sexta-feira, 14 de setembro de 2007

Último dia em brasília, Construção de Antenas e outras coisas ...

Bom dia pessoALL.

Bem, como é de costume em meus posts, hoje eu falarei sobre diversos assuntos, a maioria deles envolvendo a minha viagem de Palmas até Brasília para a realização do curso de Instalação e Configuração de Redes sem Fio.

Primeiramente, nestes últimos três dias de minha estadia aqui nesta cidade, eu fiz bastante coisa. Fui no shopping e conheci meu amigo de IRC Zero_Col, que trabalha em uma empresa do ramo da medicina (pelo menos eu acho), comi bastante coisa "útil e saudável" no McDonnalds e no Giraffas, não resisti à tentação do consumismo e comprei dois livros e um Box da minha série preferida (sim, mais que Arquivos-X), além de ter conhecido pessoas muito legais nestes dias. Bom, vamos ao que interessa: Falar dos Livros e no final, mostrar um exemplo de construção de antena caseira.

Bem, eu gosto de ler, e principalmente de comentar sobre os livros que eu compro, então vamos lá.

O primeiro livro é o "Compiladores: Princípios e Práticas", de Kenneth C. Louden. É um livro que trata sobre construção de compiladores de uma maneira mais intuitiva e mais prática, em C, e que não se aprofunda muito nos assuntos paralelos que envolvem cada fase da compilação. Um exemplo, em outros livros (aquele do dragão, o computador e o cavaleiro é o principal da minha crítica) a parte de definição da gramática se perde muito nas teorias das linguagens formais de Chomski, e usa umas fórmulas e exemplos que acabam não tendo aplicabilidade na hora de contruir a gramática do compilador. Disse isso em relação a um livro que pretende construir um compilador simples. A teoria de linguagens formais é bastante importante para o entendimento de como estas são formadas e como podem ser interpretadas, mas não são necessárias em um primeiro momento, não no nível que foi tratado no tal livro. Outro ponto é o da análise semântica, em que o autor discorre sobre o assunto, mas código efetivo não é desenvolvido. Este livro do Louden trata todos os aspectos de forma rápida, somente abordando os conhecimentos que realmente são necessários para a compreensão do assunto, que é Construção de Compiladores. Mas, porque comprei ?? Para criar um compilador em C e, aproveitar, rever esse assunto que há um tempo eu não lia mais a fundo.


Já o segundo livro é um livro literário, chamado A Estrada da Noite, do autor Joe Hill. Interessante que atualmente são poucos os livros do estilo thriller e suspense que realmente me atraem, mas este conseguiu. Eu ainda não li muito, mas pelo que entendi do começo da história e também da sinopse, o roqueiro cinquentão Judas Coyne é um astro do rock, e tem uma qualidade, digamos, excentrica, que é a de colecionar objetos macabros. Dentre os objetos, ele tem um livro de receitas para canibais, uma confissão de uma bruxa, com mais de 300 anos de escrito, uma corda laçada que foi usada em um enforcamento e uma fita com cenas reais de um assassinato. E como todo bom colecionador, ele está sempre procurando mais coisas para incrementar sua coleção de objetos. E num leilão na internet, ele encontra uma pessoa vendendo o "fantasma do meu padrasto", que é um paletó que segundo as pessoas, é assombrado por um morto ... A história vai se desenrrolando e as coisas vão ficando pretas, e descobre-se que na realidade, o fantasma não entrou na vida do roqueiro por coincidência, e que coisas do passado do roqueiro estão voltando à tona, um passado que parece ser tão macabro quanto os objetos do autor. Por um motivo que eu não sei dizer o qual, eu tenho certeza que eu já tive um sonho ou algum tipo de vislumbre em relação a este texto, pois ele é estranhamente familiar para mim. Mas, não vou pensar isso agira, pois tenho que ler o mesmo antes de dar minhas impressões finais.

E para finalizar, vou falar de mais uma coisa bem legal hoje. vou "construir" uma antena caseira para wireless. Gostaram né, mas na verdade o tutorial não seria nada mais do que os milhares de links que você encontra no google quando digita "WiFi Pringles Antenna" ou "HowTo Create WiFi Antenna". eu vou adicionar algumas informações a mais sobre dados que eu vi aqui no curso, claro, pois assim podemos ter parâmetros para poder avaliar a capacidade de geração de sinal da nossa futura antena caseira. Então, vamos ao tutorial.


How To Build A Tin Can Waveguide WiFi Antenna for 802.11(b or g) Wireless Networks or other 2.4GHz Applications



Primeiramente, vamos falar dos vários tipos de antenas.

Fundamentalmente, existem dois tipos de antenas para aplicações wireless: omnidirecional e direcional.

Na escolha do modelo de antena mais adequado para a sua aplicação wireless, alguns cuidados devem ser considerados, pois o sucesso do projeto depende fundamentalmente do sistema irradiante.

* Distância - A antena a ser escolhida deve cobrir uma distância maior que a aplicação necessária. Caso seja utilizada uma antena operando em sua capacidade máxima, provavelmente os sinais chegarão mais fracos que o exigido pela aplicação.
* Largura da onda - Expressa em graus, a largura de onda denota o alcance de um sinal. Geralmente, quanto mais larga for a onda, mais curta será a área de cobertura. Por outro lado, as ondas mais largas compensam os fatores ambientais, como o vento, que afetam adversamente a performance da antena.
* Ganho - Expresso em dbi, é o aumento da potência do sinal após processado por um dispositivo eletrônico. Usualmente, ganhos maiores revertem em distâncias maiores, contudo maiores distâncias exigem largura de onda menor e margem de erro muito maior. Para evitar esses problemas, alguns fatores como vento e prédios existentes no trajeto do sinal devem ser considerados no projeto da rede wireless.

Existem dois tipos de antenas para aplicações wireless:

Omnidirecional

As antenas omnidirecionais cobrem 360º no plano horizontal. Elas trabalham excepcionalmente bem em áreas amplas ou em aplicações multiponto. Usualmente, este tipo de antena é utilizado em estações base, com estações remotas colocadas ao seu redor.



Direcional

As antenas direcionais concentram o sinal em uma única direção. Seus sinais podem ter alcance curto e amplo, ou longo e estreito. Via de regra, quanto mais estreito o sinal, maiores distâncias ele alcançará. Normalmente, este tipo de antena é utilizado em estações remotas para fazer a comunicação entre estas estações com uma ou mais estações base.

As antenas direcionais também se subdividem em vários tipos, dependendo do modo como o fator de direcionamento é construido.

Parabólica

As antenas parabólicas canalizam o sinal em forma de cone, sendo indicadas para aplicações de longa distância. A antena semi parabólica, uma variação da parabólica, emite o sinal de forma elíptica. Os modelos grid (grelha) são menos susceptíveis a ação dos ventos em razão dos mesmos passarem através da estrutura em forma de gaiola, seu sinal pode chegar de 40 a 50 Km em condições eletricamente visuais.



Setorial

As antenas setoriais têm formato amplo e plano, e são, normalmente montadas em paredes podendo ser interna ou externa. São mais recomendadas para links entre prédios com distâncias de até 8 km. Algumas podem operar até 3 Km. dependendo do ganho especifico no projeto.



Yagi

São antenas rígidas usadas externamente em ambientes de condições hostis. São também antenas com grande fator de direcionalidade, exigindo bastante cuidado na hora do alinhamento entre duas antenas deste tipo. Os sinais podem chegar a 30 Km, em condições eletricamente visual.



Teoria da Antena que vamos Fabricar

Bem, o tipo de antena que vamos fabricar não é na realidade de nenhum dos tipos mencionados acima, apesar de que pelo menos no modo como ela funciona, ela lembre ligeiramente o da antena parabólica.



Este tipo de antena tem o nome de Waveguide. Eu não tenho certeza do seu nome, mas algo me leva a pensar que por ela ter um formato tubular, ela acaba "guiando" a onda em direção na qual ela está apontada (duh).

Esta antena é construída usando-se apenas uma lata metálica de formato cilíndrico, um conector N e mais uma ponta metálica de aproximadamente 1/4 do comprimento de onda da frequência na qual queremos trabalhar, ou seja, WiFi. Detalhe, esta antena só funciona em 2,4 GHz. Para 5GHz as medidas seriam bem diferentes das atuais. Mas nada que umas formulazinhas não resolvam.

O diâmetro da boca, a distância do transmissor do fundo da lata e da boca da mesma, e a altura do transmissor são todos dependentes da frequência que iremos trabalhar. Este tipo de transmissor é um dipolo de 1/4 de onda, onde temos que o material irradiante, que é a ponta metálica que irá transmitir tem o tamanho equivalente a 1/4 do comprimento da onda que queremos transferir, que no nosso caso é 2,4GHz. Então vamos aos cálculos. A fórmula para o cálculo do comprimento de onda é D = C/F, onde temos que D é o comprimento de onda, C é a velocidade da luz no meio de transmissão e F é a frequência da onda. então temos:

2,4GHz = 2,4 * 10^9 ||| D = (3 * 10^8) / (2,4 * 10^9) ||| 3 / (2,4 * 10) ||| C = 3/24 ==> C = 0,125 m == C = 125 mm

Este é o comprimento de onda para a frequência de 2,4 GHz, e no caso da nossa anteninha dipolo de 1/4 de onda, ela deverá ter aproximadamente 31,25 mm.

Esta medida vale tanto para o elemento transmissor quanto para as distâncias relativas da lata que iremos usar na construção de nossa antena.

Segundo alguns sites que eu vi, o diâmetro da lata tem muita relação com o comprimento de onda do sinal pois ele também atua como um filtro passa-alta, pois frequências baixas a onda não "cabe" dentro da lata, e é fortemente atenuada por conta disso. Outra propriedade é referente ao sinal estacionário que se forma dentro da lata, principalmente no comprimento de onda que se encaixam no diâmetro da lata. Daí podemos predizer a terceira medida, lembrando da teoria das ondas estacionárias onde, por conta da reflexão da onda indo e voltando, cria zonas onde o sinal é bastante presente e zonas onde o sinal está fracamente presente.



Se nós pensarmos bem, tendo uma onda estácionária de primeira grandeza (ou seja, com um único ventre ou anti-nodo), nós podemos colocar a antena posicionada exatamente no ápice do anti-nodo, o que aumenta as nossas chances de recepção e também aumenta bastante a diretividade da mesma. No nosso caso, para termos uma onda estacionária como esta, precisamos então saber o diâmetro da boca da lata que permite o sinal que nós utilizamos se reverbere dentro da lata, e também as dimensões da lata e do posicionamento do transmissor dentro da mesma.

Só para descomplicar, o que devemos fazer é encontrar um diâmetro da boca, de forma que a frequência da onda estacionária ideal seja próxima ou que abarque a faixa de frequências que estamos trabalhando e que a profundidade da lata seja a necessária para que tenhamos somente um único anti-nodo dentro da lata. Com isso, podemos também definir o ponto onde será colocada o elemento transmissor.

Como não é algo muito fácil de calcular, tendo em vista que temos diversas latas de diâmetros diversos, deixo aí um javascript que já calcula automaticamente a menor e a maior frequência que é reverberada pelo conjunto, o comprimento de onda da estacionária dentro da lata e o tamanho do elemento transmissor para o intervalo de frequências que o sistema reverbera:

Calculadora da Antena Circular Waveguide - JavaScript



D é o diâmetro interior da lata
Lo é o comprimento de onda no ar= 0.125 metres
Lc é o comprimento de onda da menor frequência fundamental aceita pelo sistema
Lu é o comprimento de onda da maior frequência fundamental aceita pelo sistema
Lg é o comprimento da onda estacionária dentro da lata
Lc = 1.706D
Lu = 1.306D
Lg = 1 / (sqr_rt{(1/Lo)2 - (1/Lc)2})

Para melhor funcionamento do WiFi em 2,4 GHz e todos os seus canais:

A menor frequência deverá ser menor que 2400 MHz
A maior frequência deverá ser maior que 2480 MHz