Антенна «двойной» Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. — Сделай сам

Как увеличить дальность приёма:

Выбор WLAN-аппарата.При выборе обратите внимание на то, чтобы выходная мощность (Рвых.) была как можно ближе к разрешённой, т.е. = 20 dB (в России может быть другой, я не узнавал). Можно купить аппарат с выходом 14 dB, но его можно будет применить для не очень большого удаления.

Как влияют эти величины на дальность связи:Один аппарат с Рвых = 20 dB сможет обеспечить в два раза большую дальность приёма по сравнению с аппаратом, у которого Рвых = 14dB, т.е. разница в 6 dB даёт двойной выигрыш. Если к этому прибавить, что аппарат с чувствительностью -97dB, позволяет получить выигрыш в 4 раза по сравнению с аппаратом, у которого чувствительность равна -76 dB, то общий выигрыш будет 8-ми кратным.

Как удержать выходную мощность на уровне 20 dB.Например: у вас есть аппарат с выходной мощностью 12 dB, который подключен к антенне 5-ти метровым кабелем (потери в кабеле составят, например, 4 dB), коэффициент усиления антенны — 10 dB. Считаем: 12 dB — 4 dB 10 dB = 18 dB. Т.е. в данном случае антенну можно поменять на другую, с усилением 12 dB.

Дальность связи.Если не мешают внешние факторы, то небольшими направленными антеннами можно достичь дальности в 2 км (или немного больше) в зоне прямой видимости. Если взять спутниковую тарелку, в которой вместо LNB установить WLAN-антенну, можно установить связь на расстоянии 20 и более километров.

Это расстояние в любом случае можно увеличить, применив антенный усилитель для приёмника, который установить будет сложно т.к. один и тот же кабель используется при приёме и передаче. Существуют, конечно, качественные интеллигентные усилители, которые определяют, когда WLAN-аппарат передаёт сигнал и автоматически переключают на время прохожднние выходного сигнала в режим «передача», но эти «интеллигенты» стоят прилично.

Смотрите про коптеры:  Как летает квадрокоптер, пропеллеры и двигатель в подробностях

Краткий обзор теории

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C.

Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата. Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Усиление (G) антенны относительно изотропии (dBi) может быть расчитана по следующей формуле:

G = 11.8 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi               (1)

В соответствии с выводами Др. Даррела Эмерсона (Dr. Darrel Emerson, AA7FV) из Национальной Радиоастрономической Обсерватории, результат вычисления по формуле [1], также известной как формула Крауса (Kraus formula), 4-5 dB слишком оптимистичен. Др. Рей Кросс (Dr. Ray Cross, WK0O) проанализировал результаты исследования Эмерсона в программе анализа антенн ASAP.

Характеристика полного сопротивления (импенданса) (Z) полученной передающей линии эмпирически должна описываться формулой

Z = 140 * (C/l) Ohm                                    (2)

Реализация для частоты 2.43 ггц (aka s-band, ism band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах «Сделай сам» или у любого сантехника 🙂 Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока.

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.

Смотрите про коптеры:  Чем отличается дрон от квадрокоптера? Полный разбор всех понятий.

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 1. Использованные материалы с размерами.

Сопротивление антенны:

Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)

требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.

Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)

Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Из-за спиральной конструкции это соответствует 1/4 витка. Однако, с точки зрения механики, учитывая то, что необходимо позаботиться о водонепроницаемости, если антенна используется на открытом воздухе, есть более предпочтительные методы достижения сопротивления спиралью сопротивления в 50 Ом.

Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала. После недолгих поисков в интернете были надены спирали, которые согласовывались таким способом, но неожиданно был найдена страница Джейсона Хеккера (Jason Hecker).

Он действительно использовал элегантное решение согласования, используя медную лопатку в соответствии с ARRL Handbook. Так что вся хвала — ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты — на Рис. 5a и 5b:

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГцАнтенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГцАнтенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 6a Установка для измеренияАнтенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 6b «Спиральная антенна за час» и анализатор Rohde & Schwarz

И наконец, спиральная антенна в действии…

Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point 😉Антенна "двойной" Bi-Quad (двойная восьмерка) W-LAN Wi-Fi 2,4 ГГц. - Сделай сам
Рисунок 7b Вид снизу

Спутниковые тарелки с bi-quad`ом:

Интересное решение — параболу скомбинировали с Bi-Quad`ом на основе CD-шпинделя.

P.S. Сам я WLAN не использую, и не только потому, что 128-Bit-WEP-key расколдовывается за 1 минуту, а просто пока не надо. Поэтому не могу разделить радости постройки антенны.

За изготовление и использование антенны автор (переводчик) статьи/статей ответственности не несёт. Вы должны быть уверенны, что знаете, куда и как нужно подключить антенну.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector