Большая wifi антенна своими руками на крышу. Самодельный роутер, распространённые ошибки

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.

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 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.

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 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 - тип разъёма для подключения WiFi карты

RP-SMA - тип разъёма для USB адаптера

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 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.

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.

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

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.

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 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.

• D - внутренний диаметр банки
• L o - длина волны в открытом воздухе, равна 0.122 метра
• L c - нижняя граница затухания, МГц
• L u - верхняя граница затухания, МГц
• L g - длина волны в волноводе (в нашем случае - в банке)

L c = 1.706D

L u = 1.306D

L g = 1 / (sqr_rt{(1/L o ) 2 - (1/L c ) 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

• 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.

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.

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.

В настоящее время становится все больше беспроводных устройств. Пользователи уже оценили удобство этого вида связи и приобретают с удовольствием планшеты и ноутбуки использующие технологию Wi-Fi.

Но часто доводится сталкиваться с проблемой низкого уровня приемного сигнала. Эта проблема связана с тем, что на пути сигнала Wi-Fi встречаются препятствия в виде стен и мебели, вследствие чего появляются мертвые зоны с невозможностью применения сигнала. Исправить эту проблему можно приобретением антенны с более сильным сигналом. Этих антенн в продаже имеется в большом ассортименте, но самому сделать антенну не так уж и сложно, каждый может попробовать сделать антенну Wi-Fi своими руками.
Вариантов самодельных антенн WiFi очень много, поэтому в данной статье мы рассмотрим несколько вариантов изготовления подобных устройств.

Антенна Wi-Fi своими руками "Биквадрат"

Те которые немног знакомым с электроникой, возможно знакомы такие типы антенн как зигзаг Харченко или Biquad. Антенну, которую мы будем делать схожа с ними, и обладает очень хорошими характеристиками. Она легка в изготовление и сборки, а по соотношению затраченных усилий/материалов и полученного результата это оптимальный вариант.
Чтобы сделать эту антенну нам понадобится: текстолит односторонний, провод медный диаметром 1,5-3 мм, трубка медная (вместо нее может подойти N-коннектор), коаксиальный кабель RG-6U

Вырезаем текстолита квадрат-рефлектор со сторонами 110 мм, просверливаем в центре отверстие диаметром соответствующее наружному диаметру медной трубки.

Подбирать диаметр самой трубки надо так, чтобы коаксиальный кабель плотно входил в нее с учетом отогнутой внешней оплетки и на расстояние 5 см как видно на фотографии.

Залуживаем просверленное отверстие и спиливаем на одном конце медной трубки половину радиуса верхней части метала, глубина пропила соответствует диаметру проволоки добавив 0,5 мм.

Вставляем подготовленную трубку в отверстие просверленное в текстолите так, чтобы ее верхняя часть выступала над поверхностью отражателя на 16 мм. Не забывайте делать работу аккуратно и точно. Также нужно подготовить медный провод длиной около 250 мм - делают надсечки на нем через каждые 30,5 мм.
Затем медный провод сгибаем таким образом, как показано на фотографиях.

Соединяем подготовленную трубку и согнутый медную проволоку. Свободные концы медной проволоки припаиваем к нетронутому отрезку верхней части трубки, а целая часть проволоки остается в вырезе к ней припаивается центральная жила коаксиального кабеля RG-6U.

Собранная антенна должна получится такой, как показано на фотографии.

При использование N-специальный коннектор, который впаивается в отражатель, то внешний вид должен быть как на этой фотографи.
Эта антенна Wi-Fi сделанная своими руками имеет усиление около 6-8 dbi ее можно использовать в качестве облучателя параболической антенны - "тарелки" что даст усиления до 19 дБ.

Антенна Wi-Fi своими руками из болванки для CD-дисков

Еще один вариант антенны, которую можно сделать самому из болванки для CD-дисков. Усиление этой антенны немного ниже предыдущей и составит около 5 дБ. Важным условием при изготовлении этой антенны является соблюдение расстояния между отражательным слоем диска и медным биквадратом равным 15 мм.
Для изготовления этой антенны нам понадобится обычная круглая коробочка для хранения CD-дисков на 25 штук.

Используя ножовку по металлу отрезаем часть шпинделя коробки на расстояние 18 мм.

Затем формируем круглым надфилем круглые шлицы для крепления медных квадратов.

Выглядят вблизи и располагаются шлицы так, как показано на фотографии.

Из медной проволоки диаметром 2,5 мм и длиной 25 см изготавливаем двойной квадрат с параметрами, как в предыдущей антенне.

Крепят биквадрат на шпиндель коробки. Обязательно при этом выдерживая расстояние во всех точках 16 мм. Расстояние это после приклеивания диска можно выдержать точно с помощью деревянных брусочков толщиной 14,5 или 14 мм (с учетом толщины самого диска - 0,5 или 1 мм)

Затем следует припаять кабель.

На дно коробки приклеивают с помощью нескольких капель любого синтетического клея CD-диск.

Также при помощи клея закрепляем медный элемент.

Этот двойной квадрат держится полностью на клее.

С обратной стороны коробки фиксируют кабель.

Сделав все это переходим к подключению нашей антенны. На фотографии показан роутер D-Link 900AP+, внутри которого расположена карта PCMCIA с антенной.

Если вы уверены в правильности конструкции и изготовления, то можно отпаять штатную антенну и припаять новую. При этом следует помнить, что тонкие проводники из-за нагрева могут отклеиваться от платы. Можно подключить новую антенну через разъем SMA.