Wi-fi антенна мастер-класс по изготовлению и проектированию мощных самодельных устройств

Проверка дальности

Наша первая волноводная антенна 96 мм в диаметре, с длиной больше 3/4L_g и была сделанна из футляра от бутылки джина

К антенне мы присоединили стандартный телевизионный 75 Ом коннектор (а не правильный N). Использованный тогда пигтейл был стеланн путем удаления провода от антенны Buffalo Extended Range Antenna подсоединения к нему 75 Ом’ного коннектора. Мы в курсе того, что сочетание 50 Ом коаксиального кабеля и 75 Ом коннекторов – это не лучшее согласование сопротивлений, которое можно придумать, и что это приводит к потерям мощности, но во время тестирования, в Португалии, это было все, что мы смогли раздобыть, и мы были увлечены.

Сравнение было сделанно с учётом встроенной антенны PCMCIA карточки Buffalo 802.11b. Мы использовали Wavemon (программа для измерения параметров беспроводной сети) на ноутбуке с установленным GNU/Linux для того, чтобы измерить силу принятого сигнала, шум и соотношение сигнал/шум.

Результаты

Наша первая банка, включая потери в кабеле, дала улушение силы сигнала в районе от +4 до +5 дБ (дециБелл), полученное улучшение соотношение сигнал/шум составило +10 дБ.

По данным таблиц мы оценили потери в используемом кабеле в 1.5 дБ.

Эта антенна позволила нам поддерживать 11-мегабитное соединение на расстоянии 200 метров от антенны Buffalo Airstation Extended Range Antenna. Мы не удалялись достаточно далеко по линии прямой видимости. Мы были впечатлены улучшениями в замерах, с учетом использования телевизионных коннекторов из супермаркета (которые имели неподходящее волновое сопротивление).

Первый горный тест

В конце-концов мы озаботились тем, чтобы получить несколько 50 Ом коннекторов N-типа. К сожалению ни у кого на складе не оказалось согласующихся между собой пар коннекторов, так что у нас не было другого выбора кроме как взять и чуть модифицировать BNC коннекторы. Это нас не сильно волновало, так как мы были увлечены.

Единственный кабель, который мы смогли найти, был RG58/U, дающий достаточно выские потери сигнала.

Мы подсоединили «баночную» антенну из футляра из-под джина к точке доступа Buffalo airstation при помощи 10 метров кабеля, и направили антенну их окна по направлению к холму.

Аян пошел на вершину холма с его ноутбуком, на котором был запущен Wavemon под GNU/Linux, и с «баночной» антенной, изготовленной из банки из-под корма для собак, подсоединенной к беспроводной сетевой карте двумя метрами кабеля. На вершине холма установлены две большие многосекторные антенны оператора сотовой связи, которые вещают в диапазоне около 800 МГц, как нам кажется. Аян расположился около 50 метром ниже них (медленно поджаривая его мозг!).

У нас была чистая (выше деревьев) линия видимости вниз к долине длиной 2200 метров от точки к точке, измеренная по военной карте.

Результаты

Мы достигли скорости соединения 2 Mbps, с запасом от 7 до 8 дБ, хотя хотя если говорить честно, это намного ниже того, что мы ожидали. Но важнее всего для нас было то, что антенна работает.

Посмотрев в спецификацию на используемый кабель, мы обнаружили, что он не расчитан на работу с такими высокими частотами, как 2.4 ГГц, самая высокая частота в спецификации была 1000 МГц, на которой кабель давал самое большое ослабление, 0.79 дБ/метр. Это означало, что используя кабель большой длины, изготовленный из неподходящего коаксиала, мы лишили себя от 9 до 10 дБ. Это было хорошей новостью для следующего гороного испытания с использованием подходящего кабеля, и предположительно позволяет сделать соединение на растоянии 5 км.

Антенна, показанная выше, дала в результате улучшение на 16-17 дБ по сравнению со встроенной в беспроводную сетевую карту Buffalo антенной. Нам удалось, результаты нас очень обрадовали.

Мы сейчас ждем, когда у нас появится немного свободного времени и мы найдем достаточно свободного пространства, чтобы провести дополнительные тесты. Мы ожидаем получить соединение на растоянии 10 км между антеннами.

Достоинства и недостатки

Современные антенны, в том числе и для стандарта Wi-Fi не имеют каких-либо недостатков что во многом стало возможным благодаря использованию современных электронных компонентов.

Уход от штыревых телескопических моделей из металла, еще применяемых сегодня в аналоговом радиоприеме, позволил значительно уменьшить габариты, стоимость и вес.
Основные компоненты из которых изготавливаются антенны – пластик, его производные, а также полимерные материалы.

Современный дизайн и миниатюрный размер позволяют расположить в любой обстановке или даже задекорировать предметами интерьера. Специальный интерфейс подключения делает антенну максимально эффективной и минимизирует потери сигнала на соединительных контактах. Большой выбор моделей дает возможность подобрать изделие, наиболее отвечающее техническим параметрам конкретной зоны покрытия.

Какие бывают WiFi антенны

Все WiFi антенны можно разделить на два вида: направленные или всенаправленные антенны, которые, в свою очередь, на внутренние и наружные.

Всенаправленные антенны

Класс этих антенн является основным для построения беспроводных сетей. Основная масса «домашних» роутеров комплектуется именно этими антеннами. Они равномерно распространяют WiFi сигнал по всему радиусу своего действия. В основном всенаправленные антенны представляют из себя обычный штырь, распространяющий WiFi сигнал в плоскости, перпендикулярной собственной оси.

Вариант внутренней всенаправленной антенны

Иногда бывает, что нужно покрыть беспроводной сетью большую территорию, к примеру, какого-то производственного объекта. Тогда на центральном здании устанавливается наружная всенаправленная антенна, имеющая коэффициент усиления 8 дБ. Такая антенна способна передать WiFi сигнал в радиусе 600 метров со скоростью 54 Мбит и на 1800 метров со скоростью 1 Мбит.

Вариант наружных всенаправленных антенн

Направленные антенны

Этот класс антенн применяют для организации wіfі сети по типу точка-точка. Т.е. они хорошо работают, если вам требуется соединиться, лишь с одной точкой доступа или одним компьютером.

Пример работы направленных антенн

Внутри здания, направленная антенна способна «пробить» непроходимые стены для WiFi сигнала. Неплохим вариантом будет применение направленной антенны панельного типа. Эта антенна, представляет из себя плоский прямоугольник, способный излучать радиоволны в одном направлении. При этом коэффициент усиления может доходить до 6 дБ.

Вариант внутренней направленной антенны

А вот если вам потребуется передать сигнал, к примеру, на соседний дом, то можно применить наружную антенну цилиндрической формы. Она устанавливается горизонтальным образом и направляется в сторону места, где находится приемник. При помощи такой антенны можно добиться коэффициента усиления до 18 дБ.

Вариант наружной направленной антенны

Если вдруг вы не совсем уверены, где вам надо расположить вашу антенну, то можно использовать универсальный направленный вариант. Такой тип антенн подходит как для внутренней установки, так и для наружной. Коэффициент усиления около 8 дБ.

Вариант универсальной направленной антенны

Как сделать своими руками

Такое устройство можно сделать и самостоятельно, в пределах квартиры оно поможет усилить сигнал, если он ослабляется большим количеством перегородок. Конструкция из алюминиевых пивных банок наиболее популярна благодаря эффективности и простоте. Понадобятся:

• Тремпель для одежды.
• Две литровые алюминиевые банки.
• Паяльник, припой.
• Провод 50 Ом.
• Соединительный разъем.

Вместо тремпеля можно брать металлопластиковую гибкую трубу. Она используется как для наружной и внутренней установки, поскольку имеет эстетичный вид, не поддается воздействию природных факторов.

Пошаговая инструкция

1. В дне банок прорезаются отверстия
   после чего их необходимо насадить на нижнюю часть тремпеля, предварительно ее разрезав либо пропустить через них трубу.
2. Отверстия в банках делаются такого размера, чтобы они насаживались с натягом
   и не сдвигались при изменении положения в пространстве. Трубу необходимо закольцевать и предусмотреть зацеп для фиксации на основании.
3. Для банок, расположенных на тремпеле
   – необходимо зачистить от краски места припайки кабеля. После чего зачистить кабель, разделив оплетку и фидер, залудить их и припаять каждый к одной из банок. К другому концу кабеля припаять разъем соответствующий тому что расположен на точке доступа.
4. Для банок на металлопластиковой трубе
   – в данном случае обе банки припаиваются к фидерному проводу. Можно сделать между ними мост из проволоки такого же сечения припаяв фидер к одной из банок. Экраном антенны будет являться слой металлической фольги, проложенный под внешним покрытием МП трубы. Необходимо аккуратно сделать срез, удалить защитную пленку и припаять оплетку к фольге. Данное место надо заизолировать и зафиксировать клейкой лентой во избежание обрыва.

Подключение и настройка

Перед подключением снимается штатная антенна. Следует свериться с настройками точки доступа что установлен максимальный уровень приема сигнала, если этого нет, то применить индивидуальные параметры.

Интернет стал неотъемлемой частью жизни современного человека. Благодаря его появлению стало возможным узнавать самые свежие новости, не дожидаясь пока их напечатают на носителе.

Однако, даже не эта особенность всемирной паутины имеет первостепенное значение. Самым важным ее аспектом является возможность общения, несмотря на огромное расстояние, разделяющее людей.

Но чтобы пользоваться интернетом мог каждый, проживающий в большом доме, часто приходится искать способы распространения сигнала на все здание. Неоценимую помощь в этом оказывает установка специального оборудования, такого как WiFi антенна усиленная. Это вспомогательное устройство считается одним из наиболее эффективных способов улучшения работы роутера.

Приложение

Список подходящих банок

• Slimfast Double Chocolate – Англия – с пластиковой крышкой
• The Simpsons Double choc cookies – Англия – с пластиковой крышкой
• Douwe Egberts ground coffee – Англия – с пластиковой крышкой
• Baby milk formula – Англия – с пластиковой крышкой
• Furness Ginger Biscuits – Корнуэл и Англия
• Golden Jubilee Beer, Robert Cain Brewery – Англия
• Nestlé Coffee Mate 500g – Англия – с пластиковой крышкой
• J&B Rare whiskey tin – Португалия
• Larios Gin – Испания
• Любая большая банка из-под собачего корма, если вы не смогли найти чего-то более подходящего!

Некоторые красители в пластиковых крышках ослабляют сигнал, так что попробуйте протестировать антенну с и без крышки и замерить уровень сигнала. Если с установленной крышкой сигнал ослабевает, используйте антенну без нее.

Справочные данные и ссылки

• Куча библиотечных книг по волновой теории, список которых мы не составили перед тем, как вернуть их в библиотеку…

Рис. 1.1:

Таблица 1.1 Зависимость длин волн и частот от диаметра

Схема использования табличных значений изображена на .

Простая Wi-Fi антенна своими руками

Подробности

Категория: Радиосвязь

   На практике часто случается ситуация, что Wi-Fi роутер, который находится в комнате, не достает по мощности другой роутер вашего соседа, который находиться на небольшом расстоянии, например в соседнем доме. Решить данную задачу поможет только внешняя Wi-Fi антенна. Попытаемся изготовить внешнюю Wi-Fi антенну собственными руками из подручных средств. Идея баночной антенны не претендует на оригинальность, но такая антенна неплохо работает и для изготовления потребуется не более часа. Для нашей внешней Wi-Fi антенны нам потребуется простая консервная банка, диаметром от 7 см до 10 см.

   Для нашей Wi-Fi антенны подойдут банки диаметром от 7 до 10см. Еще эти антенны называются баночные. Мы не будем вдаваться в теорию волноводных процессов и методик расчета антенн, однако заметим, что дальность и мощность антенны будет зависеть от расположения внутри банки элемента, отвечающего за прием и передачу сигнала. В нашем случае излучающий элемент это кусок медного провода запаянного в коннектор. В качестве коннектора используется N-коннектор.

   Итак, возьмите банку, похожую по размерам, на банку на фото. Проделайте отверстие для коннектора, его можно аккуратно сделать острым ножом. Предварительно зачищенный и подготовленный коаксиальный кабель вставьте в коннектор так, чтобы из него выступал медный провод, выступающий на 10-15мм, как на рисунке. Аккуратно вставьте коннектор в проделанное отверстие банки — нашей будущей Wi-Fi антенны, которая вот-вот будет готова.

   На другом конце кабеля у вас должен быть разъем который потом позволит подключить антенну к вашему роутеру, мы например подключали роутер dir 300.

   Обратите внимание на то, что не стоит использовать банки, в качестве излучателя, большего рекомендуемого диаметра. В этом случае мощность излучения, с увеличением размера, будет падать

Это тот случай, когда больший размер не имеет большего значения 🙂 Так же учтите, что вам не подойдет обычные пивные банки — стенка банки, в основании, должна быть плоской. Пластиковая крышка на открытой стороне банки защитит нашу Wi-Fi антенну от влаги. Так же стоит проделать отверстие через которое будет выходить из антенны вода, случайно попавшая в банку.

   Значения позиционирования отверстия для коннектора зависят от диаметра и даны в таблице:

   И не забывайте, что изготовленная нами Wi-Fi антенна излучает радиосигнал, поэтому не стоит в нее заглядывать когда она работает. Соблюдайте элементарные меры безопасности!

Общие сведения и сфера применения

К этому классу приборов относятся не только репитеры, но и Wi-Fi антенны усиленные. Обычно они выполнены в виде стальной или медной решетки. Выбор этих материалов не случаен, они благодаря своим физическим свойствам позволяют добиться наилучшего излучения.

Усилители антенны WiFi устанавливают в торговых центрах, на складах и других объектах. Они дают стабильный сигнал, что является обязательным условием работы в интернете. Некоторые модели антенн оснащены защитными устройствами, предохраняющими их от воздействия различных атмосферных явлений.

Основным параметром этих приборов считается уровень усиления, измеряемый в DBi. Причем от его величины зависит качество сигнала и скорость интернета соответственно.

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.

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.

Обозначается как дБи или dBi. Под изотропной антенной понимают условное понятие эффективности передачи сигнала по различным направлениям.

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

Принцип работы WiFi антенны

Это устройство работает так же как и антенны в обычных радиоприемниках. Разница состоит лишь в том что в роутере антенна одновременно передает и принимает сигналы. В ней индуцируются токи высокой частоты, на качество этого процесса оказывает влияние конструкция устройства и материал, из которого оно сделано.

Размер же имеет второстепенное значение поэтому нынешние антенны для Wi-Fi связи достаточно эргономичны, к тому же имеют эстетичный дизайн

Существует два типа антенн:

• Внутренние – устанавливающиеся для оптимального распределения Wi-Fi сигнала внутри здания.
• Наружные – применяемые вне зданий для увеличения зоны покрытия на открытой местности.

Все антенные устройства также подразделяются в зависимости от направления сигнала, на однонаправленные и равнонаправленные. Первые, посылают импульсы только в одну сторону в виде луча и оснащены отражателем. Такая конструкция значительно увеличивает мощность сигнала в заданном направлении при этом он отсутствует на остальных, что позволяет уменьшить риск несанкционированного подключения к сети.

Равнонаправленные антенны – это наиболее часто встречающаяся конструкция в бытовой электронике. Ими оборудуются все роутеры, сигнал распространяется с одинаковой мощностью во всех направлениях.

Удобны для использования в доме или офисе, но из-за равнонаправленного действия, зона покрытия меньше чем у однонаправленных конструкций.

При прохождении через физические препятствия сигнал теряет часть мощности поэтому в разных точках зоны покрытия прием может быть различного качества. Для оптимального распределения сигнала через равнонаправленную антенну, точка доступа должна устанавливаться в центре помещения.

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.

Основные типы антенн

Направленные антенны – вот что помогает нам установить направленный Wi-Fi-сигнал. Их используют, чтобы увеличить расстояние передачи сигнала от Wi-Fi-роутера до точки приема.

Антенны для Wi-Fi делятся на два типа – направленные и всенаправленные. Каждая из них необходима для получения определенных результатов. К примеру, возьмем направленную антенну, которая концентрирует входящий и исходящий сигналы в одну полосу, что позволяет в разы увеличивать расстояние передачи и приема сигнала Wi-Fi. Подобного рода антенна идеально подходит для создания сети Wi-Fi, где необходима передача информации из одной точки в другую. Иными словами, если вы видите или знаете, что возле вас есть направленная антенна, то можно попробовать установить Wi-Fi-мост, смонтировав свою направленную антенну. Качество сигнала при этом будет на высоком уровне.

Так получается из-за того, что сигнал концентрируется в одном потоке. Чтобы вам было легче понимать и управлять расстоянием приема и передачи сигнала, следует учитывать некоторые факторы.

• Первым фактором является мощность передатчика. Чем она выше, тем на большее расстояние вы сможете передавать ваш сигнал.
• Второй фактор – мощность Wi-Fi-антенны. От нее зависит качество передачи и приема сигналов.
• Третий фактор – кабель и его длина. Учитывайте, что чем больше у него длина, тем хуже будет становиться сигнал, и наоборот.
• Четвертый фактор – помехи. Следует заранее посмотреть, что будет стоять на пути вашего сигнала и сможет ли он прорваться через них. Чем меньше препятствий и помех, тем лучше сигнал.

Если взять идеальный пример, который в жизни практически нереально встретить, то от передачи до приема может пройти 10 километров. В реальной жизни подобное расстояние составит едва ли полтора километра.

В отличие от первой антенны всенаправленная раздает и принимает сигнал от всех направлений. Соответственно, расстояние, на которое она сможет раздать и получить сигнал, в несколько раз короче. Если взять, опять же, идеальный пример, то максимальное расстояние составит до 1 километра, а в реальности и того меньше. Но следует понимать и осознавать, что человек, который устанавливает всенаправленную антенну, не стремится раздать Wi-Fi на как можно большее расстояние, тут совсем иная цель. Такую антенну устанавливают на этажах в офисах, квартирах или же на целое здание, если его строение позволяет пробиваться сигналу.

Как установить антенну у себя дома?

Если вы устанавливаете антенну дома, то нужно знать, откуда будет или уже идет ваш сигнал. В современном городе сигнал очень легко потерять из-за того, что дома расположены очень близко друг к другу и могут просто перебивать его или искажать. Каждое препятствие, которое встречается на пути у сигнала, может или частично пропускать его, или отражать, или вовсе не пропускать.

Возьмем следующий пример. Предположим, что у вас дома стоит роутер, который работает на 500 метров отличной видимости. Вы же находитесь от него через стенку. Зная, что подобная стенка пропускает сигнал на 15 % после себя, получаем расстояние в 75 метров. Иными словами, роутер будет раздавать сигнал через стенку на расстояние в 75 метров. Но если вы подсоедините к нему антенну, то сможете избавиться от этой проблемы.

Итоги

Мы выяснили, что антенны бывают двух типов – направленные и всенаправленные. Обговорили, чем они отличаются и для каких целей подходят. Если вам нужно передавать сигнал из одного места в другое на довольно большое расстояние, то лучше использовать направленную антенну. В случае если вам нужно раздавать сигнал в определенном радиусе вокруг роутера, используйте всенаправленную.

Подключение роутера к внешней антенне и его настройка

Для примера выбран роутер MikroTik RВ751U-2НnD.

Подключение внешней антенны

Берем роутер, и на задней панели ищем разъем MMCX.

Разъем ММСХ

Для подключения внешней антенны вам потребуется специальный переходник, который соединит ваш роутер с антенной. Обычно эти переходники имеют небольшой размер, приблизительно 20 см, поэтому их можно использовать два или три. Можно приобрести один переходник, но длинный. Теперь производим соединение, как показано на рисунке ниже.

Вариант подключения антенны

После выполнения физического соединения роутера с антенной, его нужно настроить, чтобы он ее «видел».

Настройка роутера на работу с внешней антенной

Для настройки роутера используется утилита WinBox. Запускаем ее на компьютере, подключенном к роутеру и в поле — Connеct To выбираем ваш маршрутизатор.

Выбор роутера

Для включения на использование внешней антенны выполняем следующие действия:

1. Открываем меню Wireless.
2. В меню – Interface заходим во вкладку НТ.
3. Из списка Antenna Mode указываем вариант работы — antenna b.
4. Жмем – Ок.

Настройка роутера

После выполнения настроек внешняя антенна должна работать параллельно с внутренними. Вдруг вы захотите, чтобы работала одна внешняя антенна, то уберите галочки с поля — chain0, а chain1 оставьте. Не забывайте жать – Apply, для сохранения настроек.

Пример настройки работы внешней антенны

В данном роутере присутствует возможность программно настроить уровень мощности Wi-Fi передатчика. Эта особенность может пригодиться, если понадобиться передать сигнал с внешней антенны на дальнее расстояние.

Для настройки мощности выполняем следующие действия:

1. Открываем меню Wireless.
2. B Wireless Tables указываем Wi-Fi интерфейс wlan1.
3. В меню Interface жмем кнопку — Аdvanced Mode.
4. Выбираем вкладку … , а там пункт Tx Power.

Настройка мощности передатчика

В появившемся окне можно настроить мощность передатчика. В Tx Power Mode можно выбрать режим установки мощности, а в Tx Power указать саму мощность.

Выбор режимов установки мощности

Виды режимов установки:

1. Default – в этом режиме мощность выбирается из таблицы расположенной в памяти роутера.
2. card rates – режим выбора мощности по специальному алгоритму с применением значения мощности, указанной пользователем.
3. Manual – тут можно для каждой скорости задать свою мощность.
4. all rates fixed – на всех скоростях мощность одинаковая, ее указывает пользователь.