Как сделать простую, но хорошую WiFi антенну из подручных компьютерных вещей.

WiFi антенна

Эта статья написана для  пользователей РС, далеких от антенной техники. То есть тех людей, которые далеки от паяльника и антенной техники (вроде СВЧ разъемов и коаксиальных кабелей).

Тем не менее, именно у пользователей беспроводных компьютерных сетей часто возникает ситуация, когда скорость соединения сильно падает из-за того, что принимаемый сигнал нужной сети мал и/или забивается более мощными сигналами других близко расположенных сетей. Последняя ситуация типична, например, в многоквартирном доме, в каждой квартире которого имеется несколько WiFi устройств. Поэтому в дальней комнате сигнал от своего роутера может оказаться в несколько раз ниже, чем сигнал соседского, расположенного прямо за стеной.

Устранить эти проблемы может направленная антенна, которая усилит сигналы, приходящие с направления главного лепестка, и ослабит мешающие сигналы с других направлений.

Простейший способ сделать направленную антенну – поместить простую антенну в фокус отражающего рефлектора. На WiFi, например популярна "баночная антенна", в которой четвертьволновый штырь помещается внутрь консервной банки-отражателя.

Но такая антенна требует наличия разъема внешней антенны на WiFi устройстве (а это редко бывает), пайки коаксиального кабеля и ВЧ разъема (а многие ли пользователи PC это умеют?). 

Кроме того, далеко не всякая консервная банка – хороший рефлектор. Если она алюминиевая, проблем нет. А вот если это жесть, то увы. Потери в железе и олове (т.е. в материале банок и их покрытия)  на частотах  WiFi велики. Сравним: поверхности волноводов и отражателей на СВЧ покрывают серебром, медью, алюминием. Но никак не железом или или оловом.

Поэтому рефлектор надо делать хорошим. Наиболее подходящий материал для этого – алюминиевая фольга.

В качестве конструктивной основы для нашего рефлектора используем то, что есть под руками почти у всех: пластиковую крышку от упаковки с 50-ю ( или от 100, это лучше) "болванками" CD/DVD дисков. Материал этой крышки – полиэтилен, имеет низкие потери (из него же, например, делается внутренняя изоляция высокочастотных коаксиальных кабелей).

Технология изготовления

Нам понадобятся: вышеупомянутая пластиковая крышка от коробки с дисками, рулон пищевой алюминиевой фольги, WiFi USB адаптер, соединительный USB кабель, скотч или строительная липкая лента, термоклей.

  1. Берем рулон фольги, и обматываем плотно и аккуратно (но без особого фанатизма – неравномерности менее 2% длины волны, т.е.  < 2,5 мм не ухудшают отражения) крышку снаружи.
  2. Для механической фиксации фольга обматывается сверху широким скотчем или строительной липкой лентой. Выступающие излишки фольги и ленты срезаем ножницами.
  3. На расстоянии 3 см от донышка прорезаем в боковой стенке крышки прямоугольное отверстие, размером чуть меньше сечения имеющего WiFi USB адаптера.
  4. Вставляем WiFi USB адаптер на трении в прорезанное отверстие. И пока не закрепляем его.

Должно получиться что-то вроде показанного на следующем фото.

антенна


Настройка

  1. Подключаем WiFi USB адаптер через соединительный  USB кабель  к PC.
  2. Запускаем любую утилиту, показывающую уровень принимаемого сигнала. 
  3. Направляем рефлектор в сторону антенны требуемой сети.
  4. Из двух положений WiFi USB адаптера (горизонтальное или вертикальное) выбираем то, в котором сигнал больше.
  5. Вдвигаем-выдвигаем WiFi USB адаптер внутри крышки-рефлектора, до получения максимального уровня сигнала.
  6. В найденном положении крепим WiFi USB адаптер (например термоклеем) и окончательно фиксируем его обматывая снаружи такой же липкой лентой, что и алюминиевую фольгу.
антенна

антенна

Моделирование и характеристики

Изучим модель нашей антенны в программе GAL-ANA (для просмотра данного файла достаточно демо-версии GAL-ANA). Модель для крышки от 50-ти дисков показана на следующем рисунке. Сплошная поверхность фольги смоделирована проволочной сеткой с шагом около 1 см, т.е. менее 10% длины волны (это обычная практика при моделировании УКВ антенн).

м

Распределение токов в модели показано на следующем рисунке. Оно показывает, что электрическая глубина рефлектора из крышки от 50-ти дисков маловата – всего 3/4 длины волны (присмотритесь, вдоль боковой стенки рефлектора укладывается 1,5 полупериода, что и составляет 0,75 длины волны).

Это маловато для классического излучателя из открытого конца волновода (а именно так правильно называется "баночная" антенна). Поэтому диаграмма направленности  не очень хороша.

Во-первых, довольно слабо для направленной антенны подавлен задний лепесток. Всего на 6...8 дБ, как видно на плоской диаграмме направленности (ДН),  показанной на следующем рисунке.

м

Во-вторых, максимум излучения в зенитной плоскости направлен не по оси цилиндра крышки (как казалось бы), а на 300 ...400 выше, что хорошо видно на следующем рисунке, показывающем объемную диаграмму направленности антенны.

м

Поэтому нашу антенну надо направлять не точно в направлении источника,  а отворачивать её в сторону на 300 ...400.

Вниз, если мы работаем с вертикальной поляризацией, и WiFi USB адаптер расположен вертикально, и вбок, в сторону адаптера, если последний расположен горизонтально.

Эти мелкие недостатки с лихвой искупаются высоким усилением. Рефлектор из крышки от 50-ти дисков поднимает усиление (по сравнению со случаем его отсутствия) на 7 дБ (т.е. в 5 раз по мощности). То есть увеличивает сигнал впятеро как на передаче, так и на приеме.

Если сделать рефлектор более глубоким, из крышки от 100 CD/DVD дисков, то  и ДН улучшится (подавление назад возрастает до 15 дБ, а максимум окажется излучения почти точно вдоль оси), и  прибавка усиления  поднимется почти до 10 дБ (10 раз по мощности).



На главную - Main page