Простая и эффективная коническая WiFi антенна 2.4-5.8 ГГц. Как на первом «Луноходе-1»
Как сделать простую, надежную и эффективную, сверхширокополосную коническую спиральную антенну для wifi и FP, а также расчёт и рекомендации по изготовлению конической спиральной антенны в этой статье.
Обратите внимание на » Рыжую морковку » на фотографии Первого Лунохода Земли — это и есть та самая спиральная антенна с помощью которой принимались радиосигналы дальней связи из ЦУП. Аналог этой антенны мы сегодня и смоделируем.
КОНСТРУКЦИЯ
ПОЛОТНО АНТЕННЫ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ВЫТЯНУТУЮ СПИРАЛЬ
с равным шагом но с разным размером витков. Шаг между витков спирали составляет примерно 15мм
Антенна очень широкополосная и поэтому не чувствительна к мелким погрешностям в исполнении. Окружность первого витка должна быть чуть больше полной длинны волны нижней частоты.
Для частоты 2,4 ГГц — это 124-125мм. Длинна спирали от начала до конца должна быть такой, чтобы помещалось до 10 витков. 8-9 витков это будет оптимально.
Радиус круглого рефлектора рекомендуется брать не меньше чем 3/4 длинны волны. Оплётка кабеля соединяется с рефлектором. Центральная жила проходит сквозь рефлектор через отверстие в центре и соединяется под прямым углом со спиральным полотном. для согласования сопротивления спирали с сопротивлением кабеля 50 Ом необходимо использовать трансформирующую треугольную линию размером не менее 15 * 10 мм. Но рекомендуется отрезок делать длиннее — до 30 мм.
Центральная жила и полотно антенны должны быть изолированы от рефлектора.
Ось конструкции , для придания прочности антенне, лучше изготовить из диэлектрика диаметром 2-2,5 см.
Если вы используете достаточно толстый одножильный провод от 2 мм, то можно залить основание спирали любым изолирующим составом типа эпоксидной смолы или компаунда.
Такая конструкция , по сравнению с однодиапазонными резонансными антеннами, имеет то преимущество, что охватывает непрерывно огромную полосу от 2,4 ГГц до 6 ГГц возможно и выше.
Легко может работать как для передачи данных на любых частотах wifi 2,4 ГГц и 5,8 ГГц так и в качестве направленной антенны для FPV устройств (трансиверов).
При сравнении такой конической антенны с многоэлементной директорной антенной Яги,
коническая антенна находит более чем вдвое больше точек доступа . Однако сила сигнала не выше, что указывает на то, что такое количество точек доступа вызвано не столько большим усилением, сколько очень широкой полосой частот, а также более широкой диаграммой направленности. И, кроме того, спиральная антенна в отличие от антенны Яги, принимает сигнал с любой поляризацией, кроме противоположной круговой (что может быть очень полезно).
Если Вам нужна антенна только для частот 5,8 и выше ГГц , то Вам нужно использовать , образно выражаясь «огрызок» (только половину этой антенны). То есть витки, начиная с того, окружность которого равна 51,7 мм.
Простая коллинеарная антенна для wifi 2.4 ГГц
Мы уже ранее рассматривали простую коллинеарную антенну Франклина. К её недостаткам можно отнести высокое входное сопротивление и гамма согласование, которое без анализатора произвести сложно.
Как на основе антенны Франклина сделать простую коллинеарную антенну, не нуждающуюся в сложном согласовании?
Для начала рассмотрим структуру полотна антенны. Делать будем для частоты 2412 МГц.
Для этой частоты длина волны составляет 124 мм, с учётом коэффициента укорочения для провода диаметром 2 мм можно считать 121-123 мм.
Само полотно имеет такую же структуру, как обычная антенна Франклина.
Размечаем на полотне отрезки по половине волны, 60-61 мм.
Полуволновые синфазные отрезки соединяются противофазными, выполненными в форме четвертьволновых шлейфов. Промежутки в шлейфах рекомендуется делать по 6 мм, чтобы исключить возникновение ёмкости между верхней и нижней половинами шлейфа.
Входное сопротивление такой антенны Франклина будет составлять где-то 140 Ом. Подключать кабель 50 Ом в точку максимума потенциала нельзя. Что делать?
Нужно укоротить отрезок на подключаемом конце до примерно 31-31,5 мм, т.е. четверти длины волны. И тогда мы подключаемся в точку максимума тока, как в обычной штыревой антенне.
Однако, при таком включении нам понадобится противовес. Его лучше всего выполнить в форме четвертьволнового стакана длиной 30-31 мм, надетого на кабель и припаянного сверху.
Под стакан рекомендуется подложить диэлектрик, чтобы защитить от короткого замыкания на кабель, если вдруг оплётка кабеля открыта.
Входное сопротивление такой согласованной коллинеарной антенны близко к 50 Омам.
Шлейфы, как уже говорилось в предыдущем ролике об антенне Франклина, можно загнуть кольцом. Так гораздо легче поместить антенну в корпус.
Последний полуволновый отрезок иногда требуется укоротить, не более чем на 10%, для компенсации емкостной составляющей сопротивления антенны и для более точной настройки рабочего диапазона. Но делать это лучше, разумеется, с анализатором.
Двухсекционная антенна даёт усиление в 5 с копейками dBi.
Трёхсекционная – более 7 dBi.
Четырёхсекционная – чуть больше 9 dBi.
С ростом количества отрезков сужается рабочая полоса антенны, диаграмма направленности становится более плоской, и сама антенна становится более чувствительна к погрешностям.
Более четырёх излучающих отрезков делать не советую. Антенна с количеством секций до 4 достаточно широкополосна, чтобы покрывать весь диапазон WiFi 2.4 ГГц. При этом легко повторяема.
Друзья, если ролик был полезен, поставьте лайк и напишите комментарий в поддержку канала. Предлагайте темы для новых видео. Подписывайтесь, смотрите другие ролики на канале. Изучайте материалы в описании.
Простая проволочная коллинеарная антенна Wi-Fi
В этой статье мы рассмотрим конструкцию простой и эффективной проволочной коллинеарной всенаправленной антенны для Wi-Fi. Антенна предложена радиолюбителями Brian Oblivion и Capt.Kaboom и доработана австралийским инженером Martin Pot, который и является автором конструкции о которой пойдет речь. При наличии у радиолюбителя под рукой всех необходимых материалов и инструментов, изготовление ее займет совсем немного времени. Входное сопротивление антенны около 50 Ом, коэффициент усиления около 6 dBi.
Итак, для изготовления такой антенны нам понадобятся следующие материалы:
- Около 300 мм медной проволоки сечением 2.5 мм 2
- N-коннектор с приборным монтажом под гайку
- радиопрозрачная пластмассовая трубка 250 мм длиной и диаметром около 20 мм.
- 2 концевых колпачка на 20 мм трубку
Проволоку для антенны можно взять из обрезка электропроводки соответствующего сечения:
Вот так выглядит необходимый нам N-коннектор:
Трубку с концевыми колпачками можно взять такую:
Нашу проволоку нужно освободить от изоляции, согнуть определенным образом и припаять к N-коннектору. Размеры конструкции показаны на следующем схематичном изображении:А как изогнуть проволоку в петли и припаять к коннектору изображено здесь:
 | |
 |
Диаметр проволочных петель — 13 мм, но без существенных изменений в характеристиках антенны может изменяться от 10 до 16 мм. Вот еще одно изображение конструкции антенны:
В одном из колпачков проделываем отверстие и крепим к нему с помощью гайки N-коннектор:
И в конечном итоге, герметизировав антенну с помощью трубки и второго колпачка мы получаем готовую конструкцию:
Чтобы конструкция стала более понятной, добавим, уважаемый аноним, немного теории. Рассматривая с вами теоретические основы коллинеарной антенны, мы попутно рассмотрели ее практическую конструкцию из отрезков коаксиального кабеля. В случае с CoCo-коллинеаром, отдельные излучающие элементы разнесены в пространстве на расстояние λ/2 с помощью отрезков коаксиальной линии передачи. Коэффициент усиления такой антенны максимально возможный, поскольку апертуры соседних излучающих элементов не перекрываются. Чего нельзя сказать о классической проволочной антенне Франклина, в которой соседние излучающие элементы находятся вплотную друг к другу. В антенне Харченко за счет частичного перекрытия апертуры соседних рамок, мы также немного не добираем в коэффициенте усиления. Чтобы апертуры не перекрывались, можно немного разнести рамки в пространстве. В результате, мы приходим от антенны Харченко к антенне Quados.
В случае с классической проволочной коллинеаркой мы можем поступить таким же образом. Правда при этом нам не удастся воспользоваться неизлучающей линией передачи, как в случае Quados или CoCo, и удлинять приходится сам полуволновой вибратор. При этом на его концах появляются участки с противоположным током, однако итоговое усиление при этом все же растет вплоть до разноса вибраторов на расстояние λ/4 друг от друга. При этом вибратор удлиняется от λ/2 до 3λ/4. Поскольку длина вибраторов возросла, для сохранения общей электрической длины антенны длину провода шлейфа необходимо сократить с λ/2 до λ/3. Кроме того, шлейф можно свернуть в виде кольцевой петли. В итоге мы получаем очень простую и эффективную всенаправленную антенну с коэффициентом усиления около 6 dBi. Чтобы не усложнять конструкцию, автор антенны отказался от симметрирующего устройства в виде четвертьволнового стакана в месте подключения фидера. Для согласования антенны с фидером первый отрезок выбирается длиной λ/2, а последний отрезок делается короче для компенсации концевой емкости антенны. Увеличив число элементов до 6, мы можем поднять усиление примерно до 8 dBi:
В заключении отметим, что в конструкции можно применять любые подходящие коннекторы и защитные колпачки. Вот пример такой антенны с SMA коннектором:
- Home-brew Compact 6dBi Collinear Antenna — оригинальный текст от автора антенны (Martin Pot).
- CoCo антенна — теоретические основы коллинеарной антенны и практическая конструкция из коаксиального кабеля.
Ремонт и изготовление новой антенны аппаратуры РУ на 2,4 ГГц.
Обрыв или повреждение кабеля питания антенны довольно частое явление при авариях
моделей. Удаление поврежденного участка кабеля зачастую приводит к рассогласованию
антенны с кабелем питания, в результате чего уменьшается дальность действия
аппаратуры РУ. Поэтому наилучший вариант – это изготовление новой антенны
Несмотря на то, что входное сопротивление антенны совпадает с волновым сопротивлением кабеля питания – 50 Ом (согласованная линия передачи), на столь высоких частотах 2,4 ГГц используется настроенная линия передачи, которая имеет строго определенную длину в полуволнах с учетом коэффициента укорочения кабеля.
Для коаксиальных кабелей с внутренней изоляцией из полиэтилена этот коэффициент равен 0,66 и длина волны в таком кабеле меньше, чем в воздухе.
Для изготовления антенны для аппаратуры РУ на 2,4 ГГц берем отрезок коаксального кабеля Ф 2…3 мм длиной ровно 173 мм. С одной стороны по длине 3 мм разделываем кабель для пайки к плате приемник. С другой стороны по длине 25 мм снимаем внешнюю изоляцию и оплетку. Остается внутренняя жила кабеля во внутренней полиэтиленовой изоляции длиной 25 мм. Этот 25 мм отрезок и есть излучатель антенны.
При выборе кабеля для изготовления антенны нужно взять именно коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Внутри кабеля, во внутренней изоляции, находится одна медная жила. Не спутать с микрофонным кабелем — внутренний проводник микрофонного кабеля имеет множество тонких проволочек ! Такой кабель не годится.
В связи с тем, что внутренний диаметр оплетки кабеля равен диаметру полиэтиленовой изоляции, волновое сопротивление кабеля с достаточной степенью точности легко определить самому, вычислив отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Замерить диаметры можно штангелем или микрометром.
Если это отношение диаметров находится в пределах от 3, 3 до 3, 7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если же — в пределах от 6, 5 до 6, 9, волновое сопротивление составляет 75 Ом.
Волновое сопротивления удобно посчитать программой «Кабельный калькулятор» : (CableCalc.EXE)
С успехом можно использовать антенны WiFi от роутеров 2,4 ГГц.
Книга К. Ротхаммель «Антенны» лежит тут : (РотхаммельК.Антенны1969.djvu)
И еще рекомендации. При возникновении проблем с уменьшением дальности действия аппаратуры РУ желательно проверить исправность передатчика, точнее его выходного каскада, так как уменьшение дальности может быть вызвано не только потерей приемником чувствительности, но и уменьшением мощности передатчика. Поэтому нужно убедиться в исправности передатчика и тогда уже сосредоточить внимание на приемнике. Для проверки работоспособности передатчика достаточно иметь самодельный индикатор напряженности электромагнитного поля. Как сделать Индикатор смотри :