Come scegliere una antenna WiFi

Quando si parla di scegliere una antenna WiFi non è certo semplice districarsi fra le varie disponibili sul mercato.
Nell’articolo Realizzare un collegamento WiFi a lunga distanza abbiamo visto come stabilire una connessione wireless con un router posto a centinaia di metri o chilometri di distanza.

L’ottimo servizio gratuito Airlink di Ubiquity consente di capire subito se un collegamento WiFi sia fattibile (permette di accertare se vi è visibilità ottica tra le antenne) e di scegliere le antenne WiFi dimensionandole in maniera adeguata.

Differenza tra antenne direzionali ed omnidirezionale

La prima grande distinzione che è possibile tracciare nel caso delle antenne radio è quella che permette di raggrupparle in due insiemi, tra loro distinti: antenne omnidirezionali ed antenne direzionali.

L’antenna omnidirezionale irradia le onde radio in tutte le direzioni. Idealmente, come si vede nella figura sottostante, in questo caso le onde si irradiano in forma sferica.
In termini di potenza del segnale, questa raggiunge il massimo nei piani orizzontali (in rosso nell’immagine) mentre scende verso lo zero al di sopra ed al di sotto.

Nel caso delle antenne direzionali, viceversa, il segnale è irradiato essenzialmente in un’unica direzione.

L’antenna va intesa come disposta nel punto ove si incrociano i tre piani X, Y e Z.

Semplificando al massimo, la tendenza di un’antenna a concentrare il segnale in una specifica direzione, è conosciuta come guadagno ed è misurata in dB.
Si immagini un’antenna omnidirezionale così come presentata in precedenza. Un’antenna omnidirezionale perfetta, che irradia il segnale in tutte le direzioni con la medesima intensità, come se si avesse a che fare con una sfera, avrà un guadagno di 0 dB.

Un’antenna omnidirezionale con un guadagno di 2 dB diffonderebbe il segnale un po´ seguendo la forma del pianeta Terra ovvero leggermente schiacciato ai poli; un’antenna omnidirezionale contraddistinta da un guadagno di 15 dB irradierà il segnale come se si avesse a che fare con un piatto, in maniera quindi sostanzialmente orizzontale.

Se si ponesse un’antenna omnidirezionale con guadagno da 15 dB in un edificio, il segnale resterebbe sullo stesso piano senza mai raggiungere i piani inferiori e superiori.

Le stesse considerazioni valgono per le antenne direzionali. Così, se l’antenna direzionale offrisse un guadagno di 20 dB, bisognerà aver cura di posizionare bene l’antenna ricevente perché il segnale sarà molto più “concentrato”.

Quando si parla di antenne radio, solitamente ci si riferisce a due modelli:

– Antenna isotropa. È l’astrazione concettuale di un’antenna che irradia in tutte le direzioni in maniera uniforme (isotropa) operando su di una simmetria sferica.
– Dipolo. È l’antenna generalmente presa come riferimento dal momento che un’antenna isotropa è una idealizzazione fisicamente impossibile.

Guadagno dell’antenna e potenza trasmissiva

Nelle specifiche di un’antenna WiFi, i valori del guadagno sono spesso indicati in dBi (decibel isotropic) che esprimono il guadagno in decibel rispetto ad un’antenna isotropica.
Il valore in dBi è più alto ma è sicuramente meno utile perché l’antenna viene paragonata con un’antenna immaginaria (l’antenna isotropa, appunto).
Per passare da dBi a dBd ossia al guadagno rispetto ad un dipolo ideale, è sufficiente sottrarre il valore 2,15. Ad esempio, nel caso di 8 dBi di guadagno, si avranno 5,85 dBd.

Concentrare il segnale in una direzione fa sì che esso sia irradiato sostanzialmente con la medesima potenza ma, di contro, si perderà la copertura nelle altre direzioni.

Così, per conoscere la copertura dell’antenna, sarà necessario verificarne la corrispondente potenza trasmissiva, espressa in dBm. Il legame che sussiste tra guadagno e potenza porta come conseguenza che ogni 3 dB di guadagno, si duplica il valore della potenza trasmissiva.
Quest’effetto è determinato dalla concentrazione del segnale in una direzione, come visto in precedenza nel caso dell’antenna omnidirezionale da 15 dB.

Il dipolo è il più semplice esempio di antenna, composto da una coppia di fili rettilinei.

Le antenne montate sui comuni router ed access point sono tutti dipoli anche se protette con un involucro esterno di materiale plastico.

Quando si sceglie un’antenna, quindi, il valore del guadagno viene espresso in dBi. Va però tenuto presente l’aspetto cardine illustrato in questo articolo ossia tanto più è elevato il valore del guadagno in dBi tanto più l’antenna irradierà il segnale in una ben specifica direzione.
Più rilevante è il valore in dBm relativo alla potenza trasmissiva che generalmente può essere regolato dal pannello di amministrazione software.
A tal proposito, tuttavia, vale la pena osservare che molte antenne o dispositivi wireless consentono di utilizzare potenze pari a 27 dBm/500 mW o più. L’uso di tali potenze non è ammesso nel nostro Paese dal momento che non si possono superare i 20 dBm/100 mW.
La potenza trasmissiva dell’antenna WiFi andrà quindi regolata in modo tale da non oltrepassare i limiti di legge.

Nel caso di un normale router WiFi, l’antenna è omnidirezionale ed è corretto che sia così perché il segnale deve essere irradiato in tutte le direzioni in modo da “coprire” tutte le posizioni in cui possano trovarsi i sistemi client.
Uno dei consigli di base quando si sceglie la collocazione del router WiFi consiste nel posizionare il dispositivo al centro dell’edificio quindi non in posizione decentrata né dietro a muri in cemento armato, suddivisioni in cartongesso, cartine geografiche, carte e cartoni, pareti metalliche, tutti elementi che hanno un elevato grado d’assorbimento e rappresentano gli ostacoli più importanti per una corretta diffusione del segnale wireless.

Abbiamo presentato il tema nei seguenti due articoli:

– Aumentare la copertura della rete WiFi
– Ripetitore WiFi: come installarlo e configurarlo

Nel caso in cui si debbano scambiare dati in modalità wireless con altri immobili di proprietà posti a distanza, si dovranno invece scegliere antenne direzionali.

Il servizio Airlink citato nell’introduzione aiuta anche in tal senso. Sebbene le antenne proposte siano a marchio Ubiquity, è possibile selezionarle e verificarne le specifiche per scegliere quelle del produttore che si preferisce.
Modificando il modello di antenna nella sezione Antenna gain, in calce alla colonna di destra, si otterrà una stima della capacità del collegamento WiFi e del livello di segnale in dBm. Valori oltre i -85 dBm possono essere considerati come valori limite oltre i quali non è possibile stabilire il link o comunque lo scambio dei dati avverrà in maniera instabile, con un elevato tasso di pacchetti persi.