¿Qué tamaño de antena necesitaría para conectarse a la red WiFi de la ISS desde la Tierra?

Ignorando la latencia (en realidad no es tan mala) y los problemas de la jaula de Faraday, el principal problema aquí es el presupuesto del enlace de radio .

El presupuesto del enlace es un cálculo de cuánto ancho de banda utilizable (velocidad de datos) se puede mantener para un determinado conjunto de parámetros. Los parámetros que el receptor puede optimizar son la ganancia de la antena del receptor y las pérdidas del receptor. Supongamos que las pérdidas del receptor (del hardware del receptor) son lo más óptimas posible. Ahora solo hay un parámetro para optimizar: ganancia de antena.

La ganancia de antena resulta de dos parámetros más: tamaño de antena y directividad . Como se dijo en las otras respuestas, el tamaño proporciona rendimientos significativamente reducidos por encima de una sola longitud de onda, que es del orden de ~ 10 centímetros para WiFi de 2,4 GHz. Ahora estamos en nuestro último parámetro, la directividad.

La directividad es el resultado del diseño y la forma de la antena, y cambia el margen de error por un presupuesto de enlace adicional (que se gastará en rango o tasa de datos). Si la antena se puede apuntar con precisión en la dirección correcta, se puede usar esta ganancia adicional. Para este caso extremo, iríamos inmediatamente al tipo de antena más directiva, una antena parabólica (a veces llamada antena parabólica). Una cosa interesante de este tipo de antena es que prácticamente elimina el límite de tamaño.

Wikipedia tiene algunos números para hacer referencia:

Se puede ver que, como con cualquier antena de apertura, cuanto mayor es la apertura, en comparación con la longitud de onda, mayor es la ganancia. La ganancia aumenta con el cuadrado de la relación entre el ancho de apertura y la longitud de onda, por lo que las antenas parabólicas grandes, como las que se utilizan para la comunicación de naves espaciales y los radiotelescopios, pueden tener una ganancia extremadamente alta. Aplicando la fórmula anterior a las antenas de 25 metros de diámetro que se utilizan a menudo en conjuntos de radiotelescopios y antenas terrestres de satélites a una longitud de onda de 21 cm (1,42 GHz, una frecuencia de radioastronomía común), se obtiene una ganancia máxima aproximada de 140.000 veces o unas 50 dBi (decibelios por encima del nivel isotrópico). Las antenas parabólicas más grandes del mundo son el radiotelescopio esférico de apertura de quinientos metros en el suroeste de China y el radiotelescopio de Arecibo en Arecibo, Puerto Rico, EE. UU. ambos tienen aperturas efectivas de unos 300 metros. La ganancia de estos platos a 3 GHz es de aproximadamente 90 millones u 80 dBi.

Si realmente desea calcular esto, intente usar la ecuación de presupuesto del enlace con las especificaciones del transmisor extraídas de un punto de acceso WiFi del consumidor. Una estimación que tengo para el tamaño de la antena sería de ~20 metros, similar a las antenas de los arreglos de radioastronomía SETI.

Otra forma más difícil de calcular de mejorar la ganancia es utilizar un conjunto de antenas, con hardware o software complejo para combinar las señales débiles y ruidosas de cada una en una fuerte y clara.

El diseño de la antena es algo más que el tamaño. De hecho, los propios elementos de antena tienen un tamaño útil máximo (del orden de una longitud de onda). Pero la historia corta es que no puedes con cualquier tamaño. La respuesta larga es, por supuesto, que siempre hay una manera, pero empezaría a ser muy tonto. Las frecuencias y protocolos WiFi simplemente no funcionan en esas distancias.

No se conecta exactamente a una red Wi-Fi regular, pero muestra lo que es posible usando la configuración adecuada. Se utilizaron antenas parabólicas en ambos lados.

https://en.wikipedia.org/wiki/Long-range_Wi-Fi

El enlace Wi-Fi no amplificado más largo es un enlace de 304 km logrado por CISAR (Centro Italiano de Actividades de Radio).

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La antena es de 120 cm con guía de ondas hecha a mano. 35 dBi estimado