Quali antenne devo usare?

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E' una delle domande più frequenti nei forum sparsi per la rete:

"Devo connettere 2 punti distanti N Km a 22Mbit. Quali sono le antenne ideali con prezzo/prestazioni migliori , meglio se autocostruite?"

La risposta a questa domanda dipende da come sono disposti i punti da connettere e quali eventuali ostacoli si devono superare. In ogni caso è sempre meglio usare l'antenna "minima", quella con guadagno sufficiente ad effettuare il link e che costa di meno. Ricordate, infatti, che ogni 3 dBi di guadagno raddoppiano la concentrazione del segnale e che ponendo un'antenna da 20 dBi su un trasmettitore da 20 dBm è come se si stesse sparando 10Watt di potenza in una certa direzione (100mw concentrati in un segnale 100 volte più forte).

Prima di continuare, diciamo cosa fa un'antenna:
Un'antenna ha lo scopo di concentrare in una zona limitata dello spazio (in un "fascio") l'energia emessa dal trasmettitore; il risultato è che l'energia non viene sprecata in direzioni non volute (ad esempio verso il cielo). E' esattamente come nelle torce elettriche dotate di un riflettore: concentrano la luce in un punto ed è dunque necessaria una potenza piccola per illuminare bene una zona limitata dello spazio.

La maggior parte delle informazioni che troverete su Internet si basa su un presupposto che, quasi a ragione, è dato per scontato: i punti devono essere "a vista radioelettrica". Questo significa che non devono esserci ostacoli di sorta; per le distanze elevate (diciamo oltre i 600-800 metri) questi ostacoli devono essere quanto più bassi (o meglio lontani) possibile rispetto ai 2 punti da connettere. Per come si propagano le onde elettromagnetiche, infatti, è possibile che due punti "otticamente visibili" potrebbero non esserlo "radioelettricamente" a causa di ostacoli che si trovano nelle vicinanze del punto in cui passano le onde elettromagnetiche... ATTENZIONE: può valere anche il contrario: assenza completa di visibilità ottica ma buona visibilità radioelettrica!

Quindi qui supporremo che tra i punti ci sia una discreta "visibilità radioelettrica".
Considereremo vari casi di connessione, a distanze sempre crescenti; in ogni caso consideriamo che per effettuare le prove di comunicazione si usino da un lato un access point e dall'altro una scheda wi-fi in grado di misuare il segnale ricevuto. Per le comunicazioni stabili, invece, consideriamo sempre che si useranno degli access point, usati o in modaita AP + AP-Client oppure in modalità Bridge (Point-To-Point, Point-To-Multipoint o WDS)
Una volta noti guadagno dell'antenna, potenza di uscita del trasmettitore e la distanza da coprire, è possibile usare questo tool online di analisi della propagazione delle onde elettromagnetiche per simulare una situazione vicina alla vostra: Link Analisys Tool.

Caratteristiche dei vari tipi di antenna

Nome Descrizione Guadagno tipico
Omnidirezionale "piccola" da 6dB
 la classica antenna collineare a polarizzazione verticale. Non sempre facile da costuire, anche se esistono dei progetti davero semplici ma che non ho ancora provato a realizzare. Da scegliere solo in configurazioni punto-multipunto a distanze non troppo lunghe. 6 dBi
Cantenna
 una delle antenne più facili da realizzare in assoluto. Molto famosa nel nostro gruppo è quella fatta col barattolo di caffè Kimbo da 250g.
E' anche molto facile da puntare.		 8-10 dBi
Biquad (modello di Trevor Marshall)
 ottima antenna, facile da realizzare perchè "resiste" molto bene agli errori di realizzazione. Se costruita a regola d'arte arriverebbe a 10dB circa (versione standalone: la versione "feed per parabola" ha un guadagno più basso) 8-10 dBi
Yagi
 dificile da relizzare, molto sensibile agli errori di fabbricazione, in genere richiede anche l'abbinamento di un balun (sta per balanced-to-unbalanced, un adattatore ). E' l'antenna più facile da puntare data la sua forma ed il suo ampio lobo di irradiazione. Si camuffa perfettamente tra le antenne TV (sopratutto tra quelle "spaziali" che vendono oggi). 10-12 dBi
Short Backfire
 un po' cara a causa del rame e non facilissima da realizzare; a meno che non si segua il facile ed economico progetto "Pastiera con dipolo in PCB". Arriva fino a 14dB, se realizzata a regola d'arte (cosa abbastanza difficile) 12-14 dBi
Slotted Waveguide
 una delle antenne più difficili da realizzare ed in polarizzazione orizzontale; è solidissima quando fatta in profilato di alluminio; la sua versione a 180 gradi ha un guadagno molto elevato, che la candida per connessioni a lunga distanza (anche oltre gli 8 Km) multipoint-to-multipoint. Trovare il profilato delle dimensioni giuste e qualcuno che lo lavori può rivelarsi un'impresa! da 6 a 18 dBi
Parabolica
 una delle antenne più facili da realizzare. Una volta costruito il feed (ad esempio usando la biquad di Trevor Marshall), non rimane che montarlo sul fuoco della parabola. La versione da 18dB è ancora sufficientemente facile da puntare. Il suo unico problema è il vento: se montata su un palo troppo alto oscilla moltissimo... 16-24 dBi
Parabolica a griglia

 Ha caratteristiche simili ad una parabolica normale, ma è dotata di un riflettore parabolico grigliato, che fa passare molto bene il vento e permette di montare l'antenna anche su pali alti senza avere oscillazioni eccessive. Purtroppo trovare riflettori parabolici a griglia non è facile ed in genere questo tipo di antenne si comprano già belle e pronte. 13-24 dBi

Miniparabola in cartone e stagnola

Estremamente facile da costruire: servono colla, cartone e carta stagnola!

Secondo gli autori (www.freeantennas.com) tale antenna da un gadagno fino a 12 dB, se costruita per bene. La nostra esperienza è stata estremamente positiva ed il guadagno ottenuto è stato di 12dB (da notare che l'incremento misurato rispetto all'antenna originale è di 10 dB, che ha a sua volta guadagno di 2 dB).

 9-12 dB


Caso base: connessione tra 2 punti ad una distanza fino a 100m
Caso molto comune, due amici che abitano vicino e vogliono connettersi tra loro. E' sufficiente usare le antennine integrate negli access point e mettere gli apparecchi dentro casa e vicino ad una finestra, in modo che i due AP "si vedano". Meglio ancora se gli AP vengono messi fuori, ad esempio sul balcone, all'interno di una scatola elettrica a tenuta stagna. In caso di ostacoli, è possibile usare antenne direttive per tentare di attraversarli o aggirarli sfruttando la riflessione su qualche superficie che entrambe i punti vedono. In questo caso di grande aiuto è la miniparabola in cartone e stagnola, facile ed economica da costruire, a patto che il vostro access point abbia delle antennine a dipolo su cui applciarla. In alternativa si può optare per una o due cantenne fatte alla meglio.

Caso 1: connessione tra 2 punti ad una distanza fino a 500m
Basta usare un qualsiasi tipo di antenna che abbia un guadagno di almeno 5 dB, anche omni. La cantenna è la più facile da costruire, mentre la Biquad è suffcientemente piccola da poter essere piazzata insieme all'AP dentro una scatola a tenuta stagna. La cosa migliore in questo caso è secondo me è usare due cantenne oppure una cantenna ed una omni qualsiasi.
I 500m rappresentano spesso il tipico tratto cittadino, in cui spesso capita di avere nel mezzo palazzi di altezze molto simili a quelli da mettere in comunicazione; in questi casi anche antenne direttive ad alto guadagno possono risultare inutili (se non addirittura dannose per chi abita li' intorno) e la cosa migliore è piazzare delle antenne di guadagno adeguato alla distanza su dei pali molto alti (da 4 a 8 metri) e ben controventati, in modo da superare di un paio di metri gli edifici circostanti.

Caso 2: connessione tra 2 punti ad una distanza fino a 1Km
Qui le cose si fanno un po' più serie, semplicemente perchè in 1Km è facile che ci sia un ostacolo per mezzo che diminuisca la "visibilità radioelettrica". Per un Link del genere bastano due cantenne semplici costruite per bene. Se tuttavia ci fosse un ostacolo da superare, come degli alberi, potrebbe essere necessario usare un'antenna da 10 dB su uno dei due punti; ad esempio una piccola Yagi oppure una biquad tipo quella di Trevor Marshall, quadrata e con riflettori laterali.

Caso 3: connessione tra 3 o 4 punti ad una distanza fino a 1Km
Qui le cose si fanno un po' complesse. Per connettere più di 2 punti è possibile usare gli Access Point in modalità Multipoint. Con molti AP, che io sappia, è tuttavia necessario che ogni AP "veda" tutti gli altri affinche possa comunicare con essi. Inoltre tale modalità funziona con AP della stessa marca, in genere. Il multipoint dovrebbe avere il vantaggio di essere fault tolerant, in quanto se cade un punto, gli altri continuano a comunicare.

Se tuttavia il vostro access point support la modalità WDS (Wireless Distribution System), le cose si semplificano moltissimo: infatti è sufficiente che gli access point si vedano "a due a due", il WDS farà il resto facendo comunicare anche gli Access point che non si vedono direttamente. Un ottimo esempio sono Linksys serie 54g, che per di più sono basati su GNU\Linux e per i quali esistono distribuzioni alternative e potentissime dei firmware.

Un'alternativa è usare una configurazione "a stella", nella quale un punto centrale funge da nodo per tutti gli altri. Tale configurazione può essere raggiunta in diversi modi, ma per semplicità consideriamo solo la seguente:
Un AP al centro setlla in modalità AP e gli altri AP in modalità AP-Client (solo per client cablati)

Per quanto riguarda il multipoint, la cosa migliore sarebbe usare antenne Slotted Waveguide a 4 slot per lato, sia a 180 che a 360 gradi.
Per la configurazione a stella, la cosa migliore sarebbe usare una Omnidirezionale da 6-8 dB per il centro-stella e delle direttive tipo cantenna o biquad (tipo quella di Trevor Marshall) per gli altri punti.
Come nel caso 2, se ci fossero picoli ostacoli da superare, come gli alberi, potrebbe essere necessario sostituire la cantenna con un'altro tipo di antenna da 10 dB.

Caso 4: connessione tra 2 punti ad una distanza fino a 3Km
Premetto che in questo caso è necessario che gli ostacoli siano ridotti al minimo. Per fare 3Km in teoria sarebbero sufficienti un paio di biquad fatte bene (tipo quella di Trevor Marshall). In realtà è meglio porre su uno dei due punti un'antenna da 10 o 12 dB. Una Yagi oppure una Short Backfire fatta in maniera discreta andranno benissimo.
In caso di ostacoli che diminuiscono la "visibilità radioelettrica" potrebbe essere necessario usare un'antenna parabolica di max 60cm su uno dei due punti.

Caso 5: connessione tra 2 o 3 punti ad una distanza fino a 8Km
Premetto che in questo caso è necessario che non ci siano ostacoli che riducano la "visibilità radioelettrica"; in caso contrario un link del genre si realizza più che altro "a culo".
Per avere un Link stabile è sufficiente usare due antenne da 10 o 12 dB, ad esempio delle Yagi o delle Short Backfire costruite in maniera discreta.
Se i punti da connettere sono 3, è possibile usare la configurazione a "stella" descritta nel caso 3. Nel centro stella si può usare una Slotted Waveguide a 180 o 360 gradi da 8 Slot per lato, mentre negli altri due punti antenne da 10 o 12 dB. Se si usa una omni qualsiasi da 6dB potrebbe essere necessario usare due Short Backfire costruire a regola d'arte (da 14 dB dunque) oppure un paio di paraboliche costruite alla meglio.
Usare 2 paraboliche per 8Km può essere utile esclusivamente se si devono superare piccolissimi ostacoli, come uno o due alberi o un edificio un po' troppo "sporgente".

Caso speciale: connessioni in ambienti chiusi

E' diventata una delle domande più frequenti, ed è quindi giunto il monento di parlarne.
Perchè un "caso speciale"? Perchè di questo si tratta, quando le connessioni da fare non sono all'aperto ogni situazione è un caso a sè.
Dissolviamo immediatamente le illusioni: al chiuso c'è ben poco da fare e le elevate potenze o le antenne ad alto guadagno lasciano il tempo che trovano.
Ciò che conta è la quantià di ostacoli da attraversare e l'angolo con cui li sia attraversa.
Che cosa succede quando si attarversa un muro? Principalemtne due cose: una parte del segnale attraversa il muro, che lo attenua. Un'altra parte viene riflessa provocando, tra le altre cose, rumore. In ogni caso un bel po' di segnale viene perso.
Cosa succede se il muro non è attraversato perpendicolarmente? Un guaio, perchè il muro è più spesso quando è attarversato in diagonale. Se fate un buco in un muro speso 50cm a 45° vi servirà una punta da trapano di almeno 70cm.
Ma i muri non sono l'unico problema: alzi la mano chi appiccicato ad un muro non ha almeno una libreria, un divano o peggio ancora un armadio formato mammutto :)
Posizionare un AP all'interno di un singolo appartamento può comportare qualche problema, se si vuole tenere conto dell'angolo con cui vengono attraversati i vari ostacoli. Fare questo per un intero piano può essere un'impresa.

Cosa succede se invece si vuole attraversare un solaio (ovvero il pavimento)? Qui la situazione è un po' più difficile, perchè i solai contengono una gran quantità di ferro, cosa che attenua e/o riflette il segnale molto più di un muro (senza contare che solitamente sono molto più spessi di un normale muro di separazione tra stanze o appartamenti).
Quindi, attraversare un solaio, anche in diagonale ce la si fa. attraversarne due... beh dipende da quanto sono spessi e l'angolo cominciua ad essere critico. Attraversarne 3... suppongo che, come ho fatto io, volete provare ad arrivare in cantina. Buona fortuna! :)

Ma abbiamo divagato fin troppo, anzi sarebbe il caso di tagliare un po' sto papiello: toriniamo alle antenne!
Che antenne usare in una connessione all'interno?
Per la copertura in orizzontale delle buone antenne sono le omnidirezionali, piazzate al centro dell'appartamento; e le antenne poco direttive (ad esempio quelle a pannello da 7-8 db) piazzate ad un estremo dell'appartamento.
In ogni caso, per prima cosa provate con le antenne originali, variando semplicemente la posizione dell'Access Point.
Come alternativa economica alle antenne a pannello, provate questo progetto: miniparabola ultra-economica da applicare sulle antenne originali (che tuttavi aha un guadango un po' troppo elevato per l'interno)
Le antenne a barattolo, invece, tendono ad avere un guadagno troppo elevato.

Perchè non un'antenna di guadagno elevato? I motivi principali per cui io lo eviterei sono:

Per la copertura verticale, le cose cambiano (e quando mai!). In questo caso le variabili diventano troppe, soprattutto perchè il caso più richesto è quello che prevede di coprire due appartamenti con un singolo access point (come se non fosse già difficile coprirne uno solo! :) ). E' una cosa complicata, perchè in un modo o in un altro si deve scegliere attraversare in diagonale i muri o il solaio. Un'antenna omni non va più bene, perchè tende ad irradiare energia solo in orizzontale.
Ciò che si può provare è con un'antenna direttiva, posta all'estremo di un appartamento orientata leggermente verso il basso, e sperare di coprire almeno una parte del piano inferiore.

 

 

Per il momento le mie esperienze non coprono nessun altro caso.

 

 

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