Как сделать биквадратную антенну
Самодельная антенна для Wi-Fi-роутера двойной квадрат
Зачастую необходимо передать сигнал от беспроводной точки доступа на большое расстояние, например, обеспечить связь между квартирой и гаражом на окраине. Стандартного диполя, поставляемого с роутером, как правило, недостаточно для выполнения таких задач, и нужным решением может стать направленная антенна-биквадрат для WiFi, которая выступает как пассивный усилитель сигнала. В приведенной статье рассматриваются чертеж и инструкция по самостоятельному изготовлению такого устройства в домашней мастерской.
Биквадратные антенны Wi-Fi
Усиление сигнала и передачу его на большие расстояния при правильно собранной антенне – до 2 км в условиях городских застроек — в самом распространенном вайфай диапазоне 2,4 ГГц выполняется при помощи различных типов направленных антенн. Одна из них – биквадратная, по-другому называемая по имени ее конструктора, – Харченко. Она состоит из следующих элементов:
Чертёж двойного самодельного биквадрата
В дополнение к вышесказанному следует отметить, что при изготовлении антенны под определенную частоту очень важно соблюдать все размеры, которые приведены ниже (совместно с чертежом):
Обратите внимание! Еще раз следует упомянуть о важности соблюдения точных размеров. Под этим подразумевается то, что антенна должна быть абсолютно симметричной относительно ее центральной части, независимо от величины длины граней.
Материалы и инструменты
Прежде чем перейти к инструкции, как сделать биквадрат на вай фай, необходимо определиться с набором инструментов и материалов, которые однозначно понадобятся во время работы:
Важно! Следует очень внимательно отнестись к типу разъема, потому что RP-SMA и SMA конструктивно идентичны, но при этом несовместимы физически, выбирать нужно четко под оборудование.
Советы и техника безопасности
При изготовлении такого точного оборудования, как СВЧ-антенна, рекомендуется принять к сведению несколько советов:
Рамка для двойной биквадратной антенны
Рамка для антенны Харченко изготавливается следующим образом:
Обратите внимание! Дополнительно усилить радиоволну можно, увеличив количество рамок в конструкции (усиленная биквадратная вай фай антенна). Такой двойной биквадрат или двойная WiFi-антенна своими руками изготавливается так же, как и обычный вариант. Отличительной чертой будет то, что длину заготовки из проволоки нужно будет увеличить еще на 24,4 см, а в чертеж добавить с каждой стороны еще по две рамки. Следует также помнить, что для крайних квадратов отсутствует центральное соединение, они просто пересекают друг друга, а между ними прокладывается изоляция.
Изготовление излучателя
Излучателем для антенны типа биквадрат будет служить отрезок центральной жилы коаксиального кабеля. Его нужно зачистить таким образом, чтобы длина составляла 10-20 мм, при этом экранирующий слой также необходимо сохранить. Сделать это можно, сняв верхний слой изоляции, надрезав и завернув внешнюю оплетку и фольгу назад. Оголится второй изолирующий слой, который удаляется непосредственно по нужным размерам.
Рефлектор
Как уже говорилось выше, рефлектор – это обычная металлическая пластина, при изготовлении нужно учитывать следующие особенности:
Оптимальный отражатель
Когда говорят об оптимальном отражателе, подразумевают его положительное влияние на коэффициент усиления всей антенны в целом. На это влияют два параметра:
Расположение антенны
Если говорить о расположении рамки над поверхностью рефлектора, вначале нужно определиться с расстоянием между ними. Оно будет кратно значению, получаемому делением длины волны на 10. В случае с частотным диапазоном 2,4 ГГц эта величина равна очень удобным 5 мм. Биквадрат целесообразно располагать на пластиковой трубочке, вырезанной из корпуса шариковой ручки, внутри которой проложены два несоприкасающихся провода, которые соединяют центральную жилу и рефлектор (к нему, в свою очередь, припаивается общий провод-оплетка) с двумя углами в центре резонатора.
Когда речь идет о пространственном положении всей конструкции в целом, здесь все стандартно – пара антенн должны быть направлены максимально точно друг на друга.
Подключение к роутеру
Произвести подключение полученной антенны к приемопередающей части роутера можно тремя способами:
Тесты антенны
Тестирование антенны производят при уже полностью собранном устройстве, что не мешает и ее настройке, которая наряду с поворотом излучателя выполняется путем уменьшения или увеличения центрального зазора биквадрата. При этом каждый раз проверяется качество усиления при помощи специализированных программ, типа WiFi Analyzer.
После достижения оптимального результата величина зазора фиксируется капелькой термоклея. Следует заметить, что в среднем удается добиться коэффициента усиления 10 dBi, что хватает для уверенной передачи сигнала на 2 км.
О дальности действия вай фай антенн
При количественной оценке дальности распространения радиосигнала используется формула для вычисления коэффициента усиления Ку = Ко*10*log(A1/A0), где Ко – коэффициент ослабления, возникающий вследствие поглощения мощности волны различными препятствиями (бетон, дерево, вода, железо и т.д.), А1, А0 – амплитуда принятого и излученного сигнала, соответственно.
Следует заметить, что теоретические расчеты – довольно трудоемкая вещь, которая подразумевает предварительное построение карты, диаграмм направленности и ввода коэффициентов всех материалов. Поэтому замеры лучше всего производить эмпирически, добиваясь максимального показателя коэффициента усиления. Кстати, многие источники говорят, что сигнал 2,4 ГГц при использовании биквадрата можно усилить так, что дальность передачи данных будет достигать 25 км. Это утверждение не является верным, самое большое расстояние, на которое удается передать информацию, составляет около 5 км.
Как видно из описания, антенна Харченко для Wi Fi-роутера — довольно простой в изготовлении самодельный биквадрат, который может в значительной мере помочь там, где необходимо усилить слабый сигнал. Главное при изготовлении такой конструкции — внимательность и точность.
Стойка на месте, расстояние выдержано.
Вид сбоку. Видно, что в местах перекрещивания провода не соприкасаются.
В общем, выглядит благородно. Отверстия в отражателе для крепления.
Для того, чтобы не возникали вопросы (в первом посте были) рассмотрим постройку антенны с круговой диаграммой, в данном случае что-то около 270°.
Сначала из медной пластины (или другой жести/материала) нужно согнуть трубу диаметром 70 мм и высотой прим. 100 мм. Затем согнуть из медного провода прямой 6-ти элементный Quad и с помощью, например, бутылки придать ему соответствующую, изогнутую форму. Повторюсь для читающих не очень внимательно: расстояние от медного провода до рефлектора по кругу должно быть 15 мм! Важно, чтобы перекрещивающиеся провода не касались друг друга!
Конечно, это не единственно правильный вариант постройки такой антенны. Антенну с круговой диаграммой можно сделать и крупнее,
например, специально рассчитать под аппарат, к которому она будет подключена. Количество квадратов для этого случая рассчитывается отдельно.
В этом случае потери сигнала в антенном кабеле будут сведены к минимуму.
Общий вид без крышки.
И конечно же о главном, о размерах рамки: у кого есть принтер, могут скачать документ, который надлежит отпечатать и точно по отпечатанному можно будет согнуть рамку: http://raffi.uddu.de/wlan/6erquad/6erQuad.doc
В идеале это должно выглядеть немного по-другому, примерно так:
Для начинающих! Обратите внимание, что стойки, поддерживающте антенну на расстоянии 15 мм от отражателя, должны быть сделаны из диэлектрического материала!
Рассмотренные выше «двойную восьмёрку» и антенну с круговой диаграммой можно смонтировать вместе, в один корпус:
Вид верха, штырь из пластика, резьба М14.
Антенна установлена на крыше.
Чтобы избежать лишних вопросов: антенны никак не согласованы, каждая подключена к отдельному аппарату.
Увидел в инете вот это, для облегчения гибки рамок, может кого-нибудь заинтересует:
З.Ы.Я бы сделал по-другому, намного проще.
Как увеличить дальность приёма:
Спутниковые тарелки с Bi-Quad`ом:
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.
Делаем WiFi антенну биквадратную сверхдальнюю для роутера своими руками
Хотите собрать дальнобойную WiFi антенну, тогда следует знать о некоторых её особенностях.
Первое и самое простое: большие антенны в 15 или 20 dBi (децибел изотропных) являются предельными по мощности, и не нужно делать их ещё мощнее.
Вот наглядная иллюстрация, как с ростом мощности антенны в dBi уменьшается зона её покрытия.
Так получается, что с увеличением дистанции действия антенны, площадь её покрытия значительно уменьшается. Дома вам придется постоянно ловить узкую полоску действия сигнала при слишком мощном WiFi излучателе. Встанете с дивана или приляжете на пол, и связь тут же пропадет.
Вот почему домашние роутеры имеют обычные, излучающие во все стороны, антенны мощностью в 2 dBi—так они наиболее эффективны на короткой дистанции.
Направленная
Антенны на 9 dBi работают только в заданном направлении (направленного действия) — в комнате они бесполезны, их лучше применять для дальней связи, во дворе, в гараже рядом с домом. Направленную антенну при установке потребуется регулировать для передачи четкого сигнала в нужном направлении.
Теперь к вопросу о несущей частоте. Какая антенна будет лучше работать на дальнем расстоянии, в 2.4 или 5 ГГц?
Сейчас есть новые роутеры, работающие на удвоенной частоте в 5 ГГц. Такие маршрутизаторы все еще остаются новинкой, они хороши для скоростной передачи данных. Но сигнал 5 ГГц не очень хорош для дальних расстояний, так как затухает быстрее, чем при 2.4 ГГц.
Потому старые роутеры на 2.4 ГГц будут работать лучше в дальнобойном режиме, чем новые быстродействующие в 5 ГГц.
Чертёж двойного самодельного биквадрата
Первые образцы самодельных распространителейWiFi сигнала, появились еще в 2005 году.
Наилучшие из них конструкции биквадрат, обеспечивающие усиление до 11–12 dBi и двойной биквадрат, имеющие несколько лучший результат в 14 dBi.
Согласно опыту использования, конструкция биквадрат является более подходящей в качестве многофункционального излучателя. Действительно, преимуществом этой антенны является то, что при неизбежном сжатии поля излучения, угол раскрытия сигнала остается достаточно широким, чтобы покрыть всю площадь квартиры при правильной установке.
Необходимые детали
Изготовление излучателя
Для частоты 2.4 ГГц, на которой планируется использовать передатчик, идеальными размерами биквадрата будут 30.5 мм. Но все-таки мы делаем не спутниковую антенну, поэтому допустимы некоторые отклонения в размерах активного элемента —30–31 мм.
К вопросу о толщине проволоки также нужно отнестись внимательно. С учетом выбранной частоты 2.4 ГГц, медную жилу надобно найти толщиной точно в 1.8 мм (сечением 2.5 мм.кв.).
От края проволоки отмеряем расстояние 29 мм до загиба.
Делаем следующий загиб, проконтролировав наружный размер в 30–31 мм.
Следующие загибы вовнутрь делаем на расстоянии 29 мм.
Проверяем самый важный параметр у готового биквадрата —31 мм по средней линии.
Пропаиваем места для будущего крепления выводов коаксиального кабеля.
Рефлектор
Основная задача железного экрана за излучателем — отражать электромагнитные волны. Правильно отраженные волны будут накладываться своими амплитудами на колебания только что выпущенные активным элементом. Возникающая усиливающая интерференция даст возможность максимально далеко распространитьэлектромагнитныеволны от антенны.
Чтобы добиться полезной интерференции надо расположить излучатель на расстоянии кратном четверти длины волны от отражателя.
Расстояние от излучателя до рефлектора для антенн биквадрат и двойной биквадрат находим как лямбда / 10 — определяемую особенностями данной конструкции / 4.
Лямбда — длина волны, равная скорости света в м/с деленной на частоту в Гц.
Длина волны при частоте 2.4 ГГц — 0.125 м.
Увеличив пятикратно рассчитанное значение, получим оптимальное расстояние — 15.625 мм.
Размер рефлектора сказывается на коэффициенте усиления антенны в дБи. Оптимальные размеры экрана для биквадрата — 123х123 мм или больше, только в этом случае можно добиться усиления в 12 dBi.
Размеров CD иDVD дисков явно недостаточно для полного отражения, поэтому антенны биквадраты, построенные на них, имеют коэффициент усиления лишь в 8 dBi.
Ниже приведен пример использования крышки с чайной банки в качестве рефлектора. Размера такого экрана тоже недостаточно, коэффициент усиления антенны меньше, чем ожидалось.
Форма рефлектора должна быть только плоской. Старайтесь также найти пластинки максимально гладкие. Изгибы, царапины на экране приводят к рассеиванию высокочастотных волн, по причине нарушения отражения в заданном направлении.
В выше рассмотренном примере бортики на крышке явно лишние — они снижают угол раскрытия сигнала, создают рассеиваемые помехи.
Как только пластинка рефлектора будет готова, у вас есть два способа собрать на нем излучатель.
Чтобы зафиксировать двойной биквадрат понадобилось дополнительно сделать две стоечки из шариковой ручки.
Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.
Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.
Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.
Подравниваем шлицы одинаково по глубине
Устанавливаем самодельную рамочку на шпиндель, проверяем, дабы её края оказались на одинаковой высоте от дна коробочки — около 16 мм.
Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.
Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.
С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.
Подключение к роутеру
У кого есть опыт, тот с легкостью припаяется к контактным площадкам на монтажной плате внутри роутера.
Иначе, будьте осторожны, тонкие дорожки могут оторваться от печатной платы при долговременном прогреве паяльником.
Можно к уже припаянномукусочку кабеляродной антенны подключиться через разъем SMA. С приобретением любого другого радиочастотного соединителя N-типа в ближайшей точке торговли электроникой не должно возникнуть проблем.
Тесты антенны
Испытания показали, что идеальный биквадрат дает усиление около 11–12 дБи, а это до 4 км направленного сигнала.
Антенна из CDдиска дает 8 дБи, поскольку получается поймать WiFiсигнал на расстоянии 2 км.
Двойной биквадрат предоставляет 14 дБи— немного больше 6км.
Угол раскрытия антенн с квадратным излучателем составляет около 60 градусов, чего вполне достаточно для двора частного дома.
О дальности действия Вай Фай антен
От родной роутерной антенны на 2 dBi сигнал 2.4 ГГц, стандарта 802.11n может распространиться на 400 метров в пределах прямой видимости. Сигналы 2.4 ГГц, старых стандартов 802.11b, 802.11g хуже распространяются, имея вдвое меньшую дальность по сравнению с 802.11n.
Считая WiFi антенну за изотропный излучатель — идеальный источник, распространяющий электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях, можно руководствоваться логарифмической формулой перевода дБи в прирост мощности.
Децибел изотропный (дБи) — коэффициент усиления антенны, определяемый как умноженный на десять десятичный алгоритм отношения усиленного электромагнитного сигнала к исходному его значению.
Перевод дБи антен в прирост мощностей.
| A,дБи | 30 | 20 | 18 | 16 | 15 | 14 | 13 | 12 | 10 | 9 | 6 | 5 | 3 | 2 | 1 |
| A1/A0 | 1000 | 100 | ≈64 | ≈40 | ≈32 | ≈25 | ≈20 | ≈16 | 10 | ≈8 | ≈4 | ≈3.2 | ≈2 | ≈1.6 | ≈1.26 |
Судя по таблице, несложно сделать вывод, что направленный WiFi передатчик максимально допустимой мощности в 20 дБи может распространить сигнал в даль на 25 км при отсутствии преград.
Дальнейшее увеличение мощности антенны неразумно, распространение сигнала будет идти в слишком узкой зоне, имеющей форму диска.
Автор: Виталий Петрович, Украина, Лисичанск
Правильный расчет и сборка антенны Харченко для эфирного цифрового ТВ
Обязательным условием приема эфирного цифрового телевидения является антенна ДМВ-диапазона. Ее можно приобрести в магазине электронной техники или собрать своими руками. Существует более 10 эффективных схем самодельных конструкций, все они способны улавливать до 30 эфирных каналов. В этой статье мы расскажем о том, как изготовить одну из самых мощных самоделок — антенну Харченко для цифрового ТВ.
Что такое антенна Харченко и чем она хороша
В 1961 году в третьем выпуске журнала «Радио» была опубликована статья инженера К. Харченко «Зигзагообразная антенна», которая помогла улучшить качество картинки людям, проживающим за зоной уверенного приема. В сфере радиолюбителей она получила названия «ромбовидная», «восьмерка», «биквадрат» или просто «антенна Харченко».
У биквадратной конструкции есть ряд особенностей, которые позволяют ей оставаться популярной на протяжении более полувека:
Делаем биквадратную антенну в домашних условиях
Самодельная антенна собирается за 30-40 минут. К тому же элементы конструкции изготавливаются из самых обычных материалов, которые с большой долей вероятности уже есть у вас дома или в гараже.
Необходимые материалы и инструменты
Дополнительные материалы, которые могут понадобиться:
Ручной расчет
Размеры антенны Харченко напрямую зависят от диапазона принимаемых частот.
Расчет под эфирное телевидение заключается в определении длины волны и переносе значений на собираемое устройство. Цифровые телеканалы транслируются в стандарте DVB-T2 на радиочастотах, которые варьируются от 400 до 800 МГц и отличаются в зависимости от региона.
Точный диапазон для вещающих мультиплексов вы узнаете из инструкции по определению частот цифрового ТВ.
В Москве вещание 1 мультиплекса идет частоте 546 МГц (ТВК 30), 2-ого — на 498 МГц (ТВК 24 ). Я хочу принимать оба пакета, поэтому беру среднее значение:
Можно использовать полученную величину, но для практического применения она может оказаться слишком большой. Мы имеем право взять ровно половину или четверть длины волны:
λ/2 = 0,5747/2 ≈ 0,287 м = 28,7 см.
λ/4 = 0,4918/4 ≈ 0,143 м = 14,3 см.
Зная длину волны, производится расчет размеров рамки. На примере значения 575 мм получаем следующее:
Калькулятор антенны Харченко
Можно поступить проще: рассчитать все параметры с помощью онлайн-калькулятора. Алгоритм его работы аналогичен представленному выше, действие всех формул автоматизировано. На выходе получится готовый чертеж с размерами «двойного квадрата».
Сборка
Настройка
После сборки включите телевизор и выполните поиск цифровых каналов. Если у вас приставка — запустите автопоиск на ней. Дальше анализируйте:
Изготовление рефлектора
Рефлектор представляет собой экран, расположенный за основной рамкой антенны. Для изготовления подойдет металлическая пластина или стеклотекстолит, используемый для печатных плат. Можно взять решетку, состоящую из металлических прутьев. Или можно сделать экран самостоятельно из плотной фольги, наклеенной на твердую основу нужного размера.
В данном примере экран сделан из стенки корпуса домашнего ПК.
К расположению рефлектора предъявляются следующие требования:
В этом примере проставки сделаны из старых маркеров, которые стягиваются пластиковыми жгутами.
Рекомендуем полную пошаговую видеоинструкцию по изготовлению биквадрата с экраном:
Для модемов 3G и 4G
Использование биквадратной антенны не ограничивается только приемом цифрового телевидения. Когда скорость работы мобильного интернета неудовлетворительна, антенна Харченко тоже может помочь.
Сначала, как и в случае с цифровым телевидением, необходимо выяснить частоту передачи 3G- или 4G-сигнала (LTE). У каждого оператора сотовой связи она своя, но находится в диапазоне 1.9–2.1 ГГц. Расчетное значение длины волны составляет от 14 до 16 сантиметров.
Исходя из этого получаем следующие размеры антенны:
Собирается конструкция так же, как и для цифрового ТВ.
Не помешает для данной антенны и рефлектор. Расстояние между ним и приемником следует обеспечить равным 2,3 сантиметра. К готовой антенне припаивается кабель сопротивлением 50–65 Ом, а на другой конец — штекер Jack 3,5 мм, который вставляется в антенный вход модема.