Tipos de antenas WiFi: Um guia completo

Neste mundo moderno e de ritmo acelerado, tudo está a avançar e os sistemas de comunicação evoluíram. Nas fases iniciais, dependíamos de esquemas de comunicação com fios, mas devido ao avanço da tecnologia, passámos para a comunicação sem fios. Hoje em dia, o WiFi está em todo o lado e as antenas WiFi são uma das partes essenciais da nossa vida quotidiana. São quase como um companheiro silencioso para nós, garantindo que nos mantemos ligados onde quer que vamos.

As comunicações sem fios dependem da energia de radiofrequência, que é transmitida e recebida através de antenas WiFi. Assim, a qualidade das antenas WiFi afecta diretamente a cobertura e o desempenho das suas redes. Assim, compreender os princípios básicos ajudá-lo-á a escolher a antena correta da próxima vez que precisar de uma.

Agora, vamos ver mais de perto o que são exatamente as antenas Wifi. Uma antena é um dispositivo que irradia ondas de rádio quando recebe energia eléctrica e também pode converter as ondas de rádio novamente em energia eléctrica. No contexto do WiFi, as antenas são componentes cruciais e ajudam a transmitir e a receber sinais de radiofrequência, permitindo que os dispositivos se liguem à Internet. Podem também atuar como transmissores e receptores, permitindo uma ligação sem problemas entre dispositivos.

As antenas WiFi são essenciais no nosso mundo sem fios. Os nossos dispositivos quotidianos, como smartphones, computadores e computadores portáteis, dependem de antenas para enviar e receber dados. Em casas e escritórios, as antenas WiFi asseguram ligações à Internet sem problemas para actividades diárias como o streaming de vídeo, a navegação e os jogos. Também permitem a existência de hotspots WiFi públicos em locais como cafés, restaurantes e aeroportos. As antenas WiFi também desempenham um papel crucial no mundo da IoT (Internet das Coisas). Além disso, estas antenas WiFi são fundamentais nos serviços de Internet sem fios de longo alcance. As antenas WiFi alimentam a tendência crescente dos sistemas de áudio sem fios, permitindo que os dispositivos comuniquem sem necessidade de quaisquer ligações físicas.

Depois de compreendermos o que são as antenas WiFi e a sua importância, vamos analisar os principais factores que fazem com que estas antenas funcionem eficazmente em diferentes situações.

Compreender os parâmetros da antena WiFi

As antenas WiFi são definidas por vários parâmetros importantes, que determinam o seu desempenho e a adequação a diferentes tarefas. Vamos dividi-los para facilitar a compreensão.

Ganho

O ganho de uma antena é uma medida da sua capacidade de concentrar energia numa direção específica, em comparação com uma antena de referência teórica denominada radiador isotrópico. Uma antena isotrópica é um dispositivo que irradia energia igualmente em todas as direcções, tem um ganho de 0 dBi (decibéis sobre isotrópico).

O ganho da antena é medido em dBi e representa a eficiência da antena na direção das ondas electromagnéticas. Um ganho mais elevado significa que a antena pode alcançar distâncias maiores e fornecer sinais mais fortes. No entanto, um dBi mais alto nem sempre significa melhor. À medida que o dBi da antena aumenta, ela pode enviar sinais para mais longe, mas cobrirá uma área menor. Imagine-o como um feixe de lanterna: um ganho mais elevado significa um sinal mais focado, o que pode resultar numa menor cobertura noutras direcções.

Padrão de radiação

Radiação é um termo utilizado para representar a emissão da frente de onda na antena, especificando a sua força. O padrão de radiação de uma antena mostra como a antena transmite energia de radiofrequência em diferentes direcções. Este padrão é importante tanto para a comunicação como para a conceção de sistemas eficazes. É normalmente apresentado em sistemas de coordenadas polares ou cartesianas. Estes padrões ajudam-nos a ver se a antena consegue concentrar a energia numa direção específica ou espalhá-la uniformemente. Por exemplo, o padrão de radiação de um router WiFi omnidirecional assemelha-se à forma de um donut, uma vez que irradia ondas de rádio com igual intensidade em todas as direcções horizontais. Uma antena omnidirecional é concebida para espalhar sinais uniformemente em todas as direcções à sua volta.

Gama de frequências

Sabemos que os dispositivos WiFi comunicam entre si através de ondas de rádio. As ondas de rádio são caracterizadas pela sua frequência - o número de ciclos por segundo, medido em Hertz (Hz). De acordo com a tecnologia utilizada, as antenas WiFi utilizam várias frequências para transmitir informações: 900 MHz, 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz e 60 GHz. As frequências mais comuns são as bandas de 2,4 e 5 GHz, que correspondem a comprimentos de onda de 12,5 cm e 6 cm {comprimento de onda(m) = 3x 10⁸ms^-1/frequência (Hz)}.

As ondas de frequência mais baixa têm comprimentos de onda mais longos, o que facilita a passagem através de obstáculos como paredes e metais, permitindo que os sinais viajem mais longe. Cada antena WiFi é construída para corresponder à frequência e ao comprimento de onda exactos do sinal que está a ser transmitido. Em termos simples, uma antena 2.4 GHz não pode substituir uma antena 5 GHz e vice-versa. Mas algumas antenas, como as antenas de banda dupla, têm a capacidade de utilizar ambas as frequências.

Conector

Quando falamos de conectores de antena WiFi, existem vários estilos normalmente utilizados. Os conectores são importantes para ligar antenas externas a dispositivos WiFi, como pontos de acesso e routers. Os tipos mais comuns incluem,

• RP-SMA (Reverse Polarity SMA): É um conetor amplamente utilizado em dispositivos de consumo, com polaridade invertida em comparação com os conectores SMA. Nos conectores RP-SMA, o macho tem roscas externas e um orifício central (pino fêmea), e a fêmea tem roscas internas e um pino central (pino macho). SMA significa Subminiature version A (versão subminiatura A). É um tipo de conetor coaxial de radiofrequência.
• RP-TNC (Reverse Polarity TNC): Estes conectores também têm polaridade invertida em comparação com os conectores TNC. Neste caso, o pino central é macho. Os conectores RP-TNC são encontrados em equipamentos WiFi de nível empresarial. TNC significa Threaded Neil Concelman connector, que é um conetor RF de tamanho médio roscado.
• Conector de estilo N: Este é um conetor RF roscado utilizado para ligar cabos coaxiais em aplicações RF. Devido ao seu mecanismo de acoplamento roscado, é mais seguro e fiável em ambientes de elevada vibração. São amplamente utilizados em ambientes exteriores e industriais devido à sua robustez e capacidade de resistência às intempéries.

Largura de feixe

A largura do feixe é a separação angular entre os pontos do lóbulo principal em que a intensidade do sinal diminui 3 dB em relação ao seu ganho máximo. Consiste na largura de feixe horizontal e na largura de feixe vertical, que correspondem aos ângulos horizontal e vertical do padrão de radiação da antena. Uma largura de feixe mais estreita significa que a antena concentra mais a sua energia numa direção específica, o que leva a um maior alcance e a uma melhor resistência a interferências.

Agora que já abordámos os principais parâmetros das antenas WiFi, vamos analisar os diferentes tipos de antenas WiFi e as suas aplicações específicas.

Tipos de antenas WiFi

Existem dois tipos principais de antenas utilizadas no nosso quotidiano. Uma é omnidirecional e a outra é direcional. Vamos dar uma vista de olhos detalhada a cada uma delas.

Omnidirecional

As antenas WiFi omnidireccionais são concebidas para irradiar sinais num padrão de 360 graus, proporcionando uma boa cobertura em todas as direcções, tal como uma lâmpada incandescente ilumina uma divisão. Podem também recolher sinais de todas as direcções. No entanto, estas podem ter um alcance mais curto do que as antenas direcionais. As antenas omnidireccionais variam muito em termos de tamanho e forma. Podem ser antenas de chip extremamente pequenas que são montadas diretamente numa placa de circuito impresso e são medidas em milímetros. São normalmente utilizadas em interiores e exteriores.

Agora, vamos explorar os diferentes tipos de antenas omnidireccionais em pormenor, incluindo fibra de vidro, dipolo, montagem no teto, montagem magnética e antenas de remendo.

Antenas de fibra de vidro: Este é o tipo de antena mais popular, feito de material de fibra de vidro. São postes de fibra de vidro, envolvidos com vibrador de cobre e revestidos com material de proteção. O invólucro da antena é de plástico reforçado com fibra de vidro, e a bobina da antena de fibra de vidro está normalmente localizada na parte superior da antena.

A antena de fibra de vidro utiliza tecnologia de pressão de película de alta temperatura e alta pressão. Caracteriza-se pela ausência de deformação, impermeabilidade, resistência ao vento, resistência ao calor e forte vedação. Estas antenas são amplamente utilizadas em domínios como a eletricidade, os transportes ferroviários, as aplicações oceânicas e marítimas, a energia, os transportes, as infra-estruturas, os veículos eléctricos, a tecnologia de construção e muitos outros.

Estas antenas são conhecidas pela sua durabilidade e longa vida útil, muitas vezes superior a 15 anos. Uma vez que são feitas de materiais compostos não metálicos, são mais resistentes à corrosão de ácidos, álcalis e sais. O design estrutural, que inclui várias estruturas de nervuras verticais e em anel, permite que estas antenas resistam a condições climatéricas adversas. Além disso, ao incorporar uma malha de alumínio na superfície reflectora, melhoram a reflexão das ondas e oferecem proteção contra factores ambientais. No entanto, as antenas de fibra de vidro também têm algumas desvantagens. As mudanças no ambiente podem causar distorção. Como essas antenas são feitas de fibra de vidro, elas podem envelhecer mais rapidamente em ambientes com temperaturas mais altas. Alguns materiais de fibra de vidro contêm carbono, o que pode afetar a condutividade e levar ao mau funcionamento da antena.

Antena dipolo: As antenas dipolo são um tipo básico de antenas que consistem em dois elementos condutores e uma linha de alimentação. Quando a corrente flui através da linha de alimentação, a antena irradia energia electromagnética a uma frequência específica. Estas antenas têm normalmente larguras de banda maiores, o que lhes permite suportar comunicações multi-frequência.

Apresentam as seguintes vantagens,

• Conceção estrutural simples, que permite controlar os custos.
• Vasta gama de aplicações, incluindo routers e dispositivos móveis.
• Uma vez que possuem uma forte directividade, ajudam a controlar a direção de transmissão e receção do sinal.
• Receção de sinal equilibrada.
• Disponível em várias formas, como dipolo básico, dobrado e de meia onda.

Discutimos as vantagens das antenas dipolo e vamos agora verificar as suas desvantagens.

• Para encontrar o melhor ponto de receção, é necessário experimentar várias combinações de colocação de postes.
• Difícil de gerir no exterior quando o tamanho aumenta.

Se olharmos para as aplicações, são utilizadas em antenas WiFi 6/6E/7, antenas celulares 4G/5G LTE, antenas industriais científicas e médicas e antenas GNSS e GPS.

Antena de montagem no teto: Trata-se de um dispositivo instalado no teto para otimizar o sinal sem fios. Proporcionam uma cobertura de 360 graus e aumentam a força e a fiabilidade dos sinais WiFi. A utilização de antenas de teto omni pode ajudar a eliminar zonas mortas e a melhorar a qualidade do sinal. Ao fornecerem uma conetividade consistente, garantem que os utilizadores se mantêm ligados à Internet.

Vejamos as vantagens das antenas de montagem no teto,

• Estão posicionados a uma maior altitude, o que lhes permite fornecer uma melhor cobertura de sinal em comparação com outros tipos.
• São visualmente mais apelativos.
• Uma vez que estão posicionados no teto, estão frequentemente afastados de potenciais fontes de interferências.
• Fácil de instalar.

Vejamos as desvantagens das antenas montadas no teto.

• Podem ter um alcance limitado em comparação com outras antenas.
• Uma vez instalada a antena de montagem no teto, é muito difícil ajustá-la.
• Outra limitação notória é o facto de o custo da antena ser um pouco mais elevado do que o de outros tipos.

Antena de montagem magnética: Como o próprio nome indica, pode fixar firmemente a antena através de ímanes fortes. Isto torna-as adequadas tanto para instalações fixas como móveis. Além disso, estas antenas magnéticas são adequadas para veículos, caixas electrónicas e alguns sistemas de comunicação temporários.

Apresentam as seguintes vantagens,

• São amplamente utilizados em aplicações em que a mobilidade e a flexibilidade são fundamentais.
• Estes suportes permitem um posicionamento seguro e facilmente removível, tornando-os ideais para veículos e configurações temporárias.
• Por exemplo, as antenas GPS dos veículos, os rádios CB e os veículos dos serviços de emergência estão a utilizar estas antenas.

Eis algumas das suas limitações mais comuns,

• Má qualidade do sinal devido a contacto insuficiente com a superfície.
• Leituras VSWR elevadas.

Mas com uma afinação cuidadosa e técnicas adequadas é possível obter um excelente desempenho.

Em seguida, vamos dar uma vista de olhos às antenas direcionais, que focam os sinais em direcções específicas para uma comunicação de maior alcance.

Antenas direcionais

A antena direcional é um tipo especial de antena que funciona focando os sinais numa determinada direção. Neste caso, a potência da antena está mais concentrada numa determinada direção, pelo que é capaz de enviar e receber sinais a uma distância muito maior. Ao contrário das antenas omnidireccionais, as antenas direcionais têm uma pequena área de cobertura.

Agora, vamos explorar os diferentes tipos de antenas direcionais em pormenor, incluindo a antena de painel, a antena Yagi, a antena de sector, a antena parabólica de grelha/prato.

Antena de painel: Uma antena de painel é um tipo de antena direcional que consiste num dipolo colocado em frente de um refletor de painel plano. Têm normalmente uma forma retangular e são planas, concebidas para fornecer um feixe focalizado de ondas de rádio numa direção específica. Esta largura de feixe estreita ajuda a minimizar a interface com outros sinais. A forma retangular contribui para aumentar o ganho. São utilizados em sistemas de comunicação ponto-a-ponto. São frequentemente utilizados em ligações backhaul sem fios, que ligam dois ou mais nós de rede. Além disso, são também utilizados em sistemas ponto-a-multiponto. Por exemplo, são utilizados em pontos de acesso sem fios, que fornecem conetividade à Internet a vários dispositivos numa área específica.

Se olharmos para as vantagens das antenas de painel,

• Versátil para aplicações fixas e móveis.
• Design de baixo perfil e aerodinâmico.
• Largura de feixe mais alargada.
• Funciona a frequências ultra-altas.

Mas também têm as seguintes desvantagens,

• Alcance limitado.
• Ganho inferior em comparação com outras antenas direcionais.
• A maior complexidade na conceção e manutenção são as principais limitações das antenas de painel.

Antena Yagi: É uma antena direcional conhecida pelo seu sinal focado e ganho elevado. É constituída por um elemento dipolo central, que actua como fonte principal, e vários elementos parasitas dispostos ao longo do seu comprimento. Estes elementos parasitas irradiam novamente sinais ligeiramente fora de fase com o elemento principal, o que ajuda a reforçar o sinal numa direção. Isto torna as antenas Yagi ideais para várias aplicações, como receção de rádio e TV, receção de sinais de longo alcance e comunicação sem fios.

Se observarmos as vantagens das antenas yagi,

• São altamente direcionais.
• Fácil de construir
• Rentável.
• Proporcionam um forte ganho de sinal.

No entanto, têm também as seguintes desvantagens,

• Têm uma largura de banda e uma gama de frequências limitadas.
• Os modelos de maior ganho podem ser bastante longos.

Antena de sector: Uma antena de sector é uma antena direcional que proporciona uma cobertura focalizada numa área definida. A sua conceção inclui vários elementos de antena dispostos de forma organizada. Isto permite criar um padrão de radiação horizontal largo e vertical estreito. Este padrão é muito necessário para minimizar as interferências e melhorar a qualidade do sinal.

Se olharmos para as suas vantagens,

• A principal vantagem é a sua cobertura direcional.
• Oferecem também uma elevada escalabilidade.
• Outra vantagem das antenas de sector é a sua rentabilidade e facilidade de instalação.

No entanto, uma desvantagem da utilização de antenas de sector é a necessidade de mais interfaces sem fios e o facto de as interferências poderem ser um problema.

Uma ligação ponto-a-ponto necessita de uma antena que direccione toda a energia de radiofrequência (RF) para uma única direção. O fator limitante para esta antena é principalmente o seu tamanho. As antenas de elevado ganho reduzem a possibilidade de interferência noutros nós ou noutras antenas do mesmo nó, mas são frequentemente bastante grandes.

Antenas parabólicas de grelha/prato: Uma antena parabólica é um dispositivo de alta precisão que utiliza um refletor parabólico para focar as ondas de rádio num ponto específico. Esta estrutura permite-lhe receber e enviar sinais com elevada eficiência. Quando as ondas de rádio atingem o disco, são reflectidas para o ponto focal. A forma do disco é concebida de acordo com este princípio. As antenas parabólicas são normalmente utilizadas em antenas parabólicas, sistemas de comunicação sem fios e sistemas de radar.  

Quando falamos das vantagens,

• Podem atingir um ganho elevado devido à sua capacidade de concentrar a energia electromagnética num feixe estreito, o que os torna ideais para comunicações a longa distância.
• Têm um feixe altamente direcional, que minimiza a interferência de fontes indesejadas.
• Além disso, pode ser utilizada como antena de transmissão e como antena de receção devido ao princípio da reciprocidade.

No entanto, têm vários contras,

• O seu fabrico e aquisição podem ser dispendiosos.
• Têm apenas uma área de cobertura limitada.
• As antenas parabólicas precisam de ser alinhadas com precisão e apontadas para a fonte desejada.

Antena de remendo: É uma escolha popular para aplicações de leitores RFID. O seu nome deve-se ao design do remendo. Consiste num patch metálico suspenso sobre o plano de terra, com componentes-chave como patch radiante, substrato dielétrico, plano de terra e mecanismo de alimentação.

Vejamos as vantagens das antenas Patch.

• O seu tamanho é compacto.
• de baixo perfil.
• Rentável.

 No entanto, também têm algumas limitações.

• Têm uma eficiência inferior, devido a perdas dieléctricas e de condutores. Reduzem o ganho da antena.
• Além disso, têm capacidades limitadas de manuseamento de potência. Isto torna-os menos ideais para aplicações de alta potência.

Até agora, explorámos algumas noções básicas sobre as antenas WiFi, os seus principais parâmetros e tipos. Vamos passar à comparação entre antenas WiFi externas e internas.

Antenas WiFi externas e internas

As antenas WiFi existem em duas configurações principais: internas e externas, cada uma com as suas próprias vantagens e cenários de utilização. Primeiro, vamos analisar as antenas WiFi internas. Estas antenas WiFi estão incorporadas em dispositivos como routers, computadores portáteis e telemóveis. As antenas WiFi internas não podem ser ligadas ou desligadas do dispositivo, uma vez que estas antenas estão incorporadas na caixa do dispositivo. Esses tipos de antenas são projetados para economizar espaço e manter uma boa aparência para o produto. Embora possam ser menos potentes do que algumas antenas externas, os avanços tecnológicos permitem que estas antenas apresentem um bom desempenho. As antenas WiFi internas são normalmente utilizadas em smart TVs, dispositivos IoT e alguns dos produtos electrónicos de consumo. Uma limitação destas antenas é que podem ser afectadas pelo seu invólucro. Existem vários tipos de antenas WiFi internas, cada uma projetada para atender a diferentes tarefas. As antenas de placa de circuito impresso (PCB) são diretamente incorporadas no dispositivo, o que oferece uma solução económica e compacta para os dispositivos IoT e os telemóveis. As antenas de diversidade utilizam várias antenas, que são úteis para reduzir a perturbação do sinal em alguns ambientes difíceis. Como já vimos, as antenas dipolo utilizadas internamente proporcionam uma cobertura omnidirecional equilibrada.

Por outro lado, as antenas WiFi externas são dispositivos concebidos para melhorar a intensidade do sinal e o alcance de uma rede WiFi que pode ser montada no exterior do dispositivo. As antenas externas podem ser adicionadas ou substituídas para melhorar a conetividade. Vejamos algumas das principais caraterísticas e vantagens das antenas WiFi externas. Têm a capacidade de alargar a área de cobertura da rede WiFi. Estas antenas são úteis para reduzir os pontos mortos. As antenas externas também existem em diferentes tipos, incluindo direcionais e omnidireccionais. Muitas antenas externas são ajustáveis e rotativas. São utilizadas numa variedade de dispositivos, incluindo routers, pontos de acesso e adaptadores WiFi. Podemos montá-las em paredes, tectos e secretárias. Em geral, as antenas WiFi externas são uma solução prática para melhorar a conetividade sem fios.

Tanto as antenas WiFi internas como as externas oferecem vantagens e desvantagens distintas e servem objectivos diferentes. Compreender a diferença entre elas ajuda-o a escolher a melhor opção para uma boa ligação. Agora vamos dar uma olhada nas antenas WiFi MIMO multipolarizadas.

Antena WiFi MIMO multi-polarizada

Antes de analisar as antenas MIMO, vamos dar uma olhada na polarização. Imagine uma onda de rádio movendo-se no ar como uma série de ondulações movendo-se na água. Se essas ondulações se movem para cima e para baixo, chamamos de polarização vertical, se elas se movem de um lado para o outro, podemos chamá-las de polarização horizontal. Assim, para que as antenas captem sinais de forma eficiente, a sua polarização tem de corresponder ao sinal. É aqui que as antenas MIMO (multiple-input and multiple-output) são úteis. Elas usam várias antenas para lidar com vários caminhos de sinal simultaneamente. Com a ajuda de vários transmissores e receptores, as antenas MIMO permitem que os dispositivos enviem e recebam dados de forma mais eficiente. Se falarmos de antenas MIMO, também temos de verificar as antenas SISO (entrada única, saída única). As antenas SISO têm apenas um transmissor e um recetor. Só podem receber e enviar dados um de cada vez. Isto pode limitar a velocidade e a fiabilidade. Se quiser obter as melhores taxas de dados, as antenas WiFi MIMO são sempre a melhor escolha.

Conclusão

Em suma, se quiser otimizar o desempenho da sua rede, tem de escolher uma antena WiFi adequada para a rede. Diferentes tipos de antenas servem diferentes objectivos. As antenas internas são boas para utilização quotidiana em pequenos dispositivos e as antenas externas oferecem uma melhor cobertura e flexibilidade para espaços maiores. Se precisar de uma ligação mais rápida e fiável, as antenas MIMO são a melhor escolha. Escolhendo a antena WiFi certa para a sua rede WiFi e para as suas necessidades, pode melhorar a cobertura do sinal WiFi, reduzir as interferências externas e desfrutar de uma ligação mais suave e estável.