique a velocidade do enlace do projeto

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