Introducción
Vamos, que todos deseamos la mejor conectividad. Conectarnos a veces en condiciones poco menos que ideales, ya sea por la distancia, los obstáculos o nuestro mismo equipo de comunicaciones.

Igualmente, otros por cumplir con los límites de potencia emitida, trabajan en como mejorar la señal sin violar las regulaciones.

Aquí entran en juego las antenas, que se encargan de recibir y emitir las señales radioeléctricas, y entre las más eficientes, si no las que más, están las antenas que emplean reflectores parabólicos.

En que nos ayuda un reflector parabólico? Simplificando:

• Hacer más direccional la señal, dirigir y recibir señales en un ángulo/rayo estrecho (esto también ayuda en generar menos interferencia alrededor).
• Concentrar las ondas radioeléctricas en un punto y las emitidas “recogerlas” y concentrarlas direccionalemnte. Esto aumenta la sensibilidad en la recepción (y la relación señal/ruido) y el alcance en la transmisión.
• Hacer que la antena “vea” menos a otros equipos alrededor y más al que se dirige. Esto también mejora la relación señal/ruido.

Este artículo llevo como un año por publicarlo. Ahora lo hago, más o menos, y esta semana iré actualizando y completando el texto.

Construcción

Construirla lleva su tiempo. Con calma y cuidado vamos haciendo la piezas y armando el rompecabezas.

Materiales y herramientas

Si, los materiales son puros “desechos”. Si los vecinos empiezan a pensar “raro” de ustedes al verlos recogiendo latas por la calle, no me culpen.

• Parte frontal del protector de un ventilador. Este es de 42 centímetros de diámetro y unos 8 cm de profundidad
• Latas de cerveza o refresco
• Alambre
• Pinza de corte y alicate

Empezar curvando las varillas. Esta parrilla es una primera que conseguí, en más mal estado, los demás pasos los verán con una posterior mucho más conservada. Se puede hacer con cartón de una caja, la plantilla con la curva de la parábola, como guía. El como hacer la plantilla curva correctamente, se lo dejo de tarea.

Cortar las latas, la parte exterior, como se ilustra. Las láminas no deben quedar rectangulares, si no con tendencia hacia a un triángulo, o trapecio, o la figura geométrica que se les paresca, jajaja. Es decir, uno de los laterales menores, algo mas pequeño que el contrario.

De manera que una lámina solape la anterior, ir adosándolas a la parrilla. Con unos agujeros ir sujetándolas con el alambre. Tratar de mantener una curvatura suave, sin saltos ni dobleces, que los solapamientos queden lo más parejos posible.

Vista trasera

Vista lateral

La construcción completa incluye el soporte del dispositivo WiFi, su cobertor, el soporte de sujección de la parábola, así como el cable USB sobre UTP con alimentación dedicada. Durante los experimentos, la parábola se mantuvo agarrada en mano, para manipulación precisa.

Calculando el foco de la parábola

Si apuntan la parábola bien orientada al sol, siendo las láminas bastante reflectantes, pueden con la mano (!!) ir localizando el foco. Verán como el reflejo se va concentrando, y sentirán el calor del sol intensificado, ;-). Entre más se concentre la mancha luminosa (…mejor lo hacen con un papelito), mejor habrá quedado la parábola.

Pero como tenemos ayuda en software, mejor así…

Eficiencia teórica estimada
La ganancia se calcula como:

donde:
A, área de apertura. Para un reflector circular,
d, diámetro del reflector
lambda, longitud de onda de las ondas de radio. Depende de la frecuencia objetivo.
eA, eficiencia de la apertura. Tipicamente va de 0.55 a 0.70

El parámetro de eficiencia de superficie va de 0.5 el peor a 0.7 el mejor. Como la superficie es mucho menos que “perfecta”, le daremos el peor valor.

Eficiencia teórica en banda de 2.4GHz
Ganancia 17.46 dB. La señal se incrementa 55 veces.

Eficiencia teórica en banda de 5GHz
Ganancia 23.8 dB. La señal se incrementa 242 veces.

Pruebas

Las pruebas se realizaron con diferentes receptores situados en el foco de la parábola.

Primero se escogieron algunos APs activos, con localización más o menos conocida y a diferentes distancias, pero que las condiciones no fuera las mejores y la señal no fuera alta, y para simular condiciones por debajo de lo ideal.

Primero se midió la señal en el lugar con el dispositivo wifi solo, conectado por un extensor USB. Luego el dispositivo WiFi se colocó en el foco de la parábola.

Se orientó la párabola hasta lograr el mejor nivel de señal. Las antenas parabólicas poseen un lóbulo principal de su patrón de radiación muy estrecho, lo que hace algo dificl orientarlas con precisión. Aqui se fue moviendo lentamente apuntando a la dirección general de los APS hasta que se alcanzaran los mayores niveles en la recepción.

En esta imagen se representan los lóbulos del patrón de radiación (cuando emite). El lóbulo principal, los laterales y el trasero. simplificando la idea, una parabólica deber tener un lóbulo principal mucho mayor y estrecho que los demás.

Se muestran las gráficas antes (sin parábola), durante la mejor recepción con parábola, y luego de retirar la parábola. La línea recta discontinua que atravieza las gráficas indica los niveles en estos casos, como referencia contra el eje de cooredenas asociado al nivel de señal.

El software empleado es
• inSSIDER en Windows y Android
• WifiAnalyzer en Android
• Vistumbler en Windows

Unas pruebas de recepción y otras de transmisión las hice en la misma casa. Este es el esquema:

Recepción con un móvil
Empleando un Huawei Honor 5X como receptor, funcioanndo en la banda de 2.4GHz. En la foto, las antenas Wifi y Bluetooth se encuentran en la parte inferior del movil, conectadas al circuito de radio por un coaxial.

Es muy interesante que localizar la antena Wifi del movil en el foco entrega una mejoría similar a la esperada, pero al hacerlo con el área del circuito de recepción, la ganancia es mayor incluso al máximo teórico!! Se llega a 20-22db!! Este valor es el que mostramos.

Hotspot en una laptop Lenovo ThinkPad x201, dentro de la casa, a 20 metros de distancia, dos paredes y otros obstáculos por el medio.

Con otros APs

Recepción con un adaptador USB D-Link DWA-182

Este adaptador USB soporta las normas a/b/g/n/ac en 2.4GHz y 5GHz. Es doble banda asi que en el mejor caso tendría un maximo teórico de velocidad de 1200 Mbps, aún en una sola banda es capaz de entregar velocidades de datos al doble de por ejemplo un Nano M5, claro en mucho menor alcance (para esto es la parábola). Su única pega es que no funciona en modo AP, asi que no pude emplearlo en mediciones de transmisión.

No se cual será la potencia de transmisión, pero usualemente oscilan entre 30 y 100 miliwatts (mW), aunque algunos adaptadores USB como los fabricados por Alpha, dicen llegar a 1 watt (igual que un Ubiquiti o Microtik o similares para exteriores). Los AP de interiores usualmente están limitados hasta 250-300mW. Algunos de estos adaptadores, con truco, se puede modificar su potencia máxima, pero este no parece ser el caso, una lástima pues si se subiera a 150 o más sería mucho mejor.

Con este me he conectado relativamente bien a una Wifi_Etecsa a unos 400 metros en los 5GHz, desde un 9no piso, pero sin ver las anteneas, más bien de rebote en otro edificio, aún así reproduciendo video de YouTube y videochat relativamente bien a ~1 Mbps; en los 2.4GHz era muy difícil de día, de noche a veces. Aún no he probado conectar desde allí usando el reflector.

Tiene dos antenas internas, o un dipolo, y provisión para con truco, ponerle dos antenas externas de más ganancia. Esto es algo que quiero probar luego con unas antenitas de teléfonos inalámbricos que tengo por aquí. Sin embargo los coaxiales que tengo los conectores son “hembra”, y como se ve en la foto, los necesito “machos” para poderlos conectar en la placa.

Las mediciones

Esta es con un AP funcionando en los 5GHz

Esta prueba es apuntando a un ADSL de Nauta Hogar. Esta localizado en una casa a 20 metros de distancia. Pero la señal debe atravezar tres paredes, una cerca de malla y los 20 metros abiertos de separación entre las casas. Las gráficas, sin usar el reflector y usando el reflector.

Recepción con un adaptador USB TP-Link Archer T2UHA

Este es otro adaptador usb. Su diferencia radica en que solo trabaja en una banda, pero tiene una antena externa de unos 2.5-3dB de ganancia que le da ventaja de sensibilidad con respecto al modelo anterior. Y este si funciona en modo AP, pero aquí no tuve tiempo para hacer pruebas de transmisión, pues fue un préstamo de corto tiempo.

Las mediciones

Transmisión

Muchos olvidan que los radioenlaces son en las dos direcciones. Podemos tener una buena señal de un equipo potente, pero si el nuestro no tiene potencia para llegar al otro, por supuesto que no se conectarán. Por esto es necesario trabajar también en mejorar la señal emitida.

Para la prueba de transmisión usamos el móvil Honor como AP. Se creó un hotspot y se colocó en el foco de la parábola. A unos 12 metros de distancia y con/sin obstáculos, con una laptop se realizaron las mediciones, con desplazamientos laterales, entrando y saliendo del lóbulo principal de la señal radioeléctrica.

Con el DWA-182

Con la wifi de la laptop.

Este caso, se situó el movil con el reflector dentro de la casa, a unos 22 metros de distancia, pared y otros obstáculos de por medio.

Conclusiones

• Al parecer, con dispositivos que ya tienen una sensibilidad aceptable, se tiene menor ganancia. Con los adaptadores usb empleados fue de entre +10 y +12 dB. O es que estos tienen alguna particularidad que los hacen responder peor al reflector.

Nota: como comenta un lector, el probelma puede radicar en que estos adaptadores emplean un dipolo y la forma en que se concentra la señal en este reflector no sería el adecuado para este caso. Se deberia usar una parabolica cilindrica. Esto es algo que tambein tenia por hace pues tengo la parrilla para fabricar el reflector de este tipo. Cuando lo haga y pruebe, publico al respecto.

• Dispositivos con menor ganancia responden mejor. Empleando el móvil en recepción vimos desde +15 a +22 dB de mejoría.

• En transmisión, al ganancia parece ir de manera similar. Con un adaptador se recibió a +10dB, con la wifi de la laptop unos +15dB.

En resumen, en la primera versión del reflector la ganancia media estaría en unos +15dB en 2.4GHz, de un teórico de 17.5 dB, lo que nos daría una señal al menos 30 veces mejor. Esto es, mejor calidad de señal y más alcance en la transmisión.

En combinación con el móvil se comportó como un sistema casi perfecto!, llegando a 20dB y una señal mejorada más de 100 veces. Santa cachucha!!! Tendré que usar el móvil como AP!? :-))

Próximos pasos

• Ajustar mejor la curvatura de las láminas empleando la plantilla en cartón con la curva parabólica.

• Hacer medidas de transferencia de datos, a un metro como línea base y a una distancia de 100-150 metros y con obstáculos.

• Construir una segunda parábola y hacer pruebas entre dos puntos usándolas.

• Hacer un segundo reflector, ya sea una pequeña parábola o con una lata (guía de ondas) para aprovechar más energía radiada/reflejada y mejorar aun más la relación señal/ruido.

• Hacer otras medidas para validar observaciones.

• Si aún existe, buscar, reparar (debe estar hecha mi..da) y probar una vieja parábola experimental construida por un familiar hace cosa de 20 años, de alrededor de 1 metro de diámetro o algo más, no recuerdo, la última vez que la vi tirada en un patio y cubierta de hierba debe hacer más de 10 años).

• Si logro hacer otra antena, como una biquad, helix, CoCo, yagui-disk u otra, usarla como alimentador de la parábola. Sería la ganancia de una más la ganancia de la otra?

Señalar que este reflector sirve por igual para Bluetooth, teléfonos inalámbricos, radio-control y otros sistemas de comunicación. Para cada caso hay que calcular las ganancias teóricas según las frecuencia a utilizar. Frecuencias de trabajo menores requieren parábolas de mayor radio para ser efectivas

Ver el siguiente artículo

Probemos el reflector parabólico. Conectar el móvil a una PC a casi 300 metros. Parte 1.


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