Изготовление спиральной антенны для Wi-Fi своими руками из подручных средств

Так сложилось, что на работе мы остались без Интернета, это и послужило стимулом для изготовления антенны. Основным критерием было достигнуть результата при минимальных затратах. Таким образом, в ход пошло всё то, что было под рукой. А под рукой было: два Wi-Fi модема TP-Link, не кривые руки, желание и цель. Расстояние между потенциальными точками доступа составило около 700 метров в пределах прямой видимости. Стандартный Wi-Fi модем способен преодолеть только до ста метров. Для увеличения коэффициента усиления, необходимо сфокусировать узконаправленный сигнал. Для этих целей идеально подходит спиральная антенна Джона Крауса (John Kraus) для частот в диапазоне от 2 до 5 ГГц. В беспроводных сетях, с использованием стандарта IEEE 802.11b, также известного как Wi-Fi, используется частота 2.43 ГГц.

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. Для того, чтобы передать максимум энергии, обе антенны должны иметь одинаковую направленность поляризации, то есть намотаны в одну сторону.

Реализация для частоты 2.43 ГГц

Для этих целей идеально подходит обычная сантехническая пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм с учетом намотанного медного провода с изоляцией в 1 мм – это 42 мм (диаметр витка). Но мы собирали антенну из того, что под рукой, а под рукой имелись винипластовые стержни с наружным диаметром 35 мм. При этом диаметр витка выходит 37 мм, что так же не плохо.

Расчеты

Для пластиковой трубы с диаметром 40 мм

Окружность витка:

Для 2.5 км 12 витков достаточно (N=12).

Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).

Размер отражателя (R) 42 не менее C или l – 14 см.

Для винипластового круглого стержня с диаметром 35 мм

Окружность витка:

Для 2.5 км 12 витков достаточно (N=12).

Длина трубы будет около 40 см (3.24 l).

Размер отражателя (R) не менее C или l – 14 см.

Необходимые материалы:

• для отражателя использовался фольгированный гетинакс, но так же можно использовать любую медную или алюминиевую пластину любой толщины. Но не очень тонкую, т.к. отражатель является основной несущей базой антенны;
• медный одножильный провод не тоньше 1 мм в диаметре (нами использовался провод сечением в 1.5 квадрата) в ПХВ изоляции длинной около 1.5 м;
• круглый сердечник из винипласта диаметром 35 мм и длиной 40 см;
• полоска медной фольги для изготовления волнового генератора в виде треугольника. Размер малого катета 17 мм, длина гипотенузы 71 мм. Толщина не фиксированная, главное условие, что бы ее можно было обогнуть вокруг сердечника;
• для подключения коаксиального кабеля я использовал коннектор от старой сетевой 10 Мбит/с карты;
• крепления произвольные.

Процесс сборки

Для начала возьмем винипластовый сердечник. Нанесем на него разметку. Расстояние между метками, согласно нашим расчетам, должно быть 29 мм. Это расстояние между витками. Для выравнивания провода, я обычно использую один не хитрый способ. Зажав один конец провода в тиски, с силой натягиваем в струну за другой конец. Для того чтобы ровно уложить провод, я просверлил отверстие на крайней метке. Диаметр отверстия равен диаметру провода с изоляцией, что позволит зафиксировать конец провода, вставив его в отверстие. После чего плотно наматываем провод на сердечник. Плавно растягиваем спираль и фиксируем с помощью клея витки на метках. В итоге должно получиться 12 витков с расстоянием в 29 мм. При использовании трубы в качестве сердечника, появляется проблема с креплением отражателя.

Возникает необходимость использовать дополнительные детали. В нашем случае сердечник из винипласта. Он легко крепится к отражателю с помощью обычного шурупа - самореза, длина которого около 50 мм. Я использовал шуруп со шляпкой под ключ, чтобы облегчить закручивание. Для крепления отражателя делаем разметку под отверстие по центру пластины. Центр находим за счет пересечения диагоналей. Диаметр отверстия зависит от диаметра крепежного шурупа. Также отмеряем от центра расстояние равное радиусу сердечника. Здесь сверлим отверстие под коннектор. При отсутствии коннектора, коаксиальный кабель можно припаять напрямую. Экранирующий контакт припаиваем к пластине отражателя, а центральную жилу к волновому генератору. Роль волнового генератора будет у нас выполнять треугольная пластинка из медной фольги. К тонкому углу генератора припаиваем кончик нашей спирали. Гипотенуза треугольника из медной фольги должна быть продолжением спирали.

Так как антенна будет установлена на открытом воздухе, рекомендуется залить места паек силиконом, а на сердечник надеть термоусадку с диаметром 50 мм.

Монтаж и настройка

Мною было изготовлено две одинаковые антенны. Одна была установлена на крышу дома, где иметься Интернет. Вторая антенна установлена на крыше служебного здания. Для достижения максимального эффекта обе антенны должны быть направлены друг на друга и находиться в прямой видимости. В качестве точек доступа использовались Wi-Fi модемы TP-LINK. На обоих ТД установлен MOD Point to Point с указанием MAC-адреса другого модема. Эта настройка установлена из соображений безопасности, дабы отсечь не санкционированные подключения к нашей сети (халявщиков с ноутбуками и смартфонами).

Если не боитесь мародеров, то рекомендую ставить Wi-Fi модем возле антенны. Можно закрепить его на тыльной стороне отражателя. Естественно, поместив его в герметичную упаковку. Связь модема с компьютером осуществить по кабелю витой пары (Ethernet). Максимально укоротив коаксиальный кабель, Вы уменьшите затухание сигнала. К сожалению, в службе безопасности нашей организации, многих зовут Александр Родионович Бородач :-)