Патч wifi антенна своими руками

Патч антенна 3G, 4G, Wi-Fi

Касаясь темы антенн для 3G 4G и Wi-Fi, мы не можем обойти вниманием патч-антенны. Появление таких антенн возникло с развитием микрополосковой СВЧ технологии, в частности теории микрополосковых длинных линий передачи. Впервые идея такой антенны была предложена еще в 1954 году, однако тогда еще не было подложек для печатных плат с небольшими потерями и она была забыта. Второе рождение патч антенны состоялось в 1972 после доклада американца Роберта Мюнсона на научном симпозиуме. Антенна была им разработана для подвижных объектов, да и сейчас она пользуется особой популярностью у фанатов FPV.

Микрополосковые антенны на печатной плате применяются почти в каждом модеме или другом устройстве в качестве встроенной антенны. Такие антенны весьма технологичны и имеют низкую стоимость при массовом производстве. Не считая фрактальных структур, печатные антенны могут быть вибраторными, щелевыми, плоскими двумерными структурами. Последние представляют собой печатный излучатель в виде квадратной (прямоугольной) или круглой (эллиптической) пластины расположенной над слоем диэлектрика с металлическим экраном, другими словами изготовленные на базе двусторонней печатной платы. Это и есть патч-антенны.

Рассмотрим что из себя представляет прямоугольный патч.Это резонансная система с длинами сторон L и W близкими к половине длины волны с учетом укорочения в диэлектрике и влияния экрана. Такую конструкцию можно рассматривать как объемный резонатор открытый со всех четырех сторон. Не вдаваясь в теорию, будем иметь ввиду, что обе стороны с длиной L не излучают, а щели сторон W — излучают. Таким образом такой патч представляет собой стек из двух элементарных полуволновых излучателей. С другой стороны его можно рассматривать как излучающую рамку, в которой вместо электрического тока (как в проволочной рамке) течет воображаемый «магнитный ток» в щели по периметру патча.

К недостаткам печатных антенн относится их низкий КПД и относительная узкополосность 2Δf/f₀ < 5%. Для расширения полосы применяют специальные ухищрения, например U-образный вырез в центре патча. Если вместо подложки использовать воздух и увеличить расстояние от экрана, то потери в антенне значительно уменьшаются, а полоса расширяется до 15%. Полоса пропускания прямо пропорциональна отношению h/W. Именно антенны с "воздушной" подложкой стоит применять в диапазонах 3G-4G. Ну и следующий логический шаг. Если к такому воздушному патчу добавить собирающую структуру в виде таких же квадратных пассивных элементов, по типу директоров в Uda-Yagi, мы можем значительно поднять коэффициент усиления такой антенны.

Коэффициент усиления патч антенны варьируется от 5 до 9 dBi и сильно зависит от параметров диэлектрика. Чем выше его диэлектрическая проницаемость, тем меньше размеры патча и направленные свойства антенны — хуже. Кроме того наличие диэлектрика понижает КПД антенны. При запитывании с краю патча, входное сопротивление антенны близко к 100 Ом у «воздушного патча» и в 2-3 раза выше этой величины у печатного. Для согл асования с фидером 50/75 Ом точку питания сдвигают ближе к центру патча. При этом сохраняется настройка в резонанс и отпадает необходимость в специальных согласующих устройствах, что является еще одним преимуществом антенны. Хотя никто не мешает применять схемы с четвертьволновыми трансформаторами сопротивлений на микрополосковых линиях. Кроме того, из таких патчей относительно несложно создать многоэтажную антенную решетку с высоким коэффициентом усиления. Именно такие конструкции продаются под именем панельные антенны.

Если к патчу подключить второй фидер по оси Y на таком же расстоянии x₀ от края, мы получим простейшую MIMO антенну, которую можно использовать в ближней зоне приема или как облучатель зеркальной антенны в случае дальней зоны от базовой станции. Срезав два противоположных угла антенны, мы получим круговую поляризацию, но для 3G-4G, Wi-Fi антенны это не актуально.

В заключении несколько слов о расчете таких антенн. Их в принципе можно рассчитать с помощью MMANA и подобных ей программ (GAL-ANA, NEC), для этого патч и экран представляют как сетку с очень большим количеством пересекающихся проводов. Но не факт что вы получите правильный результат на выходе. Так что лучше использовать профессиональные электромагнитные симуляторы, которые применяют для расчета метод конечных элементов, например: CST Studio, HFSS, Comsol Multisystems, EM.Cube. Упрощенный расчет можно провести у нас на сайте с помощью онлайн калькулятора патч антенны.

• Простая патч-антенна на PCB для Wi-Fi.
• Patch-Yagi пушка для Wi-Fi — особенности и перерасчет на другие частоты.
• «Обрезанная пушка» из консервной банки с усилением 8.5 dBi;
• Панельная антенна «Эллипс-патч 2х2» для диапазона 2100 МГц с усилением 15 dBi.
• Сдвоенный квадроэллипс от UVE на все диапазоны 3G/4G

Источник

Самодельная Wi-Fi антенна своими руками: направленная и всенаправленная

Здравствуй, дорогой читатель! Сегодня расскажу вам, как я сделал мощную WiFi антенну своими руками. Руки у меня, конечно, золотые, только растут не из того места, но и это мне не помешало. Для начала давайте разберёмся в так называемом коэффициенте усиления антенны. Не переживайте! Я не буду использовать заумные фразы или оперировать какими-то сложными терминами, но с этим нужно разобраться.

Данная величина измеряется в изотропных децибелах и обозначаются как «дБи» или «dBi». Словосочетание можно не запоминать, но вот буковки стоит запомнить. На домашних роутерах обычно стоят маломощные антеннки в 2-4 dBi. Но как показывает практика, в загородных домах или больших офисных помещениях — этого показателя не хватает.

Поэтому мы сегодня будем делать самодельную антенну от 10 до 20 dBi. Больше и мощнее делать нет смысла. Всё дело в том, что с увеличением мощности усиления пучок сигнала становится более направленным и узким. А радиус покрытия становится ниже. Взгляните на картинку выше. То есть ловить такой сигнал можно, но куда сложнее, так как пучок становится слишком узким.

Такие антенны ещё называют направленные. Их можно конструировать, если нужно объединить, например два загородных дома в одну сеть путём моста. При этом если они находятся на расстоянии до 10 км.

Теперь давайте разберёмся с частотой. Современные роутеры имеют два диапазона: 2.4 ГГц и 5 ГГц — это частота передачи данных. Понятно дело, что последний диапазон имеет большую скорость, но и имеет один минус. Как вы, наверное, помните из физики 7 класса, чем выше частота волны – тем быстрее она затухает. То есть радиус покрытия у 5 ГГц явно ниже.

После долгих раздумий самым лучшим вариантом именно для домашнего использования выбор пал на квадратную антенну. Она имеет такую форму, что коэффициент усиления можно довести до 20 дБи. И даже при такой мощности пучок сигнала не будет таким узким. Для дома она будет выступать как всенаправленная антенна с большим радиусом.

Во второй главе я расскажу, как сделать мощную Wi-Fi антенну-пушку для роутера своими руками. Панельная антенна будет значительно усиливать сигнал адаптера, но в более узком направлении. Об её дальнейшем использовании я также расскажу в самом конце.

Инструкция для усиления вай-фай дома

1. Нам нужно сделать крепление, на котором будет восседать наша антеннка. У меня остался старая упаковка от CD-дисков. Возьмите и отрежьте примерно чуть выше середины сердцевину. После этого нужно круглым надфилем сделать маленькие ямки. Таким образом, чтобы получилось 4 выемки в виде ровного креста.

1. Теперь нужно взять кусок медного провода с диаметров от 2-4 мм и сделать из него резонатор. Он как раз и будет выступать основным рассеивателем луча радиоволн. Теперь с помощью плоскогубцев нужно ровно сделать 2 квадрата с длинной ребра в 29-31 мм. Самое главное – посмотрите, чтобы между углами соприкосновения квадратов – было свободное место.

1. И так теперь нам понадобится коаксиальный кабель. Сердцевину мы припаиваем к одному углу, а оплётку припаиваем к другому концу.

1. Промазываем клеем дно коробочки и приклеиваем туда диск. Он будет служить как отражатель пучка радиоволны. Можно, конечно, приклеить фольгу, но диск более эстетично выглядит. Теперь аккуратно проталкиваем провод в отверстие и также приклеиваем квадраты к полукруглым пазам, которые мы сделали ранее.

1. Заклеиваем и заднюю часть, чтобы провод не вырвало. Можно приклеить один провод, всё заливать клеем – не нужно.

1. Теперь надо просто подключить разъём коаксиального кабеля к SMA порту, к которому как раз и прикручиваются антенны. Там все просто, центральную жилу припаиваем к центру SMA, а оплётку к внешней части.

1. Для тех, кто любит паять, можно вскрыть маршрутизатор и напрямую припаять нашу антенну к плате. Но нужно понимать, что это достаточно небезопасно для роутера, и если вы в этом не разбираетесь – то лезть не стоит. Плюс можно повредить саму плату при отсутствии нужного паяльника.

1. В конце у вас должно получится, что-то вроде такого, как у меня «самоделкина». Выглядит не очень, но пробивает стены при частоте 2.4 ГГц – на ура! Для большого загородного дома вполне сойдет. При правильной установке будет отлично ловить даже не улице.

Направленная антенна на большое расстояние

Сразу скажу эта антенна более мощная, но и как я говорил из-за мощности пучок становится более направленным и узким. Поэтому его стоит использовать для соединения между собой несколько сетей по воздуху. Даже можно использовать как повторитель. Вайфай пушка сможет бить на расстояние до 10 км.

Делается она достаточно просто и все материалы можно купить в любом радиомагазине. Всё же она по использованию – большое наружная или внешняя, для отправки сигнала на большое расстояние. Но вы сами решаете, как её использовать. Для постройки моста нужно сделать вторую, которая будет также выступать как приемник.

Вот схема по которой мы будем делать нашу антенну. Сразу скажу, что нужно делать максимально точно как можете, по чертежу. Если будут сильные отклонения от размеров и расстояний между пластинами – то связь будет хуже. Также ещё один момент – все размеры предназначены для раздачи 2.4 ГГц волны.

1. Из листа меди нарезаем ровные круги, а в центре просверливаем дырку для шпильки. Также нам понадобятся гайки по размеру шпильки.

1. Точно линейкой начните прикручивать диски. Постарайтесь сделать максимально приближённо к схеме. Начните прикручивать с маленьких дисков. На последних двух надо будет сделать дырочки как на картинке ниже.

1. Теперь нам понадобится любая старая антенна из-под роутера. Можете использовать и рабочую. Снимаем с неё верхний колпачок и отрезаем основную часть. Также снимаем резиновую часть, под которой будет металлический купол. Его аккуратно обрезаем, а под ним вы увидите проводок, который нам и нужен.

1. Помните те дырочки, который мы делали? – вот проводок нужно запихнуть в них под прямым углом и припаять к пластинам, как на картинке снизу.

1. Далее антенну можно прикрутить к роутеру. Но если вы будете использовать пушку как мост, то в этом случае её нужно устанавливать на крышу или на улицу. Тогда можно вместо этой антенны припаять коаксиальный кабель. И для этого случая нам понадобится вторая пара дырок, о которых мы почему-то забыли.

1. Мне пришлось немного расширить дырку просверлив более толстым сверлом. Далее я просто вставил её в отверстие, но припаял не к первому диску, а ко второму, в котором тоже должна быть вторая дырочка. Теперь провод надо будет чем-то закрепить, можно примотать изолентой или ещё чем-то. Тут у вас есть пространство для размышления.

1. Ставим её на крышу. Если таки образом будете ловить вторую сеть из другого дома, чтобы брать оттуда интернет и сетевые ресурсы, то антенну надо будет чётко повернуть ровно в сторону, где будет стоять аналогичная антенна. А мост можно сделать за счёт двух роутеров.

Как показала практика, такая антеннка достаточно мощная для загородного использования и может пробивать до 10 километров дальности на прямую. Только надо учитывать ещё и препятствия, которые будут гасить сигнал. Поэтому её нужно устанавливать как можно выше. Также не забываем о грозах и молниях, поэтому помимо неё надо установить громоотвод.

Чисто теоретически к такому аппарату дальнего действия можно присобачить телевизор и использовать её для поимки каналов. Если пойти глубже, то ею можно усилить приём любого сигнала для телефона, ноутбука и т.д.

Источник