Изготовление Wi-Fi антенны
Несколько месяцев назад передо мной и моими коллегами по работе встала задача, связать точку доступа из отдалённого дома и тачку на работе сеткой, да чтобы хорошо работало и пакеты не терялись. Последовав старой поговорке «На фиг медь!», было решено соединяться воздухом. Для чего была в складчину приобретена довольна дешёвая WiFi карточка. Но вот незадача, дом стоит не впритык, хоть и не километр, но всё равно не рядом, но в прямой видимости, где-то метров 150. Связь конечно была, но всё равно процент был маленький. Полезли в инет на сайт местного магазина, посмотрели цены на антенны… тут пришла жаба 🙂 Со словами, «Да ну на фиг, я и сам так могу» я положил начало доооолгой, но занимательной и увлекательной работе 🙂
Был прошустрён инет на предмет схем антенн, на ходу изучались и вспоминались основы физики, длина волны, поляризация и т.д. Было изготовлено пара антенн, из подручных материалов, которыми оказались бабины из под болванок. Но по прошествии времени они нас перестали удовлетворять, поэтому углубляться в изготовление этих антенн не буду.
Решено было заняться по-взрослому и изготовить волновой канал, вернее сразу два, чтобы с обеих сторон било.
Нашли схему, думали над материалом, и не нашли ни чего лучшего, как использовать полимерные трубы 🙂 Вот краткий фото отчёт с комментариями.
1) Была найдена схема 16-ть элементного волнового канала.
3) Нарезал элементы. Важно было сделать точь-в-точь со схемой, ибо своими силами длину волны мы бы не измерили.
Притащил из дома штангель, нарезал элементы, потом упорно стачивал лишние миллиметры и десятые их части
4)Размерили, и наделали дырок в трубках
Дальше кропотливо и не без усилия всовывал каждый элемент в дырки, выравнивал
Далее был куплен кабель коаксиальный на 50 Ом и коннекторы (самое затратное из всей поделки). Потом всё было обжато и антенна готова 🙂
(после того как фото была сделана, кабель был укорочен вдвое, дабы избежать потерь)
Кстати, да! Два волновых канала были сделаны за один рабочий день, и был это День Радио!
з.ы. проценты увеличились в два раза, пакеты не теряем, имеем стабильную связь…
до того как антенна была готова скорость была 24 мбита, после 48 мбита
UPD: схема волнового канала с размерами
UPD2:
материалы которые были задействованы:
— полипропиленовая труба
— медный провод
— коаксиальный кабель на 50 Ом
— коннекторы SMA
Расчеты величин при установке wi-fi оборудования
Этот расчет позволит подобрать антенну с нужной шириной луча в вертикальной плоскости, а также вычислить угол ее наклона относительно горизонта исходя из желаемого внешнего и внутреннего радиусов обслуживания.
Данный несложный расчет позволяет вычислить необходимый угол наклона антенны базовой станции БС относительно линии горизонта, зная высоту точек установки антенны БС и абонентской станции АС.
1000мВт = 1Вт = 1000mW; 1dBm = 1дБм
Радиоволна в процессе распространения в пространстве занимает объем в виде эллипсоида вращения с максимальным радиусом в середине пролета, который называют зоной Френеля. Естественные (земля, холмы, деревья) и искуственные (здания, столбы) преграды, попадающие в это пространство ослабляют сигнал.
Радиус 1й зоны Френеля в самой широкой части может быть расчитан при помощи этого калькулятора. Здесь d это длина линка в километрах, f это частота в ГГц, а r — радиус зоны Френеля в метрах.
- Обычно блокирование 20% зоны Френеля вносит незначительное затухание в канал. Свыше 40% затухание сигнала будет уже значительным, следует избегать попадания препятствий на пути распространения.
- Этот расчет сделан в предположении что земля плоская. Он не учитывает кривизну земной поверхности. Для протяженных каналов (более 25 км) следует проводить совокупный расчет, учитывающий рельев местности и естесственные преграды на пути распространения. В случае протяженных линков следует стараться увеличивать высоту подвеса антенн, принимая во внимание кривизну земной поверхности.
Данный калькулятор позволяет вычислить энергетический бюджет беспроводной трассы и получить ответы на следующие вопросы:
- возможна ли связь на заданном расстоянии?
- какие антенны для этого потребуются?
- какая скорость в канале может быть достигнута?
Результат расчета — запас по энергетике, который должен составлять не менее 20dB для сохранения устойчивой связи при резких ухудшениях условий прохождения радиоволн.
Не получается посчитать нужные величины? Свяжитесь с нами, и мы обязательно поможем Вам!
Антенна Харченко
Конструкция антенны была предложена Харченко К.П. в 1961 году для приема телевизионных каналов метрового диапазона и долгое время была самой популярной телевизионной антенной, получив название «зигзагообразная». Смотрите статьи в журнале «Радио» (Радио №3, №4, №8 1961; №11, 1962; №4, 1966; №10, 1967). Со временем антенну реконструировали для дециметрового и других диапазонов. С появлением цифровых 3G, Wi-Fi сетей, работающих на более высоких частотах, зигзагообразная антенна перекочевала и на них и зарекомендовала себя там одной из лучших для изготовления своими руками.
На Западе такая антенна носит название « BiQuad », « Trevor Marshall’s antenna ». Она, так же как и тройной квадрат , является разновидностью рамочной антенны. Присмотритесь: антенна Харченко — это две квадратные рамки объединенные в одну систему. Рамочная антенна, как известно, имеет такие положительные качества, как широкополосность и не критичность к точности изготовления. (Конечно, это не основание делать ее тяп-ляп.)
Телевидение передается в большинстве случаев горизонтально-поляризованной волной, а 3G, Wi-Fi, CDMA — вертикально-поляризованной. Поэтому для этих сетей «восьмерка» должна быть в «лежачем» положении и напоминает своего рода «очки».
В Сети можно найти много конструкций антенны Харченко как для Wi-Fi, так и для 3G UMTS. Поскольку частоты этих видов связи близки, здесь важно не запутаться. Можно воспользоваться онлайн калькулятором и рассчитать антенну непосредственно на ваш диапазон. Кроме того, там вы сможете найти список ссылок на оптимизированные в программе HFSS конструкции для большинства диапазонов.
Предлагаем также калькулятор оригинальной конструкции Bi-Quad Тревори Маршалла. Для специалистов предлагаю файл для MMANA . Для 3G расчетная сторона ромба получается около 35 мм. Но в сети полно конструкций со стороной 53 мм . Где правда? Правда скорее всего у 35 мм, а 53 мм — это опечатка (цифры в обратном порядке!), которая размножилась в интерненте методом копипаста. У антенны со стороной 53 мм углы по бокам ромба не 90, а 120° и сам ромб выполняется не из проволоки, а из металлической полоски шириной 8 мм. Антенна, которую расчитывает наш онлайн калькулятор имеет углы близкие к 90°. Усиление такой антенны около 10 dBi.
Расчет антенны Харченко также доступен в мобильном андроид приложении Cantennator на Google Play, вы его можете скачать на свой смартфон или планшет, нажав или отсканировав QR-код:
Важно понимать, что расчетные размеры рефлектора – это минимально допустимые. Можно и больше. Для такой Wi-Fi антенны, в качестве рефлектора, вполне подойдет CD или DVD диск.
Его напыление хорошо отражает радиоволны сантиметрового диапазона, нужно только подобрать диск не просвечивающийся, когда смотришь через него на свет. За основу антенны можно взять коробку для CD-DVD на 25 дисков. Не буду повторяться, инструкцию по изготовлению такой антенны можно посмотреть тут .
Такая конструкция вполне сгодится для изготовления антенны для CDMA-800 диапазона (Intertelecom Украина). При этом размер рефлектора примерно соответствует листу формата А4, а провод или медную трубку нужно брать толщиной 5-8 мм (можно медную полосу такой же ширины). Рефлектор же для экономии можно сделать из жести. Размеры — из того же калькулятора!
На диапазон CDMA-450 размеры антенны получаются уже до полуметра в ширину, поэтому, для уменьшения парусности, лучше применить рефлектор в виде сетки. Можно использовать строительную сетку с ячейкой не более 1 см, укрепленную на H-образной несущей конструкции из любого подходящего металла. Поскольку по краям рамки имеется нулевой потенциал, ее можно крепить к рефлектору металлическими болтами. Рамка изготавливается из дюралюминиевой полоски 10мм шириной, стыки — на алюминиевых заклепках.
Усиление антенны можно поднять до 11-12 dBi удвоив восьмерку (Double BiQuad). Для фазирования элементов применяется перекрестное питание. Как это сделать понятно из фото ниже. Размеры антенны можно рассчитать с помощью онлайн калькулятора антенны Double Bi-Quad у нас на сайте. Кроме того, ромбы можно заменить круговыми петлями. Получается антенна Bi-loop, работающая по тому же принципу.
Готовую антенну можно покрыть нитролаком, либо покрасить автомобильной краской для защиты от атмосферных воздействий, если вы намерены разместить ее на мачте. На диапазонах Wi-Fi, 3G антенна Харченко довольно критична к точности изготовления. Поэтому, поймав сигнал, не стоит пренебрегать настройкой антенны. Можно воспользоваться стандартным «палкомером» модема, но удобнее специализированным софтом. Сдвигая и раздвигая «очки», а также в небольших пределах меняя расстояние до рефлектора, добиваются максимального уровня принимаемого сигнала. Главное здесь — терпение, так как нужно постоянно ждать пока обновятся показания уровня сигнала в программе.
Расчет баночной Wi Fi антенны
Расчет ведется по формулам из книги — «Шабунин С.Н., Соловьянова И.П. Волноводы и объемные резонаторы 1998″.
Конструкции антенны посвящена следующая статья
Схематическое изображение антенны:
Добавив к антенне насадку в виде раструба, мы из баночной антенны получаем простейшую коническую рупорную антенну. Такой прием позволяет получить добавку в усилении до 3 дБ по сравнению с простой банкой. Раструб можно изготовить из оцинкованной жести, его «выкройка» понятна из рисунка ниже, а необходимые размеры R1 и R2 рассчитываются в калькуляторе. Увеличивать размеры раструба для достижения еще большего усиления не рекомендуется, поскольку в конической рупорной антенне может наблюдаться эффект поворота плоскости поляризации. В результате, увеличив раструб, мы можем даже потерять в усилении. С большим раструбом лучший результат получается у пирамидальной рупорной антенны.
Если круглый волновод используется как линия передачи, то он работает в одномодовом режиме волны TE11(H11). При этом появления следующей моды TM01(E01) следует избегать. Однако, чтобы банка излучала своим открытым концом, ее следует возбуждать как раз в режиме волны TM01(E01). Размеры банки подобраны оптимальным образом для создания такого режима колебаний.
802.11b и 802.11g WiFi сети работают на частотах от 2412 МГц до 2462 МГц. Поэтому нижняя частота среза должна быть меньше 2412 МГц, а верхняя частота среза должна быть больше 2462 МГц.
Для других диапазонов Wi-Fi, а также для 3G, 4G — см. сводную таблицу частот.
Калькулятор, при выборе рабочего диапазона, автоматически предлагает оптимальный диаметр банки. При ручном вводе частоты необходимо также вручную подобрать диаметр банки таким, чтобы рабочий диапазон попал в ее полосу пропускания.
В оффлайн режиме можно воспользоваться небольшой программой для расчета баночной антенны. (обновлена 20.01.2014)
Расчет, аналогичный этому калькулятору, есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, тапнув по QR-коду или отсканировав его. Не забудьте оценить приложение.
Оптимально рассчитанные антенны: