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:

• приемопередающей рамки в виде двойного (или в количестве кратном двум) ромба;
• рефлектора, изготовленного из алюминия, оцинкованной стали или медной пластины;
• фидерной линии, роль которой выполняет коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом;
• разъемов и переходников.

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):

1. первичное значение угла между плечами рамки – 90 градусов, далее при выставлении зазора он незначительно изменится до нужной величины;
2. внешняя длина каждого ребра квадрата – 30,5 мм, отклонение допустимо в пределах 0,5 мм, не более;
3. величина зазора между центральными изгибами – 1-5 мм, выбирается непосредственно во время настройки;
4. рефлектор выполнен в виде прямоугольника со сторонами 100 х 120 мм.

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:

• пассатижи, утконосы, бокорезы (кусачки), ножницы по металлу, нож, паяльник или паяльная станция;
• припой, флюс, паяльная кислота;
• медная проволока диаметром 1,8 мм (сечение 2,5 кв. мм);
• листовой металл толщиной до 1 мм (алюминий, оцинкованное железо, подойдет даже односторонний фольгированный текстолит);
• коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом;
• разъем (если требуется, с переходником) для подключения к роутеру, реже N-type, чаще RP-SMA.

Советы и техника безопасности

При изготовлении такого точного оборудования, как СВЧ-антенна, рекомендуется принять к сведению несколько советов:

1. Совет 1. При работе с медной проволокой, при создании загибов, нужно оперировать не внешней, а внутренней величиной длины ребра биквадрата описываемого в этой статье, — Lвн = 30,5 – 3,6 = 26,9 (мм). При допуске в 0,5 мм это значение можно округлить до 27 мм. Также для обеспечения поверки лучше создать чертеж-шаблон в апример, для устройства, реальном масштабе, нарисованным линиями толщиной 1,8 мм, после чего, прикладывая к нему будущую антенну, сверять точность изготовления.
2. Совет 2. Если проволока изначально имеет мелкие изгибы (волны), не надо пытаться ее выправить при помощи пассатижей, это не приведет к требуемому результату. Вместо этого нужно найти деревянный брусок, зафиксировать его на столе (струбцина, саморезы и т. д.). Надеть тканевые перчатки и, отступив от края проволоки 30 – 40 см, надежно ухватить ее. Конец нужно взять пассатижами, далее от начала и до места захвата, перегибая проволоку через край бруса, несколько раз с усилием выполнить протяжку (в одну сторону). При таком методе все мелкие неровности будут стопроцентно устранены. Если длины выровненного участка недостаточно, нужно повторить процедуру от конца выровненного участка и выше, но уже проложив между губками пассатижей кусочки оргалита, чтобы не царапать медь.
3. Совет 3. В том случае когда используется оцинкованная сталь, пайку элементов нужно производить при помощи паяльной кислоты. Если в качестве материала был выбран алюминий, соединения выполняются посредством заклепок или резьбы (болты и гайки), пайка этого металла в домашних условиях без специализированного оборудования невозможна.
4. Техника безопасности при проведении монтажных и паяльных работ. В первую очередь следует помнить, что при работе с металлами нужно использовать защитные очки. Если планируется применение станков с вращающимися элементами (наждачный круг), категорически запрещено использование перчаток. Рукава должны быть не длиннее, чем до локтя, а волосы убраны при помощи резинки или в берет. Вторым важным правилом является соблюдение норм при выполнении пайки. Помещение, где проводятся работы, должно хорошо проветриваться. Использование защитных очков обязательно. При воздействии высоких температур на канифоль, флюс или кислоту образуются пары, которые могут попадать в легкие, поэтому желательно применять плотно прилегающий респиратор с угольными фильтрами.

Рамка для двойной биквадратной антенны

Рамка для антенны Харченко изготавливается следующим образом:

• от выправленной проволоки откусывается отрезок, длина выбирается исходя из того, какой размер будет иметь устройство итого 260 мм;
• при помощи утконосов и поверочного чертежа придается нужная форма, излишек проволоки удаляется кусачками;
• в центральной части получаются два примыкающих кончика, их нужно спаять так, чтобы они не прикасались к противоположному углу, который необходимо залудить.

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:

1. отрезая заготовку, нужно помнить, что не должно возникать никаких изгибов материала;
2. в центральной части, проведя диагонали, заранее необходимо просверлить отверстие под диаметр изоляции основной жилы коаксиального кабеля;
3. края пластины нужно обработать шкуркой или на наждачном круге, убрав заусенцы.

Оптимальный отражатель

Когда говорят об оптимальном отражателе, подразумевают его положительное влияние на коэффициент усиления всей антенны в целом. На это влияют два параметра:

• Материал. Общепринято, что лучшим металлом здесь является оцинкованная жесть, на втором месте – алюминий и только потом медь.
• Площадь. Чем она больше, тем лучше, условное стартовое значение – 12000 кв. мм.

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:

1. через разъем типа N, SMA или RP-SMA непосредственно к гнезду;
2. при помощи переходника к разъему антенны на плате роутера;
3. методом пайки к контактным площадкам (наихудший вариант).

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.

Подгорнов Илья ВладимировичВсё статьи нашего сайта проходят аудит технического консультанта. Если у Вас остались вопросы, Вы всегда их можете задать на его странице.