Este documento discute conceitos fundamentais sobre antenas e propagação de ondas de rádio, incluindo: 1) O tamanho de antenas depende da frequência da onda; 2) A atenuação da potência da onda ocorre devido à distribuição no espaço e capacidade de recepção; 3) A reflexão, refração, dispersão e difração influenciam a propagação das ondas.

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. 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. 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. Antenas
1 −10
T= =4,16666∗10
2400000000
W =T x C
W = 4,16666 x 10−10 s ∗300000000 m/s 
W =0,125 m=12,5 cm

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. Antenas
● Antena Pringles

7. Antenas

8. Antenas

9. Antenas

10. Antenas
2,5cm
3cm 14,2cm
0,6cm 0,3cm
< 0,6cm
23cm
Meio da lata
7,5cm
3cm
12,0cm - 12,5cm 6 cm

11. Antenas
Antena Adaptador Pigtail
Placa wireless Antena

12. Antenas
Antena 2x WL
Antena 5x WL
Direcionador

13. Antenas
● Algumas características da propagação de
microondas:
– Atenuação
– Reflexão
– Refração
– Dispersão
– Difração

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. 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. 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. 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. Atenuação
● Distribuição do sinal no espaço
– Ou seja: Pt
S= 2
4d
P t =S 4  d 2 

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. 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. 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. 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. Atenuação

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. 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. Reflexão
● A reflexão é utilizada na confecção de
antenas
– Objetivo de direcionar o sinal

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. 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. 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. Difração
● Comportamento do sinal ao encontrar um
obstáculo:
Esperado Real

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 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

32. 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

33. Difração
● Princípio Huygens

34. Difração
● A área mais importante para a propagação do
sinal é denominada Zona de Fresnel
Primária

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. Difração
● Evolução do raio da zona de fresnel

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. Difração
● Altura das torres de comunicação

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. 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