spvd.ru
spvd.ru
Павел Селиванов. Статьи, обзоры, заметки

Очумелые ручки 2. Антенна для Wi-Fi

Изготовление антенны для Wi-Fi в домашних условиях из подручных материалов.

Как и в предыдущей заметке из серии Очумелых ручек, материал будет построен на ответах на три вопроса, вынесенные в подзаголовки, однако на этот раз хотелось бы начать с ответа на финальный вопрос -

Что получилось?

Две самодельные Wi-Fi антенны

К тому времени, как дописывался этот текст, две представленные на фотографии антенны уже несколько дней работали в конечных точках примерно двухсотметрового линка "из окна в окно". Вот как это выглядит с одной стороны – точка доступа с антенной закреплены над окном в офисе, вид снизу:

Wi-Fi антенна

А теперь об этом по-порядку.

Зачем?

Есть множество ситуаций, когда показано применение внешних антенн. Под внешней в данном случае я имею ввиду антенну, подключаемую взамен штатной из комплекта устройства. Наиболее типичные ситуации применения специальных антенн сводятся к трём наиболее характерным случаям:

  1. Для увеличения зоны покрытия точки доступа беспроводной сети. В таком случае обычно ненаправленная (всенаправленная) штатная антенна заменяется на так же ненаправленную, но более эффективную.
  2. Для улучшения эффективности зоны покрытия, совмещённой с удобством размещения беспроводной точки доступа и антенны. Обычная ситуация, если необходимо обеспечить уверенный сигнал в ограниченном, но сравнительно большом помещении, а точку доступа с антенной наиболее удобно разместить на одной из стен или в углу. Для этого случая подойдёт антенна с секторной диаграммой направленности (широконаправленная). Кроме того, направленные антенны могут пригодиться для решения задачи уменьшения взаимного влияния близко расположенных беспроводных сетей.
  3. Для создания беспроводного моста на большем расстоянии. Для этого случая предназначены узконаправленные антенны. "Дальнобойность" напрямую зависит от того, насколько узкий пучок радиоволн обеспечивает конструкция антенны.

Упомянутый выше случай беспроводного моста примерно на двести метров более похож на третий вариант, однако ввиду "несерьёзности" расстояния вполне сгодятся направленные антенны с довольно широкой диаграммой направленности.

Тут стоит отметить один факт – цены на отдельные Wi-Fi антенны сравнимы с ценами на сами беспроводные устройства. И если в нише узконаправленных антенн с коэффициентом усиления более 18dBi это ещё хоть как-то оправдано (самостоятельное изготовление таких антенн требует некоторого опыта, тщательных расчётов и высокой точности исполнения), то при меньших требованиях частенько бывает вполне резонно попробовать свои силы с антенностроении.

Выбор конструкции антенн упрощался тем, что не нужно было заботиться о защите антенны от воздействия внешней среды (напомню, установить беспроводной мост необходимо было из окна в окно). Так же антенны должны были получиться достаточно лёгкими и не требовать дополнительного крепления, кроме штатного антенного гнезда беспроводных точек доступа. Опираясь на несколько лет опыта изготовления антенн разных конструкций, я пришёл к выводу, что здесь как нельзя лучше подойдёт простая и проверенная хорошо известная схема "двойной квадрат" (biquad antenna), она же зигзаг, она же антенна Харченко.

Как?

Начну, пожалуй, с упоминания того факта, что на самом деле в интернете можно найти огромное количество материалов по самостоятельному изготовлению антенн для Wi-Fi, в том числе и выбранного типа biquad; для примера могу порекомендовать начать изучение вопроса с этой странички. Однако большинство представленных материалов, объясняя как, уделяют мало внимания почему. На этом и постараюсь сосредоточиться. И как всегда, объяснять почему удобнее на конкретном примере.

Итак, первое почему – почему квадрат, а не, например, шестиугольник, или вообще круг? Ответ очень прост. Круг был бы немного эффективнее, но квадрат мне показался технологичнее в изготовлении. Если же понадобится заметно больший коэффициент усиления, лучше посмотреть в сторону антенн других типов, например спиральной или секторной панельной.

Второе – откуда взялись размеры? Из длины волны в вакууме, конечно. В расчёте конструкции длина волны участвует несколько раз: периметр каждого квадрата близок к длине волны (добиваемся, чтобы резонансная частота излучающего элемента была приближена к частоте выбранного канала Wi-Fi диапазона), расстояние от плоскости антенны до отражателя – у меня восьмая часть длины волны (расчёт исключительно с точки зрения распространения электромагнитного излучения показывает, что надо делать четверть, тогда разница в пути прямой и отражённой волн составит половину длины волны, что с учётом изменения фазы от отражения даст сложение амплитуд прямой и отражённой волн в направлении, перпендикулярном плоскости отражателя, но на самом деле есть и другие факторы, вроде согласования и КНД, поэтому на практике можно принять, что расстояние от излучающего элемента до отражателя должно быть где-то в диапазоне от 1/4 до 1/8 длины волны, из технологических соображений конкретно этой переделки я взял минимум), и наконец, размеры отражателя – сравнимы с длиной волны (меньше – хуже, много больше – неоправданно).

В таблице ниже представлены опорные частоты и длины волн тринадцати актуальных для нас (принятых в Европе) каналов Wi-Fi диапазона 2,4 ГГц.

Номер каналаЧастота, МГцДлина волны, мм
1 2412 124,3
2 2417 124,0
3 2422 123,8
4 2427 123,5
5 2432 123,3
6 2437 123,0
7 2442 122,8
8 2447 122,5
9 2452 122,3
10 2457 122,0
11 2462 121,8
12 2467 121,5
13 2472 121,3

Определившись с каналом (за некоторыми исключениями, во многих случаях достаточно будет ориентироваться на середину диапазона, антенна вполне удовлетворительно будет работать и на краях), можно приступать к изготовлению. Вот, собственно, те самые подручные материалы, из которых скоро возникнет новая антенна: штатная антенна, кусок медного провода и банка шпрот.

Вообще-то, банка для правильного отражателя маловата, но бить рекорды дальности мне и не требовалось. Зато конструкция получится компактнее, и бортики банки послужат защитой излучающему элементу от случайного механического повреждения. И бонус в виде шпрот. :)

Задействованные инструменты и материалы:

 

Для начала посмотрим на "внутренности" штатной антенны, кое-что от неё ещё пригодится.

 

Заготовка для излучающего элемента – кусок проволоки, равный двум длинам волн выбранного канала Wi-Fi, с разметкой для сгибания.

 

Согнутая рамка концами припаяна к металлической трубке, извлечённой из штатной антенны. Трубочку я немного подпилил, чтобы изгиб в центре её не касался. Угол в середине рамки залужён, туда позже будет подпаяна центральная жила.

 

Припаиваем получившуюся конструкцию к отражателю.

Для удобства установки по высоте на трубку надет 15-миллиметровый кусочек внешней изоляции, оставшейся от очистки медного провода.

Осталось только укоротить до нужной длины кабель в обрезке штатной антенны, подпаять куда нужно центральную жилу и оплётку, и зафиксировать обрезок бывшей антенны на отражателе. Для фиксации удобно воспользоваться клеящим пистолетом. И пора приступать к испытаниям.

Разве что можно антенну ещё покрасить. Как она выгладит после окрашивания, можно ещё раз посмотреть на снимке вначале статьи.

В испытаниях участвовали две Wi-Fi точки доступа D-Link DWL-2100AP. На одной стороне всё время была подключена антенна, показанная вверху на первом в статье снимке (кстати, в банке из-под тушёнки :)), на другой стороне подключались для теста штатная антенна из комплекта точки доступа и конструкция, описанная выше. Их-то и сравним, показания снимались с помощью AP Manager by ACOWA (отдельная благодарность автору программы). Расстояние – около 85 метров.

 

С антенной из комплекта.

 

Со свежеизготовленной антенной "двойной квадрат".

Как говорится, комментарии излишни, 8-10dBi разницы будут совсем не лишние.

Оцените материал: 
twitter.com facebook.com vkontakte.ru odnoklassniki.ru mail.ru ya.ru rutvit.ru myspace.com blogger.com liveinternet.ru livejournal.ru memori.ru google.com yandex.ru
Комментариев: 38
  1. Интересно, что виднеется на заднем фоне точки доступа с воткнутым кабелем?

  2. Это PoE сплиттер.

  3. http://www.lan23.ru/wifi/PYAn/pyan.html

  4. Андрей | 2011-07-13 в 15:25:34

    Особенно понравилось фраза:"Второе – откуда взялись размеры?..." В статье не представлено ниодного нужного размера...Какое расстояние в итоге взялось до рефлектора? и каковы стороны квадратов?Ответе пожалуйста.

  5. Андрей, ну а подумать чуть-чуть никак? После фразы, которая "особенно понравилась", русским в html'е сказано, что до отражателя восьмая часть длины волны, периметр квадрата - длина волны, а чуть ниже таблица с длинами волн для 13-и каналов 2,4ГГц диапазона.

    Что, на восемь поделить или из периметра квадрата длину стороны найти неподъёмная задача? Причём заготовка на два квадрата ещё и рядом с линейкой сфотографирована. Огорчаете Вы меня...

  6. Андрей | 2011-08-01 в 18:42:21

    Ну ладно, ладно, уже собрал подобную антенну...результатом пока доволен. Смущает пока только размер рефлектора (отражателя).Я использовал банку диаметром 155 мм, с почти идеальным дном...оно в большинстве своем плоское, только с края небольшое изменение формы...

  7. Так куда нужно припаивать центральную жилу и оплётку?

  8. Про центральную жилу у меня есть в тексте упоминание, между фотографиями с линейкой и излучающим элементом, на фото видно, где уголок в середине залужен. А оплётку я припаял в точке, где припаяна трубка к банке.

  9. Собрал почти такую же антенну. Результатом доволен. Если честно размеры даже и не соблюдал. Все заработало сразу. Использовал аллюминеевый отражатель вместо банки. С моей штатной антенной вообще не чего не ловило. Сделал банку. Сигнал был но пинг часто пропадал. Потом сделал двойной квадрат сигнал стал уверенным без обрывов. Пинг стал от одной до трех милисекунд:) расстояние где то метров 300:)

  10. Евгений, Кострома | 2012-09-01 в 17:32:29

    Автору статьи огромный респект!!! Долго не решался на антенну Харченко из-за кабелей и прочих особенностей типа коннекторов N-Type, а с использованием "огрызка" штатной всё же сделал. Использовал основание круглой банки от детского питания, д 125 мм, высота оставленных бортиков примерно 2.5 см.

    Линк стабильный (намного стабильнее, чем с антенной Д-Линк 8Дби), доволен как слон))) В ближайшие выходные буду мастерить "двойной биквадрат"))))

  11. Вы б еще с под селедки банку взяли бы :))))

  12. Что то сомнения у меня берут на счет такой антенны, почему производитель не делает тогда такие антенны? Они явно тоже не дураки. Приведите картинку распространения волн от стандартной антенны и от вашей.

  13. wemarus, у меня была задача построения линка на расстоянии, на котором со штатными антеннами связи не было. Приложением головы и рук задача была решена затратами времени вместо денег.

    Когда со штатными линка нет, а с самодельными направленными есть, как-то не возникало необходимости рисовать и рассматривать картинки диаграмм направленности и сравнивать главный лепесток направленной с кругом (о, чудо!) штатного штырька. ;)

    Берут сомнения - покупайте готовую, никто ж не заставляет.

    Что касается производителей, то думаю, что для промышленного изготовления, например, панельные антенны банально технологичнее гнутых проволочек, а на коленке по-быстрому самое то.

  14. wemarus, подобные направленные антенны они делают. Вот только стоят от 1000 ru и более. Так же и хватает наглости за кусок проволоки (штыревая) просить от 300 рублей за 8 дэбиков хотя там ими и не пахнет

  15. Даниил | 2013-02-25 в 23:53:13

    Доброго времени суток.

    Подскажите желторотику)

    Можно-ли использовать проволоку из кабеля Coaxial RG-6 (по жесткости он нормальный)?

    И еще одно, взять в пример стандартную антенну от платы TP-Link (2dBi) ловит ели ели 2 из 5 "палочек"))

    и покупная антенна TP_Link (8dBi) и эта также выдает 2 из 5 (точка находится на 7-м этаже(сам проживаю на 5-м)) и преграждают её 6-8 стен из них 3 несущие толщиной 1.5-2 кирпича.

    Возможно ли с измененной штатной антенной улучшить качество сигнала?

    Надеюсь понятно обьяснил)

    Заранее благодарен!

  16. Бороко | 2013-05-23 в 15:31:09

    я попробовал на основе обычного СД диска в качестве отражателя= эффект супер!!!! словил точку доступа на скорости не менее 2 мб. при базовой антене максимум скорость была 0.1-0.2 мб/с. рекомендую всем!!!!!

  17. Что то вы намудрили господа чисто геометрически антена не выходит. Прямые углы неполучаются иначе в центре антена замкнётся.

  18. Олег, в данной конструкции значение имеет не точность углов, а длина проводников. На квадраты излучатель действительно просто очень похож.

  19. 'Заодно залужён угол в середине рамки, туда позже будет подпаяна центральная жила.' Круто!!!) Вы на схеме антены можете показать точку куда он должен быть подпаян?

  20. Иван, на фото, которое сразу после этой фразы, можно рассмотреть. Вся рамка согнута из одного цельного куска провода, затем оба конца припаяны к трубке. "Заодно залужён угол в середине рамки" - это тот угол, который сделан точно на середине исходного куска провода, на фото видно, что он не медного цвета, а серебристый, потому что залужён. Этот уголок как бы висит в воздухе, трубки не касается (на ней специально для этого выпилен кусочек). Это и есть точка припаивания центральной жилы.

    По сути получается, что я отпаял от штатной антенны гильзу, снял, развернул на 180 и припаял обратно в той же точке, то есть так, что кусок без оплётки, что был в штатной излучателем, теперь оказался пропущен внутри гильзы. Край бывшего излучателя зачищен и припаян к уголку из предыдущего абзаца.

    Надеюсь, так стало понятнее.

  21. Извините я наверное туплю, центральная жила спаяна месте с квадратами? На фото я ее просто не вижу.

    Таким образом оплетка кабеля припаяна к дну банки,гильза подпаяна туда же изнутри банки.

    Сверху к гильзе подпаяна восьмерка

    Сердечник кабеля подпаян в центральный изгиб восьмерки? При этом сердечник экранирован от гильзы куском старой изоляции?

    Я все правильно понял?

  22. Пётр, вроде правильно. Оплётка припаяна к гильзе в сужающейся части. То есть точка пайки оплётки и гильзы по сути та же, что и в оригинальной антенне, только гильза развёрнута другой стороной. Так что кусок центральной жилы, освобождённый от оплётки, теперь пропущен сквозь гильзу и припаян концом к больше ничего не касающемуся центральному изгибу проволочной рамки. Концы проволоки припаяны к гильзе. Гильза зафиксирована пайкой в отверстии в банке.

  23. Мастер | 2015-02-13 в 17:31:11

    Здравствуйте. Я решил настроить мост на 600 метров (по яндекс.картам), собрал два биквадрата. Решил сделать по-хорошему, качественно. Получились вот такие антенны: http://i60.fastpic.ru/big/2015/0213/4d/243d2b05afe1d544273a83e886d14f4d.jpg

    Проблема в том, что когда веду сканирование с одной стороны, вижу кучу обычных точек доступа, некоторые с сигналом больше 20% (по данным WET-54G), но друг друга два моста не видят вообще. Не могу понять, как нужно "прицеливаться". Приделал к отражателю деревяшки, просверлил тонкие отверстия перпендикулярно плоскости отражателя, но не помогло: сигнал нулевой в обе стороны. Хотя сам Харченко заявлял о угле раскрыва порядка 34 градусов. Может быть подскажете, где искать проблему?

    Находясь в одном помещении, мост работает, даже если направить антенны в разные стороны

  24. Мастер | 2015-02-13 в 17:42:44

    Поправка: длина чуть больше 400 метров. Видимость прямая, без препятствий

  25. Мастер, для начала "прямая видимость" для WiFi не то же самое, что из точки установки одной антенны видеть глазами вторую. Это означает, что нет никаких предметов в объёме в форме эллипсоида между антеннами. Для четырёхсот метров расстояния, в диапазоне 2,4 ГГц, на середине пути радиус от оси, в пределах которого в идеале ничего не должно быть, примерно 4 метра.

    Ну и зигзаг Харченко далёк от того, чтоб называться узконаправленной антенной. Идеального прицеливания не требует. 400 метров, да с множеством других точек доступа вокруг, наверное, придётся искать другую конструкцию.

    Попробуйте мониторить сигнал, установив один полукомплект и постепенно удаляясь с другим, запитавшись от бесперебойника или с конвертером на 220В от прикуривателя в машине. Наверняка увидите, как где-нибудь на полпути сигнал/шум упадёт ниже приемлемого из-за множества помех.

  26. Богдан | 2015-03-04 в 15:39:23

    Мастер.Через стекло сигнал сильно падает вынеси антенну на улицу.

  27. Аноним | 2015-04-02 в 13:55:32

    Это не "двойной квадрат". Это зигзагообразная антенна Харченко.

  28. Аноним | 2015-04-02 в 13:56:35

    Sorry for некропостинг...

  29. Это правильно, что не представляетесь. Не так стыдно будет, когда поймёте, что вместо попытки поумничать получилась демонстрация, скажем так, невнимательности. См., например, последнее предложение перед разделом "Как?" и ответ ответ человеку с ником Мастер на три комментария выше.

  30. Сергей | 2015-07-08 в 19:02:33

    Pavel, подскажите пожалуйста, откуда вы взяли эту таблицу длин волн? По моим расчетам длины волн должны здесь быть не в миллиметрах, а в метрах. В таком случае, что вы имеете ввиду под одной восьмой или одной четвертой длины волны? Сорри, если затупил.

  31. Сергей, сетка частотных каналов в диапазоне 2,4ГГц это открытая информация. Легко гуглится.

    Что касается расчётов, то смотрите: берём скорость света в вакууме (для простоты округлим) 300000000м/с и делим на 2,4ГГц - 2400000000Гц, получается 0,125м, то есть 125мм.

  32. Сергей | 2015-07-08 в 22:18:22

    Извиняюсь, пойду учить математику в 5 класс.

  33. antena stoit na podokonnike za oknom a komputer v komnate zto lutshe ,krepit usb adapter "svistok" na antenu i vesti snur usb do komputera ili usb adapter stavit v komputer i tenut kabel antennyj do samoj anteny dlina okolo 10 metrov.Antena Bi kvadrat.

    s uvazenijem

    Gedas

    p.s pishu latiskimi tak kak translit nekorektno perevodit

  34. Константин | 2015-09-26 в 00:52:21

    Доброго времени суток !

    Gedas вам лучше удлинять USB провод пока донгл стабильно работает с ПК , а далее после донгла тянуть 50_и омный кабель , а так как в нем существует зотуханее сигнала примерно 1.5 децибела на 1 метр , а усиление антенны примерно 10 децибел соответствено от усиления антенны отнимаем потери в радиочастотном кабеле 1М - 1.5ДБ , 2М - 3ДБ , 3М - 4.5ДБ , после подсчёта получим полезное усиление на выходе кабеля в месте подключения к донглу при длине кабеля 1М = 10-1.5=8.5ДБ , 2М = 10-3=7ДБ , 3М = 10-4.5=5.5ДБ по этому старайтесь делать длину радиочастотного кабеля как можно короче но и USB провод тоже слишком длинный делать нельзя так как если провод будет слишком длинный донгл будет работать с ошибками или вообще неопредилятся , длина USB провода может варьироваться от 0.5М до 2М в зависимости от качества самого провода , дальнейшее удлинение на свой страх и риск !

  35. Константин | 2015-09-26 в 01:02:31

    Можете еще попробовать ( Biquad Yagi 2 4ghz Wifi Antenna ) .

  36. Не хочу умничать, но на сколько я знаю здесь отражатель не нужно подключать, т.е. он должен быть изолирован от излучателя.

  37. Альберт | 2016-10-12 в 00:50:18

    Миха, У меня экран соединен с оплеткой, работает

  38. Радиомост, для которого всё это делалось, отработал шесть лет и в прошлом году отправлен на покой. Да и мне теперь, как MikroTik MTCWE и MTCRE, уже как-то несолидно. ;) Комментарии закрываю.