Faça as Antenas Direito

As antenas para as redes Wlan (redes sem fio) já foram bem mais caras, com o tempo e a popularização acabaram por baixar um pouco o preço mas ainda são muito caras, como as vezes não é preciso utilizar uma antena com ganho alto para curta ou média distância, quem sabe você não esteja querendo fazer a sua própria antena, ou quem sabe fazer algumas experiências.

Cada situação é uma situação e também uma necessidade diferente, mas fazer a besteira de comprar uma antena que custa mais de R$ 250.00 num “mercado livre da vida” é no mínimo falta de conhecimento, para não dizer outra coisa.

Uma antena que tenha alcance de 10 Km com 400 mW de potência é uma ótima antena e certamente essa antena terá de 8 a 10 dBi de ganho, na prática mesmo, não se consegue ganho muito maior do que 15 dBi, mesmo com a qualidade muito boa do material utilizado na montagem da antena, pois com o aumento da quantidade de elementos o ganho acaba diminuindo.

Claro que existem antenas com ganhos absurdamente altos, mas ganhos acima de 20 dBi já passam a ser duvidosos, onde existem realmente o ganho de mais de 20 dBi, ele não é conseguido com a colocação de mais elementos nas antenas, são técnicas como pegar o sinal que é refletido de uma grade, por exemplo.

Para curtas e médias distâncias uma antena pode ter ganho bem menor, o que não causa nenhum problema na conexão e nem na comunicação entre os computadores e nem no acesso a Internet, por isso, as vezes, cada qual pode construir sua própria antena de acordo com as suas necessidades.

As redes Wlan tem uma característica toda particular, se os equipamentos forem de boa qualidade e as antenas tiveram “visada” uma em relação a outra, é praticamente certo que a conexão aconteça, claro que a distância do alcance entre as estações vai depender da altura em que as antenas estão instalas, não adianta o provedor ter antena a 15 metros de altura, mandar sinal com 400 mW com antena de 24 dBi (alcance real de 12 Km aproximado) e você ter o computador dentro de casa no chão a três km do access point, não haverá visada e não haverá conexão e ponto final.

Não pretendo nesse texto montar uma antena específica, mas dar a base para você fazer suas antenas e fazer suas experiências, mesmo porque, o material envolvido será insignificante se for comparado com o que você gastaria comprando antenas, além de obter experiência e conhecimento prático do assunto.

Quanto a quantidade de dBi de ganho de cada antena, vai depender do que for testado, na verdade, uma antena dipolo aberto ou dipolo dobrado sem elementos refletores e sem elementos diretores não passará de 2 dBi.

Mas se você puder colocar uns pedaços de fios do tamanho sugerido fazendo com que eles ajam como se fossem antenas e colocá-los no alto de um tubo de ferro, obtendo o alcance desejado, o que quer mais?

É bom conhecer as fórmulas para chegar ao tamanho exato das antenas para cada frequência, pois como sabemos, para cada frequência existe um tamanho de onde diferente, e é justamente essa propriedade que é utilizada para fabricar antenas, aqui iremos tratar de antenas que funcionarão na faixa de 2.4 GHz.

As antenas para o tipo 802.11 que operam entre 2.4000 GHz a 2.4835 GHz, é bom que sejam “cortadas” para a frequência central de operação, com isso o ganho fica distribuído para a parte de frequências mais baixas e para as frequências mais altas, obviamente o melhor resultado será na freqüência central, ou você nunca notou que quando você muda o canal de operação a sua estação ou a outra estação pega melhor ou pior? Eís o motivo.

Se você fugiu de escola é problema seu, mas o primeiro passo para determinar a freqüência central de uma antena é pela fórmula: (Fmb + Fma ) / 2

O significado dessas letras utilizadas nessa fórmula é o seguinte:
Fmb = frequência mais baixa.
Fma = frequência mais alta.

E como sabemos a frequência mais baixa e a frequência mais alta para redes wlan o tal do segredo fica desse jeito:
(2.4000 + 2.4835) / 2, então temos 4.8835 / 2 = 2.441 GHz.

Com a fórmula acima é obtida a frequência central de operação, e com o resultado obtido é que serão feitos os cálculos para os tamanhos dos elementos.

Para determinar o tamanho exato dos elementos, primeiro é preciso descobrir o tamanho do comprimento de onda, a fórmula é a seguinte: Co= V / Fa

O significado dessas letras nessa fórmula é o seguinte:
Co = Comprimento de onda em metros.
V = Velocidade da luz no vácuo.
Fa = Frequência da antena em KHz.

Então o cálculo a ser feito é o seguinte:
Co = 300000 / 2441000 KHz.
Co = 0,1229 metros.

Antes que me perguntem de onde tirei esses 300000, já vai a resposta, é a velocidade da luz no vácuo sem obstáculos, a ciência considera que seja essa a velocidade das ondas de rádio no vácuo.

Vamos em frente, já descobrimos que o comprimento de onda é de 12,29 cm para a frequência de 2441000 KHz.

A fórmula acima foi utilizada apenas para demonstrar como é que é feito para descobrir o comprimento de onda de uma determinada frequência.

Nesse texto, vamos trabalhar com antenas de meia onda, o material a ser utilizado pode ser o que você tiver disponível, obviamente é preciso saber o fator de velocidade do material que será utilizado, o cobre utilizado no cabo coaxial RGC 213 tem um fator de velocidade de 0,85, e com essa informação podemos determinar as medidas exatas dos elementos utilizando a seguinte fórmula: V x Fvm, onde V = velocidade da luz e Fvm = Fvm.

O resultado “negativo não esperado” está no erro da grande maioria dos “testadores e copiadores de antenas” em não usar o fator de velocidade, uns copiam um esquema e vão simplesmente montando sem saber porque cada elemento deve ser colocado disposto daquele jeito que está no esquema, para esses, não importa o detalhe da redução da velocidade de propagação da RF (Rádio Frequência) através de algum meio que não seja o vácuo.

Para cada tipo de material o fator de velocidade é diferente, no caso do cabo coaxial RGC 213, a velocidade de propagação será 0,85 mais lenta do que a velocidade de propagação da rádio frequência no vácuo, isso vale se usarmos o cobre da antena para outras aplicações e vale também para a utilização do cabo coaxial.

Então para obtermos a velocidade de propagação das ondas de rádio frequência no cobre, utilizamos a seguinte fórmula: Fv = 300000 x 0,85 = 255000, e resultado mostra que a velocidade de propagação das ondas de rádio no cobre é 255000 Km por segundo.

Para a construção de antenas usamos apenas a fórmula a seguir, a qual já inclui o resultado da fórmula acima.
L= ((V / Fa) / 2) x Fv

O significado dessas letras nessa fórmula é o seguinte:
L = Comprimento dos elementos da antena.
V = Velocidade da luz ou da rádio frequência no vácuo.
Fa = Frequência da antena (em KHz).
Fv = Fator de velocidade do material utilizado na fabricação da antena.

E finalmente teremos a antena com suas medidas:
L =((300000 / 2441000) / 2) x 0,85
L = (0,1229 / 2) x 0,85
L = 0,0614 x 0,85
L = 0,0522 metros, que é o mesmo que 5.2 centímetros, ou o mesmo que 52 milímetros, com essa mesma fórmula podem ser calculadas antenas para qualquer frequência.

Dependendo da frequência, e quanto mais alta ela for, fica mais evidente que alguns milímetros a mais ou a menos causa diferença nos resultados nos tamanhos dos elementos, isto deve-se ao fato de que nesse texto foi utilizado o método de calcular os elementos utilizando a frequência em KHz e também devido ao arredondamento natural da casa dos milésimos que é feito internamente e o usuário não vê esses detalhes.

Além disso, se nos cálculos for ignorado o fator de velocidade do material, numa antena para 2,4 GHz o tamanho dos elementos da antena ficaria com 0,059 metros, que é o mesmo em 5.9 centímetros para a frequência de 2441000 KHz, ou o mesmo que 59 milímetros, isso é uma diferença de 13.4% no tamanho final de cada elemento da antena, explicando os motivos de frustrações depois das montagens.

Deixo um script para experimentar as medidas para tamanhos de antenas e diferentes frequências:

Cálculos de 1.1 MHz a 999.999 Mhz

Exemplo: para 1.1 MHz digite 1.1 e para 2.4 GHz digite 2400

Digite a frequência em MHz:

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