Antena Wireless Biquad
Materiales:
·
Placa de cobre de 10x20 cm
·
Conector N chasis
·
Alambre de cobre de 2.5mm
·
Herramientas varias
En primer lugar, imaginar una linterna. Si se enfoca la linterna
contra una pared, y se comienza a alejar de ella, se notarán que si bién el circulo luminoso se
torna más grande, pierde luminosidad.
El mismo principio se aplica a este tipo de antenas. Cuanto más
lejos esté el objetico, perderán precisión y potencia y meterán ruido de señal.
Por esta razón, lo ideal es usar el cable correcto, e instalarla en un lugar
alto, donde no se encuentre obstáculos como árboles, edificaciones altas, etc.
Teoria:
Parámetros a utilizar para la medición de potencia:
Lambda λ, Logitud de Onda expresada en Metros.
La propagación del campo electromagnético esta usualmente considerado en espacio libre, donde viaja a la velocidad de la luz ( C = 3x108 m/s ).
λ (m) = C / f(Hz)
Por tanto, para una frecuencia central para el canal 6, la frecuencia sería 2.437 GHz, y la longitud de onda:
λ (m) = 300 / 2437 = 0.1231 m
Por consiguiente los valores de λ/4 serán 30.05mm.
Las construcciones en WIFI, además se realizan con impedancia de 50 Ohms, por lo tanto los cables además de ser de baja perdida, deben cumplir esta característica. En este caso se ha optado por cable coaxial RG213, con pérdida nominal de 0.6 dB por metro.
dBi, Valor de ganancia relativa a una antena Isotropía Teórica.
dBm, Valor de potencia, relacionada con 1mW.
Lambda λ, Logitud de Onda expresada en Metros.
La propagación del campo electromagnético esta usualmente considerado en espacio libre, donde viaja a la velocidad de la luz ( C = 3x108 m/s ).
λ (m) = C / f(Hz)
Por tanto, para una frecuencia central para el canal 6, la frecuencia sería 2.437 GHz, y la longitud de onda:
λ (m) = 300 / 2437 = 0.1231 m
Por consiguiente los valores de λ/4 serán 30.05mm.
Las construcciones en WIFI, además se realizan con impedancia de 50 Ohms, por lo tanto los cables además de ser de baja perdida, deben cumplir esta característica. En este caso se ha optado por cable coaxial RG213, con pérdida nominal de 0.6 dB por metro.
dBi, Valor de ganancia relativa a una antena Isotropía Teórica.
dBm, Valor de potencia, relacionada con 1mW.
La Bi-Quad
La antena Bi-Quad, pertenece al grupo de las antenas sectoriales, es decir, concentra su efectividad en un sentido y dirección principalmente, el lóbulo principal o delantero.
Esta antena es muy popular debido a su fácil construcción y a que entrega ganancias por sobre los 10dBi. Además, existe en Internet abundantes ejemplos constructivos de esta antena con distintas variaciones.
Esta antena esta conformada por un arreglo de 2 cuadros de algún medio conductor de lado λ/4, o sea, aproximadamente 30.5 mm, que en sus intersecciones conectan a la línea transmisora, generalmente a través de un conector N.
Como es posible apreciar en la grafica, la polaridad de esta antena esta dada por su geometría, siendo esta opuesta a su posición aparente, al estar la antena físicamente horizontal, su polaridad será vertical y viceversa.
Variantes del Biquad:
El modelo más común de antena BiQuad es el construido en base a un alambre de cobre doblado en las dimensiones antes mencionadas, conectado directamente al cable conductor, y que posee además un reflector también de cobre. Esta antena logra ganancias del orden de los 11 o 12 dBi.
Otra variación a esta misma antena es la doble BiQuad, que posee la misma construcción, pero le son adicionados dos cuadros más de cobre de igual medida. El resultado de esta modificación es un aumento en la ganancia de la antena del orden de 2 dB.
Una tercera variación de esta antena, esta dado por la confección del cuadro de cobre directamente sobre un conector N, esto simplifica la construcción y al elimirnar interconexiones y cable, podría reducir perdidas.
Mediciones Teóricas
A través de software de simulación es posible generar representaciones de los patrones teóricos que lograran las antenas, muestra de ello es el presente patrón que indica la ganancia estimada para una antena BiQuad como la mostrada anteriormente, esta sería del orden de los 11.36 dB. A la vez, es posible apreciar la direccionalidad de la antena y el desarrollo del volumen del lóbulo principal.
Teoría
de funcionalidad:
Ya se ha visto las distintas formas en que se construye una antena BiQuad, las características de su lóbulo, su ganancia, etc. Pero ¿cómo funciona?.
El elemento radiante es un par de vueltas de conductor, que en su perímetro recorre una longitud de onda λ cada uno.
Es necesario imaginarse una onda viajando a través de cada vuelta siendo la cresta de la onda indicada con (+), el valle con un (-), y el punto de cruce con un ‘0’.
Ya se ha visto las distintas formas en que se construye una antena BiQuad, las características de su lóbulo, su ganancia, etc. Pero ¿cómo funciona?.
El elemento radiante es un par de vueltas de conductor, que en su perímetro recorre una longitud de onda λ cada uno.
Es necesario imaginarse una onda viajando a través de cada vuelta siendo la cresta de la onda indicada con (+), el valle con un (-), y el punto de cruce con un ‘0’.
A medida que la onda atraviesa el circuito la señal parece cambiar de lado a lado.
Con respecto a la ubicación del reflector, existen indicaciones distintas según el fabricante, esto al parecer se debería a que con el reflector a una distancia equivalente a λ/8, o sea a 15mm se lograría el máximo bandwidth y menor ROE (resultado experimental); mientras que la teoría de antenas nos dice que todo reflector debe estar ubicado a una distancia equivalente a λ/4 (o un múltiplo impar) lo que en nuestro caso sería del orden de los 30mm, esto para que las ondas entren en fase.
Con respecto al cálculo teórico de la ganancia de esta antena, es posible relativilizarlo a un dipolo de media onda, esto se logra mediante el análisis de su geometría, siendo cada lóbulo el equivalente a una antena dipolo de ½ onda de 3 dB.
Entonces:
2x3 = 3dB + 3dB = 6dB
mas la placa = 6dB
total = 12dB
Menos Perdidas (conectores, etc) = 10dB
Imágenes
de la construcción:
Capturas de la funcionalidad de la antena a 120mt aproximadamente del punto de emisión de la señal
