Wifi спиральная антенна своими руками

Усилитель сигнала вай-фай своими руками

Беспроводная система передачи информации Wi-Fi (аббревиатура не расшифровывается, она была изобретена как маркетинговый ход) – один из столпов современного высокотехнологического социума. С ее помощью распространяется не только интернет, но и, например, сигналы с видеокамер. По своей физической сущности она является радиосвязью на частоте 2,4 ГГц и подчиняется всем законам распространения радиоволн.

Поэтому, если ваш планшет или ноутбук отказывается связываться с роутером из-за мешающих стен и перекрытий, вы можете попробовать сделать усилитель сигнала своими руками. Таковым является направленная антенна сантиметрового диапазона. Ее конструкция может быть штыревой, рамочной, спиральной или зигзагообразной. В этой статье мы попытаемся на пальцах, не углубляясь в дебри теории антенно — фидерных устройств, объяснить вам, как сделать антенну из подручных материалов, которая будет ничуть не хуже продающихся в магазине.

Немного теории

Перед тем как начать выбирать тип антенны и претворять свои грандиозные планы в жизнь, вам стоит познакомиться основополагающими законами теории антенно — фидерных устройств. Их два:

1. Длина волны, от чего зависят размеры устройства.
2. Коэффициент усиления. Самый интересный момент, позволяющий уловить слабый радиосигнал на больших расстояниях – как раз то, ради чего мы за это дело и беремся.

Эпюра напряженности магнитного поля любого радиосигнала имеет форму синусоиды. Расстояние между первой и третьей точками пересечения ею оси абсцисс называется длиной волны.

Номинал частоты – это количество колебаний в одну секунду. Поскольку радиосигнал распространяется со скоростью света, то длина волны в метрах будет равна результату ее деления на частоту. Для низкочастотного (наиболее распространенного) диапазона Wi-Fi: 299792458 / 2,4 = 12,5 см.

Запомните это значение, поскольку все размеры будущей антенны будут рассчитываться как его дробные части.

Коэффициент усиления – это условная величина, показывающая, во сколько раз выходной сигнал на зажимах направленной антенны больше, чем у ненаправленной. Причем это соотношение вычисляется как десятичный логарифм и обозначается дБ – децибел. Всенаправленной является та, для которой безразлично положение относительно источника радиосигнала. Такие применяются в мобильных телефонах и планшетах, поскольку это, во-первых, предполагается условиями пользования, а, во-вторых, определяется малым размером устройств.

Направленные свойства антенны проявляются в том случае, если ее длина равна половине длины волны. Для Wi-Fi это 6,25 см. Ее пространственная диаграмма направленности представляет собой тор – бублик, перпендикулярный оси антенны. Коэффициент усиления в этом случае равен двум децибелам, то есть 1,58 раза. Такие полуволновые диполи позволяют увеличить дальность на десяток метров, что уже неплохо для уверенного приема сигнала в своей квартире.

Самый простой способ усиления сигнала

Если вы возьмете линейку и измерите длину штыревой антенны домашнего роутера, то окажется, что ее длина от 10 до 12 см. Длиннее не делают потому, что в штыре, размер которого больше длины волны, значительно возрастает внутреннее сопротивление и сигнал вместо усиления гаснет. Это увеличение размера приводит сужению толщины «бублика» диаграммы направленности и незначительному увеличению удельной мощности излучаемого сигнала. Гораздо больший эффект дает экранирование передающей антенны с одной стороны.

Экран позволяет сконцентрировать излучение роутера в нужном вам направлении. Например, если он стоит у стены, то нет никакого резона передавать сигнал Wi-Fi соседям или на улицу. Его установка увеличивает коэффициент усиления передающей антенны до 3 дБ, то есть, в два раза. Что фактически отражает физическую суть дела, ведь вы половину бесполезно направленного сигнала переориентировали в нужную сторону.

Вся хитрость в том, на каком расстоянии от антенны роутера расположить экран. По законам распространения радиосигналов оно должно быть равно 1/8 длины волны. Для Wi-Fi это 1,56 см.

Им может быть лист железа (раскроенная пивная или консервная банка), компакт-диск или толстая фольга. Лучше всего выполнить конструкцию в виде подставки под роутер, перпендикулярно которой поставлен экран. Добиться результата можно опытным путем, передвигая по миллиметру источник сигнала ближе или дальше от экрана. В помощь вам будет интерфейс отображения уровня сети.

Достоинством способа является простота, а также то, что антенна для планшета вам не понадобится. То есть, не придется его вскрывать или изыскивать возможности для подключения дополнительного оборудования. Недостатком – малая дальность приема сигнала.

Направленные антенны

Мощная – с коэффициентом усиления от 10 дБ – антенна понадобится в том случае, если предполагаемая дальность приема не менее 50 метров. В этом случае используются остронаправленные антенны. Например, зигзагообразные или спиральные.

Зигзагообразная

Ее называют и антенной Харченко, по имени радиолюбителя, предложившего такую конструкцию в 1961 году, и биквадратной – за характерную форму. Строится она из проводника длиной в две волны предполагаемого сигнала. Для Wi-Fi это значение равно 25 см. Он изгибается в виде двух квадратов со стороной в ¼ длины волны – 3,125 см. Точка их сочленения разъемная. Обычно ее крепят к диэлектрической пластине, для обеспечения жесткости, чтобы не было смыкания точек припаивания центральной жилы коаксиального кабеля к одной ветви и экрана к другой.

Антенна биквадрат имеет коэффициент усиления равный 8 дБ в базовом варианте, и около 12 дБ, если установлен экран, которым может быть компакт-диск, фольга, лист металла. Расстояние до него от плоскости согнутого в два квадрата проводника 1,56 метра – восьмая часть длины волны. Конструкция удобна тем, что крайние точки квадратов по оси имеют нулевой потенциал, поэтому их можно крепить к экрану чем угодно, в том числе и металлической проволокой, обеспечивая хорошую жесткость.

Для обеспечения необходимого коэффициента усиления она ставится вертикально. В горизонтальном ее направленные свойства не лучше, чем у полуволнового диполя. Ось приема расположена перпендикулярно плоскости фигурного проводника.

Согласование с кабелем не требуется, он подключается к проводнику напрямую.

Недостатком антенны является ее широкополосность – она способна принимать не только Wi-Fi, но и, например, паразитные излучения от микроволновой печки.

Спиральная

Спиральная антенна изобретена в конце 40-х годов прошлого века американским радиоинженером Дж. Краусом. Очень простая по конструкции, она обеспечивает усиление сигнала до 20 дБ (100 раз) и используется во всех диапазонах, начиная от УКВ. Дальность приема до 2 км в пределах прямой видимости. Представляет собой несколько витков проводника, скрученного спиралью.

Диаметр витка спирали равен длине волны. Поэтому при создании каркаса самодельной антенны этого типа замечательно подходит отрезок канализационной пластиковой трубы диаметром 40 мм. Они есть в каждом хозяйственном магазине.

Спираль разреженная. Расстояние между витками ¼ длины волны. Чем она длиннее, тем острее диаграмма направленности и выше коэффициент усиления. Для дистанции в три километра достаточно, чтобы общая длина была равна трем длинам волн – 36 см.

В качестве проводника используется бытовой одножильный медный провод сечением 2,5 мм 2 – диаметр 1,5 мм. Изоляционная оболочка не снимается. Он равномерно приклеивается к трубе-основанию.

Экран выполняется из любого листового материала, его положение от кратности длины волны не зависит.

Антенна требует согласования с питающим кабелем. Для этого используется кусочек медного листа в виде прямоугольного треугольника с катетами длиной в 71 и 17 мм. Он приклеивается к трубе так, чтобы наклон гипотенузы повторял наклон витка. Центральная жила кабеля припаивается к углу, который противолежит прямому (на пересечении гипотенузы и короткого катета). Оплетка припаивается к экрану.

Недостаток антенны – некоторая громоздкость и определенная сложность в ее позиционировании – направление на роутер должно быть выдержано с точностью до нескольких градусов.

Подключение

После сборки антенны для Wi-Fi у вас обязательно возникнет вопрос о том, как ее подключить. Обычно на корпусах ноутбуков и планшетов разъемов для этого не делают. Чтобы решить проблему, купите выносную антенну для мобильного телефона с магнитным адаптером, который приклеивается к корпусу устройства. Отключите от магазинного устройства кабель и используйте его в своих целях. Конечно, в этом случае увеличатся потери сигнала, и реальная дальность приема окажется несколько ниже, чем ожидаемая. Зато вам не придется вскрывать компьютер и манипулировать с его схемой.

Аккуратно собранная Wi-Fi антенна поможет вам оказаться в зоне действия бесплатных сетей и не отказываться от услуг интернета даже во время загородной поездки.

Источник

Спиральная антенна своими руками

Считается, что спиральная антенна характеризуется круговой поляризацией, но мнение ошибочно. В действительности структура витков такова, что принимаются волны и с линейной поляризацией. Это удобно, когда присутствует возможность работать на любой структуре волны. И спиральные антенны используются как облучатель зеркал на спутнике. Для радиолюбителей недостаток в том, что волна с линейной поляризацией ослабляется на три децибела, как известно, в радио и телевещании другого не используется. В стране спиральный облучатель уместен лишь для ловли НТВ+ со спутника, там метод не используется. Ряд специальных применений указанных антенн обсуждать не станем. Впрочем, запросы по теме встречаются в сети. Кому пригодится спиральная антенна, свитая из проволоки и одетая на кусок трубы, ответить не беремся, даже в сборнике работ радиолюбителей этот класс изделий отсутствует напрочь.

Конструкция спиральной антенны

Как собрать спиральную антенну

Спиральная антенная напоминает инфракрасный обогреватель специфической конструкции. В СССР военные заводы выпускали приборы бытового назначения. Отсюда сходство параболических тарелок и обогревателей. Для сборки понадобится узнать диаметр и шаг намотки проволоки, количество витков. Из материалов понадобятся:

1. Стальной лист для экрана, произвольной толщины, чтобы не гнулся от ветра и прочих коллизий.
2. Отрез проволоки, чтобы хватило намотать витки с запасом.
3. Питающий кабель: для телевидения 75 Ом, для радио 50 Ом.
4. Труба пластиковая нужного диаметра.

Спиральные антенны относятся к классу бегущей волны, сопротивление устройств велико, чтобы, правильно рассчитав устройство, подключить без согласования. Сначала размечается труба, с запасом, чтобы удалось воткнуть в экран и приклеить. Вдоль оси (лучше с двух сторон) размечается шаг намотки. В будущем риски используются для выравнивания. Отступите спереди пару-тройку сантиметров, начинайте работать маркером. Обратите внимание, что с обратной стороны виток смещается ровно на полшага.

Спираль наматывается на трубу без учета шага, с нужным числом витков. В дальнейшем, начиная с первой риски, нужно растянуть проволоку правильным образом. Чтобы не происходило смещения в дальнейшем, следует правильное положение зафиксировать каплями клея. Примерно по три-четыре на виток. Тем временем изготовим экран.

Выбирайте квадрат со стороной порядка пяти диаметров трубы намотки. Нет разницы, какова толщина стали, выдерживайте прочностные характеристики. В собранном виде экран перпендикулярен трубе.

Для электрической сборки следует в области окончания спирали (основание трубы) просверлить отверстие и проволоку пропустить внутрь. За экраном в боковине проделываем дополнительную дыру, куда пропускаем оплетку питающего кабель. Электрически центральная жила соединяется со спиралью, экран фидера с экраном антенны. Образуется конструкция для приема и передачи волн. Труба со стальным экраном соединяются клеем-герметиком по уголку, чтобы обеспечить строгую перпендикулярность деталей. Ключевые моменты:

• Спираль и экран изготавливаются из проводящего материала, к примеру, меди.
• Труба из диэлектрика.

Расчет спиральной антенны

Спиральные антенны хороши способностью ловить любой тип волны, используемый в наземном вещании. Однако для ловли радио следует ось направить вверх, экран же расположится горизонтально. Устройству присущи ярко выраженные направленные свойства, не ждите, что получится охватить ряд вышек из одной точки. Не так просто. Диаграмма направленности зависит от габаритов спиральной антенны и сильно:

1. Если длина витка много меньше длины волны, преобладает боковое излучение, поперек оси антенны. Причем поляризация не круговая.
2. В идеальном случае длина витка укладывается в рамки 0,75 – 1,3 длины волны. В этом случае наблюдаем главный лепесток диаграммы направленности, смотрящий вперед. Разумеется, необходим экран.
3. Если длина спирали больше 1,5 длины волны, образуется два лепестка, направленных в переднюю полуплоскость. Точнее говоря, получается нечто, напоминающее конусную поверхность.

Косвенно (по второму пункту) читатели уже составили представление о диапазоне. В два раза полосу расширим, применяя не цилиндрическую, а конусную спираль (коническая спиральная антенна). Рекомендуем онлайн калькулятор на сайте http://aerial.dxham.ru/onlajn-raschety/raschety-antenn/raschet-spiralnoj-antenny. Здесь предлагается задать частоту, шаг намотки спирали и длину излучателя:

• От длины намотки спирали зависит ширина главного лепестка диаграммы направленности. Варьируйте число витков и наблюдайте за параметром (находится в низу страницы калькулятора). Едва приметно меняется диаметр намотки спирали. Этому нет объяснения, создателям калькулятора виднее. Разумеется, понадобится больше меди, что отражается в соответствующих параметрах.
• Добавим, что с увеличением длины растет и усиление. Это типичный эффект: сужается лепесток – растет усиление. Площадь диаграммы направленности – величина постоянная. Как говорил Ломоносов, если в одном месте чего прибудет, в другом непременно убыть должно. Заметьте, что с ростом витков едва приметно падает ширина полосы пропускания.
• От шага намотки зависит усиление: чем больше цифра, тем ниже усиление, тем уже диаграмма направленности. На наш взгляд это ошибка авторов, потому что выходит, что выгоднее мотать плотно. Вдобавок проволоки уйдет меньше. Показаны исключительно преимущества, на практике подобное выглядит сомнительно.

Из полезных свойств этого онлайн калькулятора хотелось бы отметить расчет минимального размера экрана. А насчет шага уточните в справочниках, чем и займемся. Кстати, любопытен факт, что по умолчанию на сайте сразу стоит частота WiFi 2,45 ГГц. Здесь сегодня спиральные антенны часто применяются.

Самодельная спиральная антенна

Нашли: усиление зависит только от числа витков. Шаг намотки рекомендуется выбирать 0,22 – 0,24 длины волны. На сайте это значение задаем в широких пределах. Предлагаем читателям выбрать шаг, варьируя число витков. Случается, что в отдельных калькуляторах встречаются ошибки, точной информацией владеет лишь веб-программист.

Кстати, в новом источнике сведения приведены, что экран размещается позади спирали на расстоянии 0,12 длины волны. При этом добавляется, что если диаметр экрана выбирается равным 0,8 длины волны и более, сторона квадрата еще больше: 1,1 λ. Ситуация не настолько очевидна, но представьте, что круг обязан вписаться внутрь – все встает на места.

Что касается согласования, сопротивление спиральной антенны сильно зависит от толщины проволоки и с ростом уменьшается. Возможно добиться цифры, равной 75 и даже 50 Ом. В данном случае согласования не требуется, что упрощает эксплуатацию. На высоких частотах это работает. К примеру, волновое сопротивление станет равным 75 Ом при толщине проволоки 5% длины волны. Получая 50 Ом, следует взять толщину проволоки 7% длины волны. Видите, что на частотах WiFi это реально, а значит, рассчитаем параметры так, избегая согласования.

Обратите внимание, в калькуляторе не дается возможности задать толщину провода, а с имеющимся волновое сопротивление равно 140 Ом. Вероятно, это профессиональная хитрость, по нашим сведениям кабель должен быть на 50 Ом на частотах WiFi. Зато легко проверить, выполняется ли зависимость от толщины провода. Приведем таблицу и сравним результат.

Итак, частота составляет 2450 МГц, находим длину волны по простой формуле:

λ = 299 792 458 / 2450 000 000 = 0,1223 метра.

Находим нужный диаметр провода для сопротивления 140 Ом:

0,1223 х 0,02 = 2,45 мм, проверим, совпадает ли это с онлайн калькулятором! Смотрим и видим: 2,4. Ну, если учесть, что без округления получилось 2,447 мм, то будем считать, что два источника повторяют друг друга, а значит указаниям по выбору шага намотки (см. выше) можно поверить. На этом считаем, что самодельная спиральная антенна готова, а также найдем толщину проволоки, при которой сопротивление станет равным 50 Ом: получается 8,5 мм. Причём на указанной высокой частоте сложно обеспечить требуемые условия. Посему целью самостоятельно сделать спиральную антенну чаще задаются компьютерщики.

Что касается нестыковок в калькуляторе, проверяйте читаемую в интернете техническую информацию несколько раз. Считаем, что ответили на вопрос, что такое спиральная антенна, и как сделать спиральную антенну. Плюс конструкции в простоте изготовления, если патчи нужно просчитывать, согласовывать, и не факт, что получится, здесь имеется неплохое устройство, удовлетворяющее заданным условиям, отсеивающее массу помех. С обеих сторон (на прием и передачу) стоят одинаковые антенны, чтобы работать с круговой поляризацией, в противном случае результат станет загадочно-непредсказуемым. Спиральная антенна, собранная самостоятельно – реальность.

• ДМВ антенна своими руками
• КВ антенна своими руками
• Антенна Харченко своими руками
• Цифровая антенна своими руками

Непонятно откуда взялось 0.02.
Если длина волны около 123 мм то 5% от этого будет примерно 6, а никак ни 2.

Источник