Antenas WiFi, posicionamiento relativo y potencia de señal recibida.

Una de las aplicaciones prácticas del concepto de polarización en teoría de antenas, es la ubicación o posición relativa entre dos o más antenas.

Las antenas omnidireccionales pueden ubicarse en dirección vertical u horizontal con respecto a la superficie terrestre (o del piso en una construcción cualesquiera), con ambas antenas verticales u horizontales, o bien una en una dirección perpendicular una de la otra.

Y se dice que la máxima ganancia entre dos antenas se consigue cuando ambas se ubican en una misma dirección, sea esta vertical u horizontal, o sea utilizando una misma polarización.

En un Ambiente WiFi siempre existe un sistema de antenas, una de ellas en el extremo central (sea un Router WiFi u otro equipo que hace las veces de Access Point WiFi), y otra antena en el extremo opuesto en cada equipo computador de un Usuario WiFi; en el caso de un notebook, la antena se encuentran generalmente integrada en el mismo equipo, o si se utiliza un Adaptador WiFi, su antena se encuentra al interior del mismo dispositivo. Hay además algunos Adaptador WiFi que poseen una antena exterior opcional, que aumenta su ganancia, uno de los cuales hemos conseguido para este experimento.

En general las ondas electromágneticas provenientes desde distintas fuentes de emisión, viajan por el medio de transmisión con distintas polarizaciones, y pueden en muchos casos sumarse o incluso anularse bastante entre si; por otra parte una misma Señal WiFi, al atravesar y/o rebotar en distintos medios, puede producir ondas secundarias que, según s mayor o menor potencia, su polarización y fase, a veces intefieren de uno u otro modo con la primaria ("cuidado con los hijos que tenéis", dice el libro de proverbios AGD).

Nos preguntamos recientemente si la dirección relativa de la dupla de antenas ubicadas en ambos extremos de una Conexión WiFi podría tener cierta influencia en la potencia recibida de la señal, y si así fuese, de cual sería dicha magnitud.Y para buscar una respuesta hicimos el siguiente simple experimento:

EXPERIMENTO 2 - DIRECCIÓN DE "WiFi ANTENNAS" Y POTENCIA DE RECEPCIÓN.

Objetivo

Su objetivo es una comprobación básica de la influencia de la posición de las antenas en los extremos de una Conexión WiFi, evaluando la potencia recibida en el equipo computador. A la vez, buscando mantener todas las otras variables que intervienen en el Ambiente WiFi lo más constantes posibles.

Procedimiento:

Este sencillo experimento se trata de mantener siempre fija la posición de la antena en uno de los extremos y variar la posición de la antena en el otro extremo, midiendo en este extremo la potencia de recepción, e intentando mantener otras variables fijas. Y dado a que la sensibilidad de un Adaptador WiFi es distinta según la potencia de recpción recibida, efectuar este experimento en dos situaciones con distintas potencias de recepción.

El intentar mantener constantes todas las otras variables que intervienen en el Ambiente WiFi en un ambiente 'casero' es difícil pues basta que transcurran demasiados minutos de tiempo y ya más de alguna de las variables habrá cambiado: por ello haremos mediciones en intervalos demasiado largos. Tampoco dicho intervalo puede ser demasiado breve ya que el momento de cambio de una condición y su posible efecto distinto o no al anterior, tiene cierta inercia y por lo tanto necesita de un tiempo mínimo de registro.

Condiciones:

Para intentarlo entonces, haremos todo lo siguiente:

• Equipo router WiFi con su antena estándar exterior fija y en posición vertical; además el equipo router también fijo en un lugar, y sin variación en sus parámetros de configuración.
• Notebook ubicado a dos distancias disitintas desde el router, y cada una con condiciones de Ambientes WiFi diferentes:
  • A una distancia de 1,0 metros desde el equipo router, y en visibilidad directa.
  • A una distancia de 2,5 metros, pero sin visibilidad directa y con un muro de ladrillo de 20 cms de espesor (ubicado a 2,0 metros) desde el equipo router.
• En el equipo notebook no habrá ningún otro software trabajando.
• Habitación sin tráfico de otras personas excepto el experimentador.
• Sin usar otros dispositivos cercanos que puedan alterar el ambiente electromágnetico en la banda de 2.4 GHz (horno de microondas, teléfonos inalámbricos.
• Se realizará en la norma 802.11g.
• Se medirá la potencia de recepción en dbm de la Señal WiFi en el equipo noebook con una heramienta (software) confiable. Esta medición se hará con dos posiciones de la antena integrada en la misma pantalla del equipo notebook:
  • Con antena (pantalla) en posición completamente vertical.
  • Con antena (pantalla) en posición completamente horizontal.
  • La señal recibida será medida durante al menos un minuto en cada posición de antena, buscando su valor promedio. Se descartarán y repetirán resultados extraños y notoriamente fuera de rango.
• También se hará todo lo mismo anterior, pero utilizando un Adaptador WiFi USB con antena externa movible, en posiciones vertical y horizontal.

Resultados:

En la figura de la derecha se indica el resultado de la potencia recibida registrada a una distancia de 1,0 metros desde el equipo router, con visibilidad directa, manteniendo en el equipo router su antena en posición completamente vertical, y en el equipo notebook su antena tanto en posición completamente vertical como en posición completamente horizontal.

Y en esta figura de la izquerda se indica el registro a una distancia de 2,5 metros, sin visibilidad directa, con un muro de ladrillo de 20 cms. de espesor, ubicado a 2,0 metros desde el equipo router, manteniendo en el equipo router su antena en posición completamente vertical, y en el equipo notebook su antena tanto en posición completamente vertical como en posición completamente horizontal.

Al utilizar un Adaptador WiFi USB, con su propia antena externa movible, y deshabiltando el Adaptador WiFi integrado del mismo notebook, y bajo las mismas condiciones, se obtuvieron resultados similares en cuanto a diferencia en la potencia recibida.

Comentarios:

Algunos comentarios de los resultados obtenidos en este exprimento son los siguientes:

• La posición relativa de la Antena WiFi en el equipo notebook, en relación a la dirección (vertical, horizontal u otra) de la antena del equipo central (Router WiFi, AccessPoint WiFi) si tiene una infuencia directa en la potencia recibida de una Señal WiFi en el equipo notebook.
• A una distancia de 1 metro desde el router, con una potencia recibida en el rango de -40 dbm, la diferencia observada oscila entre 2 y 3 dB.
• A una distancia de 2,5 metros, sin visibilidad y con una pared de ladrillos intermedia, con una potencia recibida en el rango de -65 dbm, la diferencia observada oscila entre 3 a 5 dB.
• Se observa que la distancia básicamente influye en el rango de la potencia promedio recibida (-40 dbm y -65 dbm), pero no en la presencia o no de una diferencia en dicah potencia recibida con respecto a distintas posiciones de antenas, pues se presenta este efecto a distintas distancias desde el equipo router, con o sin obstáculos sólidos intermedios.
  • El rango de potencia recibida disminuye con la distancia, como es natural debido a la atenuación en el medio de transmisión entre ambas antenas, tanto el aire, como en la segunda distancia el material de la pared de ladrillos intermedia (ya veremos otro experimento para conocer las reales atenuaciones inducidads por distintos materiales intermedios)
• Es importante haber realizado la medición al menos a dos distancias distintas, ya que la sensibilidad de cualquier Adaptador WiFi, integrado o USB externo, difiere según el nivel dela potencia recibida (o lo que es similar, a distintas distancias desde el equipo router).
• También ha sido relevante efecturaa este expeerimento con dos tipos distintos de Adaptadores WiFi, uno integrado y otro USB con antena exterior, para comprobar que los resultados no solamente ocurren por alguna condición intrínseca de un solo Adaptador WiFi.
• La potencia de recepción en el notebok es mayor con la pantalla (antena) del notebook en posición vertical . esto es, con las antenas de ambos extremos ubicadas en la misma dirección.
• La potencia recibida en el notebook es directamente proporcional a la mayor o menor calidad de cualquier Conexión WiFi, puesto que a mayor potencia de recepción existe una mayor inmunidad al ruido eléctrico de fondo y/o de otras señales presentes simultáneamente en el Ambiente WiFi. O en otras palabras, mejora la razón señal a ruido.
• Una diferencia en la potencia recibida de entre 2 a 5 dB puede ser nada de despreciable, especialmente en Ambiente WiFi con valores de señal a ruido muy bajos. Este tipo de Ambiente WiFi se tiene cuando un Usuario WiFi se encuentra trabajando conectado a distancias más lejanas del punto de conexión central de una Señal WiFi, entendiéndose como lejanas incluso unos pocos metros (2,5 metros lineales) cuando se interpone, completa o parcialmente, algún tipo de obstáculo sólido, como con la pared de ladrillo en la segunda distancia en este experimento. En ambas figuras de resultados de este experimento, se observan el resto de las redes presentes en el Ambiente WiFi del momento, todas en el rango promedio de -75 dbm, las que con respecto a la potencia recibida en la segunda distancia, presentan una diferencia en torno a 10 dB. En este Ambiente WiFi, una diferencia mayor o menor de entre 2 a 5 dB es muy relevante, y puede significar para un Usuario WiFi lograr trabajar intranquilo con su Conexión WiFi muy inestable o con una buena calidad del Servicio WiFi.
• Una sugerencia práctica para un Usuario WiFi es entonces:
  • Ubicar en su lugar de Conexión WiFi el equipo central (Router WiFi, AccessPoint WiFi) y conocer la dirección en la posición de su(s) antena(s)
  • Independientemente de otros factores que pueden influir mayor o menormente en una mejor Rendimiento WiFi (ya los veremos en otros experimentos), es conveniente trabajar con la antena de su Adaptador WiFi (externa o integrada en su notebook) "en la misma dirección de polarización que la antena del equipo central", para así aumentar la probabilidad de lograr una buena Conexión WiFi.
  • Lo anterior a veces no es tan fácil de lograr pues en lugares públicos muchas veces los equipos centrales se encuentran ocultos a la vista, y/o también sus antenas se dirigen en sentido horizontal; esto último en el caso de un Adaptador WiFi integrado con antena interna en la pantalla del notebook, indicaría trabajar por ejemplo con la pantalla del notebook en posición horizontal, lo cual es muy poco práctico. Sin embargo, igualmente se puede mejorar buscando una posición de trabajo intermedia de la propia antena integrada, y con mayor razón cuando ella pertenece a un Adaptador WiFi USB.