Wi-Fi антенна из банки сделанная самостоятельно

CANTENNA

Что такое WiFi антенна с высоким коэффициентом усиления? Как усилить сигнал WiFi? Такие приёмы, как выбор центральной позиции WiFi роутера, установки ретранслятора, помогают, так или иначе, но одна идея остается особенно жизнестойкой — замена обычной антенны на антенну с высоким коэффициентом усиления.

Нет необходимости навязывать эту идею как нечто новое, да и придумывать колесо,  давайте в месте попробуем разобраться как работает WiFi антенна своими руками из банки. А что это такое WiFi антенна с высоким коэффициентом усиления? Когда мы говорим о радио антеннах и употребляем слово «усиление» то подразумеваем направленное усиление антенны. Направленное усиление антенны, это способность антенны передавать усиленный сигнал WiFi (приём/передача) в заданном направлении.

Суть дела в том, что направленные WiFi антенны, как правило, имеют большую дальность действия и лучший прием, так как они излучают большую часть энергии в одном направлении —  стремятся передать и принять сигнал в одном направлении  и поэтому для безупречной работы, а также и при установке, все направленные антенны нужно обязательно хорошо выравнивать.

Излучения обычной антенны по сравнению с направленной антенной

Излучения обычной антенны по сравнению с направленной антенной

На рисунке выше показан процент излучения обычной антенны по сравнению с направленной антенной (предположим, что антенны расположены в центре диаграммы).  Обычная WiFi антенна излучает радиоволны поровну во всех направлениях, тогда как WiFi антенна направленного действия работает в заданном направлении, предусмотренным дизайном самой антенны. Но практически, никакая WiFi антенна не сможет излучать идеально в одном направлении, равно как и вo всех направлениях.

 

WiFi антенна своими руками

Название CANTENNA происходит от словосочетания «CAN+ANTENNA» (банка+антенна). CANTENNA это открытый цилиндрический волновод (волновод это полая металлическая трубка используемая для передачи высокочастотных радиоволн), который сконструирован из доступных материалов — консервной банки или металлической трубки. Размер (диаметр и длинна) многих жестяных банок поддерживает волновое распространение на частотах порядка 2 ГГц.

CANTENNA

CANTENNA

Благодаря простому дизайну, легкой сборки и работой на частоте максимально приближенной к 2.4 GHz (частота WiFi сетей) практика изготовления антенны из жестяной банки своими руками получила широкое распространение. CANTENNA это направленная Wi-Fi антенна изготовленная своими руками, которая будет полезна на коротких или средних дистанциях, хотя в некоторых случаях удавалось добиться увеличения предела досягаемости беспроводного соединения до 6-7км.

 

Применение антенны

CANTENNA широко применяется для ведения Wi-Fi wardriving и системными администраторами для выполнения тестов и оценки защищенности сетей Wi-Fi

При использовании направленных антенн удаётся избежать или уменьшить помехи от других сетей, а также повысить WiFi безопасность за счет того, что сигнал антенны проходит сфокусированным пучком в узком направлении. Кроме того, CANTENNA широко применяется для ведения WiFiwardriving и системными администраторами для выполнения тестов и оценки защищенности сетей WiFi.

В основном, CANTENNA используется для усиления и поиска WiFi сигнала, при условиях наличия прямой видимости. При помощи антенны изготовленной из банки Вы сможете легко создать WiFi сеть с соседями проживающими в доме напротив и свободно обмениваться файлами, играть в игры или же совместно пользоваться интернетом. Вы сможете легко подключится к WiFi сетям общего пользования в вашем районе.

CАNТЕNNА это очень простой и недорогой вариант WiFi антенны по сравнению с коммерческими WiFi ретрансляторами, но так же хорош, а некоторые утверждают, что даже и лучше. Благодаря всем этим преимуществам CANTENNA получила широкое распространение по всему миру.

 

Конструкция антенны

Конструкция антенны относительно несложная и изначально дешёвая. Дизайн и процесс изготовления настолько прост, что CANTENNA может быть изготовлена своими руками практически из подручных материалов — банок или трубы подходящего диаметра.

При желании Вы сможете легко модифицировать CANTENNA и превратить её в FUNNEL ANTENNA (Антенна Воронка).

Для изготовления антенны Вам не потребуется каких-нибудь специальных инструментов или навыков. Необходимые детали и общий подход к построению описаны далее.

 

Банка

Старайтесь не использовать банки с ребристыми стенками, так как они могут вызвать внутренние отражение и рассеивание радиоволн. Не используйте банку из под PRINGLES — она слишком узкая и в ней мало металла. В нашем практическом примере, хорошим вариантом послужит банка из под растительного масла.

Старайтесь не использовать банки с ребристыми стенками

Это банка с гладкими стенками и имеет 83мм в диаметре и 210 мм по длине, что отлично подходит для наших целей! Если ваша банка имеет хорошую пластиковую крышку — не выбрасывайте её. Крышка может пригодится, если мы будем используем нашу антенну на улице, но при одном условии, что пластик хорошо пропускает радио волны.

 

RF соединитель N-типа

RF (радиочастотный) соединитель N-типа с фиксирующей гайкой (диаметр 12-16 мм) и отрезок медного или латунного провода длинной 40 мм и диаметром 2 мм — наш будущий активный элемент.

 

Кабель и разъемы

Также нам потребуется кабель длинной 0.5-2м соответствующий гнезду WiFi карты или WiFi адаптера на одном конце и N-типа (муж) на другом, для подключения с антенной.

MMCX — тип разъёма для подключения WiFi карты

MMCX

MMCX — тип разъёма для подключения WiFi карты

RP-SMA — тип разъёма для USB адаптера

RP-SMA

RP-SMA — тип разъёма для USB адаптера

Инструменты

Стандартный набор инструментов:

  • Консервный нож
  • Линейка
  • Плоскогубцы
  • Напильник
  • Паяльник
  • Дрель с набором сверл для металла
  • Тиски
  • Разводной ключ
  • Молоток

 

Теории антенн

Жестяные банки различных диаметров, длины и материалов представлены в широком ассортименте на просторах нашей страны. Очевидно, что банки c различными размерами покажут нам различные волновые характеристики и создадут различную силу направленного усиления. Оптимальные длину и диаметр для определенной частоты можно высчитать используя математически функции которые мы рассмотрим ниже.

Оптимальные длину и диаметр для определенной частоты

Оптимальные длину и диаметр для определенной частоты можно высчитать, используя математически функции

RF (радиочастотные) соединители можно купить в магазине радиотоваров или на рынке. N-Тип разъемы самые популярные на частоте WiFi (2.4GHz) с ними тоже не должно возникнуть никаких проблем — обратитесь в любой онлайн магазин радиотоваров за справкой. Активный элемент это часть антенны которая фактически излучает волны. На тех частотах, что мы будем использовать нашу антенну, идеальная толщина провода должна быть около 2mm в диаметре (допустимо небольшие отступления от размера). Для сборки активного элемента можно использовать отрезок обычного медного провода от высоковольтного трехфазного кабеля. Отрезок кабеля (RP-SMA кабель) для нашей антенны вам продадут в магазине радиотоваров или на рынке. В соответствии с основными законами о теории антенн, высчитано, что длина активного элемента для работы в частоте 2.4GHz должна быть приблизительно 30mm, а длина волны для 2.4GHz равна 124 мм.

 

Расположение элементов

Рисунок ниже даёт довольно хорошее объяснение размеров идеальной банки и внутреннего расположения активного элемента. Понятно, что мы создаём WiFi антенну не для спутниковой связи и небольшие отступления от идеальных размеров не окажут значительного действия. Однако, длина и расположение активного элемента это критические факторы которые могут напрямую повлиять на работоспособность антенны.

Расположение элементов

Расположение элементов

 

Схематическая работа антенны

При правильном размещении активного элемента, отраженная волна накладывается на волну которая естественно излучается от активного элемента в сторону открытого конца банки, тем самым совмещая излучаемую силу в одном направлении. Если бы активный элемент не был бы установлен на расстоянии от дна банки равном 1/4 длине радиоволны, то не было бы усиливающей интерференции и коэффициент усиления был бы очень слабый. И если бы длина банки была бы меньше, чем длина равная 3/4 радиоволны, то радиоволна не была бы точно направлена до момента выхода из волновода т.е. банки.

схематическая работа антенны

Схематическая работа антенны

На рисунке ниже показано, почему размещение активного элемента было настолько критическим. Основная цель с которой банка «надета» на активный элемент это направить радиоволны в одном направлении. На рисунке показано как активный элемент излучает радиоволны и как они расходятся. Волны изначально излученные с стороны закрытого конца банки отражаются, «ударившись» о дно.

Правильное размещение активного элемента является критическим

Правильное размещение активного элемента является критическим

 

Совершенствуем дизайн

Иногда, воронка может быть «надета» на открытом конце Cantenna для получения дополнительной усиления. Модификация даёт нам другой тип антенны, но очень похоже на Cantenna — известный как «цилиндрические рог» или просто «Воронка Антенна». Воронка не способствует усиление во время передачи, но увеличивает чувствительность антенны во время приёма. Это достигается путём сбора излучения с большей площади.

воронка

Воронка не способствует усиление во время передачи, но увеличивает чувствительность антенны во время приёма.

 

Подключение антенны к оборудованию

Если вы используете WiFi модем с внешней антенной и хотели бы использовать Cantenna, это не будет проблемой. Просто отсоедините «родную» антенну и используя соответствующей длинны кабель подключите Cantenna на другом конце. Вы можете подключится роутеру (маршрутизатору) таким же образом.

Рассчитываем антенну

Рассчитываем антенну

 

Рассчитываем антенну

  • D — внутренний диаметр банки
  • Lo — длина волны в открытом воздухе, равна 0.122 метра
  • Lc — нижняя граница затухания, МГц
  • Lu — верхняя граница затухания, МГц
  • Lg — длина волны в волноводе (в нашем случае — в банке)

Lc = 1.706D

Lu = 1.306D

Lg = 1 / (sqr_rt{(1/Lo)2 — (1/Lc)2})

Для использования с адаптерами стандарта 802.11b идеальны следующие параметры:

  • Нижняя граница затухания должна быть меньше 2400 МГц
  • Верхняя граница затухания должна быть больше 2480 МГц

 

Зависимость длин волн и частот от диаметра

D, мм

Нижняя граница затухания, МГц

Верхняя граница затухания, МГц

Lg

1/4 Lg

3/4 Lg

1/4 Lo

73 2407.236 3144.522 752.281 188.07 564.211 30.716
74 2374.706 3102.028 534.688 133.672 401.016 30.716
75 2343.043 3060.668 440.231 110.057 330.173 30.716
76 2312.214 3020.396 384.708 96.177 288.531 30.716
77 2282.185 2981.17 347.276 86.819 260.457 30.716
78 2252.926 2942.95 319.958 79.989 239.968 30.716
79 2224.408 2905.697 298.955 74.738 224.216 30.716
80 2196.603 2869.376 282.204 70.551 211.653 30.716
81 2169.485 2833.952 268.471 67.117 201.353 30.716
82 2143.027 2799.391 256.972 64.243 192.729 30.716
83 2117.208 2765.664 247.178 61.794 185.383 30.716
84 2092.003 2732.739 238.719 59.679 179.039 30.716
85 2067.391 2700.589 231.329 57.832 173.497 30.716
86 2043.352 2669.187 224.81 56.202 168.607 30.716
87 2019.865 2638.507 219.01 54.752 164.258 30.716
88 1996.912 2608.524 213.813 53.453 160.36 30.716
89 1974.475 2579.214 209.126 52.281 156.845 30.716
90 1952.536 2550.556 204.876 51.219 153.657 30.716
91 1931.08 2522.528 201.002 50.25 150.751 30.716
92 1910.09 2495.11 197.456 49.364 148.092 30.716
93 1889.551 2468.28 194.196 48.549 145.647 30.716
94 1869.449 2442.022 191.188 47.797 143.391 30.716
95 1849.771 2416.317 188.405 47.101 141.304 30.716
96 1830.502 2391.147 185.821 46.455 139.365 30.716
97 1811.631 2366.496 183.415 45.853 137.561 30.716
98 1793.145 2342.348 181.169 45.292 135.877 30.716
99 1775.033 2318.688 179.068 44.767 134.301 30.716

 

Сборка антенны

  • RF соединитель N-типа с затяжной гайкой (меньше отверстий сверлить придется);
  • 40mm медного или латунного провода 2 мм диаметром;
  • консервная банка из под растительного масла 83 мм в диаметре и 210 мм длиной.
Сборка антенны

Сборка антенны

  1. Ножом для вскрытия консервных банок тщательно удалили верхнюю часть консервной банки. Опорожнили и помыли ее с мылом в теплой воде.
  2. Линейкой измерили 62 мм — расстояние от дана консервной банки и отметили точкой. Нужно накренить отмеченную точку, что бы сверло не соскальзывало и отверстие получилось там, где нам нужно.
  3. Сначала используем сверло меньшего диаметра и постепенно увеличиваем до 12-16 мм в зависимости от диаметра RF соединителя N-типа.
  4. Диаметр отверстия должен точно соответствовать диаметру RF соединителя N-типа. При помощи напильники обработали неровные края.
  5. Обработали отрезок медного провода напильником и перед пайкой слегка нагрели одну сторону — входящую в RF соединитель N-типа.
  6. При помощи паяльника припаяли вывод к RF соединителю N-типа в вертикальном положении. В нашем случае, высота активного элемента должна ровняться 30.5 мм.
  7. Зафиксировали RF соединитель N-типа на банке при помощи затяжной гайки самого соединителя.
Сборка антенны

Сборка антенны

Усиление данной Wi-Fi антенны изготовленной своими руками будет находится в пределах 10-14 dBi и лучевым покрытием равны 60 градусов. Если нам потребуется использовать антенну на улице — придется изготовить водонепроницаемый контейнер. Нам подойдет трубa из PVC — целиком вложим антенну в трубу из PVC и загерметизируем при помощи крышек и PVC клея. Необходимо помнить об отверстии для RF соединителя N-типа.

Сборка антенны

Сборка антенны

Читайте также:

Добавить комментарий

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