Ganho de antena Wi-Fi

alexandre.mbm · 7 de junho de 2023

No mercado, nos anúncios de venda, o ganho das antenas Wi-Fi não parece ser o de conceito "direcional" (com diretividade) que é ensinado aqui.

Ga (dB) = 10 log (P1/P2)

Onde:

Ga = ganho em dB (decibel)

Log = logaritmo

P1 = potência da antena em mW

P2 = potência da antena padrão em mW

Refiro-me ao ganho que etiqueta uma antena qualquer, omnidirecional, dessas que são rosqueadas num roteador doméstico.

Talvez a pergunta seja: qual é a "antena padrão" que parametriza o mercado de Wi-Fi?

djfulano · 7 de junho de 2023

@alexandre.mbm Pelo que conheço do assunto, o ganho da antena está relacionado a concentração do sinal em alguma direção.

Quando mais direcionado o sinal, mais será o ganho.

Então a antena a ser usada depende qual a finalidade. Por padrão antenas de roteadores Wifi distribuem o sinal na horizontal e seu ganho está relacionado a eficiência dessa distribuição.

alexandre.mbm · 7 de junho de 2023

É intuitivo que uma antena omnidirecional de 5 dB cobrirá uma área maior do que uma antena omnidirecional de 3 dB.

(ERRATA – aqui eu deveria ter escrito dBi)

O zero desses ganhos refere-se então à direção do eixo vertical?

aphawk · 7 de junho de 2023

@alexandre.mbm ,

O ganho sempre se refere à uma de duas antenas : a ISOTRÓPICA ( que não existe na realidade ) ou a famosa dipolo de meia onda.

Quando é em relação à Isotrópica, o ganho se mede em dBi . Quanto o ganho está em dB, se refere à dipolo de meia onda.

Na verdade a diferença entre as duas antenas é bem pequena e dificilmente perceptível.

O Zero do ganho, no caso de uma antena Omnidirecional, costuma se referir a uma antena dipolo na Vertical.

Não espere nenhuma diferença entre antenas de 3dB e de 6dB. Em termos de recepção, significa apenas uma unidade S .

Ou seja, um sinal que chegue -90 dBi vai ter os mesmos problemas na prática de um sinal que chegue a -87 dBi.

Paulo

alexandre.mbm · 7 de junho de 2023

4 horas atrás, aphawk disse:

Quando é em relação à Isotrópica, o ganho se mede em dBi .

Os produtos estão anunciados em dBi. Até onde me consta, todas essas anteninhas "palito", de rosquear atrás dos roteadores domésticos, são omnidirecionais.

4 horas atrás, aphawk disse:

O Zero do ganho, no caso de uma antena Omnidirecional, costuma se referir a uma antena dipolo na Vertical.

No aprendizado básico para o consumo do mercado de Wi-Fi, a área de abrangência da antena omnidirecional é representada pela cabeça de um cogumelo. Realmente traduz a otimização de irradiação do dipolo:

De fato, acabo de ler "de passagem" que essas omnidirecionais de Wi-Fi são dipolos.

Mas, por que os dBi, e não dB, então? Erro dos vendedores?

Minha dúvida inicial meio que permanece. Um ganho existente seria um cogumelo mais largo. Mas e o ZERO do ganho, seria qual cogumelo referencial?

4 horas atrás, aphawk disse:

Em termos de recepção, significa apenas uma unidade S .

O que é isso? Não é uma palavra-chave fácil de pesquisar. Siemens?!

alexandre.mbm · 7 de junho de 2023

13 horas atrás, djfulano disse:

Por padrão antenas de roteadores Wi-Fi distribuem o sinal na horizontal e seu ganho está relacionado a eficiência dessa distribuição.

Se o ganho é um excedente, ele tem um ponto de partida. Estou começando a entender que na verdade são feitas duas representações, a do plano vertical e a do plano horizontal:

Por exemplo, esta a seguir é a promessa técnica de um produto comercial específico:

Só que nessas representações não temos os limiares de ganho. Se não houvesse ganho a representação estaria vazia (um ponto no centro)?

Mas, se for assim, como dimensionar ganhos diferentes, na representação? Ou melhor: o que, nessas duas representações (2.4 GHz e 5 GHz) para uma antena real, está distinguindo 5 dBi de 7 dBi? Pois os lóbulos estarem "mais cheios" em 2.4 GHz só diz respeito à diretividade.

Voltemos ao que eu estava esperando ser a "linguagem" em TODAS as representações:

13 horas atrás, djfulano disse:

Como foram apuradas as linhas para 0 dBi, 10 dBi e 25 dBi? Parece não fazerem parte do "idioma" original de tais representações. Se aí aparecem, é por estarem sendo feitas comparações.

Aliás, aqui o 0 dBi (vermelho) não é o ponto central, de partida, como eu cheguei a cogitar com a primeira pergunta da presente mensagem.

Update

Vídeo-aula sobre ganho de antena, a partir dos 11 min.

Vemos que a isotrópica é a primeira ou principal referência para ganho relativo:

Fonte: Teleco

A seguinte ilustração me leva a concluir que escala e proporção no diagrama de radiação são arbitrariedades:

Fonte: INCB

Acima foi arbitrada uma isotrópica grande, longe de ser "um ponto" central. Afinal, se a antena isotrópica irradia (e ela irradia, ou não seria antena), é preciso representá-la com valor positivo no diagrama de radiação. Não esquecer que ela é um zero relativo!

Citação

dBi = Decibel isotrópico

dBd = Decibel relativo ao Dipolo

1 dBd = 2,15 dBi

"1 de ganho" = 0 dBi

Fonte: Aerbras

aphawk · 8 de junho de 2023

@alexandre.mbm,

Uma antena que tem algum tipo de ganho significa que ela envia mais energia para algumas direções e menos em outras, relativamente a uma isotrópica..

Nessas "outras" direções, a energia ė menor do que a isotrópica, e você pode falar em ganho negativo em dBi.

Para piorar mais, o diagrama completo de uma antena compreende DOIS elementos : a onda elétrica , no plano preferencial da antena, e a onda MAGNĖTICA, sendo que ambos determinam o comportamento eletromagnético da.antena.

E temos ainda o fato de uma antena ter um comportamento real em 3D, ou seja, além de existir o ganho em determinada direção horizontal, esse ganho também varia no plano vertical, apresentando sempre um lóbulo inclinado vários graus acima , por exemplo, sendo bem maior em um ângulo 30 graus elevado em relação ao plano horizontal.

Nós, radioamadores, usamos bastante essa elevação para podermos atingir distâncias maiores, refletindo o nosso sinal em algumas camadas de nossa ionosfera, o que permite podermos nos comunicar com o Japão, que fica do outro lado do mundo para nós. O sinal vai se refletindo na ionosfera e no solo e na ionosfera até chegar ao local.

Alguns rotores de antenas permite girar uma antena não apenas na horizontal, mas também na vertical, o que permite otimizar o sinal para se ter menos reflexões e assim menos perda até atingir onde queremos.

No caso do WIFI, quanto menor essa inclinação, mais longe é a cobertura obtida, pois não existe reflexão pela ionosfera nessas frequências. O que costuma melhorar a irradiação é trocar a antena vertical por uma antena direcional, e a maneira mais barata é usar as antenas chamadas setoriais, que são direcionais de baixo ganho mas que melhoram a relação sinal ruido permitindo uma distância maior de cobertura na direção apontada.

Para variar... Muito cuidado com o que se vende em nosso mercado, tem muita porcaria e bem poucos produtos de qualidade, e esses poucos custam bem mais ...

Por fim, você mesmo descobriu que a diferença entre dB e dBi é pouco maior do que 2 dB, que na prática não significa nada.

Ah, para terminar.... A famosa unidade S !

https://en.m.wikipedia.org/wiki/S_meter

Veja a parte técnica para entender.

Resumindo, ė uma indicação do sinal elétrico que recebemos em nossos rádios, e o que nos interessa é o fato de que se alguém quadruplica a potência de um sinal, ele vai aumentar apenas uma unidade S.

Por exemplo, se com uma antena dipolo , apontada exatamente para a direção do sinal emitido, meu rádio mostra no S-Meter ( o medidor de sinal ) S1 , e a potência desse sinal ser multiplicada por 16, o meu medidor vai mostrar S4.

O mesmo efeito pode ser obtido se eu trocar a antena dipolo por uma antena com mais ganho, no caso uma Yagi de 10 elementos apresentaria o mesmo tipo de efeito, com uma grande vantagem : a relação sinal-ruido fica bem melhor, pois a antena com mais ganho elimina os sinais nas outras direções, diminuindo o ruido total !

Existem limites para a potência de sinal que um roteador WIFI pode ter, então a solução é trocar a antena dele por uma antena de maior ganho.

Existem antenas verticais de WIFI que possuem ganhos maiores do que 10 dBi, mas elas são grandes, costumam ter mais de um metro de comprimento, não são antenas tipo dipolo, são antenas de vários múltiplos de 5/8 de onda, ou são helicoidais, enfim são antenas bem mais caras e que precisam ser instaladas um pouco mais alto para ter a eficiência desejada.

Não acredite nessas anteninhas verticais um pouco maiores que o pessoal vende para substituir na parte traseira dos roteadores, elas são uma grande enganação.

Antenas de alto ganho custam caro e são bem grandes :

https://www.silmicro.com/ubiquiti-amo-2g13-airmax-2x2-mimo-dual-polarity-omni-2-4-GHz-13-dbi-antenna/

Infelizmente somos enganados a todo instante no Brasil, compramos muito fäcil gato por lebre e nunca punimos os responsáveis....

Paulo

MOR_AL · 8 de junho de 2023

4 horas atrás, aphawk disse:

Por exemplo, se com uma antena dipolo , apontada exatamente para a direção do sinal emitido, meu rádio mostra no S-Meter ( o medidor de sinal ) S1 , e a potência desse sinal ser multiplicada por 10, o meu medidor vai mostrar um pouco mais de S4.

Paulo! Me esclareça minha dúvida.

Se eu tenho uma antena transmissora, que transmite uma potência "x" e um receptor capta uma potência S1, a mesma antena, sem alterar mais nada, transmitir a potência de "10x", então. Como a irradiação se propaga em 3 eixos, a recepção no receptor não deveria ser de "raiz quadrada de 10x", ou 3,16?

MOR_AL

alexandre.mbm · 9 de junho de 2023

18 horas atrás, aphawk disse:

o diagrama completo de uma antena compreende DOIS elementos: a onda elétrica, no plano preferencial da antena, e a onda MAGNÉTICA

O que é cada uma e como se relacionam?

18 horas atrás, aphawk disse:

[uma opção: antenas setoriais, elas] são direcionais de baixo ganho mas que melhoram a relação sinal-ruido

[o caminho de simplesmente buscar] antena com mais ganho elimina os sinais nas outras direções, diminuindo o ruído total

Se não tem irradiação para conflitar com irradiação de outras fontes, o meio espacial próprio mantém sua comunicação. Querer conversar com a pessoa errada tira a vez de conversar com a pessoa certa.

18 horas atrás, aphawk disse:

existem limites para a potência de sinal que um roteador Wi-Fi pode ter [...]

Não acredite nessas anteninhas verticais um pouco maiores que o pessoal vende para substituir na parte traseira dos roteadores, elas são uma grande enganação.

Ela ao menos tem o ganho em si mesma, sem se considerar a qualidade total do conjunto?

Ao que parece, roteadores populares (baratos), com essas antenas um pouco maiores, e que fazem propaganda de terem mais potência, apresentam facilmente instabilidades. A sensação é de que eles "falam gritando" e deixam de ser entendidos.

aphawk · 9 de junho de 2023

13 horas atrás, MOR_AL disse:

Se eu tenho uma antena transmissora, que transmite uma potência "x" e um receptor capta uma potência S1, a mesma antena, sem alterar mais nada, transmitir a potência de "10x", então. Como a irradiação se propaga em 3 eixos, a recepção no receptor não deveria ser de "raiz quadrada de 10x", ou 3,16?

A irradiação total sim, se dá em 3 eixos, mas usamos sempre uma determinada polarização. Para conversas locais , ( e WIFI também ) , usamos antenas omnidirecionais, mas polarizadas no sentido vertical. A grande parte dessa energia é enviada num único plano ( em teoria... na prática sempre tem um mix. )

Alias escrevi errado no post anterior, cada unidade S que sobe significa o dobro de tensão recebida, e portanto 4X mais potência em Watts. Ou seja, uma unidade S a mais representa 6dB a mais de potência no sinal.

Para contatos a longa distância, usamos as antenas polarizadas na horizontal.

A escala S é em decibel , e é logarítmica. Em teoria, é calibrada em microvolts de acordo com a definição ITU/IARU .Por isso que entre os radioamadores falamos que transmitir com 5W ou com 20W não muda nada, mas notamos uma pequena mudança de 5W para 100W .

Temos amplificadores que permitem transmitir com 1 kW e isso já gera um campo eletromagnético que pode ser perigoso para quem vive abaixo de nossas antenas. E se você imaginar que nossos rádios já saem com 100W, uma mudança de 10x na potência significa apenas uma melhoria pouco acima de 2 unidades S, isto é, se eu chegava com sinal S3, usando um linear quase no limite da potência legal vou chegar pouco acima de S5.... não resolve muita coisa !

Agora, temos antenas quadra-cúbicas de 4 elementos que possuem um ganho de 12dB em potência na faixa de HF, e elas são o nosso sonho de consumo..... se você usar uma antena dessas e um amplificador linear, você aumenta bastante a chance de conseguir um contato em longa distância., pois se comparar com a imensa maioria dos radioamadores que usam uma antena dipolo comum e um rádio com 100W de potência, você tem um ganho total entre a antena e o linear de cerca de 160x em potência, isto é, equivale a transmitir com 16.000 watts numa antena dipolo ! Isso exige uma torre com uma boa altura para que esse sinal eletromagnético não cause problemas de saúde a quem estiver perto embaixo e na direção de irradiação !

Infelizmente esse padrão de unidades S não é garantido pelos fabricantes de rádios, nem entre modelos diferentes de uma mesma marca.

Para quem quiser aprender mais sobre esse assunto, seguem uns links :

http://www.astrosurf.com/luxorion/qsl-db-power-units.htm

https://vu2nsb.com/radio-systems/amateur-radio-station-ham-shack/radio-transceiver-s-meter/

http://www.seed-solutions.com/gregordy/Amateur Radio/Experimentation/SMeterBlues.htm

Obs : parece que uma boa antena direcional não acrescenta muita coisa em potência, mas temos de entender que o fato de a antena ter um alto ganho numa direção significa que estamos retirando dela todos os sinais que seriam recebidos de todas as direções que não queremos, isso melhora muito a relação sinal/ruido e assim conseguimos receber sinais bem mais fracos na direção desejada !

1 hora atrás, alexandre.mbm disse:

O que é cada uma e como se relacionam?

Todo campo eletromagnético tem as duas componentes, a elétrica e a magnética :

Nesse exemplo, o campo elétrico está polarizado verticalmente, e o campo magnético está polarizado sempre a 90 graus dele, e está polarizado na horizontal.

Esse exemplo se aplica ao caso do WIFI, onde as antenas dos roteadores são sempre verticais.

Existem antenas designadas para receberem o campo magnético, e induzirem uma tensão elétrica a partir dele. São as famosas antenas Loop Magnético ( Magnetic Loop ) , que estão começando a ser usadas com resultados muito interessantes, pois possuem menores dimensões que as antenas clássicas.

1 hora atrás, alexandre.mbm disse:

Ela ao menos tem o ganho em si mesma?

Pelo tamanho reduzido que elas tem, eu diria que todas tem um pequeno ganho, mas ainda assim são antenas, convertem a potência em campos eletromagnéticos, e vice-versa, com eficiência razoável.

Compare a frequência básica : 2.4 GHz tem um comprimento de onda de 13 cm, então uma simples dipolo vertical pode ser feita no tamanho dessas anteninhas .... mas as melhores são as helicoidais, que precisam ser maiores e claro, mais caras ....

Paulo

aphawk · 9 de junho de 2023

12 horas atrás, alexandre.mbm disse:

Ao que parece, roteadores populares (baratos), com essas antenas um pouco maiores, e que fazem propaganda de terem mais potência, apresentam facilmente instabilidades. A sensação é de que eles "falam gritando" e deixam de ser entendidos.

A sua impressão está correta !

Existem roteadores que tem mais potência, e acontece algo interessante : você , com seu celular, percebe que o sinal desse roteador está mais forte para você, mas a velocidade não melhora como deveria, por um único problema: seu celular não tem a mesma potência que o roteador, então a velocidade fica baixa por conta das perdas de informação.

A maneira correta de trabalhar com roteadores não é a de pegar os mais potentes, e sim pegar um de boa qualidade e colocar nele uma ótima antena !

Assim, essa antena consegue uma qualidade de sinal boa com qualquer celular, e vai permitir a conversa entre os dois com qualidade maior e assim mais velocidade.

Temos exatamente esse mesmo problema no HF quando trabalhamos em um modo digital chamado FT8 :

Existe um site que nos mostra quais estações de radioamadores no mundo todo estão recebendo o meu sinal. Se eu ligo o meu linear e aumento para 1000 watts eu percebo que aumenta o número de pessoas que estä conseguindo me ouvir, e então tento contactar uma pessoa que me interessa e está distante , me recebendo quase no limite do equipamento

Essa pessoa então tenta me responder, mas ela tem apenas o rádio com os 100W, e o sinal dela chega para mim fora do limite de recepção, ou seja, não consigo escutar ela !

Porisso que ter uma antena de alto ganho é muito mais importante do que ter o amplificador linear de 1 Kw : uma antena boa melhora tanto a transmissão como a recepção, ao passo que uma potência maior melhora apenas o alcance da nossa transmissão, não ajudando em nada a recepção !

Paulo

alexandre.mbm · 9 de junho de 2023

3 horas atrás, aphawk disse:

A maneira correta de trabalhar com roteadores não é a de pegar os mais potentes, e sim pegar um de boa qualidade e colocar nele uma ótima antena!

Para o uso comum, é provável que o fabricante já tenha feito "o melhor casamento".

15 horas atrás, aphawk disse:

Wikipédia em português:

– Campo elétrico

– Campo magnético

Mas está muito mais claro no Mundo da Educação:

– Campo elétrico "influência entre cargas elétricas"

– Campo magnético como "região do espaço"

alexandre.mbm · 9 de junho de 2023

17 horas atrás, aphawk disse:

Para quem quiser aprender mais sobre esse assunto, seguem uns links [em inglês]:

• Entendendo dB, dBm, dBW, dBi e dBd

• Armadilhas para o radioamador evitar

• Investigando a precisão dos medidores S