taller de antenas
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Taller de Antenas desarrollado en la materia Network II, Maestria en TI, UPTCTRANSCRIPT
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ANTENAS
JOSE GUSTAVO MORALES GUARIN
JOHN EDICKSON AMAYA RODRIGUEZ
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN TECNOLOGÍA INFORMÁTICA TUNJA 2012
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ANTENAS
JOSE GUSTAVO MORALES GUARIN
JOHN EDICKSON AMAYA RODRIGUEZ
Taller de Planificación y Diseño de Redes
Msc. Jorge Enrique Espindola Díaz Docente
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
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MAESTRÍA EN TECNOLOGÍA INFORMÁTICA TUNJA 2012
Contenido
1. INTRODUCCION ............................................................................................................... 6
2. MARCO TEORICO ............................................................................................................. 7
2.1. Definición de Antena. .............................................................................................. 7
2.2. Variables de las Antenas. ......................................................................................... 7
2.2.1 Ganancia: ................................................................................................................ 7
2.2.2 . Directividad. ......................................................................................................... 8
2.2.3. Patrón de Radiación. ............................................................................................. 8
2.2.4.Polarización .......................................................................................................... 12
2.2.5. Ancho de Banda .................................................................................................. 12
2.3. Tipos de Antenas:................................................................................................... 13
2.3.1Antenas omnidireccionales ................................................................................... 13
2.3.3 Antenas de Sector ................................................................................................ 14
2.3.5. Antenas Yagui ...................................................................................................... 15
2.3.7. Antenas Dipolo .................................................................................................... 16
2.4. Tabla de Espectro: .................................................................................................. 16
3. CONFIGURACIÓN DE UN ENLACE DE DATOS CON ANTENAS Cisco Aironet 1300
Series Outdoor Access Point ............................................................................................. 17
3.1. Conexiones ............................................................................................................. 17
3.2. Configuración ......................................................................................................... 18
3.3. Operación ............................................................................................................... 23
4. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 25
REFERENCIAS ........................................................................................................................ 26
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1. INTRODUCCION
Las telecomunicaciones indudablemente han cambiado desde todo punto de vista las
relaciones humanas y los mecanismos para transferir y acceder a la información; sin
embargo el poder acceder a estas herramientas de telecomunicaciones sin necesidad de
uso de cables ni estar en un lugar fijo ha sido aun más transformador e innovador en la
forma de comunicación de los humanos.
Para lograr este tipo de comunicaciones sin necesidad de redes cableadas sin duda se
hace necesario recurrir a la teoría de campos electromagnéticos y como a través de las
antenas se hace uso de esta teoría para poder transmitir información de un punto a otro
sin necesidad de hacer uso de cables.
Como para transmitir información a través de un par de antenas es necesario el uso del
espectro radioeléctrico, se necesita que en la frecuencia que se va a transmitir este libre
de interferencias así como también se requiere que un diseño especial de las antenas
dependiendo entre otros factores de la frecuencia y la potencia en la cual va a operar.
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2. MARCO TEORICO
2.1. Definición de Antena.
Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas.
Las antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa.
Existen antenas de distintos tipos, pero todas ellas cumplen la misma misión: servir de
emisor-receptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas
direcciones, se denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectúa
simultaneamente, sino alternativamente, se denomina comunicación semiduplex.
2.2. Variables de las Antenas.
Todas las antenas cuentan con unas características físicas, pero aun mas importante que
estas características físicas, cuenta con unas características eléctricas y de difusión las
cuales se relacionan a continuación:
2.2.1 Ganancia:
La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia
radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a
igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.
Si no se especifica la dirección angular, se sobrentiende que la Ganancia se refiere a la
dirección de máxima radiación.
En la definición de Directividad se habla de potencia radiada por la antena, mientras que
en la definición de ganancia se habla de potencia entregada a la antena. La diferencia
entre ambas potencias es la potencia disipada por la antena, debida a pérdidas óhmicas.
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La eficiencia se puede definir como la relación entre la potencia radiada por una antena y
la potencia entregada a la misma. La eficiencia es un número comprendido entre 0 y 1.
La relación entre la ganancia y la directividad es la eficiencia
Si una antena no tiene pérdidas óhmicas, la Directividad y la Ganancia son iguales.
2.2.2 . Directividad.
Es la capacidad de una antena para concentrar el máximo valor de radiación en una
dirección deseada seleccionando el objetivo donde se desea trasmitir o recepcionar en el
caso inverso.
2.2.3. Patrón de Radiación.
El diagrama de radiación de una antena se define como la representación gráfica de las características de radiación en función de la dirección angular.
Se utilizará habitualmente un sistema de coordenadas esférico.
Las tres variables de un sistema esférico son ( r, θ, Φ)
Figura 1. Representación tridimensional en coordenadas esféricas y cartesianas.
En un sistema coordenado esférico las superficies r=cte son esferas, θ=cte son conos, mientras que Φ=cte son semiplanos. La intersección de las tres superficies determina la orientación de los tres vectores unitarios, que son perpendiculares a las superficies respectivas.
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Figura 2. Interpretación geométrica.
La interpretación geométrica se puede ver de forma animada.
Se puede representar el campo eléctrico, magnético o la densidad de potencia radiada. Dado que los campos son magnitudes vectoriales se pueden representar el módulo o la fase de sus componentes.
Las formas de representación pueden ser tridimensionales o bidimensionales, en escalas lineal o logarítmica.
La siguiente figura es la representación tridimensional de los campos radiados por una antena.
Figura 3. Interpretación tridimensional de los campos radiados por una antena.
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Dada la dificultad de representar gráficamente el diagrama tridimensional se opta por representar cortes del diagrama en coordenadas polares o cartesianas. Los cortes corresponden a la intersección del diagrama 3D con planos.
Figura 4. Intersección con un plano del campo emitido con una antena.
Un corte bidimensional en coordenadas polares se representaría como
Figura 5. Patron de radiación en 2 dimensiones en coordenadas polares.
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En coordenadas cartesianas y escala logarítmica
Figura 6. Patron de Radiación en coordenadas cartesianas.
Cuando la antena es muy directiva, y especialmente en el caso de antenas bidimensionales, se suelen utilizar métodos de representación en forma de curvas de nivel o en forma de funciones tridimensionales. Las gráficas siguientes corresponden a una antena de apertura de dimensiones 2x2 longitudes de onda.
Figura 7. Visualización de un patrón de radiación.
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2.2.4. Polarización
Este dato nos indica la orientación de los campos electromagnéticos que emite o recibe
una antena. Pueden ser los siguientes:
Vertical: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es vertical con respecto al
horizonte terrestre (de arriba a abajo).
Horizontal: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es paralelo al horizonte
terrestre.
Circular: Cuando el campo eléctrico generado por la antena gira de vertical a horizontal y
viceversa, generando movimientos en forma de círculo en todas las direcciones. Este giro
puede ser en el sentido de las agujas del reloj o al contrario.
Elíptica: Cuando el campo eléctrico se mueve igual que en caso anterior, pero con desigual
fuerza en cada dirección. Rara vez se provoca esta polarización de principio, mas bien
suele ser una degeneración de la anterior.
2.2.5. Ancho de Banda
El ancho de banda de una antena es el conjunto de frecuencias en el que al menos uno de
los parámetros que caracterizan esa antena permanece constante (o con muy pequeñas
variaciones). Se hace referencia, en general, a los parámetros de impedancia, diagrama de
radiación o polarización.
Puede ser expresado de dos formas, en función del tipo de antena:
1) Para antenas de banda estrecha: B[%] = (fs - fi) / fc
2) Para antenas de banda ancha: B[%] = fs / fi
donde, en ambos casos:
fs = frecuencia superior.
fc = frecuencia central.
fi = frecuencia inferior.
Hay un par de términos especiales que se utilizan para refererirse al ancho de banda de
las antenas:
1) Octava: Una antena tiene un ancho de banda de una octava cuando
fs = 2 * fi.
2) Década: Una antena tiene un ancho de banda de una década cuando
fs = 10 * fi
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2.3. Tipos de Antenas:
2.3.1 Antenas omnidireccionales Se les llama también antenas de fuste vertical. Se utilizan principalmente para emitir la señal en todas las direcciones. En realidad la señal que emite en es forma de óvalo, y sólo emite en plano (no hacia arriba ni hacia abajo).
Figura 8. Antena Omnidireccional Se suelen colocar en espacios abiertos para emisión todas las direcciones. También se usan en espacios cerrados. En caso de colocarlas en el exterior es conveniente colocarle un filtro de saltos de tensión, para evitar problemas con tormentas eléctricas. Son baratas, fáciles de instalar y duraderas. Su ganancia está en torno a los 15 dBi. 2.3.2Antenas direccionales Las antenas direccionales (o yagui), tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de metal que cruzan el interior de ese tubo.
Figura 9. Antena Direccional
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La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 30 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlaza. Como todas las antenas exteriores hay que protegerla ante posibles descargas eléctricas. 2.3.3 Antenas de Sector Al igual que las antenas omnidireccionales, su uso es para conexiones punto a multipunto. Estas sin embargo solo emiten en una dirección Su radio de cobertura está entre los 60 y los 180 grados.
Figura 10. Antena Sectorial.} La ganancia de estas antenas es mejor que las omnidireccionales (aproximadamente 22 dBi), y permiten orientarlas hacia la dirección que mas interesa (incluso hacia arriba y hacia abajo) 2.3.4. Antenas de Panel Se utilizan para conexiones punto a punto enfocadas. Son como pequeñas cajas planas y tienen una ganancia de hasta 24. dBis.
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Figura 11. Antena Panel.
2.3.5. Antenas Yagui Las antenas yagui, (o direccionales) tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de metal que cruzan el interior de ese tubo.
Figura 12. Antena Yagui La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 21 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlazar. 2.3.6Antenas Parabólicas Las antenas parabólicas son las mas potentes que se pueden adquirir (hasta 27 dBi), por lo que son las mas indicadas para cubrir largas distancias entre emisor y receptor. Cuanta mayor ganancia tienen, mayor diámetro de rejilla.
Figura 13. Antena Parabólica
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2.3.7. Antenas Dipolo Este tipo de antenas, están mas indicadas para lugares pequeños, y mas concretamente para uso de Access Points. La ganancia de esas antenas oscila entre los 2 y los 7 dBi's.
Figura 13. Antena Dipolo.
2.4. Tabla de Espectro:
El espectro radioeléctrico es un medio de transporte de campos electromagnética,
campos que viajan a diferentes frecuencias, dependiendo de la frecuencia en la cual se
propaga se encuentra en una clasificación la cual se relaciona en la siguiente tabla:
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3. CONFIGURACIÓN DE UN ENLACE DE DATOS CON ANTENAS Cisco Aironet 1300 Series Outdoor Access Point
El Acces Point Cisco Aironet de la serie 1300 es un par de acces point puente y una antena
panel, los acces Point son configurables de tal forma que debe quedar en una misma red
IP de tal forma que se puedan identificar.
Para realizar la práctica se contó con el kit de Cisco el cual además de los equipos de
anclaje de las antenas cuenta con dos dispositivos principales los cuales son la antena y el
acces point.
Figura 14. Equipos para configurar Antena Cisco Aironet 1300.
3.1. Conexiones
El la practica el paso inicial es conectar la antena al Acces point a trabes de los cables de
bajo ruido destinados para tal fin, asi mismo se debe hacer el montaje del soporte sobre el
cual se va a ajistar la antena a un soporte, como se muestra en la figura:
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Figura 15. Conexión de la antena al acces point y al soporte.
Asi mismo este tipo de antenas cuenta con 4 leds los cuales se representan a
continuación:
R Radio LED S Status LED
E Ethernet LED I Install LED
Figura 16. Leds de la Antena Cisco Aironet 1300.
3.2. Configuración
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En esta oportunidad debido a que el Acces Point de las antenas ya tenian una
configuración asignada, fue necesario acceder a estos a través del puerto serial y con el
software hyperterminal acceder al mismo y borrar la configuración que tenia; el código
usado es el que se presenta a continuación:
antena1> antena1>en Password: Password: Password: % Bad secrets antena1>enable Password: Password: antena1#show ip antena1#show ip ? access-lists List IP access lists accounting The active IP accounting database aliases IP alias table arp IP ARP table ddns Dynamic DNS dhcp Show items in the DHCP database dvmrp DVMRP information helper-address helper-address table host-list Host list http HTTP information igmp IGMP information interface IP interface status and configuration local IP local options redirects IP sockets Open IP sockets ssh Information on SSH traffic IP protocol statistics antena1#show ip % Incomplete command. antena1#show ip interface antena1#exec Translating "exec"...domain server (255.255.255.255) % Unknown command or computer name, or unable to find computer address antena1#erase nvram
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Erasing the nvram filesystem will remove all configuration files! Continue? [con firm] [OK] Erase of nvram: complete antena1# *Mar 1 00:10:08.517: %SYS-7-NV_BLOCK_INIT: Initialized the antena1#reload Proceed with reload? [confirm]y *Mar 1 00:10:32.259: %SYS-5-RELOAD: Reload requested by console. Reload Reason: Reload Command.Xmodem file system is available. flashfs[0]: 146 files, 7 directories flashfs[0]: 0 orphaned files, 0 orphaned directories flashfs[0]: Total bytes: 7741440 flashfs[0]: Bytes used: 5344256 flashfs[0]: Bytes available: 2397184 flashfs[0]: flashfs fsck took 18 seconds. Base ethernet MAC Address: 00:21:d8:07:af:94 Initializing ethernet port 0... Reset ethernet port 0... Reset done! ethernet link up, 100 mbps, full-duplex Ethernet port 0 initialized: link is up Loading "flash:/c1310-k9w7-mx.124-10b.JA1/c1310-k9w7-mx.124-10b.JA1"...######### ################################################################################ ################################################################################ ################################################################################ ################################################################################ ################################################################################ ###################################################### File "flash:/c1310-k9w7-mx.124-10b.JA1/c1310-k9w7-mx.124-10b.JA1" uncompressed a nd installed, entry point: 0x3000 executing...
De esta forma se borro la totalidad de la información que contenia las antenas;
posteriormente también a través del hyperterminal se configuro la dirección IP de cada
una de las antenas las cuales fueron 192.168.0.1/30 y 192.168.0.2/30; la configuración de
esta ultima en hyperterminal es como sigue:
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ap>en Password: Password: ap#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. ap(config)#interface bvi1 ap(config-if)#ip ad ap(config-if)#ip address 192.168.0.2 255.255.255.252 ap(config-if)#interface e ap(config-if)#interface et ap(config-if)#interface ? % Unrecognized command ap(config-if)#exit ap(config)#inte ap(config)#interface e ap(config)#interface eth ap(config)#interface Async Async interface BVI Bridge-Group Virtual Interface CDMA-Ix CDMA Ix interface CTunnel CTunnel interface Dialer Dialer interface Dot11Radio IEEE 802.11 WLAN FastEthernet FastEthernet IEEE 802.3 Group-Async Async Group interface Lex Lex interface Loopback Loopback interface Multilink Multilink-group interface Null Null interface Tunnel Tunnel interface Vif PGM Multicast Host interface Virtual-Dot11Radio Virtual Dot11 Interface Virtual-PPP Virtual PPP interface Virtual-Template Virtual Template interface Virtual-TokenRing Virtual TokenRing range interface range command ap(config)#interface % Incomplete command. ap(config)# ap(config)#inter ap(config)#interface f ap(config)#interface fastEthernet
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% Incomplete command. ap(config)#interface fastEthernet ap(config)#interfa ^ % Invalid input detected at '^' marker. ap(config)#interface fastEthernet ? <0-0> FastEthernet interface number ap(config)#interface fastEthernet 0 ap(config-if)#ip ap(config-if)#ip a ap(config-if)#ip ad ap(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 ap(config-if)#exit ap(config)#hostname REDES1 REDES1(config)#exit REDES1#cop *Mar 1 00:05:08.364: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console REDES1#copy run REDES1#copy running-config to st REDES1#copy running-confi REDES1#copy running-config to start REDES1#copy running-config to ? <cr> REDES1#copy run REDES1#copy running-config to cr ^ % Invalid input detected at '^' marker. REDES1#copy running-config to ? <cr> REDES1#copy running-config to *Mar 1 00:08:03.099: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.0.2 on BVI1, sour ced by ac16.2d0b.2e04 Destination filename [to]? *Mar 1 00:08:49.543: %IP-4-DUPADDR: Duplicate address 192.168.0.2 on BVI1, sour ced by ac16.2d0b.2e04 1015 bytes copied in 0.239 secs (4247 bytes/sec) REDES1#show ip inter
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REDES1#show ip interface bvi % Incomplete command. REDES1#show ip inter REDES1#show ip interface br REDES1#show ip interface brief Interface IP-Address OK? Method Status Prot ocol BVI1 192.168.0.2 YES manual up up Dot11Radio0 unassigned YES unset administratively down down FastEthernet0 192.168.1.1 YES manual up up
Posterior a la configuración por hyperterminal se conecto al puerto Ethernet para la
configuración a través del CLI como se muestra en la figura:
Figura 17. Configuración CLI de la Antena Cisco Aironet 1300.
3.3. Operación
Finalmente se orientaron las antenas de tal forma que existiera línea de vista entre ellas,
después de haber configurado las direcciones IP de los equipos de tal forma que
estuvieran en la misma red y conectarlos a los acces point a través del puerto Ethernet; al
establecerse la conexión se obsevó que los led de estado y ethernet se encendía de color
verde como se observa en la siguiente figura:
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Figura 18. Operación de Antena Cisco Aironet 1300.
Por ultimo para comprobar la conexión se realizó transferencia de datos de un pc a otro y
se ejecutó un archivo de un pc desde el otro pc demostrando asi la conexión a través de
los dispositivos inalámbricos.
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4. CONCLUSIONES
Existen múltiples formas de establecer enlaces de telecomunicaciones en muchos
casos la mejor solución son enlaces inalámbricos los cuales se establecen a través de
antenas.
Con una mismo tipo de antena no se puede brindar la totalidad de las soluciones
inalámbricas por lo cual existe un tipo de antena diferente para cada necesidad que se
pueda presentar.
La solución a través del par de antenas Cisco Aironet 1300 outdoor no se utiliza la
antena como un router sino como un medio para establecer la comunicación física,
por lo cual la red que se establece es una red LAN y no una red WAN.
El hyperterminal es una aplicación fundamental para acceder al acces point para
resetearlo cuando no se conoce la configuración con la cual cuenta ni la clave de la
misma.
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REFERENCIAS
RC.Net, Documentos. Tomado de http://www.radiocomunicaciones.net/teoria-
antenas.html, consultado el 2 de Septiembre de 2012.
Universidad Politécnica de Valencia, Antenas, Ganancia. Tomado de
http://www.upv.es/antenas/Tema_1/ganancia.htm consultado el 2 de Septiembre de
2012.
Taringa, TEORIA BASICA DE ANTENAS. Tomado de
http://www.taringa.net/posts/info/1023442/Teoria-basica-de-las-antenas.html,
consultada el 4 de Septiembre de 2012.
Universidad Politécnica de Valencia, Antenas, diagramas de radiación, tomado de
http://www.upv.es/antenas/Tema_1/diagramas_de_radiacion.htm, consultado el 5 de
septiembre de 2012.
CISCO, Quick Star Guide Cisco Aironet 1300 Series Outdoor Aironet Acces Point, Tomado
de
http://www.cisco.com/en/US/docs/wireless/access_point/1300/quick/guide/br13qsg.htm
l, consultado 28 de Agosto de 2012.
CISCO SYSTEM, Cisco Aironet 1300 Series Wireless Outdoor Access Point/Bridge Hardware
Installation Guide, Diciembre de 2006, Tomado de
http://www.cisco.com/en/US/docs/wireless/access_point/1300/installation/guide/1300hi
g_book.pdf, Consultado el 28 de Agosto de 2012.
DIGITZOR, Como instalar Hyperterminal en Windows 7, Tomado de
http://digitizor.com/2009/08/29/install-winxp-hyperterminal-client-on-windows-vista-or-
windows-7-free/, consultado el 27 de Septiembre de 2012.