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Construcción de un Nodo P2P con Antena Parabólica (1)

Este documento esta basado en las recopilaciones y experiencias propias del autor.

El autor declina cualquier responsabilidad derivada de la aplicación de este tutorial.

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expresamente prohibida en cualquier medio o soporte sin la autorización por escrito

del autor.

Previa

Habeis sido muchos los que os habeis interesado por saber cual es la forma óptima

de establecer un enlace punto a punto en la banda de 2,4Ghz para larga distancia.

Hay mucha bibliografia sin fundamento (sobretodo en internet)propiciada por

comerciantes sin demasiados escrupulos que prometen resultados milagrosos y que lo único que pretenden es vender a toda costa sin preocuparse por nada más.

Desde este articulo pretendemos dar un poco de luz sobre el tema y facilitar a las

comunidades Wireless la posibilidad de establecer enlaces mas alla de unos

centenares de metros a un minimo costo y aprovechando materiales de bajo costo.

No es un manual de montaje cientifico ni pretende serlo, mas bien un manual

práctico para comprender el funcionamiento de una antena parabolica, en este caso del tipo offset y su aplicación al mundo Wireless.

Vistas estas premisas vamos ya a montar nuestra antena para conseguir un enlace

estable y eficaz.

Materiales necesarios

Antes de ponernos manos a la obra vamos a ver que materiales necesitaremos para llevar a buen fin nuestro proyecto.

RELACIÓN DE MATERIALES

1.-Antena parabólica offset de 60 cm. (tipo Canal Digital +).

2.-Caja Estanca Legrand (o similar) de 220x170x86.

3.-Bote de conserva o similar de 10/12 cm de diametro. (*)

4.-Prensaestopas de 25 mm.

5.-Punto de Acceso WRT54G/GS. 6.-Tornilleria de acero inoxidable.

Una vez recopilado todo el material vamos ya a empezar el montaje. Empezaremos con la antena parabólica.

Montaje de la antena offset.

Abrimos la caja de cartón y verificamos que tengamos el material para ensamblarla.

http://www.olotwireless.net/catala/cafe.htm

RELACIÓN DE MATERIALES

1.-Plato offset de 60 cm. 2.-Brazo en L

3.-Orejas anclaje

4.-Tornilleria varia.

5.-Soporte inclinación. 6.-Abrazadera de mástil.

Una vez verificado que tenemos todos los componentes, procedemos a su ensamblaje.

Primero montamos las "orejas de anclaje" con los tornillos cortos.

Seguidamente el brazo en L que será el soporte de nuestro "iluminador".

Ahora montamos el "Soporte de inclinación". No apreteis mucho loa tornilleria

puesto que luego tendremos que aflojarla para determinar la inclinación de nuestra

antena. Fijaros que lo montamos justo al revés de lo que nos dicen las

instrucciones incluidas en la propia antena. Después explicaremos el "porque".

Ahora presentamos la grapa, igual que antes, sin apretar la tornilleria.

Finalmente montamos la parte inferior del soporte del "iluminador". Tampoco lo

atornilleis demasiado fuerte porque despues habrá que quitarlo ya que solo lo

usaremos a modo de orientación para determinar la zona de "iluminación" de nuestra antena.

Y, finalmente, podemos ya presentar nuestra antena sobre un soporte para, a partir

de aqui, empezar a trabajar. Tenemos, pues, la primera parte de nuestro proyecto realizado. Vamos ya a por la segunda parte.






del autor.

Manos a la obra

Pues ahora que ya tenemos nuestra antena parabólica a punto vamos a establecer

cual es la zona de iluminación de nuestra antena. Si quisieramos determinarlo de

una forma cientifica tenemos una utilidad en nuestras páginas para hacerlo. Pero

para efectos prácticos vamos a determinarlo de una forma mucho más fácil e

igualmente valida. Si recordais, en el capitulo anterior, hemos montado la parte

inferior del soporte del "iluminador" original para el que estan diseñadas las

antenas de este tipo. Si desmontaramos un iluminador original veriamos que la

parte delantera se comporta a modo de "guiaondas" y que la "antena" como tal,

esta justo al fondo del "iluminador", y eso es justamente lo que pretendemos hacer

nosotros con la diferencia de que nosotros vamos a adaptar el montaje a la

frecuencia de 2'4 Ghz.

Para determinar la zona iluminada, y que luego nos va a servir para determinar

hacia donde enfocar nuestro "guiaondas", nada mas fácil que, a partir del soporte,

trazar una linea totalmente paralela al mismo que nos señalara el punto de

refracción de las ondas.

http://www.olotwireless.net/programes/SVBxPara.exe

Vista lateral.

Vista diagonal.

Vista frontal.

Asi pues, podemos marcar en la antena la zona de "iluminación" para que nos sea

mas fácil determinar el punto donde despues encararemos nuestro guiaondas particular.

Una vez marcado el punto o zona de iluminación podremos ya desmontar el soporte

original del guiaondas.

Pasamos ya al siguiente capitulo donde procederemos al montaje de nuestro particular iluminador.






del autor.

La Caja

Vamos ahora a mecanizar la caja que será la protección del corazón de nuestro

Nodo. Presentamos en la mesa de trabajo el material para hacernos una idea de

composición. Previamente habremos desensamblado nuestro Linksys tal como se

muestra en otro documento de estas mismas páginas.

http://www.olotwireless.net/catala/desmontwrt.htm

Fijaros que vamos a utilizar solamente una antena, la de la izquierda, la marcada

como "Left" en la interficie WEB del firmware que utilicemos, aunque esto no es

siempre cierto ya que en algunas unidades, por alguna extraña razón, vienen

invertidos. La elección de la antena izquierda no es por capricho, sino que,

simplemente evitamos la perdida de algún que otro dB del cable que va entre el

circuito impreso y la antena derecha con lo cual optimizamos "un poco mas" nuestra instalación.

Vamos pues ahora a mecanizar nuestra caja. Para ello lo primero que haremos será

taladrar el prensaestopas correspondiente a nuestra antena. Aqui debeis hilar fino, ya que, de lo contrario, podeis echar a perder la caja.

Fijaros en que la tuerca queda justamente tocando al extremo y a unos 7mm del fondo.

Y aqui la vista por fuera.

Vamos ahora a taladrar el orificio donde pondremos nuestro segundo

prensaestopas. Este no es tan critico ya que será simplemente la salida de los

cables y podremos ubicarlo mucho mas fácilmente.

Aqui teneis ya la caja con los 2 prensaestopas colocados.

Presentamos ahora nuestro Linksys en el interior de la caja.

Le quitamos a la antena el capuchón inferior puesto que no nos va a hacer falta y

nos permitirá mucha mas movilidad a la hora de manipular la antena. Una vez

presentado, apretad fuertemente el prensaestopas. Esto nos servira para

determinar la situacion del mismo en la posición "apretado". Una vez hecho esto

observareis que la antena esta inmóvil, cosa que tampoco nos interesa, asi que

vamos a marcar en el prensaestopas la zona que nos impide la movilidad de la antena.

Marcamos la zona que deberemos "cortar".Lo desenroscamos y procedemos a

cortar.

Mas o menos seria esto. Vamos ahora a cortar las pestañas internas de la parte

interior del prensaestopas.

De esta forma solo queda la goma, con lo que nos sera fácil dar movilidad a la

antena y evitar que se nos cuelen bichos en el interior.

Efectivamente, ahora ya podremos dar movilidad a nuestra antena.

Una vez mecanizada parcialmente nuestra caja (aún tendremos que hacerle

algunos agujeros mas) vamos a presentarla a nuestra antena.

Ahora alineamos la antena con el centro del brazo de soporte.

Ahora toca marcar en la caja el ancho del brazo en L para ajustar el brazo con la

caja para que nos quede perfectamente alineada y, ya de paso, evite que se nos

pueda desplazar.

Marcada...

Cortada...

y ensamblada!!.

Y ahora, como ya habreis imaginado, toca taladrar la caja para fijar con el tornillo

la posición de la caja. Esta medida va a ser importante puesto que va a determinar la distancia de nuestra antena en relación al punto focal de la parabola.

Pues ahi la tenemos. Para esta parabólica en concreto la distancia es de 4 cm. pero

si utilizais otro tipo de antena habra que establecer cual es el punto óptimo experimentando un poco.

Y ya solo nos queda cortar la parte sobrante del tornillo para evitar interacciones no

deseadas con la propia antena. De hecho, si podeis encontrar tornillos de teflon

seria aún mejor puesto que evitariamos tambien tener ningun elemento metalico en el interior de la caja.

Y este seria ya el aspecto final de nuestra caja ya con el Linksys en su interior.

Ahora nos queda ya tan solo colocar el alimentador en su interior. Ojo porque este

si es un punto IMPORTANTE a tener en cuenta. Colocadlo tal y como aparece en la

imagen y fijadlo en la parte inferior de la caja con Araldit o un producto similar y

cortad el cable de alimentación justo a la distancia para que lo podais conectar al

Linksys.No dejeis el cable sobrante enrrollado en el interior.La ubicación del

alimentador es importante porque genera un campo electrico y magnetico que

podria alterar el buen funcionamiento de nuestro AP si lo pusieramos cerca del paso

final. Asimismo, tal y como hemos dicho antes, es conveniente que no haya ningun

objeto metalico en el interior de la propia caja. De esta forma y en esta ubicación

tambien conseguimos una minima longitud del cable de 220V en el interior de la caja con lo que aseguramos un perfecto funcionamiento.

La caja ya finalizada, con alimentador incluido

Seguramente alguno se estara ya preguntando el "porque" colocamos el

alimentador en el interior de la caja. La respuesta es sencilla. Sistemas de

alimentación como el PoE cuya alimentacion circula pareja a los cables de señal , o,

simplemente grandes tramos de cable eléctrico, tienen una caida de tensión

considerable en función de la resistividad propia de cada tipo de cable lo cual, con

una tensión de alimentación a 220V no tiene prácticamente incidencia, pero,

trabajando entre 9 y 12 V la caida de tensión es importante a partir de unos pocos metros.

Hasta aqui la parte mecanica... vamos ahora a la instalación práctica que, a buen

seguro, sera bastante mas amena. Asi que, nos vamos al exterior ya a probar nuestro invento.






del autor.

A probar la antena!!!

Pues ya tenemos nuestra antena en condiciones para realizar nuestras primeras

pruebas. La sujetamos al soporte y vamos a entrar ya en el "porque" de algunas

cuestiones que os deben estar ya rondando por la cabeza.

Pues aqui la tenemos, ya lista para empezar a trabajar.

Si os fijais en la imagen vereis que la antena del Linksys esta completamente

PARALELA a la PARABOLA. Esto debe de ser asi para conseguir la absorción/refracción máxima de la zona iluminada por nuestra parabola.

Cierto es, por otra parte, que el punto de refracción en una antena convencional no

sería tampoco en la ubicación donde tenemos nuestra antena, pero no es menos

cierto que nuestra antena esta trabajando en una longitud de onda de 13 cm. y

que, por otra parte, nuestra antena tampoco es lo que parece, puesto que es

bastante mas corta de lo que aparenta, tal y como podeis ver en la siguiente imagen.

No es lo que parece....

De todas formas no os preocupeis demasiado ya que este pequeño desfase

podremos corregirlo posteriormente con la inclinación de nuestra parabola o, para

los muy "puristas" siempre cabe la posibilidad de modificar la antena original. La

diferencia, en cualquier caso, es prácticamente inapreciable .

¿Cómo orientar nuestra antena?

Pues bien. Nuestra antena esta diseñada para la recepcion de satelites como Astra

o Hispasat. Si tomamos como referencia Astra, por ejemplo, sabemos que, cuando

tenemos nuestra antena bien ajustada esta apuntando a 42° sobre el horizonte.

Seguramente desde un principio os hayais preguntado el "porque" hemos hecho

todo nuestro montaje poniendo la antena justo al revés de como deberia de ir. La

respuesta es sencilla. Si la hubieramos dejado en su posición original, para orientar

nuestra antena con un supuesto corresponal situado en el horizonte, deberiamos de

haber dejado nuestra antena mirando hacia el suelo unos 40° con lo que,

suponiendo que tuvieramos la antena sujeta a un mástil (lo que en la mayoria de

los casos es lo habitual), el propio mástil nos hubiera impedido orientar la antena

correctamente en el plano vertical. De esta forma, además de que, estéticamente

queda mas "normal", nos facilita la orientación de la misma.... aunque algun

"técnico antenista" cuando la vea se ria desde su ignorancia.

Antena de Digital + del vecino. Ojo, los 42º son ficticios y en caso de que

realmente el angulo corresponda es pura chiripa.El ejemplo es tan solo para que

cojais la idea de cual deberia de ser la inclinación aproximada de vuestra antena.

La misma antena "volteada". tal y como tenemos la nuestra.

Asi pues, para orientar nuestra antena, podemos partir de la premisa de los 42° del

satélite Astra y, a partir de aqui realizar la resta dependiendo de la ubicación de

nuestro corresponsal. De todas formas, si no quereis complicaros la vida, como me

dijo una vez un colega antenista, la mejor orientación es la propia experiencia, por

lo que tomando como punto de referencia una señal de un AP "lejano",

orientaremos la dirección HORIZONTAL, lo cual nos deberia ser bastante fácil

conociendo su ubicación, y luego iremos probando con la inclinación vertical hasta obtener la lectura del máximo de señal.

Esta seria, en teoria, la inclinación que deberiais tener para establecer un enlace con un AP corresponsal ubicado a la misma altura que vuestra antena.

En nuestro caso hemos tomado como referencia un punto de acceso lejano situado

a mas de 3 Km. y que con un AP a "pelo", es decir, con sus dos antenas en Auto y sin ningun tipo de reflector, nos llega con una señal de -80db.

Hemos procedido al ajuste de nuestra antena, consiguendo un máximo de -67dbm

a 5Mbps lo cual, para la distancia que és, no esta nada mal, es decir,

representarian 13 dbm "reales" (no dbi, que es lo que nos venden los comerciales)

Recordad que debeis de configurar vuestro AP con una sola antena (habitualmente LEFT).

Señal máxima con la antena "a pelo".

No esta nada mal. Pero como que no nos conformamos con "cualquier cosa", y se

nos antoja que queremos mejorar aún mas la calidad de nuestro enlace, vamos ahora a añadirle a nuestra antena un guiaondas.






del autor.

El Guiaondas !!!

Tal y como deciamos en el capitulo anterior vamos ahora a mejorar la ganancia de

nuestra antena introduciendole un nuevo elemento a modo de guiaondas. Como

hemos visto antes, la antena del propio Linksys no es lo que parece y, aunque el

guiaondas que os proponemos difiere ligeramente de la teoria del articulo original ,

la adaptación,a efectos prácticos funciona mas que bien, aunque, posiblemente aún

pueda mejorarse aunque sea a costa de emplear un poco más de tiempo... pero esto, comprobando los resultados, ya vereis en cada caso si es necesario o no.

En nuestro caso concreto hemos aprovechado el envase de una conocida marca de leche en polvo con unas medidas de 100 mm. de diámetro x 120 mm.de alto.

http://www.saunalahti.fi/elepal/antenna2calc.php

La victima.

Le quitamos el borde del bote para optimizar el rendimiento.

Y taladramos con cuidado de no deformar el guiaondas a 44 mm del fondo,

calculando que posteriormente podamos "jugar" introduciendo más o menos la antena para conseguir el máximo rendimiento.

Y, "voilà"... aqui tenemos ya nuestro guiaondas a punto de caramelo. Para realizar

los ajustes con comodidad podeis colocar una pequeña brida en la parte superior

del guiaondas y aprovechar el tornillo que sujeta la caja al brazo en L para fijarla y

conseguir la posición óptima. Tenemos que decir, de paso, que , una vez deis el

montaje y el ajuste por definitivos, es conveniente dar una mano de pintura para

exteriores a la parte exterior del guiaondas ya que, de lo contrario, en pocas

semanas lo tendreis oxidado.

Y he aqui el montaje final!!. Ahora solo se trata de ajustar todo el montaje tal y

como os hemos ido explicado para obtener el máximo rendimiento a vuestro enlace.

Vamos ahora, a modo de ejemplo, a ver cual es el resultado de la inclusión de nuestro guiaondas y ver la ganancia obtenida respecto a nuestra anterior medición.

Sencillamente excelente. Hemos pasado de los 5 Mbps con una señal de -67dbm a

los 36 Mbps con una señal de -59 dbm, es decir 8 dbm de ganancia al introducir el

guiaondas en nuestro montaje, y en el total si tomamos como referencia los -80

dbm originales, representa una ganancia total de nuestra antena de 21 dbm

respecto a las 2 antenas originales de nuestro Linksys y que, posiblemente,

representen unos 25 dbm reales frente a un dipolo real que es la referencia que se toma a la hora de establecer la ganancia de cualquier antena en dbm.

Conclusiones

Como habreis podido ver, dedicando un par de horas en el montaje y ajuste de esta

antena podeis conseguir bastante mas de lo que os puede ofrecer cualquier antena

comercial y a un coste realmente bajo. En un próximo articulo tenemos pensado

establecer una tabla comparativa de rendimientos de esta antena respecto a

algunas de las antenas comerciales que han pasado por nuestras manos, aunque ya

os podemos adelantar que, en el mejor de los casos, cualquier antena comercial tendrá un rendimiento de, como minimo, 10 dbm por debajo de esta.

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