Штыревая направленная wifi антенна своими руками. Wi-fi антенна: мастер-класс по изготовлению и проектированию мощных самодельных устройств. из листовой жести

Возьмите сетчатый дуршлаг. Лучше всего использовать азиатскую кухонную посуду типа "совок" (как котелок с выпуклым днищем, но сетчатый), который используется для жарки. Его форма идеальна для наших целей, а также он оснащен деревянной ручкой!

• Также можно использовать сито, пароварку, крышку котелка и абажур для лампы, при условии, что они имеют полусферическую форму и выполнены из металла. Подойдет любой сетчатый кусок металла параболической формы - чем больше, тем лучше будет сигнал, хотя это может затруднять установку.
• Для вариантов большего размера подойдут старые параболические телевизионные антенны или сетчатый каркас зонта. Хотя они дадут большее усиление сигнала, могут возникнуть проблемы с установкой и аэродинамическим сопротивлением, поэтому диаметр 300 мм кажется наиболее практичным.
• Гибкая ножка от настольной лампы позволит аккуратно установить и направить вашу антенну.

Собираем систему. С помощью проволоки, клейкой ленты или термоклея прикрепите Wi-Fi адаптер и USB удлинитель к тарелке.

• Адаптер должен быть установлен в центре "горячей точки" тарелки - радиосигналы попадают в тарелку и отражаются в центр несколькими пальцами выше ее поверхности.
• Наилучшее месторасположение адаптера можно определить с помощью простого эксперимента. Один из методов - покрыть тарелку алюминиевой фольгой, чтобы определить, как в ней отражается солнечный свет - наиболее освещаемая точка и является местом фокуса тарелки.
• Вам может потребоваться небольшая штанга для крепления адаптера в требуемом положении.
• Альтернативные способы закрепления: используйте веревку, завязанную с лицевой стороны тарелки в виде паутины, выскобленные пластиковые фитинги для садового шланга или даже палочки для еды!

Подключение антенны. Подключите один конец USB удлинителя (папа) в ваш компьютер, а в сетевых параметрах настройте его как Wi-Fi адаптер.

Я покажу, как собрать очень мощную антенну для приема вай-фая, способную принять сигнал на расстоянии многих километров, но при этом легкую и простую в сборке. Скрестив две популярные антенны, волновой канал и pouch антенну у меня родилась идея создать вай-фай пушку.

Изготовить эту антенну можно из любого листа металла. Я взял медную фольгу толщиной 0.3 миллиметра, потому что ее легко резать ножницами.
Детали нашой антенны будут крепиться на шпильке, нам нужно вырезать 7 дисков с дыркой посередине.

Для этого нужно разместить, пробить или просверлить семь отверстий, и только потом циркулировать окружность. Если сделать наоборот, то сверло может уйти в сторону, а для нас важно, чтоб отверстие было ровно посередине.

Bыцарапываем окружность согласно размерам указанным на схеме и вырезаем наши диски.

Делать нужно как можно точнее, отклонение всего на миллиметр и работать будет не так. Толщина металла и диаметр шпильки почти не влияют на работу нашего бластера и могут быть любыми. Получаются такие вот круги (См. Рис.1) и после того как все детали вырезаны нам остается их накрутить на шпильку, соблюдая размер зазоров между ними.

Этот облучатель собирается легко, как конструктор. Устанавливаем вторую пластину нашего
бластера на расстоянии как указано на нашей схеме — 30 миллиметров, подкручивая гаечки подбираем точно наши 30 милиметров.

На последних двух дисках нужно сделать отверстие для провода. Наш бластер готов. Теперь остается его подключить к нашему устройству. В начале это будет USB модем, потом мы подключим к смартфону и напоследок — к роутеру, чтобы раздать интернет через нашу WI-FI пушку.

Для подключения к вай-фай свистку нужно аккуратно разобрать антену, так чтобы не повредить провод. Залуживаем места пайки и припаиваем провод к крайнему большому диску, а центральную жилу к следующему за ним. Крепим нашу пушку на кронштейн чтобы было удобно прицелиться на роутер жертвы.

Пушка ловит сеть даже на расстоянии в 500 метров. Материалы для Wi-Fi пушки не дорогие и доступны каждому.

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.

Самодельная внешняя всенаправленная Wi-Fi антенна

Итак, нам нужна внешняя антенна для точки доступа 802.11b на которую будут ориентированны направленные антенны всех остальных пользователей беспрововодной сети (WLAN). Эта антенна должна будет принимать и передавать сигналы во все стороны, чтоб доступ к сети имелся с любого направления, т.е. должна иметь круговую диаграмму направленности. Иными словами, нам нужна внешняя всенаправленная антенна WiFi .

Конечно есть заводские решения на этот счёт но стоят они бешеных денег, например, вот эта антенна ANT24-1500 стоит 175 у.е. (Рис. 1)

а эта ANT24-0500 - 65 у.е. (Рис. 2)

Рис. 2

И вообще дурят нашего брата и не только в этой сфере, себестоимость этих изделий копейки! Поэтому мы сделаем антенну сами и работать она будет не хуже заводских так как законы радиотехники одни для всех и здесь всё будет упираться лишь в точность и качество изготовления.
Наша антенна WiFi будет представлять собой классическую штыревую антенну с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, называемую радиолюбителями Ground Plane пересчитанную на нужный нам диапазон 2.440 Мгц. Антенна представляет собой, штырь длинной в четверть длинны волны c противовесами той же длинны, расположенными под 135° относительно штыря.

Почему именно 135°? Потому что лишь при этих параметрах наша антенна будит иметь волновое сопротивление 50 ом и будит согласована с питающим её 50 омным кабелем. Вот как меняется волновое сопротивление при изменении этого угла.

При рассогласовании антенны с кабелем не вся подходящая к антенне энергия будит излучаться ей т.е здесь надо будет соблюсти точность изготовления. Длина штыря, для середины нашего диапазона 2,440 МГц, будит равна 27.95 мм (28 мм округлённое), длина противовесов будет равна 30.72 мм (31 мм округлённое).

Почему штырь короче противовесов? Здесь мы соблюдаем такое радиотехническое правило как коэффициент укорочения, так как длинна радиоволны в различных средах разная. Для нашей антенны при диаметре штыря 2.28 мм он будет равен 0.91. Размеры штыря и противовесов желательно выдержать точнее насколько это возможно от этого также зависит волновое сопротивление антенны. Стараться надо в плоть до долей миллиметра, так как на этих частотах антенна очень маленькая и даже пара миллиметров несоответствия размерам сильно нарушает соответствие длины штыря четверти длины волны. Количество противовесов желательно сделать не менее 12 ти а ещё лучше вырезать конус из медной фольги.

Практическое исполнение

Всенаправленная антенна WiFi выполняется путём освобождения центральной жилы питающего кабеля от оплётки с учётом нужной длинны штыря.

Противовесы изготовлены из скрученной и отведенной на нужный угол оплётки того же кабеля. Срезаем верхний покров кабеля по уровню 31 мм, отводим оплётку и укорачиваем штырь до 28 мм. Залуживаем паяльником кончик штыря чтоб проводки центральной жилы не разошлись и снимаем изоляцию с центральной жилы, так как если её оставить, нужно будет пересчитать коэффициент укорочения с учётом её влияния. Всё это необходимо герметично закрыть в пластмассовую коробочку так чтоб не проникал даже свежий воздух.

А вот как это делают умельцы за бугром:

Рис. 8

Во-первых, только на разъеме здесь теряется около 2 дб у нас же его просто нет, во-вторых, не учтён коэффициент укорочения, в-третьих, форма самого коннектора искажает форму теоретически правильной антенны этого типа.

Выбор кабеля.

Так как радиочастотный выход всех точек доступа обычно имеет сопротивление 50 Ом то особого выбора у нас нет - кабель должен быть волновым сопротивлением 50 ом. Ну конечно же нам идеально подошел бы кабель типа Н-1000 фирмы Belden с затуханием 0.22 дб/метр, но таких денег у нас нет. Поэтому можно выбрать более дешёвый и доступный РК-50-7-11 с затуханием на наших частотах примерно 0.6 дб. Естественно, он должен быть без стыков и повреждений, желательно новый.

Соединяем кабель с точкой доступа дешево и сердито.

Обычно все соединения в этом деле делаются с помощью специальных разъемов.

Рис. 12

Но мы не используем это по известным причинам. Вместо этого берём плоскогубцы и без капли сожаления ломаем штатную комнатную антенну WiFi от точки доступа примерно в 2-х сантиметрах от изгибающегося колена антенны.

Осторожно, внутри идёт тонкий кабелёк, он нам ещё пригодится. Вытаскиваете его вместе с реальной антенной расположенной внутри этого корпуса.

Вот она какая. Кстати, она описана на рис. 4, только чтоб снизить сопротивление её до 50 Ом, они укоротили её до 26 мм сделав тем самым её менее эффективной чем четверть волновая антенна.

Отпаиваем кабелёк у основания штыря антенны, вытаскиваем его из трубки и режем в этом месте. Затем освобождаем примерно сантиметр центральной жилы от оплётки, распушив её и отогнув назад. Далее освобождаем примерно 4 мм центральной жилы от изоляции и залуживаем паяльником этот конец. Теперь берём большой кабель, срезаем где-то сантиметр наружной оболочки, отводим назад оплётку и придаём внутренней изоляции вид конуса. Затем иголкой пытаемся проделать отверстие между проводками жилы глубиной 4 мм, желательно ближе к центру жилы.

В это отверстие мы и воткнём жилу маленького кабелька.

А затем маленькой капелькой олова с канифолью пайнём обе жилы. Место спайки заливаем расплавленным материалом изоляции центральной жилы от какого-нибудь ненужного кусочка такого же кабеля. Далее соединяем оплётки обоих кабелей со всех сторон равномерно и спаиваем так чтоб не было щелей, можно добавить для этого ещё медных волосков и олова или применить медную фольгу. Затем заматываем всё это изолентой и получаем вот это.

При всей топорности и неаккуратности изделия, которое я смастерил всё работает на расстоянии 90 м с уровнем сигнала 61% на полной скорости 11 мбит/с.

Если учесть, что длина моего кабеля около 8-ми метров и у товарища на том конце метров 12 такого же кабеля с такими же соединениями, питающего простую не доведенную до ума баночную антенну (кому интересно - вот статейка по баночной Wi-Fi антенне), то я считаю это очень даже неплохо.

По истечении года я приобрёл смарт nokia n95 с поддержкой wi-fi и смог произвести новые замеры.
Итак, точка доступа таже с мощностью 15dBm, т.е. 31.6 милливат, wi-fi модуль nokia n95 имеет мощность 100 милливатт, но это не важно, так как дальность связи определит самое маломощное устройство в системе, т.е. на том растоянии где ТД услышит нокию, нокия уже не услышит ТД из-за меньшей её мощности. Антенны WiFi в обоих случаях ненаправленные: на ТД всё тоже, что описано выше, а на нокии её встроенная антенна. По показаниям gps я определял растояния с точностью до пары метров. Отойдя на расстояние 1100 метров связь всё ещё была устойчивой. C HTTP сервера всё качалось без срывов выход в интернет шёл нормально, хотя и скорость была уже минимальной 1 мегабит сек. На растоянии 1200 метров связь уже сильно рвалась работать было невозможно. При ипользовании более мощных ТД, таких как DWL-2100AP возможно будет связь на большее расстояние.
Была прямая видимость и без всяких направленных антенн. Хотя у меня есть подозрение, что в нокии антенна имеет некоторую направленность, хотя и не ярко выраженную - она немного лучше ловит в положении вертикальном левой стороной к источнику сигнала. Конечно же связь будет хорошей не в любом месте где включил телефон обычно на бугорках связь лучше в низинках может пропадать.