Делаем сверхдальнюю WiFi антенну

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.

Делаем сверхдальнюю WiFi антенну

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.

 

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.

 Направленную антенну при установке

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.

 

Самодельная антенна биквадрат и двойной биквадрат

 

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.

двойной биквадрат

двойной биквадрат

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.
двойной биквадрат

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.

Изготовление излучателя

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.).

о толщине проволоки

От края проволоки отмеряем расстояние 29 мм до загиба.

о толщине проволоки

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

о толщине проволоки

Следующие загибы вовнутрь делаем на расстоянии 29 мм.

о толщине проволоки

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

Пропаиваем

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.

 

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.

рефлектор

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.

Установить медную трубку

Установить медную трубку

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

 

  1. Закрепить все на пластмассовой трубке используя термоклей.

Закрепить все на пластмассовой трубке

Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.

Отрезаем центральный штырь

Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.

Прорезаем надфилем

Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.

Прорезаем надфилем

Подравниваем шлицы одинаково по глубине

Устанавливаем самодельную рамочку

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

Припаиваем выводы кабеля

Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.

Взяв клеевой пистолет

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

Взяв клеевой пистолет

Взяв клеевой пистолет

Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.

 фиксируем на шпинделе рамку излучателя

С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.

 

Подключение антенны 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.

Подключение антенны к роутеру

 

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 WiFi 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.

 

AdBi = 10lg(A1/A0)

 

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


 

Загрузка...

Читайте также:

комментариев 13

  1. Виталий:

    Скажите, а если делать такую антенну не вещающей, а принимающей сигнал от далеко стоящего роутера, расчеты и размеры делаются по такому же принципу?
    У меня от моего дома на расстоянии 1,5 км находится работа, там вай фай сеть с безлимитным интернетом и хорошей скоростью. Роутер дома стоит зухель кинетик с двумя антеннами. Как мне добить на такое расстояние, чтобы роутер настроить как репитер?

    • Admin:

      Да, принцип расчета тот же, длины волн известны, минимально допустимая площадь экрана та же. Только конструкция лучшей Wi-Fi антенны-приемника другая — несколько сложнее.
      Порекомендую, сделать несколько биквадратиков, семь штук или больше, и поставить их на длинный штырь на равном удалении друг от друга — 15.6 мм. Первый биквадрат удалить от экрана тоже на 15,6 мм. Так устроена некогда популярная телевизионная польская антенна. Только не надо делать несколько штырей с элементами — достаточно одного.
      Замысел прост — зная, что электромагнитные волны проходя расстояние, тем более не через вакуум, а атмосферу, теряют энергию и, следовательно, частоту, из-за этого растягиваются по длине, поэтому значительно больше шансов уловить модулированный сигнал на разных частотах, кратных основной несущей частоте.

  2. If some one desires to be updated with most up-to-date technologies
    afterward he must be pay a quick visit this web site and be up to date everyday.

  3. grisha:

    Весь интернет «засрали» этим биквадратом. На какой сайт посвящённый WI FI антеннам не зайди, везде эти «биквадраты» достали уже.

    Кстати эти два вялых лепесточка, небольшое усиление дают, ГОРАЗДО БОЛЬШЕЕ УСИЛЕНИЕ, когда таких лепесточков штук 5 с одной стороны, и с другой стороны такая же система. И естественно РЕФЛЕКТОР (ОТРАЖАТЕЛЬ) позади этих вялых лепестков…

    Я думал, здесь антенна на 20-24дб усилением, тут лабуда какая-то.

  4. Ефим:

    Скажите пожалуйста,такой вопрос,можно ли поставить вещающий биквадрат подключонный к роутеру,на фасаде дома,где есть кабельный интернет,а другой биквадрат принимающий также подключонный к роутеру на другом доме на рассоянии примерно пятиста метров,будет ли такая схема работать?Просто не хочется выкладывать денег на наностэйшены)

    • Admin:

      Здравствуйте. Пятисот метров не такое уж большое расстояние для передачи WiFi сигнала. Такое расстояние могут покрыть даже родные антенны роутеров. Но если есть преграды, то усиленная антенна справится с заданием. Существенными помехами на пути Wifi сигнала являются железные заборы, металлические скатные крыши, железобетонные постройки, большие зеркала внутри жилых домов, ретрансляторы мобильной сети, другие излучатели микроволнового диапазона.

  5. Алекс:

    У одних рефлектор контачит с самими квадратами, у других нет. как все таки правильно?

    • Admin:

      Рефлектор должен быть обязательно изолирован от излучателя — только так антенна будет работать. Задача рефлектора отражать электромагнитные волны, а не заземлять их на излучатель. Замкнуть рефлектор и излучатель все равно что скрутить сигнальный проводник и экран кабеля.
      В пункте об установке медной трубочки с помощью пайки (внизу приведена фотография), не упомянуто, что внутрь трубки необходимо вложить пластмассовую вставку. На других фотографиях ее можно увидеть.

      • Алекс:

        Посмотрел кучу роликов и картинок)) Многие просто гнут квадраты, и оставляют хвостик и этим же хвостиком впаивают в отражатель.И туда же в уголок от которого хвостик, паяют экран кабеля, ну а ко второму уголку центральную жилу. Вот правильно это или нет. В этой статье тоже можно подумать что там где на основе сд коробки там отдельно, а где на пластине, то кажется что припаяно к трубке

        • Admin:

          Насколько известно, конструкция антенны зигзагообразной с рефлектором, которая описана в этой статье, предусматривает две точки нулевого потенциала в диапазоне принимаемых частот. Они расположены на двух противоположных концах квадратов. Эти противоположные края квадратов можно соединить с отражателем-рефлектором, равно как и с железной мачтой. В центре биквадрата нулевого потенциала не должно быть, а наоборот максимальная разность потенциалов. В чем ошибка: соединить одну центральную точку с экраном можно, работать будет, но после этого следует опасаться замыкания сигнального провода на экран и, что наиболее неудобно, нельзя допускать касания такой антенны к земле. На железную мачту ее не установишь, до железобетона не прислонишь — ненадежная антенна получится.

  6. Антон:

    скажите, а какой провод использовать и какая может быть его максимальная длина что бы не было больших потерь?

    • Admin:

      1. Чтобы избежать потерь, необходимо использовать коаксиальные кабеля с максимальным волновым сопротивлением (влияет на затухание на метр длины).
      В свободном доступе есть провода с волновым сопротивлением 50, 75 Ом. Кабеля с сопротивлением 100, 150, 200 Ом предназначены в основном для промышленности и военных целей. При длине до 20 метров затухание сигнала 2.4 ГГц незаметно. При большей частоте 5 ГГц или прокладывании магистрали длиной более 30 метров с потерями уже нужно считаться.Только в этих случаях понадобиться телевизионный кабель сопротивлением более 50 Ом — RG-59/U, RG-6/U, РК-75-х-х, SAT-50M, SAT-703B или толстый интернет кабель — RG-11/U, RG-11/U S1160.

  7. Андрей:

    Добрый день!
    Получается — при большой длине кабеля нужно брать кабель с большим сопротивлением?
    Хочу добиться передачи WiFi сигнала 2,4 ГГц на расстояние 600-700 метров прямой видимости (дом — дом).
    Планирую поставить передающую антенну на крыше 9-ти этажного дома (сам проживаю на первом этаже, передача с первого этажа не возможна, т.к. мои окна расположены с другой стороны дома и нет вообще прямой видимости с уровня первого этажа), примерная длинна кабеля от роутера до антенны составит 40-50 метров. В наличии есть кабель RG-58 50 Ом или лучше использовать кабель с большим сопротивлением, например телевизионный на 75 Ом. И вообще, как правильно поступить, прокинуть кабель до антенны на крыше, или роутер установить на крыше рядом с антенной.
    И еще вопрос: какие расчеты будут при использовании для Биквадрата, из медного провода диаметром 4мм, это улучшит антенну?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

четырнадцать − четыре =