Антенна двойной квадрат WiFi для ёжика. Постройка Biquad антенны Антенна двойной квадрат wifi отзывы

Широко известная и очень популярная wifi антенна Biquad или зигзаг Харченко, а также антенна Trevor Marshall`а обладает отличными характеристиками и простотой в сборке. Существует много модификаций такой антенны wifi, но я предлагаю остановиться на обычном биквадрате как отличное соотношение работа+материалы/усиление.
Чтобы приступить к изготовлению антенны, нам надо подготовить материалы:

Из текстолита вырезаем рефлектор, размером 110 х 110мм и по центру просверливаем отверстие равное внешнему диаметру медной трубки. Трубку следует подбирать так, чтобы имеющийся кабель плотно входил в нее с равномерно уложенной внешней оплеткой и длинной 5см.

Залудим отверстие и подготавливаем трубку, в зависимости от диаметра проволоки + 0,5мм стачиваем половину радиуса верхней части.

Вставляем трубку в текстолит так, что верхняя часть трубки была на расстоянии 16мм над отражателем. Я думаю не надо говорить о том, что все делается аккуратно и как можно точнее. Теперь согнем из провода вторую часть антенны. Подготовим провод длиной 244мм и сделаем насечки через каждые 30,5мм. Теперь осталось согнуть провод по рисункам ниже.

Осталось соединить две части wifi антенны. Припаиваем свободные концы провода к самой верхней точке трубки, а в разрезе остается целая часть к которой и припаивается центральная жила кабеля RG-6U.

Вставляем кабель и припаиваем.

Biquad в собранном виде.

Можно обойтись и без трубки, применив специальный коннектор N типа, это дело каждого.

В заключении скажу, что эта антенна отличная замена «банки». Усиление этой антенны в районе 6-8dbi. Из-за малых габаритов ее можно использовать в качестве облучателя параболического зеркала, что даст минимум 19 дБ усиления.

Зигзагообразная антенна пользуется большой популярностью у радиолюбителей благодаря простой конструкции, хорошей повторяемости и широкополосности. Она представляет собой синфазную антенную решетку из двух ромбовидных элементов (РЭ), расположенных друг над другом и имеющих одну общую пару точек питания а-б (рис. 1,а).

На рис. 2, а и б показаны соответственно кривые зависимости коэффициента бегущей волны (КБВ) при непосредственном подключении к точкам питания зигзагообразной антенны 75-омного фидера и коэффициента усиления G (по сравнению с полуволновым вибратором) от отношений l/^ и l/d, где l - длина стороны РЭ, ^ - длина волны принимаемого сигнала, d - диаметр проводника, из которого, выполнены РЭ.

Биквадрат наверное самая простая и легко повторяемая антенна Wi-Fi диапазона.
При своей простоте имеет неплохое усиление порядка 10 dB. и может быть использована как самостоятельно так и в качестве излучателя для параболической антенны при этом усиление может быть > 20 dB.

Активный вибратор изготовлен из медной жилы электрического провода. Жила может иметь диаметр 1,5 - 2,5 мм.

Очень ответственный момент - разметка. От тщательности выполнения этой операции очень сильно зависит резоненансная частота антенны. На медную жилу, острыми краями губок штангенциркуля наносится 8 меток через 32,9 мм.

По получившимся меткам, с помощью плоскогубцев, максимально однообразно, изгибаем размеченную медную жилу как показано на рисунках:

Концы получившегося вибратора укорачиваются на 2 мм и облуживаются:

Изготавливаем рефлектор - отражатель, материалом может служить фольгированный стеклотекстолит, жесть, алюминий (в конце статьи будут приведены фото нестандартного решения в изготовлении рефлектора).

Важную роль играет расстояние от рефлектора до вибратора оно должно быть 15 - 16 мм.

Крепление и запитку вибратора можно производить несколькими способами (от наличия материалов и фантазии).
Я использую такой вариант:

Берется трубка (медная) подходящего размера, на одном торце делается срез 1 мм, в рефлекторе сверлится отверстие под диаметр трубки, и в него впаивается трубка, верхний торец должен находится на расстоянии 16 мм. от рефлектора, через трубку пропускается 50 оммный кабель, оплетка экрана припаивается к торцу трубки.

Не знаю, будет ли интересно. Страницу нашёл где-то год назад, хотел выложить, да система подвела... адрес потерялся... и забыл я про это дело. А сейчас случайно наткнулся.

Для отражателя подойдёт кусок фольгированного текстолита, гетинакса или просто жести. Размеры рефлектора не очень критичны и при необходимости могут быть немного уменьшены.

В качестве держателя двойного квадрата подойдёт пластмасствая крышечка от напитков.

Коаксиальный кабель: при коротком кабеле можно использовать RG58, но если длинна кабеля составляет примерно 2 метра, то лучше взять высококачественный кабель - Aircell, Ecoflex или аналогичный.

От качества применяемых деталей и точности сборки зависит следущее: получите ли вы выигрыш по усилению, а значит лучший и надёжный приём.

Для начала нужен пластмассовый держатель, мы возмём защитный колпачёк от велосипеда, но подойдёт так же колпачёк от тюбика с зубной пастой и т.д.

Нужен так же отражатель (для удобства обработки лучше взять фольгированный стеклотекстолит), плата размером 10 х 14 см и кусок медного провода диаметром 2,5 mm2 или 4 mm2

Делаем отражатель, 10 х 14 см. Размер не критичен и при необходимости может быть немного уменьшен.

Отрежьте лишнее.

Найдите середину.

Просверлите отверстие диаметром на пару миллиметров больше диаметра кабеля, чтобы позже можно было клеевым пистолетом закрепить держатель.

Обрежьте держатель на высоту 18 мм

Круглым надфилем (или чем-нибудь подходящим) сделайте пропилы так, чтобы расстояние между отражателем и квадратами было примерно 15 мм.

Квадраты можно сделать из куска медного провода диаметром 2,5mm2 или 4mm2. Потребуется примерно 25 см.

Квадраты согнуть так, чтобы расстояние от середины до середины провода было 30 -31 мм. Приведён пример гибки провода 2,5mm2.

Продолжайте сгибать строго по размеру.

У вас получились вот такие "очки". Проверьте ещё
раз размеры.

Спаяйте концы провода и залудите место будущего крепления коаксиального кабеля.

Припаяйте кабель.

Приклейте сначала держатель, с помощью клеевого пистолета
или какого-нибудь суперклея. Затем просуньте кабель с "очками".

Теперь с помощью клеевого пистолета закрепите квадраты. При
желании медные части можно покрыть защитным лаком, чтобы они не окислились и
хорошо смотрелись.

Клеевым пистолетом закрепите кабель на выходе.

Радиоволны пронизывают пространство вокруг нас. Мы все уже привыкли к беспроводным технологиям, особенно к Wi-Fi, однако не всех устраивает покрытие домашних роутеров. Стены, деревья и прочие препятствия ослабляют сигнал. Если для квартиры качество связи вполне подходящее, то для загородного участка в несколько соток мощности роутеров явно недостаточно. Недалеко от дома, например в гараже, тоже хотелось бы пользоваться домашним интернетом без прокладки дополнительных кабелей или установки мощного оборудования. Да мало ли где может понадобиться усиление радиосигнала! В любом случае применение антенны будет простейшим и выгодным вариантом.

Используем опыт радиотехники

Простой кусок проводника, присоединённый к антенне, конечно, способен улучшить сигнал, но зачастую не сработает. А всё из-за свойств радиоволн. Телевизионная модель тоже не даст никаких результатов для Wi-Fi, поскольку рассчитана на работу с частотами телевещания. Чтобы создать правильную антенну, нужно знать длину волны сигнала, усиление которого планируется. Форму устройства стоит позаимствовать у радиолюбителей. Например, антенна биквадрат давно зарекомендовала себя как лёгкий в изготовлении и надёжный прибор усиления сигнала. Эти компактные устройства дают приличное усиление от 11 дБи и выше, тогда как встроенные в роутер аппараты мощностью не превышают 5 дБи.

Для людей, крайне далёких от электромагнитной части физики, расшифровать эти показатели можно как повышение скорости соединения по Wi-Fi в несколько раз, а также увеличение расстояния подключения. Антенна биквадрат является направленной, покрывающей сектор в 40-50° перед собой, что вполне подходит для подключения удалённого от основного жилища строения, а также для создания локальной беспроводной сети между стационарными станциями. Различные умельцы отмечают устойчивый сигнал на расстоянии от 400 до 2500 м, но это вряд ли понадобится, достаточно и нескольких десятков метров.

В магазин при деньгах или с паяльником в руках?

Всегда проще приобрести готовое фабричное изделие, однако цена такого устройства соразмерна стоимости нового роутера, да и исполнение не всегда надёжное. Недорогие модели с дружественного Востока довольно хрупкие, а контакты и соединения в них далеки от совершенства. Где взять хорошее устройство биквадрат? WiFi- антенна своими руками может быть собрана любым радиолюбителем. Для этого понадобится паяльник. Если вы знакомы с этим инструментом, то инструкция подскажет, что и как сделать.

Биквадрат - антенна, состоящая из двух квадратов, сделанных из проволоки или другого электропроводящего материала. Они расположены в одной плоскости и соединены определённым образом. Контур этот является основной рабочей деталью антенны, вибратором, предназначенным для приёма и передачи радиоволн. Изготовить такой элемент антенны лучше всего из куска одножильного силового медного провода сечением не менее 2 мм 2 .

Толщина зависит скорее от выбранных размеров антенны, количества креплений и условий использования. Это влияет лишь на прочность конструкции, а не на качество сигнала, так что подбирать лучше, исходя из планируемых размеров и наличия материала. Простейшая самодельная биквадрат-антенна собирается только из контура, присоединённого к коаксиальному кабелю, как показано на рисунке выше.

Дополнительные материалы и инструменты

Само собой, для улучшения качеств антенны потребуются дополнительные детали. В качестве рефлектора подойдёт пластина из любого электропроводящего материала, предъявляются требования лишь к износоустойчивости и прочности. Подойдут даже CD-диск или алюминиевая фольга, используемая в кулинарии для выпечки. Главное, закрепить её на ровном прочном основании из дерева или пластика, куда будут установлены остальные детали антенны. Дополнительно понадобятся крепежи из диэлектрика, чтобы жёстко зафиксировать антенну относительно рефлектора, а также сопротивлением 50 Ом.

Присоединить устройство к роутеру позволит специальный штекер, который придётся приобрести в магазине. В случае отсутствия разъёмов у роутера, как у большинства недорогих моделей, придётся разобрать его и припаять кабель прямо на плату. Помните, такие действия с роутером лишат его гарантии, и вся ответственность за такие действия ляжет целиком на вас. Остальные материалы можно подобрать по месту из того, что найдётся в кладовой у домашнего мастера.

Как понятно из вышеизложенного, обязательным инструментом является паяльник, немного припоя и флюса. Линейка с миллиметровыми делениями позволит соблюдать точные размеры изделия, а пассатижи или плоскогубцы потребуются для точного сгибания проволоки в контур. Нож и бокорезы (кусачки) понадобятся для работы с кабелем, а при сверлении отверстий нужна будет дрель или шуруповёрт и сверло.

Новички, возможно, столкнутся с трудностями при паянии, но помните, что мастерство приходит со временем. Выполнять все работы с разогретым паяльником нужно не спеша, соблюдая меры предосторожности и все необходимые этапы, чтобы не обжечься и произвести прочное соединение. Перед использованием электроприбора обязательно нужно проводить проверку на целостность корпуса, кабеля и вилки.

Защитите рабочее пространство стола от возможных повреждений расплавленным припоем или каплями горячего флюса, накрыв его деревянным щитом или специальным огнеупорным материалом. Не оставляйте нагретый паяльник без присмотра даже после его отключения. Разогретый прибор может привести к возгоранию поверхностей и предметов из легковоспламеняющихся материалов. Тем, кто держит паяльник в руках впервые, рекомендуется выполнить несколько соединений на остатках материала или кусках похожей проволоки, чтобы набить руку.

Немного формул

Перед началом работы произведём небольшой расчёт антенны биквадрат. Диапазон большинства Wi-Fi-роутеров, согласно стандарту IEEE 802.11n, составляет 2.4 ГГц. Применяя формулу соотношения длины волны, скорости и частоты, нужно разделить скорость света на частоту. 0,1249 м или 125 мм - это приблизительно нужный нам размер, значит, сторона квадратов антенны должна быть кратной именно этому расстоянию для работы в нужном диапазоне. Для небольшой антенны, описанной здесь, было выбрано расстояние в 32 мм. Само собой, кратное увеличение этого расстояния приведёт к улучшению сигнала на большей площади покрытия.

Оптимальный отражатель

Было множество идей, что использовать в качестве рефлектора, но для таких размеров оптимально подошла пустая монтажная плата размером 10 х 10 см. Во-первых, это упростило соединение оплётки коаксиального кабеля с рефлектором. Обычным припоем кабель плотно устанавливается в нужном месте. Во-вторых, жёсткость текстолита вполне удовлетворяет размерам изделия и позволяет отказаться от дополнительных крепежей. Проблемы при использовании модели таких размеров могут возникнуть в случае неточного соблюдения размеров, поэтому все действия производятся с помощью миллиметровой линейки.

Ход работы

Самодельная антенна биквадрат для wifi довольно проста в изготовлении. В центре монтажной платы или другого подходящего листа металла нужно высверлить отверстие согласно диаметру коаксиального кабеля или чуть больше. Кабель нужно зачистить от верхней изоляции на 2,5 см и аккуратно вставить в отверстие в плате. Верхнюю экранирующую оплётку или кожух кабеля пропаивают по всей окружности. Кабель должен плотно сидеть в плате редуктора, потому что кроме него в этой модели не предусмотрено креплений для антенны. Можно дополнительно использовать металлическую трубку для усиления конструкции, это особенно актуально, если вы задумаете увеличить размеры антенны.

Расположение антенны

Для биквадратного вибратора потребуется 256 мм медного провода. Можно выполнить маркером отметки на местах сгиба через каждые 32 мм и взять немного больше провода, чтобы отрезать лишнее в конце. А можно сгибать точно отмеренный кусок провода каждый раз ровно посередине. Концы его нужно аккуратно спаять и отвести от противолежащего угла на 2 мм, также можно оставить соединение концов на следующий этап.

Последним шагом будет пайка соединений биквадратного вибратора и кабеля. Следите за его расположением относительно рефлектора, расстояние между ними должно сохраняться около 15 мм на всей плоскости. Такой зазор вымерен различными испытателями опытным путём. При наличии оборудования можно собственноручно поискать оптимальное расстояние с лучшим коэффициентом для конкретной модели.

Совершенству предела нет

Направьте вашу антенну в сторону рабочей зоны и присоедините к роутеру, используя специальный штекер, или установите с помощью паяльника прямо на рабочую плату. Увеличение дальности сигнала Wi-Fi не заставит себя ждать. Что ещё можно сделать для увеличения мощности антенны, кроме увеличения размеров? Тех, кто уже сооружал что-либо подобное, может заинтересовать двойная или тройная антенна биквадрат. Своими руками умельцы добиваются усиления сигнала на 2 и 4 дБи больше, а это ощутимое улучшение.

Выполняется это увеличением количества квадратов и, соответственно, площади отражателя (металлического редуктора). Умельцы также создают дугообразные или круговые антенны на базе биквадрата, основное правило при изготовлении которых - чёткое соблюдение расстояния в 15 мм от рефлектора на всей площади устройства. Также стоит упомянуть, что пересечения проводов должны быть изолированы, чтобы не было соединений проводника.

Места, где устанавливается антенна биквадрат, могут быть самыми разнообразными. Чаще всего такие изделия монтируют на окнах или снаружи здания. Для защиты от непогоды маленькой модели, вроде описанной выше, прекрасно подойдёт пластиковый контейнер. Усиление сигнала, полученное благодаря биквадрат-антенне, соответствует моделям фабричного производства, а порою превосходит их.

Материал будет построен на ответах на три вопроса, вынесенные в подзаголовки, однако на этот раз хотелось бы начать с ответа на финальный вопрос -

Что получилось?

К тому времени, как дописывался этот текст, две представленные на фотографии антенны уже несколько дней работали в конечных точках примерно двухсотметрового линка "из окна в окно". Вот как это выглядит с одной стороны – точка доступа с антенной закреплены над окном в офисе, вид снизу:

А теперь об этом по-порядку.

Зачем?

Есть множество ситуаций, когда показано применение внешних антенн. Под внешней в данном случае я имею ввиду антенну, подключаемую взамен штатной из комплекта устройства. Наиболее типичные ситуации применения специальных антенн сводятся к трём наиболее характерным случаям:

1. Для увеличения зоны покрытия точки доступа беспроводной сети. В таком случае обычно ненаправленная (всенаправленная) штатная антенна заменяется на так же ненаправленную, но более эффективную.
2. Для улучшения эффективности зоны покрытия, совмещённой с удобством размещения беспроводной точки доступа и антенны. Обычная ситуация, если необходимо обеспечить уверенный сигнал в ограниченном, но сравнительно большом помещении, а точку доступа с антенной наиболее удобно разместить на одной из стен или в углу. Для этого случая подойдёт антенна с секторной диаграммой направленности (широконаправленная). Кроме того, направленные антенны могут пригодиться для решения задачи уменьшения взаимного влияния близко расположенных беспроводных сетей.
3. Для создания беспроводного моста на большем расстоянии. Для этого случая предназначены узконаправленные антенны. "Дальнобойность" напрямую зависит от того, насколько узкий пучок радиоволн обеспечивает конструкция антенны.

Упомянутый выше случай беспроводного моста примерно на двести метров более похож на третий вариант, однако ввиду "несерьёзности" расстояния вполне сгодятся направленные антенны с довольно широкой диаграммой направленности.

Тут стоит отметить один факт – цены на отдельные Wi-Fi антенны сравнимы с ценами на сами беспроводные устройства. И если в нише узконаправленных антенн с коэффициентом усиления более 18dBi это ещё хоть как-то оправдано (самостоятельное изготовление таких антенн требует некоторого опыта, тщательных расчётов и высокой точности исполнения), то при меньших требованиях частенько бывает вполне резонно попробовать свои силы с антенностроении.

Выбор конструкции антенн упрощался тем, что не нужно было заботиться о защите антенны от воздействия внешней среды (напомню, установить беспроводной мост необходимо было из окна в окно). Так же антенны должны были получиться достаточно лёгкими и не требовать дополнительного крепления, кроме штатного антенного гнезда беспроводных точек доступа. Опираясь на несколько лет опыта изготовления антенн разных конструкций, я пришёл к выводу, что здесь как нельзя лучше подойдёт простая и проверенная хорошо известная схема "двойной квадрат" (biquad antenna), она же зигзаг, она же антенна Харченко.

Начну, пожалуй, с упоминания того факта, что на самом деле в интернете можно найти огромное количество материалов по самостоятельному изготовлению антенн для Wi-Fi, в том числе и выбранного типа biquad; для примера могу порекомендовать начать изучение вопроса с этой странички . Однако большинство представленных материалов, объясняя как, уделяют мало внимания почему. На этом и постараюсь сосредоточиться. И как всегда, объяснять почему удобнее на конкретном примере.

Итак, первое почему – почему квадрат, а не, например, шестиугольник, или вообще круг? Ответ очень прост. Круг был бы немного эффективнее, но квадрат мне показался технологичнее в изготовлении. Если же понадобится заметно больший коэффициент усиления, лучше посмотреть в сторону антенн других типов, например спиральной или секторной панельной.

Второе – откуда взялись размеры? Из длины волны в вакууме, конечно. В расчёте конструкции длина волны участвует несколько раз: периметр каждого квадрата близок к длине волны (добиваемся, чтобы резонансная частота излучающего элемента была приближена к частоте выбранного канала Wi-Fi диапазона), расстояние от плоскости антенны до отражателя – у меня восьмая часть длины волны (расчёт исключительно с точки зрения распространения электромагнитного излучения показывает, что надо делать четверть, тогда разница в пути прямой и отражённой волн составит половину длины волны, что с учётом изменения фазы от отражения даст сложение амплитуд прямой и отражённой волн в направлении, перпендикулярном плоскости отражателя, но на самом деле есть и другие факторы, вроде согласования и КНД, поэтому на практике можно принять, что расстояние от излучающего элемента до отражателя должно быть где-то в диапазоне от 1/4 до 1/8 длины волны, из технологических соображений конкретно этой переделки я взял минимум), и наконец, размеры отражателя – сравнимы с длиной волны (меньше – хуже, много больше – неоправданно).

В таблице ниже представлены опорные частоты и длины волн тринадцати актуальных для нас (принятых в Европе) каналов Wi-Fi диапазона 2,4 ГГц.

Определившись с каналом (за некоторыми исключениями, во многих случаях достаточно будет ориентироваться на середину диапазона, антенна вполне удовлетворительно будет работать и на краях), можно приступать к изготовлению. Вот, собственно, те самые подручные материалы, из которых скоро возникнет новая антенна: штатная антенна, кусок медного провода и банка шпрот.

Вообще-то, банка для правильного отражателя маловата, но бить рекорды дальности мне и не требовалось. Зато конструкция получится компактнее, и бортики банки послужат защитой излучающему элементу от случайного механического повреждения. И бонус в виде шпрот. :)

Задействованные инструменты и материалы:

Для начала посмотрим на "внутренности" штатной антенны, кое-что от неё ещё пригодится.

Заготовка для излучающего элемента – кусок проволоки, равный двум длинам волн выбранного канала Wi-Fi, с разметкой для сгибания.

Согнутая рамка концами припаяна к металлической трубке, извлечённой из штатной антенны. Трубочку я немного подпилил, чтобы изгиб в центре её не касался. Угол в середине рамки залужён, туда позже будет подпаяна центральная жила.

Припаиваем получившуюся конструкцию к отражателю.

Для удобства установки по высоте на трубку надет 15-миллиметровый кусочек внешней изоляции, оставшейся от очистки медного провода.

Осталось только укоротить до нужной длины кабель в обрезке штатной антенны, подпаять куда нужно центральную жилу и оплётку, и зафиксировать обрезок бывшей антенны на отражателе. Для фиксации удобно воспользоваться клеящим пистолетом. И пора приступать к испытаниям.

Разве что можно антенну ещё покрасить. Как она выгладит после окрашивания, можно ещё раз посмотреть на снимке вначале статьи.

В испытаниях участвовали две Wi-Fi точки доступа D-Link DWL-2100AP. На одной стороне всё время была подключена антенна, показанная вверху на первом в статье снимке (кстати, в банке из-под тушёнки:)), на другой стороне подключались для теста штатная антенна из комплекта точки доступа и конструкция, описанная выше. Их-то и сравним, показания снимались с помощью AP Manager by ACOWA (отдельная благодарность автору программы). Расстояние – около 85 метров.

С антенной из комплекта.

Со свежеизготовленной антенной "двойной квадрат".

Как говорится, комментарии излишни, 8-10dBi разницы будут совсем не лишние.