Всенаправленная антенна своими руками

Хотите собрать дальнобойную WiFi антенну, тогда следует знать о некоторых её особенностях.

Первое и самое простое: большие антенны в 15 или 20 dBi (децибел изотропных) являются предельными по мощности, и не нужно делать их ещё мощнее.

Вот наглядная иллюстрация, как с ростом мощности антенны в dBi уменьшается зона её покрытия.

Так получается, что с увеличением дистанции действия антенны, площадь её покрытия значительно уменьшается. Дома вам придется постоянно ловить узкую полоску действия сигнала при слишком мощном WiFi излучателе. Встанете с дивана или приляжете на пол, и связь тут же пропадет.

Вот почему домашние роутеры имеют обычные, излучающие во все стороны, антенны мощностью в 2 dBi—так они наиболее эффективны на короткой дистанции.

Направленная

Антенны на 9 dBi работают только в заданном направлении (направленного действия) — в комнате они бесполезны, их лучше применять для дальней связи, во дворе, в гараже рядом с домом. Направленную антенну при установке потребуется регулировать для передачи четкого сигнала в нужном направлении.

Теперь к вопросу о несущей частоте. Какая антенна будет лучше работать на дальнем расстоянии, в 2.4 или 5 ГГц?

Сейчас есть новые роутеры, работающие на удвоенной частоте в 5 ГГц. Такие маршрутизаторы все еще остаются новинкой, они хороши для скоростной передачи данных. Но сигнал 5 ГГц не очень хорош для дальних расстояний, так как затухает быстрее, чем при 2.4 ГГц.

Потому старые роутеры на 2.4 ГГц будут работать лучше в дальнобойном режиме, чем новые быстродействующие в 5 ГГц.

Чертёж двойного самодельного биквадрата

Первые образцы самодельных распространителейWiFi сигнала, появились еще в 2005 году.

Наилучшие из них конструкции биквадрат, обеспечивающие усиление до 11–12 dBi и двойной биквадрат, имеющие несколько лучший результат в 14 dBi.

Согласно опыту использования, конструкция биквадрат является более подходящей в качестве многофункционального излучателя. Действительно, преимуществом этой антенны является то, что при неизбежном сжатии поля излучения, угол раскрытия сигнала остается достаточно широким, чтобы покрыть всю площадь квартиры при правильной установке.

Все, возможные, версии биквадратной антенны являются простыми в реализации.

Необходимые детали

  • Металлический рефлектор—кусок фольгированноготекстолита123х123 мм, лист фольги, CD, DVD компакт диск, алюминиевая крышка с чайной банки.
  • Медная проволока сечением 2.5 мм.кв.
  • Отрезок коаксиального кабеля, лучше с волновым сопротивлением 50 Ом.
  • Пластмассовые трубочки — можно нарезать из шариковой ручки, фломастера, маркера.
  • Немного термоклея.
  • Разъем N-типа — пригодится для удобного подсоединения антенны.

Изготовление излучателя

Для частоты 2.4 ГГц, на которой планируется использовать передатчик, идеальными размерами биквадрата будут 30.5 мм. Но все-таки мы делаем не спутниковую антенну, поэтому допустимы некоторые отклонения в размерах активного элемента —30–31 мм.

К вопросу о толщине проволоки также нужно отнестись внимательно. С учетом выбранной частоты 2.4 ГГц, медную жилу надобно найти толщиной точно в 1.8 мм (сечением 2.5 мм.кв.).

От края проволоки отмеряем расстояние 29 мм до загиба.

Делаем следующий загиб, проконтролировав наружный размер в 30–31 мм.

Следующие загибы вовнутрь делаем на расстоянии 29 мм.

Проверяем самый важный параметр у готового биквадрата —31 мм по средней линии.

Пропаиваем места для будущего крепления выводов коаксиального кабеля.

Рефлектор

Основная задача железного экрана за излучателем — отражать электромагнитные волны. Правильно отраженные волны будут накладываться своими амплитудами на колебания только что выпущенные активным элементом. Возникающая усиливающая интерференция даст возможность максимально далеко распространитьэлектромагнитныеволны от антенны.

Чтобы добиться полезной интерференции надо расположить излучатель на расстоянии кратном четверти длины волны от отражателя.

Расстояние от излучателя до рефлектора для антенн биквадрат и двойной биквадрат находим как лямбда / 10 — определяемую особенностями данной конструкции / 4.

Лямбда — длина волны, равная скорости света в м/с деленной на частоту в Гц.

Длина волны при частоте 2.4 ГГц — 0.125 м.

Увеличив пятикратно рассчитанное значение, получим оптимальное расстояние — 15.625 мм.

Размер рефлектора сказывается на коэффициенте усиления антенны в дБи. Оптимальные размеры экрана для биквадрата — 123х123 мм или больше, только в этом случае можно добиться усиления в 12 dBi.

Читайте также:  Как делают искусственный мрамор

Размеров CD иDVD дисков явно недостаточно для полного отражения, поэтому антенны биквадраты, построенные на них, имеют коэффициент усиления лишь в 8 dBi.

Ниже приведен пример использования крышки с чайной банки в качестве рефлектора. Размера такого экрана тоже недостаточно, коэффициент усиления антенны меньше, чем ожидалось.

Форма рефлектора должна быть только плоской. Старайтесь также найти пластинки максимально гладкие. Изгибы, царапины на экране приводят к рассеиванию высокочастотных волн, по причине нарушения отражения в заданном направлении.

В выше рассмотренном примере бортики на крышке явно лишние — они снижают угол раскрытия сигнала, создают рассеиваемые помехи.

Как только пластинка рефлектора будет готова, у вас есть два способа собрать на нем излучатель.

  1. Установить медную трубку с помощью пайки.

Чтобы зафиксировать двойной биквадрат понадобилось дополнительно сделать две стоечки из шариковой ручки.

  1. Закрепить все на пластмассовой трубке используя термоклей.

Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.

Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.

Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.

Подравниваем шлицы одинаково по глубине

Устанавливаем самодельную рамочку на шпиндель, проверяем, дабы её края оказались на одинаковой высоте от дна коробочки — около 16 мм.

Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.

Взяв клеевой пистолет, закрепляем CD диск на дне пластмассой коробочки.

Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.

С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.

Подключение к роутеру

У кого есть опыт, тот с легкостью припаяется к контактным площадкам на монтажной плате внутри роутера.

Иначе, будьте осторожны, тонкие дорожки могут оторваться от печатной платы при долговременном прогреве паяльником.

Можно к уже припаянномукусочку кабеляродной антенны подключиться через разъем SMA. С приобретением любого другого радиочастотного соединителя N-типа в ближайшей точке торговли электроникой не должно возникнуть проблем.

Тесты антенны

Испытания показали, что идеальный биквадрат дает усиление около 11–12 дБи, а это до 4 км направленного сигнала.

Антенна из CDдиска дает 8 дБи, поскольку получается поймать WiFiсигнал на расстоянии 2 км.

Двойной биквадрат предоставляет 14 дБи— немного больше 6км.

Угол раскрытия антенн с квадратным излучателем составляет около 60 градусов, чего вполне достаточно для двора частного дома.

О дальности действия Вай Фай антен

От родной роутерной антенны на 2 dBi сигнал 2.4 ГГц, стандарта 802.11n может распространиться на 400 метров в пределах прямой видимости. Сигналы 2.4 ГГц, старых стандартов 802.11b, 802.11g хуже распространяются, имея вдвое меньшую дальность по сравнению с 802.11n.

Считая WiFi антенну за изотропный излучатель — идеальный источник, распространяющий электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях, можно руководствоваться логарифмической формулой перевода дБи в прирост мощности.

Децибел изотропный (дБи) — коэффициент усиления антенны, определяемый как умноженный на десять десятичный алгоритм отношения усиленного электромагнитного сигнала к исходному его значению.

Перевод дБи антен в прирост мощностей.

A,дБи 30 20 18 16 15 14 13 12 10 9 6 5 3 2 1
A1/A0 1000 100 ≈64 ≈40 ≈32 ≈25 ≈20 ≈16 10 ≈8 ≈4 ≈3.2 ≈2 ≈1.6 ≈1.26

Судя по таблице, несложно сделать вывод, что направленный WiFi передатчик максимально допустимой мощности в 20 дБи может распространить сигнал в даль на 25 км при отсутствии преград.

Дальнейшее увеличение мощности антенны неразумно, распространение сигнала будет идти в слишком узкой зоне, имеющей форму диска.

Автор: Виталий Петрович, Украина, Лисичанск

Всем привет! Сегодня я продолжу рассказ о самодельных антеннах, и на этот раз речь пойдет о Wi-Fi. Не сложная в изготовлении, всенаправленная Wi-Fi антенна, имеет усиление 6 дБ, с её помощью можно значительно усилить сигнал на ноутбуке, точке доступа и других Wi-Fi адаптерах. В сети можно найти множество вариантов конструкции и размеров данной коллинеарной антенны, и 3 из них мною были опробованы, но отличные результаты показал только вариант, описываемый в этой статье. Конечно, многие скажут, зачем заниматься ерундой и мастерить Wi-Fi антенну своими руками, когда можно купить готовую, на что я скажу, купить можно все, если есть деньги, но зачем их тратить, если можно сделать самому, причем иногда даже лучше чем в магазине, в этом я убеждался не раз.

Скажу сразу, что данная антенна относится к среднемощным, и поддерживать с её помощью длинные линки, не получится. Для этих целей необходимо использовать направленную антенну, варианты конструкций которой мы обязательно рассмотрим в будущем. Данная же антенна отлично подойдёт для организации связи стандарта Wi-Fi 802.11 в пределах дома, двора, и даже между соседними домами. Такой самодельной антенной Wi-Fi антенной можно заменить стандартную антенну 2дБ входящую в комплект вашего роутера или точки доступа, и увеличить тем самым радиус покрытия более чем в 2 раза. Получится так называемый Wi-Fi усилитель.

Читайте также:  Самый лучший дымогенератор для холодного копчения

Перейдем непосредственно к описанию самой конструкции. Фото наглядно проиллюстрируют весь процесс. Для изготовления антенны нам понадобится все та же монолитная медная проволока сечением 4 мм 2 , которую можно приобрести в любом электрическом магазине. Отрезок такой проволоки нужно изогнуть специальным образом, выдержав размеры, показанные на следующей схеме:

И припаять получившуюся конструкцию к коннектору N-типа, или к обычной маме BNC разъёма, их можно купить в любом радиомагазине. BNC найти проще, его используют для монтажа видеонаблюдения. BNC-маму нужно купить в комплекте с папой, к которому и будем подсоединять коаксиальный кабель 50 Ом, на фото представлен пример с BNC. Припаяв один конец проволоки к коннектору, нужно от его основания отмерить 61 мм и сделать кольцо, как показано на фото:

Накручивать кольцо, лучше всего с помощью шаблона в виде трубки нужного диаметра и плоскогубцев. Кольцо должно получиться диаметром 10 мм. Кольцо ни в коем случае не может быть замкнутым, оно должно переходить в продолжение проволоки.

От этого кольца отмеряем 91 мм и таким же образом делаем второе кольцо, его диаметр также должен составлять 10 мм. Далее, от второго кольца отмеряем 83 мм и обрезаем проволоку. В итоге должна получиться следующая конструкция:

Вот вариант исполнения для точки доступа, к антенне припаян маленький коннектор N с кабелем, во всех вариантах задействована только центральная жила, оплетка просто заворачивается назад и не имеет ни какого контакта:

На этом все. Как видите, изготовление антенны не составит большого труда, скажу только что размеры необходимо соблюдать обязательно, и конечное изделие должно выглядеть аккуратно, от этого в большей степени зависит работоспособность антенны. Как подсоединить такую или другую Wi-Fi антенну к ноутбуку или нетбуку, для усиления сигнала, я расскажу в ближайших статьях.

Беспроводные сети получают все большее распространение. Но часто приходится сталкиваться с проблемой плохого покрытия устойчивого сигнала в помещении. Это приводит к понижению скорости на конечном устройстве.

Другая проблема — потеря устойчивости сигнала с увеличением расстояния от точки доступа. Изменить ситуацию можно с помощью установки ретрансляторов для повторения передаваемого роутером сигнала. В этом случаем требуется возможность подключения таковых.

Чтобы усилить сигнал применяют направленные и всенаправленные антенны. Первые создают своеобразный коридор для передаваемого сигнала, тогда как вторые усиливают сигнал вокруг точки доступа на 360°.

Можно ли изготовить самостоятельно

Самый дешевый способ усиления сигнала — сделать самостоятельно всенаправленную антенну. Алгоритм не очень сложный. Для изготовления понадобятся коннектор N-типа и толстый медный провод.

Из провода делаем излучающий элемент. Понадобится кусок толстого провода длиной в 32 см. В углах коннектора припаиваем противовесы и загибаем на 30° от горизонта. Это делается для волнового сопротивления. Провод припаиваем в центре. С помощью пластиковой изоляции защищаем центральный проводник. Готовую антенну накручиваем на коаксиальный кабель и крепим его.

Но использование самодельных приборов может повлечь за собой ряд непредвиденных ситуаций. Лучше не поскупиться и купить готовую всенаправленную антенну wifi. Они изготовляются для правильного построения круговой беспроводной сети. У них коллинеарные структуры с длиной вибраторов точно соответствуют половине длины волны.

Замедляющая структура изготовлена с высокой точностью для удаления противофазы. Кроме алюминия и оцинкованной стали они дополнительно оснащены гидроизоляцией для предотвращения коррозии.

Вот некоторые характеристики таких антенн:

  • диапазон частот от 2400 до 2500 МГц;
  • сопротивление 50 Ом;
  • усиление от 6 dBi.

Принцип действия

Перед выбором антенны лучше ознакомиться с их принципом действия. К основным характеристикам относятся направленность, коэффициент усиления, диаграмма направленности, полоса частот.

Коэффициент усиления можно назвать основной характеристикой. Но не стоит входить в заблуждение будто бы антенны способны усиливать сигнал. Любая антенна будет передавать сигнал с мощностью равной полученному сигналу от передатчика. Она работает как пассивное оборудование, ей неоткуда взять энергию для усиления сигнала.

Читайте также:  Какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома

От любой антенны во время работы расходятся во всех направлениях электромагнитные волны. Но не во все с одинаковой мощностью.

Эффект от передаваемых сигналов для всех вместе направлений описывается такой характеристикой, как диаграмма направленности. Направленные свойства антенны определяет зависимость таких величин: напряженности излучаемого поля и напряжения. Эту зависимость рисуют графически в виде диаграммы, которая и называется диаграммой направленности.

Ее изображают в виде поверхности. Из начала координат выходят радиус-векторы разной длины, каждый из которых соответствует в заданной пропорции энергии, излучаемой в этом направлении. Для двухмерного представления строят две диаграммы, отдельно для горизонтальной плоскости и вертикальной. Диаграмма выглядит как замкнутая линия, помещенная в систему координат.

Для всенапаравленной антенны диаграмма направленности будет представлять собой сферу. В двухмерном представлении получаются две окружности. Диаграмма направленности характеризуется шириной. Под ней понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ.

Что же входит в понятие коэффициент усиления? Эта величина показывает разницу на сколько децибел плотность потока энергии, исходящего от антенны в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который мог быть зафиксирован при условии использования изотропной антенны. Его измеряют в так называемых изотропных децибелах.

Например, если указан коэффициент усиления 8 dBi, то это значит что мощность излучения на 8 Дб больше мощности, которую бы излучала идеальная изотропная антенна.

Что нужно для настройки

Использование всенаправленной антенны имеет свои преимущества:

  1. Стабильный сигнал передается на большое расстояние.
  2. Гидроизолированная конструкция позволяет использовать ее как внешнюю.
  3. Круговая диаграмма направленности распространяет сигнал на 360°.

Цены начинаются от 1000 рублей.

Приступая к настройке всенаправленной антенны лучше заранее сделать диаграмму направленности. Она поможет расположить нули диаграммы, т.е. места с минимальным уровнем сигнала, в тех местах где нет необходимости в подключении к интернету.

Область применения

Всенаправленная антенна дает устойчивый сигнал по всему радиусу действия. К примеру, если в офисе установлен принтер с подключением к сети по беспроводной сети wi-fi, то на нем нужно установить такую антенну, чтобы всегда была возможность подключиться и в приемной, и в конференц-зале.

Другой случай — когда установлен wi-fi передатчик на крыше дома. Установка антенны позволит расширить радиус действия сети до всех близлежащих построек, будь то гараж, детская площадка или соседние дома.

При установке в загородном доме всенаправленной антенны зона уверенного приема сигнала расширяется за пределы здания. В таком случае к сети смогут подключаться соседи или можно оставаться на связи во время небольших прогулок. Мощные антенны устанавливают на морских судах.

Любая всенаправленная антенна wifi в равной степени покрывает площадь в радиусе своего действия. Антенны такого типа похожи между собой и представляют собой, чаще всего, штырь. Он распределяет сигнал в плоскости вокруг своей оси. Их устанавливают в беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного предназначения, в точки доступа и другие устройства.

Чаще всего использовать их эффективно можно только в помещениях. Это связано со свойствами таких антенн. С одной стороны, они излучают сигнал вкруговую от себя. А с другой стороны, и помехи тоже она собирает вокруг себя. Круговая диаграмма направленности у них распространяется только в горизонтальном направлении.

В вертикальной плоскости угол действия значительно меньше и не все беспроводные устройства смогут легко в него попадать. Можно антенну использовать и на улице для передачи сигнала на небольшие расстояния. Для удобства лучше прикрепить его к мачте. На значительном расстоянии скорость будет небольшая, но на несколько сотен метров зона действия высокоскоростного сигнала увеличится.

Другой вариант всенаправленных антенн — потолочные. Их подвешивают под потолком для максимального охвата всей площади помещения. В горизонтальной плоскости сигнал у них распространяется по кругу. А по вертикали максимальный сигнал будет находиться под углом 45°. У них коэффициент усиления указывается не одним числом, а диапазоном от минимального до максимального. Прямо под антенной находится мертвая зона приема сигнала.