sábado, septiembre 06, 2014

Antenas WiFi de gran potencia. Enlaces a 1.000 Km.

La necesidad es la madre de todas las ciencias y al vivir en algún lugar del campo de Cartagena alejado de todo surgió la necesidad de lograr enlaces de larga distancia, de muy larga distancia, por lo que llevo años dedicándome a diseñar y montar lo que se llaman Antenas Tácticas, es decir, antenas de conexión inalámbrica que logran enlaces de larga distancia y que reciben ese nombre por su uso militar.

Figura 1: Antena TDJ13 circular

Mi primer diseño fue el de la TDJ13 Circular, que era una modificación de la TDJ13 cuadrada de Pacific Wireless, a los que conseguimos ganar por 1.5db´s. Posteriormente diseñé la antena "SRM" en honor al matemático indio "Srinivasa Aiyangar Ramanujan". Este fue mi primer diseño propio partiendo desde cero  - puedes descargar el manual paso a paso de cómo crear esta antena - y su peculiaridad es que los elementos son elípticos que sin duda son los que mejor resultado dan debido a la naturaleza de la señal. Srinivasa Ramanujan trabajó mucho con las elipses y utilizo sus fórmulas en el este diseño.

Figura 2: Resultado final de la antena SRM creada en el año 2009

Enseguida me di cuenta que todas éstas antenas se asentaban sobre una base común y que no se había logrado calcular con exactitud sus dimensiones y naturaleza. Me costó bastante descubrir - porque es más un descubrimiento más que un invento -, los "Núcleos Belgrano".

Los Nucleos Belgrano

El Núcleo Belgrano es la esencia, la base de todas éstas antenas. Con las medidas exactas e inalterables. Puede funcionar como antena aislada o como iluminador siendo la antena más potente que existe. Tiene mucha más ganancia que una Biquad o Doble-Biquad del Maestro Trevor Marshall.

Nosotros buscamos antenas caseras que sean fácilmente realizables y si es con materiales reciclados aún mejor - llamadas Cantenas -, así nació la Cantena Belgrano, que tiene un rendimiento excepcional, se realiza íntegramente con una lata de galletas danesas del Mercadona o del Lidl y es conocida en todo el mundo de habla hispana y en Asia, y en menor medida en el mundo anglosajón donde siguen con si vieja e ineficaz Cantena Pringles.

Con el Núcleo Belgrano montado como iluminador tenemos recepciones de más de 1.000 Km, tal como se puede ver en este vídeo, y enlaces bidireccionales - en condiciones determinadas - de 402 km:


Figura 3: Enlace WiFi bidireccional de 402 Km con una antena Belgrano

En el siguiente vídeo se puede ver la antena parabólica de rejilla realizada a mano por el amigo Maquia siguiendo los planos de Chalenger. En el video se ve una Cantena Belgrano Sinusoidal diseñada al efecto de tener una relación de foco de 0.6. Esa antena es capaz de alcanzar un AP libre y abierto a más de 400 Km en determinadas condiciones.


Figura 4: Demostración de una Cantena Belgrano Sinusoidal

Con estas Cantenas es fácil enlazar con Ibiza y Mallorca desde el campo de Cartagena. ¿Os imaginas un APT que utilice Acrilyc WiFi con éste material? Nadie nos creía al principio ya que los enlaces a 2.4 Ghz sin línea de visión eran imposibles pero nosotros hemos demostrado que no.

El Proyecto Belgrano

En esos momentos cree un proyecto abierto de diseño denominado "Proyecto Belgrano". Este grupo de trabajo es un taller de diseño de Cantenas que ha dado muy buenos frutos, del que se puede destacar el Belgrano 2NI del Maestro Dragonfly - al que una marca comercial reconocida le ha copiado el diseño:

Figura 5: Cantena Belgrano 2NI

También salieron algunas otras antenas buenas como la Belgrano Copernicus de Xenon022 y los Sparrow del amigo Falcón 622. Siguiendo al maestro - ya fallecido - Alexander Kemurdjian me surgió la idea del Belgrano Meroka. Toma su nombre del sistema de guiado de misiles Meroka alemán.

Este diseño supuso una revolución por cuanto no existe nada parecido en antenas WiFi caseras. Me consta que éste diseño fue probado por un amigo para la guía de misiles con mejor resultado que las antenas canadienses originales, aunque luego no tuvo continuidad en el proyecto.

Figura 6: Antena Belgrano Meroka v1
Con estas antenas, es posible la localización de señales WiFi a larga distancia y encontrar un punto de acceso concreto desde ubicaciones remotas muy lejanas, que puede ser utilizado para fines tan buenos como la conectividad de ubicaciones remotas o tan peligrosos como la realización de ataques APT WiFi dirigidos desde gran distancia, lo que debería alertar a los responsables de seguridad de red de las empresas.

Belgrano Templarios

Hasta ahora todas las antenas que habíamos diseñado eran realizadas con chapa de latón, aluminio, cobre , etcétera, pero desde hace un año comencé a calcular y diseñar cómo serían las antenas construidas sobre PCB (Printed Circuit Board), sobre circuito impreso, que eran muy demandadas por los foreros. Los primeros diseños han sido los de Belgrano Cátaro, tanto en 2.4Ghz como en 5Ghz.

Tenía la idea en mente más de seis años realizando ensayos esporádicos, en Noviembre del año 2013 logré el objetivo. No lo creía posible porque era solamente una intuición pero cuando la probé y vi que funcionaba me emocioné. Belgrano Templario es una antena de panel autorreplicante - NO se trata de un fractal - en un diseño tal, que puedes coger el corazón de la antena - digamos el núcleo - y construir una antena mayor solamente tienes que replicarlo y apilarlo en cualquier sentido. vertical u horizontal.


Figura 7: Funcionamiento de una Antena Belgrano Templario Plana pequeña

Esto es lo más difícil de comprender, mi antena no tiene líneas de enfase, las líneas de enfase son parásitas y pérdidas de señal , los Belgrano Templario son así. No hay que hacer más gasto en I+D, basta replicar y si quieres que trabaje en 5 Ghz o en 20 Ghz basta escalarla y ya está. Para que se pueda apreciar su potencia, aquí tenéis una comparativa de una Belgrano Templario y contra un Antena de rejilla de 20 db's.


Figura 8: Funcionamiento de una Antena Belgrano Templario contra una Antena de rejilla

A día de hoy estoy ultimando una Belgrano Templario con polarización circular. ¿Qué significa esto? Pues que la antena puede girar 360º en vertical con una variación menor de 1.5db´s y que podría ser utilizado para el Guiado de Misiles o sistemas de FPV First Personal View ya que aunque el objeto guiado gire o cambie de dirección, no se pierde el enlace.

Otra particularidad que tiene este diseño es que la antena puede ser destruida en múltiples puntos y seguirá centrada en frecuencia y funcionando, aunque disminuya la ganancia. Con una antena de éstas se podría establecer un punto a punto fuera de cualquier control. De momento, el diseño de la Belgrano Templario no es público hasta que decida qué hacer con él, ya que quiero elegir a qué va a ser destinado.

Autor: Mandarache
Moderador en el foro de Lampi y en Zero13 

26 comentarios:

palako dijo...

Espectacular!

Jonathan Novel dijo...

Buenas Mandarache,
Me gusta el Wifi, da mucho juego la verdad...
Enhorabuena por tu trabajo y gracias por compartirlo!
Saludos y suerte en todo lo que hagas ;-)

Anónimo dijo...

Hola no tengo idea de señales pero esto me llama la atención porque yo tenía entendido que la cosa funcionaba así.
Con el típico ejemplo del megáfono.
Si yo emito de A ---> B con la suficiente potencia para que B "escuche" y digamos que B no tiene la suficiente potencia como para que A "escuche" cuando B es el que emite. ¿Como es posible entonces? ¿que sería el "oido" ?¿como se mejoraría?

@rgondie dijo...

¡Genial!

4 Años estudiando teleco y esto es mucho más útil y guay que nada que haya visto en la carrera :D
Gracias.

leitzaran dijo...

Brevemente (y en especial para @rgondie):

- Una antena no tiene más o menos "potencia". Tiene más o menos ganancia en una dirección determinada.

- Esa ganancia se puede medir de forma absoluta o, como se hace en el artículo, comparándola con la de otras antenas. Pero esas antenas patrón están estandarizadas: el dipolo y la antena isotrópica. Y en el artículo en ningún momento se dice cual es la ganancia de esas antenas con respecto a un dipolo o a una isotrópica.

- La distancia o alcance de un enlace depende de muchos factores: antena emisora, antena receptora, potencia del emisor, sensibilidad del receptor, factores de propagación, etc. La antena, ella sola, no tiene un alcance.

Y así podríamos seguir... la literatura disponible en internet es muy buena y extensa. No me parece un buen artículo, lo siento.

Tero dijo...

Hola Mandarache,

No es mi intención quitarle mérito, pero tengo que hacer algunos comentarios en auras del rigor científico.

1) "Nadie nos creía al principio ya que los enlaces a 2.4 Ghz sin línea de visión eran imposibles pero nosotros hemos demostrado que no."

Los enlaces de frecuencia VHF en adelante, de alcance mayor a la línea de visión restringida por la curvatura de la tierra, sí son posibles y estudiados académicamente, con ciertas salvedades.

Estos enlaces se basan en la refracción troposférica y el efecto "Conducto" (la refracción ionosférica es inapreciable por la alta frecuencia y el índice de penetración de las onadas).

Las ondas de radio en la troposfera (0-12km) sufren refracción y dispersión debido a cambios de temperatura, presión y densidad de vapor. En el caso de subrefracción, es posible que se produzca el efecto "Conducto". Es decir, si hay una variación grande de la refractividad respecto a la altura, las ondas de radio quedan "atrapadas" en el margen de alturas de dichas condiciones, formando un conducto.

Los conductos pueden ser superficiales o elevados y se diferencian por los factores climatológicos que los generan. Véase conductos de evaporación, advección, enfriamiento por radiación y por frentes de onda anticiclónicos.

Sin embargo los que más se adecúan a la situación de Cartagena son los conductos de evaporación. Éstos se forman sobre la superficie del mar ya que el aire más cercano a la superficie se encuentra saturado de vapor de agua y se producen turbulencias así como una gran variación del índice de refracción con la altura. El fenómeno ocurre con mayor probabilidad en mares del sur, en verano y por la tarde.

2) "realización de ataques APT WiFi dirigidos desde gran distancia, lo que debería alertar a los responsables de seguridad de red de las empresas."

Lo que mejor define y diferencia este tipo de enlaces de los que hablamos es su caracter indeterminista. Es prácticamente imposible predecir con una probabilidad aceptable la formación de estos canales de larga distancia por fenómenos meteorológicos, aunque ciertamente se produzcan eventualmente.
No considero que haya que alertar a "los responsables de seguridad de red" por esto en específico.


Los siguientes comentarios forman parte de mi opinión personal y pueden ser ampliamente discutidos:

1) "podría ser utilizado para el Guiado de Misiles o sistemas de FPV First Personal View ya que aunque el objeto guiado gire o cambie de dirección, no se pierde el enlace."

Las antenas de polarización circular y elíptica son ya muy utilizados en sistemas "FPV". Lo que aportaría su diseño de antena sería mayor ganancia en, posiblemente, menor espacio.

Si de verdad quisieran usar esta antena para fines militares, debería construirse un array de antenas de enfasado activo. Se trata de módulos que transmiten por separado y que producen interferencia constructiva en determinados ángulos de fase.

Yo mismo construí una antena mononúcleo de polarización elíptica y he seguido vuestro foro de cerca. Ciertamente la polarización elíptica es un acierto respecto a factores climatológicos adversos, y la captación de ondas parcialmente despolarizadas por la troposfera.

Lamento que os hayan copiado el diseño de dos núcleos comercialmente. Una opción es patentar vuestro nuevo diseño, aunque tampoco garantiza que no os lo vayan a copiar o incluso mejorar con ligeras variaciones.

Un saludo y ánimo con el proyecto.

Anónimo dijo...

Increíble. Supongo que será tan imposible como de distinta naturaleza pero seria genial poder compartir electricidad de manera wifi.

ililskwhadlruq CQ dijo...

Hola amigos, alguno sabe si estos antenas están en venta ? quisiera uno de esos.

Anónimo dijo...

Por cierto, que esos enlaces son ilegales. La densidad espacial de potencia que has de transmitir para que eso funciona supera con mucho los limites legales establecidos.

Anónimo dijo...

Me gusta el empuje y la iniciativa que tienen estos chicos, pero estoy de acuerdo con leitzaran y Tero y el último anónimo.

Lo que se ve es que les falta un poco de formación ya que como han apuntado por ahí, en la escuela de Teleco, en la especialidad de radio se explica todo esto y más de forma fenomenal y rigurosa, por eso yo le diría a rgondie que no sé que ha estado haciendo durante 4 años en Teleco y a qué escuela ha estado asistiendo, pero en la mía sí forman sobre estos temás.

Y por último como consejo, si lo que os gusta es cacharrear con antenas y radio debeis hablar con algún radioclub de radio aficionados de la ciudad donde vivais. Ahí encontrareis mucha gente de diverso nivel técnico donde podreis aprender, ya se dedican a realizar este tipo de experimentos.

Saludos.

Patcher dijo...

Gracias Chema por prestar tu espacio para mostrar este trabajo.

Un relato cronológico estupendo con muy buen contenido, en el que se aprecia no sólo un relato de desarrollo técnico de la mayor altura, si no también de desarrollo de un equipo de personas de gran calidad humana, que han llegado a formar un gran equipo.. Una familia; Ello os hace incluso más grandes.

Nadie puede poner en duda la labor que de forma altruista habéis desarrollado con medios técnicos casi nulos, en el que han participado desde zapateros y recolectores de oliva hasta ingenieros y técnicos, todos con la misma ilusión por hacer realidad un sueño.

Desde luego un gran articulo que nos recuerda al mejor Mandarache de antaño y por ello le deseo, que sea cual sea su camino, que no le falte la ilusión y la fuerza para seguir adelante.

Anónimo dijo...

Un post menos técnico y más sensacionalista es difícil escribirlo sobre un tema más que Belén Esteban en este páis, ¡pero lo habéis conseguido!.

La potencia isotrópica máxima radiada en España para la banda de 2.4GHz es de 100mW, siendo el Bullet 2HP que usáis totalmente ILEGAL. Está bien hacer videos con música cañera para que se motiven los colegas, pero teniendo una parabólica de 27dB apuntando al cielo y un adaptador ILEGAL, recibir radiaciones lejanas no es ninguna hazaña épica de "templarios".

Estoy bastante seguro de que no has hecho teleco ni has entrado a una sola clase de Radio, pero realmente me da igual, porque no demostráis nada que no sepa cualquier Ingeniero de Telecomunicaciones.

Y @rgondie, creo que habrías podido aprovechar mejor tu tiempo en la carrera.

Anónimo dijo...

El arte no está hecho para todos, hay quien lo entiende y quien no, quien se deja llevar por la historia y quien no se la cree, en cualquier caso ahí queda.
Me gusta mucho el hecho de compartirlo y que sea de acceso libre, incluso para que algún cazatalentos pueda copiar la información.
Es cierto que los equipos son de calidad, pero se utilizan para comparar en su extremo de alcance la fiabilidad del diseño de la antena y parece que funcionan.

Anónimo dijo...

Saludos desde México, en su momento utilize una antena de tipo belgrano construida de manera casera segun el manual, el problema que tuve es que en un dia lluvioso, con el equipo de computo prendido y en uso cayo un rayo y se daño mi adaptador inalambrico, que hacer para que en tiempo de lluvia se pueda usar la red inalambrica sin riesgo a que un rayo dañe los equipos??

ANELKAOS dijo...

Chema el título de este mensaje es "polémico"... pero el contenido ya es para cerrartelo jajaja

Hay unos señores que hacen "nosequé" del CNAF preguntandome por las coordenadas del radioenlace de ese desaprensivo jajaja

Como bien dice el anónimo 7/9/14 4:05 p. m. la PIRE es de 100mW, radiar mas en 2,4GHz es jugar a teñirse de rubio sin productos químicos.

Los que somos de la vieja escuela de SW.net tenemos una herramienta específicamente diseñada contra éste tipo de "antenas tácticas":

[img]http://bujinkanpanama.ffabrega.com/kagi.gif[/img]
http://bujinkanpanama.ffabrega.com/kagi.gif

^___________^

Anónimo dijo...

Vaya Anelkaos, tus comentarios le dan todavia más merito al articulo viniendo de alguien con tu trayectoria.

https://www.lastdragon.net/?p=12
http://es.wikipedia.org/wiki/Usuario_discusi%C3%B3n:ANELKAOS

Mucho miedo debeis tener algunos o envidia insana, o es ¿afán de protagonismo?, cuando dais importancia a aquello que no la tiene.

como dice el refran, "Mejor que hablen de uno, aunque sea mal"

Saludos Malignos...

José Dominguez dijo...

Esos enlaces duran segundos, minutos o pocas horas a lo sumo, y es totalmente normal que se puedan establecer esporádicamente.

Lo que es imposible es determinar en qué momento se van a producir.

El post es de principiante, pero para ser justos, os doy la oportunidad de "demostrar vuestra valía".

Desde aquí os lanzo un reto a todo Zero13 wireless y en especial a Mandarache:

"Reto 1) Buscad una AP de esas de África desde cartagena (cuanto más lejos mejor). Dejen transcurrir 24h e intentad encontrar el mismo AP de nuevo ;)." (10 puntos)

"Reto 2) Tengo una empresa en el norte de África llamada Mukutumbu Diamonds, en la ciudad de Lamtar. En las oficinas tenemos 20 routers inalámbricos para 247 trabajadores equiespaciados en el espectro de 2.4GHz. Pero el AP en especial al que se conecta el CEO Akarele Kwame, tiene de BSSID 00:17:33:8C:81:77 y su jornada laboral es de 8h a partir de las 9AM. Realizen un ataques APT WiFi dirigido ;)." (20 puntos)

PD. Los administradores de red han sido alertados de posibles ataques de misiles guiados.

JakeMate dijo...

Esto se nos ha ido de las manos José,

Este muchacho... es muy decidido pero algo despistado el proble. Ha colocado un material en la parabola, que nosotros teniamos todavía en experimentación y no se conocen los efectos sobre la humanidad, sabe Ud.

Nosotros no queriamos pero Ud. venga a incitar, claro... y ahora... Ahora a ver quien arregla esto eh.. Mire, de los puntos olvidese, pero el frente cósmico ya no hay quien lo pare. Por lo que más quiera avise a Makelele y que evacuen la fábrica, si,si... evacuen la fabrica...a lo antes mejor.

Declinamos toda responsabilidad, eh..

DJ Eddie Knight dijo...

Después de leer todo el artículo y los comentarios, algún experto puede decirme que velocidades de transferencia de datos puede alcanzarse con enlaces de digamos 5km y usando esas antenas?

Felipe V dijo...

Hola que bueno! yo quiero una, las tienes a la venta?

mario vazquez dijo...

Jajajaaja no me encanto el post sino los comentarios

mario vazquez dijo...

Jajajaaja no me encanto el post sino los comentarios

jose antonio gonzalez braña dijo...

Ayudarás necesito antena rural para pillar señal no me llega adsl....

jose antonio gonzalez braña dijo...

Ayudarás necesito antena rural para pillar señal no me llega adsl....

Perryuli dijo...

Vendéis ese tipo de antenas? Si es así... DÓNDE?

cablegroup dijo...

Te apoyo, articulo de ficcion para no conocedores.

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