¿Cómo funciona una antena wifi?

1. ¿Es una antena dipolo o monopolo? Solo veo un conductor, así que diría que es un monopolo. Pero, ¿dónde está el plano de tierra? En lo que a mí respecta, una antena monopolo necesita un segundo objeto de metal para poder radiar.

La primera imagen que ha adjuntado es una antena monopolo de patito de goma. Un cable (línea) de transmisión de extremo abierto cuando es excitado/impulsado por una fuente de voltaje de CA actúa como un radiador pero no es eficiente. Cuando dobla los dos cables de extremo abierto a una cierta longitud, funciona mejor. Los voltajes y corrientes oscilatorios producen campos eléctricos y magnéticos oscilatorios. Cuando la longitud de flexión efectiva es la mitad de la longitud de onda, funciona aún mejor y hay una diferencia de potencial máxima en los bordes. La corriente es máxima en el centro.

Volviendo a la antena Wi-Fi: considere una antena monopolo de un cuarto de longitud de onda. Uno de los extremos abiertos está conectado a tierra y el otro extremo tiene un cuarto de longitud de onda. La excitación es la misma, una fuente de voltaje de CA. Pero en esta estructura, la diferencia de potencial máxima en los bordes es la mitad que en el caso de un 'dipolo' de media longitud de onda. En consecuencia, no hay un campo E lo suficientemente fuerte como en un dipolo, pero esto es suficiente.

La primera imagen es de una antena monopolo y su patrón de radiación se muestra en la siguiente figura. Tiene un patrón de radiación omnidireccional, que se asemeja a la figura del número 'infinito o una pesa de gimnasia'. Las antenas Wi-Fi para teléfonos móviles son antenas de parche de bajo perfil incrustadas en un sustrato y alimentadas internamente.

2. Ni siquiera veo el conductor de metal, sino solo un monopolo de plástico. Entonces, creo que la parte interna es un monopolo conductor. Pero, ¿por qué hay un escudo externo de plástico?

Sí. El blindaje exterior puede ser para protección contra daños. Esto puede considerarse equivalente a un 'radomo' presente con estructuras reflectoras parabólicas.

No estoy de acuerdo con las otras respuestas que describen esto como una antena monopolo. Creo que en realidad es una antena dipolo coaxial, descrita por primera vez en una patente de Bell Labs de 1939 . Solo por diversión, estoy incrustando una de las ilustraciones de esa patente aquí.

¿Cómo llego a esta conclusión? En primer lugar, es mucho más larga que 1/4 de longitud de onda en frecuencias wifi (2,4 GHz = 12 cm de longitud de onda). En segundo lugar, la sección de base de mayor diámetro y la punta de diámetro más delgado son un volumen innecesario para un látigo monopolo simple.

La ventaja del dipolo coaxial es que no requiere un plano de tierra. El propósito de la sección de base más gruesa es formar un "estrangulador" de cuarto de onda que aísle la punta inferior del dipolo de la línea de alimentación coaxial.

Este tipo de antena es técnicamente "independiente de la tierra", lo que significa que un plano de tierra no es esencial para su funcionamiento. El patrón de radiación aún se verá afectado por la proximidad del chasis del enrutador, pero no con tanta fuerza como si fuera un monopolo de cuarto de onda.

¿Es una antena dipolo o monopolo? Solo veo un conductor, así que diría que es un monopolo. Pero, ¿dónde está el plano de tierra? En lo que a mí respecta, una antena monopolo necesita un segundo objeto de metal para poder radiar.

Es un monopolo y el cuerpo del enrutador actuará como plano de tierra; el PCB dentro del enrutador tendrá un plano de tierra y tendrá suficiente capacitancia para una conexión a tierra "real y verdadera" que a 2.5 GHz parece una conexión bastante buena. Además, los cables que van al enrutador tendrán capacitancia a tierra, etc.

Si el enrutador está acoplado capacitivamente por 10 pF a tierra, entonces a 2,5 GHz, eso es una reactancia de 6,4 Ω.

Ni siquiera veo el conductor de metal, sino solo un monopolo de plástico. Entonces, creo que la parte interna es un monopolo conductor. Pero, ¿por qué hay un escudo externo de plástico?

La parte interior será un alambre y la exterior de plástico soporta ese alambre "delgado" y lo protege. También hay propiedades dieléctricas en el plástico que significan que estará ligeramente desafinado de la longitud teórica del monopolo, pero eso se tendrá en cuenta en la longitud total del diseño.