Antenas direcionais

Em seguida temos as antenas direcionais, que além de concentrarem o sinal na vertical, concentram-no também na horizontal, fazendo com que, em vez de um ângulo de 360 graus, o sinal seja concentrado em um ângulo de 90 graus ou menos.

As primeiras em ordem hierárquica são as antenas setoriais, que concentram o sinal em um ângulo de aproximadamente 90 graus, ou seja, um quarto de um círculo completo. Se instaladas no canto de um galpão ou cômodo, elas distribuem o sinal em todo o ambiente, deixando pouco sinal vazar no outro sentido. A maioria das antenas setoriais trabalham com ganho de 12 a 17 dBi. Embora no papel a diferença possa parecer pequena, uma antena de 17 dBi trabalha com uma potência de transmissão pouco mais de 3 vezes maior que uma de 12 dBi.

Duas variações das antenas setoriais são as patch antennas (antenas de painel) e as round patch antennas (antenas circulares).

As patch antennas são antenas quadradas, que contêm internamente uma folha de metal. Elas trabalham com um ângulo de cobertura mais aberto do que as antenas setoriais, mas em compensação oferecem menos ganho, servindo como uma espécie de meio-termo entre elas e as antenas ominidirecionais:

As antenas round patch seguem o mesmo princípio, mas são redondas. Devido a isso, elas são muitas vezes instadas no teto (como se fosse um soquete de lâmpada) de forma a irradiar o sinal igualmente por todo o cômodo.

Em seguida temos as antenas yagi, que oferecem um ganho ainda maior, mas em compensação são capazes de cobrir apenas uma pequena área, para a qual são diretamente apontadas (normalmente em um raio de 24 x 30 graus, ou mais estreito). Você pode imaginar que uma antena yagi emite o sinal em um ângulo similar ao de um cone, resultando em um padrão de transmissão similar ao do diagrama abaixo:

O foco concentrado resulta em um ganho muito maior do que o das antenas setoriais. A maior parte das antenas yagi à venda oferecem ganho de 14 a 19 dBi, mas não é incomum ver antenas com até 24 dBi.

Estas antenas são úteis para cobrir alguma área específica, longe do ponto de acesso, ou interligar duas redes distantes. Usando duas antenas yagi de alto ganho é possível criar links de até 25 km, o que é mais de 150 vezes o alcance inicial.

Para melhores resultados, uma antena deve ficar apontada exatamente para a outra, cada uma no topo de um prédio ou morro, de forma que não exista nenhum obstáculo entre as duas. Em instalações profissionais é usado um laser para fazer um ajuste fino no final da instalação, “mirando” as duas antenas:

As yagi são também o melhor tipo de antena a usar quando é preciso concentrar o sinal para “furar” um obstáculo entre as duas redes, como, por exemplo, um prédio bem no meio do caminho. Nestes casos a distância atingida será sempre mais curta, naturalmente.

Uma solução muito adotada nestes casos é usar um repetidor instalado em um ponto intermediário, permitindo que o sinal desvie do obstáculo. Existem até mesmo pontos de acesso extremamente robustos, desenvolvidos para uso industrial, que além de um gabinete reforçado utilizam placas solares e baterias, que permitem a eles funcionar de forma inteiramente autônoma:

A maioria das antenas yagi é coberta por um “tubo”, que protege a antena das intempéries e melhora o aspecto visual, mas a antena propriamente dita tem um formato de espinha de peixe. É justamente este formato que permite que o sinal seja tão concentrado:

As antenas feitas com tubos de batatas Pringles seguem o conceito de funil defletor e se comportam justamente como um tipo de antena yagi de baixo ganho.

Outra dica é que, no caso dos pontos de acesso 801.11b/g com duas antenas, você pode usar uma antena convencional em uma das saídas (para manter o sinal em um raio circular, atendendo aos micros próximos) e usar uma antena yagi na outra, de forma a melhorar a cobertura em algum ponto cego, ou para atender um cliente distante do ponto de acesso. Na verdade, o ponto de acesso transmite o mesmo sinal usando ambas as antenas, simplesmente selecionando a que oferece um sinal de melhor qualidade com relação a cada cliente.

Esta técnica é chamada de “antenna diversity” (variação de antenas) e melhora a qualidade da recepção, prevenindo o aparecimento de pontos cegos. Entretanto, como a segunda antena não é obrigatória, cada vez mais fabricantes optam por produzir pontos de acesso com uma única antena, de forma a cortar custos.

Os pontos de acesso 802.11n, por sua vez, utilizam o MIMO, um sistema mais sofisticado, onde cada uma das antenas transmite um sinal independente e o ponto de acesso se encarrega de remontar o sinal original combinando os sinais, além de levar em conta fatores como a reflexão do sinal por paredes e outros objetos. O uso do MIMO é um dos principais fatores que permite que os produtos 802.11n ofereçam uma taxa de transmissão e alcance maiores que os 802.11g.

Embora (no 802.11n) todas as antenas sejam usadas simultaneamente, o ponto de acesso é capaz de operar com apenas duas ou mesmo com uma única antena, mas nesse caso a velocidade de transmissão é reduzida, de forma que a idéia de substituir uma das antenas por uma antena direcional não funciona tão bem em redes 802.11n.

Continuando, temos as antenas parabólicas, que também captam o sinal em apenas uma direção, de forma ainda mais concentrada que as yagi, permitindo que sejam atingidas distâncias ainda maiores. A maioria das antenas parabólicas destinadas a redes WI-FI utilizam uma grelha metálica no lugar de um disco sólido, o que reduz o custo e evita que a antena seja balançada pelo vento, saindo de sua posição ideal. Por causa disso, elas são também chamadas de antenas de grelha, ou grid antennas, em inglês.

A maioria das miniparabólicas disponíveis no mercado oferecem ganhos de 22 a 24 dBi, mas pesquisando é possível encontrar antenas com ganhos ainda maiores. Para uso profissional, existe também a opção de usar antenas parabólicas com refletor sólido, que oferecem ganhos de até 32 dBi. Entretanto, devido ao alto ganho, é muito difícil usar uma (legalmente) sem obter a licença apropriada junto à Anatel (veja mais detalhes sobre essa questão da legislação a seguir).

Usar uma antena de maior ganho aumenta tanto a capacidade de transmissão quanto de recepção do ponto de acesso, permitindo tanto que o sinal transmitido se propague por uma distância maior quanto que ele seja capaz de captar o sinal fraco de clientes distantes, desde que eles sejam instalados dentro do foco da antena (que se torna cada vez mais estreito conforme aumenta o ganho).

Ao criar links de longa distância, é necessário usar antenas de alto ganho tanto no ponto de acesso quanto no cliente, o que soma o ganho das duas antenas, aumentando exponencialmente o alcance. Em situações ideais, é possível criar links com 25 ou até mesmo 30 km, combinando duas antenas de alto ganho, perfeitamente alinhadas.

Uma curiosidade é que alguns fabricantes estão passando também a incorporar placas wireless USB às antenas, de forma a torná-las mais atrativas, permitindo que você instale a placa com a antena diretamente em uma porta USB disponível, sem precisar se preocupar com pigtails e conectores. Como os adaptadores wireless USB estão cada vez mais baratos, isso tende a se tornar mais comum.