16 dBi bi-loop решетка своими руками, как сделать антенну для WiFi
Как сделать своими руками простую синфазную bi-loop решетку с усилением 16 dBi.
На связи Тимур Гаранин и сегодня мы разберём классическую схему синфазной решетки на примере вертикального стека билупов.
Такая схема решетки некритична к точности исполнения, широкополосна и хорошо согласована с фидером.
Для начала изготовим четыре одинаковые антенны bi-loop к примеру на центральную частоту первого канала wifi 2412 МГц.
Из провода диаметром жилы 2,5 мм нарежем четыре отрезка по 260 мм. Это с учетом небольшого запаса.
Из каждого отрезка согнём два кольца длиной окружности 115-116 мм.
Подготовив четыре вибратора для решетки, сделаем рефлектор. Я рекомендую делать расстояние между центрами вибраторов в ¾ длины волны, поэтому габариты рефлектора будут следующими:
Три целых с одной четвертью длины волны по высоте, т.е. примерно 405 мм.
И не менее полторы длины волны по ширине. Но лучше шире, и по желанию можно добавить губки Маршалла высотой в 1/8 – 1/4 длины волны.
В рефлекторе необходимо разметить места для отверстий и креплений вибраторов на расстоянии ¾ длины волны друг от друга, т.е. на расстоянии 93 мм друг от друга ровно по центру.
Установить в размеченные места вибраторы на высоте 14 мм от рефлектора. Это чуть меньше 1/8 длины волны.
И после того, как билупы установлены на передней стороне рефлектора, мы начинаем соединять их между собой отрезками кабеля позади рефлектора.
Распространена схема соединения вибраторов, в которой присутствуют два четвертьволновых согласующих отрезка и четыре отрезка произвольной длины.
Данную схему я не рекомендую по двум причинам:
Во-первых, у нас расстояние между точками подключения к вибраторам равно ¾ волны, поэтому нам будет неудобно работать с короткими четвертьволновыми отрезками.
Во-вторых, в этой схеме всё согласование происходит только в двух четвертьволновых отрезках, остальные четыре отрезка не участвуют в согласовании.
Я же предлагаю для нашей решётки более сбалансированную схему соединения. Она состоит из шести одинаковых отрезков длиной в ¾ волны.
Это, во-первых, позволит удобнее соединять наши вибраторы.
Во-вторых, трансформация сопротивления происходит во всех отрезках, двухэтапнно, более сбалансированно. И позволит трансформировать небольшие отклонения входного сопротивления вибраторов.
Есть и более продвинутое решение – изготовить воздушный сплиттер на 4 вибратора. Но эта задача уже не каждому по силам.
Поэтому вариант соединения вибраторов отрезками в ¾ длины волны считаю самым подходящим для нашей задачи.
Какая будет диаграмма направленности у вертикального стека. Она будет представлять собой плоский блин по горизонту. При чём, чем больше вибраторов в вертикальном стеке, тем больше уплощается ДН по горизонту. Это самый выгодный тип ДН, на мой взгляд, который обеспечивает наилучший приём именно по горизонту.
В максимуме диаграммы направленности ожидается усиление в 16 dBi. Значительное усиление, что и не удивительно, учитывая что наш стек содержит 4 билупа, т.е. 8 петлевых антенн.
16 dBi обеспечит нам прирост мощности сигнала в максимуме диаграммы направленности в 40 раз, по сравнению с точечным изотропным излучателем, при той же напряженности падающего поля и прочих равных условиях.
Поэтому такая антенная решетка вполне подходит для использования в удалённой от источника сигнала местности, даже за городом.
Можно конечно создавать решетки и с большим количеством элементов, но это уже сильно на любителя. Стек из четырёх билупов является, пожалуй, оптимальным выбором для синфазной решетки.
Друзья, если Вы считаете канал полезным, поддержите его, оставив комментарий и поделившись роликом на других площадках. Подписывайтесь, смотрите другие ролики на канале, добавляйте себе плейлист «Антенны», изучайте материалы в описании.
Спасибо за поддержку, друзья! Удачи!
Bi Loop и двойной билуп для WiFi и мобильных сетей, как сделать антенну для интернета и цифрового ТВ
В предыдущих роликах мы уже рассчитывали антенну bi-loop для ТВ диапазона и антенну bi-quad для WiFi.
Bi-loop имеет то преимущество, что при той же длине полотна даёт усиление на полдецибела-децибел больше, чем аналогичная bi-quad. За счёт того, что круглая петля разносит точки полотна на большее расстояние друг от друга, чем квадратная петля, и за счёт более равномерных параметров полотна.
Так как для ТВ мы уже рассчитывали такую антенну, то сегодня рассчитаем для первого канала WiFi, центральная частота которого равна 2412 МГц. Антенна обладает весьма широкой полосой, поэтому с её помощью мы захватим все каналы WiFi диапазона 2.4 ГГц.
Для указанной частоты длина волны составит 124,3 мм.
Проволоку рекомендую взять диаметром примерно 2,5 мм. Чем больше диаметр проволоки, либо ширина печатной полосы, тем шире рабочая полоса частот антенны.
Из этой проволоки сгибаем два кольца с длиной окружности 115,6 мм. Это длина волны, умноженная на коэффициент укорочения.
Минимальные размеры рефлектора 124 на 93 мм. Но я рекомендую брать 125 на 125, полную длину волны.
Расстояние от антенны до рефлектора – 13,5-14 мм. Чуть меньше, чем одна восьмая длины волны.
Так как поляризация у нас вертикальная, то саму восьмёрку нужно располагать на боку, а сверху и снизу рефлектора можно добавить губки высотой в четверть длины волны, примерно 30 мм.
Отклонения размеров в пределах 5% не критичны. Антенна будет прекрасно работать даже с небольшими погрешностями в исполнении.
Одну центральную точку антенны соединяем с центральной жилой. Вторую точку – с рефлектором и оплёткой кабеля.
Так как вибратор лёгкий, никаких дополнительных фиксирующих элементов не требуется. Достаточно толстой проволоки или трубки в центре антенны.
Bi-loop с экраном способен дать усиление в 10,5 dBi, а с губками на краю рефлектора – все 11 dBi. Для такой простой конструкции это очень хорошее усиление.
Такую же антенну можно изготовить и на плате, при этом она получится тем широкополоснее, чем шире печатная полоса. По внутренней окружности определяется длина волны верхней частоты диапазона, по внешней окружности – длина волны нижней частоты.
Ну и по аналогии с двойными биквадами, возможно создание двойных и даже тройных bi-loopов. Расчёт для них точно тот же, что мы провели для простого билупа. Только с добавлением каждой дополнительной пары петель, необходимо уменьшать расстояние до рефлектора процентов на 10 для согласования с сопротивлением кабеля.
Усиление у двойного би-лупа уже достигает 12-13 dBi и больше. Но с дальнейшем добавлением элементов диаграмма направленности превращается в вертикальный блин. Поэтому наращивание количества петель таким способом – это тупиковый путь.
В следующих роликах мы рассмотрим правильные схемы соединения петлевых антенн с точки зрения оптимизации ДН.
А вот применение губок на рефлекторе снизу и сверху, и даже применение параболического рефлектора – весьма оправдано, т.к. сжимает диаграмму направленности сверху и снизу.
Однако, если мы хотим принимать и передавать WiFi сигнал в горизонтальной поляризации, что вообще-то против стандарта, то вертикальное расположение двойных и тройных bi-loopов и bi-quadов как раз оправдано. Мы получим ДН в форме горизонтального блина и будем максимально хорошо принимать по горизонту.
Друзья, если считаете ролики полезными, поддержите канал комментарием, репостом и просмотром любого другого видео на канале. Добавляйте себе плейлист антенны. Изучайте материалы в описании. Подписывайтесь.
Удачи, друзья! Спасибо за просмотр!
Расчет Bi-loop антенны
Антенна Двойная Петля является модификацией хорошо известной антенны Харченко. В данном случае квадраты заменяются круговыми петлями. При этом радикального изменения в принципе излучения антенны не происходит. Мы по прежнему имеем дело с двумя, соединенными параллельно, элементарными магнитными излучателями, только с измененной геометрией петель, вместо ромба — круг. При этом площадь раскрыва и, соответственно, усиление такой антенны даже больше чем у би-квадрата, но не намного, всего на доли децибела. Да и изготовление петель во многом легче, достаточно согнуть круг нужного диаметра и не париться замерами сторон и диагоналей квадрата.
Данный калькулятор отличается от западного аналога WiKarekare, ссылка на который приведена ниже. Этот калькулятор основан на компьютерной модели ANSYS HFSS, а западный использует фиксированные размеры кратные длине волны (λ, λ/8 и т.п.). Как показывает компьютерная модель, длина окружности петли «C» на несколько процентов меньше длины волны в свободном пространстве. Это же относится и к расстоянию между петлями и рефлектором «h«. Антенна имеет входное сопротивление 50 Ом, расчетное усиление — 10.5 dBi. Схематическое изображение антенны:
Набор характеристик антенны (кликните на нужное изображение для увеличения):
 |  |  |  |
| Входной импеданс | КСВ | Усиление dBi | Диаграмма направленности |
 |  |  |  |
| Входной импеданс | КСВ | Усиление dBi | Диаграмма направленности |
Как видим, в диапазоне 2100 Мгц КСВ достигает 3-х при удовлетворительных других характеристиках антенны. Кроме того, не следует забывать, что антенна нуждается в балуне. Обычно этим пренебрегают, что ухудшает все характеристики антенны.
Не забывайте о поляризации антенны. На схеме антенна имеет вертикальную поляризацию. Особенности монтажа мало отличаются от антенны Харченко. Промежуток в месте подключения необходимо сделать минимально возможным, желательно не более диаметра провода. На диапазонах ДМВ, где диаметр провода может составлять более 10 мм, его можно набрать из нескольких параллельных проводов меньшего диаметра. По краям рефлектора можно сделать бортики по аналогии с антенной Маршалла. Это несколько уменьшает боковые лепестки диаграммы наравленности антенны.
Усиление антенны можно увеличить соединив в стек несколько Bi-loop антенн:
Оригинальная конструкция простой антенной решетки. Антенная решетка для wifi bi-loop
Недавно довелось повстречать на просторах интернета весьма оригинальную конструкцию синфазной решётки из двух bi-loopов.
Её конструкцию Вы видите на экране. Центральная жила кабеля подключается к билупам с внутренней стороны, а с наружной стороны билупы подключены к рефлектору, который, в свою очередь, подключен к оплётке кабеля.
Автор данной конструкции заявляет, что она, якобы, неплохо работает, но не демонстрирует этого.
Я имею дерзость предположить, почему он не приводит примера её работы. — Потому что антенна с такой фазировкой полотна будет работать просто ужасно.
Из центральной точки сигнал разделяется в противоположные стороны. Уже на этом этапе видно, что направление тока в ветвях фидера противоположно.
Т.к. подключается фидер к билупам зеркально, то по полотну билупов ток также будет течь по встречным направлениям. Т.е. ток в верхнем билупе будет в пространстве сфазирован противоположно току в нижнем билупе.
В результате мы получим, что в направлении перпендикулярном плоскости решетки сигналы билупов вычитаются, и мы получаем ноль на диаграмме направленности. Усиление равно нулю, сигналы билупов вычитаются.
Данная конструкция нежизнеспособна в связи с неправильной фазировкой полотна.
Можно ли это вылечить? Можно ли сделать из бесполезной конструкции работающую?
Легко. Для этого нужно всего лишь подключить фидер к противоположной центральной точке одного из билупов.
Тогда ток в билупах будет сфазирован одинаково. И будет складываться в фазе в пространстве перед решёткой.
Теоретически, такой вертикальный стек можно сделать более, чем из двух билупов. Ничего не мешает нам объединить в стек четыре билупа. Для правильной фазировки соседних билупов необходимо использовать соединительные отрезки, равные половине длины волны, умноженной на коэффициент укорочения.
Крайние билупы конечными центральными точками замыкаются на рефлектор.
Расстояние до рефлектора – около одной восьмой длины волны.
В этом случае мы получим диаграмму направленности, сжатую в горизонтальный блин. Это самая выгодная ДН с максимальным усилением по горизонту.
Более, чем четыре билупа я не советую объединять в стек, потому что их суммарное сопротивление уже будет слишком большим, чтобы согласовать с кабелем.
Кроме того, такой стек не является классическим примером синфазной решётки, поэтому не стану рекомендовать его в качестве надёжной и проверенной конструкции.
А вот в следующих роликах мы рассмотрим уже классическую синфазную решетку, подходящую как для билупов так и для других элементарных излучателей.
Друзья, оставьте своё мнение в комментариях, был ли этот ролик для Вас полезным и познавательным. Предлагайте для новых роликов темы, полезные на практике. Поддержите канал лайком и репостом. Смотрите другие видео на канале, изучайте материалы в описании.