Направленная антенна Wi-Fi своими руками

Почему технология 3G/4G еще жива

Стандарт беспроводных сетей до сих пор не вытеснил технологию мобильной связи по одной простой причине: дальность действия сравнительно невелика. Имеются, конечно, и некоторые другие особенности — сложности с идентификацией, большая величина расходуемой энергии, но ключевой момент именно в расстоянии. Может ли быть изготовлена направленная антенна Wi-Fi своими руками? Да, может.

Пугает постановка вопроса? На самом деле все просто, достаточно освоиться с парой-тройкой терминов. Когда Попов изобрел радио, то мало было известно про то, как именно распространяются электромагнитные волны. Просто имелось два провода-антенны — одна излучала, вторая принимала. Со временем выяснилось, что характер распространения волн в атмосфере (и вне ее) зависит не только от частоты (длины волны), но и от погодных условий.

Немедленно все оптимальные диапазоны забрало себе государство на военные нужды и связь различных организаций. Остатки были отданы вещанию и радиолюбителям. (См. также: Антенна для телевизора своими руками)

Антенна wi-fi

Направленность антенны

Помимо условий распространения энергии большую роль в организации стабильного канала играют антенны. И если с диапазонами длин волн ничего поделать нельзя — они заданы априорно, то как раз с антеннами можно проводить самые разные эксперименты.

Итак, антенны, использованные Поповым, были всенаправленные. Это значит, что излучение, а значит, и мощность сигнала, равномерно излучались во все стороны. Очень быстро инженеры обнаружили этот факт и стали искать пути исправления недостатка.

Решений найдено было достаточно много. В простейшем случае излучатель помещается в фокусной точке гиперболической тарелки. Так получается антенна для спутникового телевидения. Эффект схож с оптикой: все лучи, под прямым углом падающие на раскрыв урезанного гиперболоида, собираются в фокусной точке. Тарелка в этом случае называется рефлектором — с латинского, отражателем. Передающие и приемные антенны, помещенные в фокус, работают во много раз эффективнее, нежели всенаправленная антенна Wi-Fi.

Диаграмма направленности и коэффициент усиления

Человек, далекий от инженерных расчетов, всегда спрашивает: если лучи и собираются в фокусе, усиливая многократно мощность приходящего сигнала, то причем здесь передатчики? Дело в том, что свойства антенны на прием и передачу совершенно идентичны. Характеризуются те и другие диаграммой направленности. Это такая кривая, круглая или построенная в прямоугольной системе координат, которая показывает, сколько мощности излучается в том или ином направлении.

Антенны Попова имели диаграмму, близкую по форме к кругу. Совсем иначе ведет себя направленная Wi-Fi антенна: прямо впереди образуется очень длинный пик. Его высота настолько огромна, что выражать ее приходится в децибелах — относительных единицах, иначе пришлось бы нарисовать тонкую иголку посередине и ровные нулевые горизонтали по бокам. Это было бы ненаглядно.

Последний термин, с которым осталось ознакомиться, — коэффициент усиления антенны. Это отношение пиковой мощности основного направления к мощности, которую излучала бы в тех же условиях всенаправленная антенна. Этот параметр может исчисляться сотнями единиц, поэтому и выражается в децибелах (20 дБ). (См. также: Антенна для рации своими руками)

Теперь легко понять, почему направленная антенна Wi-Fi столь эффективна — она усиливает сигнал во много раз. Самодельные модели, рассмотренные ниже, не обладают столь грандиозными показателями, но даже даваемые ими 6 дБ выигрыша все же больше, нежели 2 дБ стандартной антенны, идущей в комплекте с роутером.

Детали самодельной антенны

Простейшие варианты самодельных антенн для Wi-Fi

Способ 1

Мастер-класс SLTV устами ведущей-блондинки поведал о двух известных способах сделать антенну роутера направленной. Вперемешку с шутками была высказана главная идея — штырь, торчащий из небольшой коробочки, должен быть снабжен рефлектором. О помещении излучателя в фокус говорить не приходится, но нулевым эффект также не будет.

Простейший способ — надеть на антенну лазерный диск, любой, — но лучше блестящей, — стороной наружу. Механика проста: алюминиевый слой печатного или записываемого изделия отлично отражает любые длины волн, в разумных пределах, конечно же.

Поэтому диаграмма направленности штыря резко изменится — напротив, перпендикулярно диску, появится ярко выраженный максимум. При этом либо придется расположить шпиль горизонтально, вершиной к потребителям, либо большая часть энергии будет уходить в небо. На этом блондинка мило улыбнулась и сказала, что помимо указанного метода имеется более продвинутый способ сделать направленную антенну своими руками.

Способ 2

Для этого понадобится пустая и высушенная банка из под пива или другая аналогичная. Донышко отрезается, после чего горлышко отделяется по периметру, оставить нужно лишь узкий перешеек шириной пару сантиметров.

Боковина рассекается по прямой вдоль, диаметрально противоположно перешейку. Стенки разравниваются. Теперь через отверстие яйцевидной формы, откуда была сорвана открывалка, рефлектор надевается на антенну.

Чуть скругленная стенка очень напоминает параболоидную тарелку с урезанными краями. Достоинство решения в том, что можно вращать отражатель по кругу, направляя в нужном направлении.

А вот коэффициент усиления придется регулировать умелыми руками, чутко подбирая положение рефлектора. Теперь антенна Wi-Fi направленная.

Направленность антенны

Другие способы

Помимо шпиля роутера схожие действия допускается производить с маломощным модемом Wi-Fi в виде флэшки. Для этого понадобится удлинитель USB. Опираясь на полученные знания (см. первые два способа), можно изготовить рефлектор и защитный кожух из:

  • коробки для лазерных дисков с одной болванкой на дне;
  • плоского металлического сита со складными краями и небольшой пластиковой банки;
  • большого проволочного сита в форме полусферы/усеченного гиперболоида;
  • самодельной плетеной из тонкого кабеля конструкции с каркасом из металлического прута.

Модем-флэшка помещается по возможности ближе к фокусу, шнур через прорезь в центре рефлектора уходит на персональный компьютер.

Прием, несомненно, улучшится, когда имеется такая Wi-Fi антенна, своими руками доведенная до ума. Несомненным преимуществом конструкции является возможность произвольной ориентации главного луча диаграммы направленности. Обычно имеется только один удаленный источник или приемник сигнала, туда и следует развернуть модем с рефлектором.

Кто пойдет за пивом?

Лирическое отступление

Пивные банки специально созданы Бог… конструктором для волн СВЧ. Они напоминают собой волноводы, которые изнутри также покрываются алюминием. Неудивительно, что многие радиолюбители пытаются приспособить жесть под свои нужды.

Данный случай не уникален. В свое время в детские магазины завезли… салазки. Все было хорошо до тех пор, пока местные инженеры не сообразили, что лежащие на полках изделия являются параболическими антеннами, отбракованные военной приемкой. Но для бытовых-то нужд, это были идеальные изделия! В общем, к концу дня все салазки выкупили.

Антенна из банки

Отступление это сделано с одной целью: показать, что Wi-Fi антенна своими руками может быть сделана из подручных материалов. Прямоугольный волновод почти невозможно изготовить, а вот круглый уже сделан для нас пивным заводом.

Антенна из пивной банки

Чтобы превратить банку в достойный рефлектор для диапазона 2,4 ГГц, нужно аккуратно срезать донышко. Излучателем будет четвертьволновый вибратор в виде куска тонкой (1,5 мм) проволоки длиной порядка 5 см. Из них 1,5 см будут утоплены в n-коннекторе, а 30 мм должно выступать над внутренней стенкой.

Отверстие под разъем прорезается в нижней части боковой стенки на расстоянии от дна, зависящем от диаметра банки. Для 90 мм отступ составит 51 мм, для 80 — 70 мм. В большинстве случаев придется подбирать расстояние опытным путем, испортив немало отличных пивных банок.

Дальнейшие действия очень просты — вибратор укрепляется перпендикулярно внутренней стенке, выступая из него на 30 мм. Диаграмма направленности имеет ширину 30 градусов. И еще очень важное значение имеет поляризация: две банки с излучателями, направленными перпендикулярно друг другу, работать сообща не будут.


Кстати, штырь из проволоки длиной 30 мм — всенаправленная антенна Wi-Fi, своими руками изготовленная из подручного материала и предназначенная для работы на частоте 2,4 ГГц. Подручные материалы, это здорово! Остается лишь дополнить такой штырек противовесами, играющими роль земли в приемном устройстве.

Эта модель не будет работать на частотах 900 МГц и 5 ГГц, кроме того — при выборе жестяной банки следует отдавать предпочтение емкостям с диаметром от 7 до 10 см. Значения габаритов, выбивающиеся из этого промежутка, сильно понижают коэффициент усиления изделия.


Как присоединить собранное устройство

В предыдущих случаях все было просто. Брался модем Wi-Fi или подсоединенная антенна и окружались рефлектором и прочими ухищрениями. Пивная банка с четвертьволновым вибратором несильно отличаются в плане стыковки: если вскрыть флэшку-модем, то внутри обнаружатся контакты для присоединения жестянки. Имеются и слоты под антенны в роутерах, куда также отлично впишется пивная продукция.

Естественно любое алюминиевое или медное изделие может заменить емкость для горячительного напитка. Лишь габариты должны быть схожими. Удачи в конструировании.