Antenas

É por isso que as antennas do ponto de acesso devem ficar sempre na posição vertical, a menos é claro que você queira que o sinal seja irradiado na vertical, de forma a conseguir se conectar à rede quando estiver no andar de cima, por exemplo. Ao instalar o ponto de acesso, o ideal é que ele fique em uma posição central e um pouco mais alto que os móveis e demais obstáculos, de forma que o sinal possa trafegar até os clientes sem muitos desvios.

Se instalar o ponto de acesso em uma posição central não for possível, considere usar uma antena setorial ou um defletor caseiro (veja a seguir), de forma a direcionar o sinal para a área desejada.

Continuando, sempre que possível, as antenas nos clientes devem sempre estar alinhadas (também de pé) em relação à antena do ponto de acesso, para uma melhor recepção. Caso o cliente use algum tipo de antena mini-yagi, então a antena deve ficar apontada para o ponto de acesso.

Por não irradiar muito sinal na vertical, concentrando-o na horizontal, uma antena ominidirecional típica oferece um ganho de 2.2 dBi, o que equivale a um aumento de 65% na potência de transmissão (e também na qualidade da recepção) em relação a uma antena teórica que irradiasse o sinal igualmente em todas as direções.

A partir daí, é possível aumentar a potência de transmissão de duas maneiras:

a) Usando um amplificador de sinal
b) Concentrando o sinal da antena

No caso da opção A, a solução seria utilizar um amplificador, que é capaz de aumentar a potência de transmissão do ponto de acesso (ou da placa wireless) para até 1 watt, que é o máximo permitido pela legislação. A grande maioria dos pontos de acesso trabalha com menos de 100 milliwatts de potência de transmissão, de forma que 1 watt significa um ganho considerável. Ao usar um amplificador, é importante escolher um amplificador bidirecional (que amplifica também o sinal recebido dos clientes), caso contrário o alcance prático ficará limitado pela potência dos clientes.

Amplificador Wi-Fi de 1 watt

Muitos pontos de acesso permitem ajustar a potência de transmissão, mas normalmente o ajuste é liberado apenas para baixo. Ou seja, você pode reduzir a potência de transmissão, de forma a intencionalmente reduzir a área de cobertura da rede (o que ajuda na questão da segurança), mas não aumentar:

Grande parte dos pontos de acesso utilizam transmissores com uma potência maior, mas ela é limitada via firmware de forma a atender as normas das agências reguladoras de diversos países. Em muitos casos, é possível "destravar" o ponto de acesso, permitindo usar toda a potência disponíveis usando um firmware alternativo.

Diferentemente de um amplificador bidirecional, que irá amplificar tanto a transmissão, quanto a recepção do sinal dos clientes, amplificar o sinal do ponto de acesso melhora apenas a transmissão no sentido ponto de acesso > cliente, sem fazer nada para melhorar a recepção das transmissões dos clientes. Devido a isso, o alcance da rede continuará basicamente o mesmo (afinal, se o ponto de acesso não recebe o sinal do cliente, não é possível abrir o canal de comunicação), mas oferece ganhos com relação à recepção dos clientes, permitindo que eles obtenham um sinal mais estável e taxas de download mais altas quando dentro da área de cobertura. Em outras palavras, você obtém parte dos benefícios de usar um amplificador sem precisar colocar a mão no bolso.

Dois exemplos são o OpenWRT (http://openwrt.org/) e o DD-WRT (http://www.dd-wrt.com) que oferecem suporte a um grande número de pontos de acesso. Note que regravar o firmware pode inutilizar o ponto de acesso caso ele não seja suportado, ou caso algo dê errado durante o processo, por isso não deixe de checar as listas de compatibilidade e as instruções de instalação.

Em seguida temos a opção B, que consiste em utilizar uma antena de maior ganho, que concentra o sinal em uma única direção, aumentando assim a potência efetiva de transmissão. Quando mais estreito o foco da antena, mais concentrado é o sinal.

O ganho da antena é medido em dBi, sendo que um ganho de 3 dBi equivale ao dobro da potência de transmissão e um ganho de 10 dBi equivale a um aumento de 10 vezes. Usar antenas de alto ganho tanto no ponto de acesso, quanto no cliente permite criar links wireless de longa distância, indo muito além dos 150 metros nominais.

Existem no mercado antenas ominidirecionais com maior ganho, que podem substituir diretamente as antenas do ponto de acesso. Aqui temos uma antena de 5 dBi ao lado de uma antena padrão de 2.2 dBi:

Antenas ominidirecionais maiores, de uso externo, podem oferecer 10 ou até mesmo 15 dBi. O sinal continua sendo transmitido em todas as direções na horizontal, mas o ângulo vertical se torna muito mais estreito.

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 mais de 3 vezes maior que uma de 12 dBi.

Antena setorial

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

As patch são antenas quadradas, que contém 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:

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 maior ganho, mas em compensação são capazes de cobrir apenas uma pequena área, para onde são apontadas, normalmente 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.

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 mais 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 que 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 uma 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 as antenas 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 delas, para manter o sinal em um raio circular, atendendo aos micros próximos e usar uma antena yagi na segunda, 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 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 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.

Antena parabólica de grelha

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 dentro do foco da antena (que se torna cada vez mais estreito conforme aumenta o ganho da antena).

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, o que, em situações ideais, permite a criação com 25 ou mesmo 30 km de distância.

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 ficar se preocupando com pigtails e conectores. Como os adaptadores wireless USB estão cada vez mais baratos, isso tende a se tornar mais comum.

Continuando, é também perfeitamente possível instalar uma antena de alto ganho diretamente no PC ou notebook, de forma a captar o sinal de um ponto de acesso distante ou melhorar a recepção da rede, nesse caso sem mexer no ponto de acesso.

Muitas placas PC-Card ou USB oferecem um conector para antena externa, mas é possível também, instalar a antena diretamente na placa interna do notebook. O resultado estético acaba não sendo muito bom, pois você precisa abrir a tampa que dá acesso à placa e deixar o cabo para fora, mas funciona.

Além das antenas tradicionais, existem também antenas yagi ou setoriais portáteis feitas especialmente para uso em conjunto com um notebook. Por serem bastante compactas, é fácil carregar a antena e apontá-la para o ponto de acesso:

Antena setorial e antena yagi portáteis

Normalmente estas antenas portáteis oferecem apenas 4 ou 6 dBi de ganho, mas isso já corresponde a uma melhora significativa em relação às antenas padrão.

Uma observação importante é que usar a faixa dos 5 GHz, seja em uma rede 802.11a, ou 802.11n demanda o uso de uma antena própria para a faixa de frequência. Salvo algumas antenas multiband (mais raras e geralmente mais caras), as antenas são construídas para operar em uma faixa de freqüência específica e não podem operar em outras sem adaptações, por isso é importante verificar a faixa de operação antes de comprar.

Uma solução caseira para aumentar o ganho da(s) antena(s) do ponto de acesso, que funciona tanto com antenas que operam na faixa dos 2.4 GHz, quanto com as que operam na faixa dos 5 GHz, é fazer um defletor caseiro, que concentra o sinal recebido pela antena padrão do ponto de acesso, fazendo com que ela cubra uma área mais focalizada, porém com um ganho maior, de forma similar ao que seria obtido ao utilizar uma antena setorial.

Além de melhorar a qualidade do sinal na área desejada, ela reduz o alcance nas demais direções, o que também ajuda na questão da segurança.

Esta é uma receita muito simples. Você precisa de alguma folha de metal ou fio (como uma malha de fios, papel alumínio, papel laminado ou um pedaço de lata) e papelão. Cobrindo um pedaço retangular do papelão com a folha metálica e dobrando-o de forma a formar um semi-círculo, você obtém um concentrador de sinal, que pode ser espetado em uma antena ominidirecional:

Os sinais são refletidos pela folha metálica e concentrados, melhorando tanto a transmissão quando a recepção do sinal. A desvantagem é que o defletor precisa ser apontado para a área desejada. Naturalmente, o defletor não reflete todo o sinal, apenas a maior parte dele. Um cliente próximo pode se conectar normalmente à rede se estiver na direção contrária, porém a poucos metros do ponto de acesso, mas um vizinho a 50 metros não teria a mesma sorte.

Você pode baixar o modelo com os ângulos corretos no: http://www.freeantennas.com/

Existe ainda a popular "cantenna", um tipo de antena Yagi feita usando uma lata de batata Pringles. Você encontra a receita no: http://www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448.