Artículo basado en un proyecto educativo publicado en ORCON (Nueva Zelanda). Las imágenes que componen este documento son una parte de las publicadas en este proyecto.
Se puede realizar una sencilla antena parabólica de unos 12-15 dB de ganancia empleando un adaptador WiFi USB y un utensilio de cocinar parabólico adquirido en cualquier tienda de chinos, de unos 30 cm de diámetro (12 pulgadas), tal como indican unos experimentadores neozelandeses en un documento alojado en la web de ORCON desde 2004 (y actualizado en años posteriores).
Esta antena, pensada para la banda WiFi de 2,4 GHz, puede permitir con esta ganancia enlaces de hasta 3-5 Km con su ordenador (fijo o portátil), pudiendo detectar y conectarse a AP's (Puntos de Acceso) a dichas distancias, siempre dependiendo de las condiciones geográficas (la presencia de obstáculos atenúan mucho las señales en estas frecuencias tan elevadas) y también atmosféricas (la lluvia afecta bastante). Sus autores han denominado a esta antena con las denominaciones WIFRY", "WOKTENNA o DIY antenna.
Es una muy buena opción frente a la adquisión de una antena comercial de alta ganancia para WiFi, ya que éstas son bastante caras, aunque las hay con ganancias superiores y por tanto pueden proporcionar enlaces punto a punto mayores (con una parábólica de 24 dB de ganancia se pueden establecer enlaces de posiblemente hasta 20 Km, pero esta barata antena de construcción casera, de 12-15 dB de ganancia, puede permitir alcances de 3-5 Km).
Lo más importante de este diseño de antena parabólica es que usa materiales bastante baratos (un adaptador WiFi para USB es mucho más barato que una tarjeta de red WiFi), y sobre todo el hecho de que no se producen pérdidas apreciables en la potencia de RF transmitida o recibida, ya que lo que se hace es situar el adaptador WiFi USB en el propio foco de la parábola, conectándolo al ordenador a través de un cable USB de alargo. En las tarjetas de red WiFi con toma para antena externa, el cable de conexión de la tarjeta a la antena exterior tiene elevadas pérdidas a las frecuencias de 2,4 GHz (WiFi), incluso para muy pocos metros de cable (un buen cable para estas frecuencias llega a tener pérdidas de 1 dB por metro, y además es bastante caro). En nuestro caso, el adaptador WiFi USB está situado en el foco de la parábola, por lo que entrega toda su potencia de radiofrecuencia directamente a la antena. Esto es muy importante, ya que se aprovecha al máximo la pequeña potencia radiada por el adaptador WiFi USB, que sólo es de unas decenas de miliwatios, lo que sólo permite en condiciones ordinarias alcances de decenas o algún centenar de metros sólamente.
Además se tiene la ventaja de que el adaptador WiFi USB es "plug & play", esto es, lo podemos conectar en caliente a cualquier ordenador PC, y además es reconocido por el sistema operativo (Windows 98 y posteriores). Una tarjeta de red WiFi se debe instalar físicamente en el interior del ordenador y dejarla ya instalada, mientras que el adaptador USB podemos desconectarlo en cualquier momento y llevarlo a otro ordenador (que tenga puertos USB).
El uso de programas como el Netstumbler
es muy útil posteriormente para ajustar la antena y orientarla adecuadamente
hacia los distintos AP's. Este programa permite mostrar al usuario los AP's y
otros dispositivos WiFi que puede detectar su ordenador (obviamente dotado de
una tarjeta o adaptador WiFi), y con qué señal son recibidos, con una precisión
bastante superior a las vagas indicaciones que Windows proporciona para las
señales recibidas.
A continuación se muestran algunos detalles constructivos sobre las antenas
caseras DIY, y en general, de las antenas que emplean adaptadores USB con
cables de alargo USB para minimizar las pérdidas de energía de radiofrecuencia.
NOTA: Haz click en las imágenes para ampliarlas.
Ya incluso utilizar como reflector una lata de sardinas se puede conseguir
una ganancia omnidireccional de la antena de hasta 6 dB, lo que permite
doblar el alcance de las señales (en transmisión y en recepción: cada 6 dB
de ganancia equivale a doblar la distancia para una misma intensidad de
señal). Como se ve en la imagen, el adaptador USB se sitúa en el centro de
la lata de sardinas, atravesando ésta, y de manera que la cabeza del adaptador,
donde suele estar su pequeña antena transmisora, se sitúe a un cuarto de onda
del plano reflector de la lata (unos 32 mm a 2,4 GHz).
Ejemplo de uso del adaptador WiFi USB colocado en el foco de un plato
parabólico comercial de 60 cm de diámetro. Los experimentadores Llegaron a
detectar 17 AP's, uno de ellos a 8 Km de distancia a través de la bahía de
Wellington, en Nueva Zelanda. Obsérvese que el adaptador está conectado al
PC portátil mediante un cable de alargo USB. En el PC portátil, se está
empleando el programa Netstumbler para observar las señales detectadas y
observar con qué fuerza llegan (útil para orientar la antena hacia uno u
otro AP a máxima señal). El plato parabólico proporciona una ganancia
elevada, del orden de 21 a 24 dB a 2,4 GHz.
Utensilios de cocinar obtenidos en un establecimiento chino, útiles para
usarlos como reflector parabólico de la antena Wifry. Quizá sea más adecuado
el constituido por malla de alambre galvanizado, ya que es más ligero, más
inmune al viento, y es más fácil de agujerear o cortar para acomodar el
adaptador WiFi USB. Tenga en cuenta que cuanto mayor sea el tamaño del
reflector parabólico, mayor será la ganancia de la antena que se construya.
Uso del anterior reflector para construir la antena. Se ha usado uno de 30
cm de diámetro, y cuya forma es aproximadamente parabólica. Se indica la
fórmula para calcular la posición del punto focal f de la parabólica, en
función del diámetro D del reflector y de la profundidad máxima c del
reflector (sobre el centro de éste). Para un plato de 30 cm de diámetro y
60 mm de profundidad máxima, el punto focal está a unos 94 mm del centro del
plato. Es deseable para las antenas parabólicas de WiFi que la relación
f/D esté comprendida entre 0,25 y 0,55.
Una manera sencilla y empírica de determinar el punto focal de nuestro
utensilio de cocinar es recubrir la malla de alambre con papel de aluminio
(bien pegado a la malla) y después orientar este reflector hacia el sol. Los
rayos procedentes del sol se reflejarán en en reflector y convergerán
delante de él a una determinada distancia, que es donde estaría el foco si
el reflector fuera perfectamente parabólico.
Se necesitará un empalme para mangueras de jardín como el mostrado, con dos
aros o tuercas de rosca para sus extremos. Con un cutter se realizará en el
centro del plato un agujero más grande para alojar la pieza de empalme, y
con una sierra se hará un corte longitudinal a la pieza de empalme (sacando
primero las dos tuercas laterales), con el fin de dejar espacio para que
pueda pasarse el cable de prolongación USB por en interior de la pieza de
empalme.
Se estira del cable USB y el extremo de éste queda detenido por la pieza de
empalme, una vez ésta se ha puesto en el centro del plato reflector (y
fijado a éste con las dos piezas roscadas). Hay ahora que comprobar la
ubicación exacta del adaptador WiFi USB frente al reflector parabólico.
Normalmente un adaptador WiFi (y también los de bluetooth) USB disponen de
una pequeña antena de tipo pastilla cerámica (resonante) en el extremo opuesto
al conector USB del adaptador (pastilla blanca en la imagen, antena SMD),
aunque en otros puede ser una pista impresa. La antena del adaptador es la
que debe ser situada exactamente en el punto focal de la parabólica.
La antena ya construida, y manejada por uno de sus autores. Si se quiere
utilizar la antena en una ubicación fija, atar bien el mango de madera de
la antena a un trípode (puede cortar en parte el mango de madera si así lo
considerara necesario).
Aspecto de la antena acabada y siendo ensayada en Wellington (Nueva Zelanda).
Llegó a detectar un AP a una distancia de unos 5 Km (3 millas), ubicado en
una isla de la bahía de Wellington. La señal recibida en este caso es de
-80 dBm, estando el ruido de fondo a un nivel de -100 dBm (según reportó el
programa Netstumbler). La antena corresponde al plato reflector de malla de
alambre de 30 cm de diámetro y distancia del punto focal de 94 mm.
Haciendo pruebas de recepción de diferentes AP's y observando las señales
recibidas con el software Netstumbler, se puede observar que la ganancia de
la antena parabólica así diseñada (de plato de 30 cm de diámetro) es de 15
a 18 dB por encima respecto al adaptador USB sin el reflector ("a pelo").
Aquí se muestra una variante de construcción de la antena que evita tener
que cortar la malla del reflector para realizar el agujero central por el
que pasar el adaptador USB. Éste se soporta sobre una pieza de tubo de
plástico semirrígido convenientemente doblado y fijado mediante tornillo
al borde del plato. El autor inica que quizá el patrón de radiación del
adaptador USB no sea el satisfactorio en esta disposición suya frente al
plato reflector.
Otra alternativa similar a la anterior, notificada desde Suecia, en la que
el adaptador USB está soportado sobre una lámina doblada en ángulo atornillada
a la plancha de madera que constituye el mango del utensilio de cocina
(aunque ha sido recortado).
La lámina doblada es metálica en la imagen mostrada, pero es mejor usar una
lámina de plástico o una pieza de madera en su lugar, ya que el metal puede
debilitar algo las señales al estar colocado delante de la antena.
El autor ha retirado la cubierta plástica del adaptador WiFi USB, posiblemente
para identificar la posición de la antena del adaptador. Usted no tiene por
que hacer esto.
Posiblemente ajustar el ángulo adecuado de la lámina de soporte y atornillarla
en la posición adecuada en el mango de madera, para que la miniantena SMD del
adaptador quede ubicado en el punto focal de la parábola, puede ser un poco
dificultoso. Posiblemente una mejor solución sería usar tubo de flexo flexible
para lámparas de escritorio o de sobremesa como soporte del adaptador USB, ya
que permite modificar fácilmente la posición del adaptador respecto al plato
parabólico.
Otra idea aportada desde Australia, donde se emplea el biberón de bebés para
soportar y alojar el adaptador WiFi USB. Además lo proteje de la interperie.
El autor usó un plato parabólico de alambre de 22 cm de diámetro, empleando
la antena para acceder a un AP situado a 3 Km de distancia. Se obtenían buenas
señales, aunque un poco variables. El adaptador USB estaba conectado al
ordenador con un total de 10 metros de cable de alargo USB (2 tramos de 5
metros).
La antena ya montada y convenientemente ajustada se puede emplazar de manera
fija en el exterior del edificio, usando por ejemplo un mástil en J para ello.
Pero asegúrese que la antena está bien montada antes de emplazarla en su
ubicación definitiva, ya que la lluvia, el viento, el rocío, otros agentes
atmosféricos, los pájaros, etc... pueden deteriorarla y la antena puede dejar
de funcionar correctamente, o dejar de funcionar. El uso de un biberón para
bebés permite alojar y soportar en su interior el adaptador USB, protegiéndolo
de la interperie (usando la tetina de silicona del biberón como cierre
hermético), aunque puede calentarse su interior bastante si está expuesto a
la luz del sol, y deteriorar por ello el adaptador USB (se recomienda entonces
pintar la botella del biberón de color blanco, o situar la antena en un lugar
menos expuesto a la luz solar directa).
Otra antena barata del mismo tipo que las anteriores, pero en este caso se
construye utilizando como plano reflector una sartén de freír, de 33 cm de
diámetro y 90 mm de profundidad. Aunque no es un reflector parabólico, el
autor determina el supuesto punto focal de este plano a una distancia de 75
mm sobre el centro del plano de la sartén. Como en casos anteriores, un
empalmador de mangueras de jardín se emplea para soportar el adaptador USB
sobre el centro del plato (haciendo el agujero adecuado en éste previamente,
de unos 25 mm de diámetro), y se usa un bote de plástico de pastillas de
vitaminas para proteger el adaptador de la interperie si fuera necesario.
Antenas de este estilo existen en versiones comerciales, como la que se
muestra en la fotografía. Particularmente útiles para concentrar las señales
hacia el AP que da servicio a nuestro ordenador portátil (o fijo). Un ordenador
portátil con WiFi incorporada tiene una radiación aproximadamente omnidireccional.
Fernando Fernández de Villegas (EB3EMD)
Enero 2008
Documento original y completo en esta
dirección en ORCON (en inglés).