Направленные Wi-Fi антенны — особенности выбора направления и варианты размещения оборудования (90 фото)

Wi-Fi (Wireless Fidelity) – технология беспроводной передачи данных по радиоканалу посредством радиоволн частотой 2,4 или 5 ГГц. Более привычно выражать этот параметр радиочастотного излучения через длину волны, обозначаемой буквой λ (лямбда). Для частоты 2,4 ГГц λ=13 см, для 5 ГГц  λ=6 см.

Обе длины волны принадлежат к сантиметровому диапазону. Особенностью распространения таких радиоволн является их распространение в условиях прямой видимости.

Имеется в виду радиовидимость – препятствиями будут предметы, проводящие электричество. Так, сухое дерево или кирпичная стена препятствием для волн не станут, а живое дерево или железобетонная стена – вполне.

Радиопередающий тракт

Для передачи радиоволн на расстояние служит радиочастотный тракт, состоящий из:

• передатчика (в нашем случае Wi-Fi роутер);
• антенны;
• фидера, соединяющего их.

В быту фидером почти всегда служит коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 или 75 Ом. Его может не быть, если антенна подключается непосредственно к разъему передатчика.

Принцип работы Wi-Fi подчиняется тем же законам, что и работа других антенн радиочастотного диапазона.

Эффективность передачи волн

Эффективность работы тракта, а значит, дальность передачи данных, зависит от:

• мощности передатчика;
• коэффициента усиления антенны;
• потерь в фидере;
• согласования тракта;
• профиля трассы.

Если мощность передатчика определена конструкцией роутера и корректировке не подлежит, то остальные параметры следует рассмотреть подробнее.

Потери в фидере

Потери в фидере зависят:

• от его длины (чем больше длина, тем больше потерь);
• от его толщины (чем толще кабель, тем меньше потерь);
• от его исполнения (в кабеле с медной жилой потери будут ниже, чем в кабеле с жилой из омедненной стали).

Согласование тракта

Все элементы, входящие в радиочастотный тракт, должны иметь одинаковое волновое сопротивление. Чем больше будет разница в этом параметре у отдельных элементов, тем больше будет потерь.

Профиль трассы

На трассе между приемником и передатчиком или рядом с ней не должно быть крупных электропроводящих предметов.

Коэффициент усиления антенны

Антенны можно разделить на два больших класса:

• ненаправленные;
• направленные.

Из ненаправленных антенн широко известен вертикальный штырь. Он излучает радиоволны во все стороны одинаково.

Направленные антенны

Направленные антенны концентрируют излучение в одном или нескольких преимущественных направлениях, определяемых диаграммой направленности.

Для оценки направленных свойств антенны используют такие параметры, как коэффициент усиления или коэффициент направленного действия.

К антеннам, имеющим диаграмму направленности, отличную от круговой, относят:

• диполь;
• рамку;
• параболическую антенну;
• щелевую антенну.

Щелевую антенну рассчитать и изготовить в домашних условиях практически невозможно, поэтому этот класс антенн рассмотрен не будет.

Диполь

Антенна дипольного типа состоит из двух вибраторов суммарной длиной раной половине длины волны.

Диаграмма направленности диполя  — два лепестка, перпендикулярных вибраторам.

То есть, максимум излучения будет приходиться в две стороны.

Изготовить диполь в домашних условия несложно, вопрос, из чего можно сделать Wi-Fi антенну решается легко – надо взять кусок провода длиной 6,5 см, разрезать его пополам, к одной половине припаять жилу кабеля, к другой – его оплетку.

Закрепить вибраторы можно на пластине из любого диэлектрического материала. Толщина провода при используемых рабочих мощностях значения не имеет и определяется лишь конструктивной прочностью антенны.

Волновой канал

Путем добавления к волновому каналу дополнительных элементов – директоров и рефлектора — можно значительно улучшить его направленные свойства. Получится волновой канал или антенна Уда-Яги. Схема устройства Wi-Fi антенны для дальней связи не отличается от антенны на другие частоты.

Диаграмма направленности антенны Уда-Яги выглядит в виде лепестка, направленного в одну сторону.

В отличие от диполя, максимум диаграммы приходится в одном направлении.

Такая антенна позволяет получить усиление до 25 дБ, то есть сконцентрировать энергию излучения по одному направлению в 316 раз! Коэффициент усиления зависит от количества элементов и от длины траверсы.

Если анализировать фото Wi-Fi антенны дальнего действия промышленного изготовления, становится видно, что производители таких антенн предпочитают именно волновые каналы из-за хорошего соотношения технологичности изготовления к достигаемому результату

Такую антенну можно изготовить самостоятельно, инструкция, как сделать Wi-Fi антенну  приводится ниже, но следует помнить, что высоких параметров можно достичь либо при тщательной ее настройке, что потребует наличия приборного парка, либо при строжайшем соблюдении размеров.

Изготовление антенны

Поэтапное изготовление Wi-Fi антенны своими руками надо начать с поиска чертежа антенны с нужными параметрами. Можно синтезировать ее самому, если хватает теоретической подготовки и умения работы в компьютерных моделировщиках антенн.

Например, антенна с усилением по мощности сигнала 15 дБ (в 31 раз) состоит из одного рефлектора, вибратора и 13 директоров.

Для траверсы надо взять любой диэлектрический материал, например, дерево или полипропиленовую трубу. Далее надо нарезать элементы из медной проволоки, из соображений механической прочности диаметр должен быть не менее 1 мм.

Следующий шаг – разметка траверсы с указанием места крепления каждого элемента. В случае использования трубы, можно насверлить в ней отверстий такого диаметра, чтобы проволочный элемент входил в нее с небольшим усилием.

Активный элемент  можно изготовить в виде разрезного элемента или разрезной рамки.

После того, как элементы расставлены по местам, останется припаять к активному вибратору коаксиальный кабель (он должен быть минимальной длины и максимальной толщины!) и подключить его к роутеру.

Рамка

Рамочная антенна выполняется в виде рамки, периметром кратным длине волны, то есть, 13 см, 26 см, 39 см и т.д. Форма рамки существенного значения не имеет – можно ее изготовить в виде ромба, круга, квадрата, треугольника.

Диаграмма направленности перпендикулярна плоскости рамки и похожа на диаграмму диполя.

К рамке, как и к диполю, также могут быть добавлены дополнительные элементы, формирующие диаграмму направленности.

Антенна с параболическим рефлектором

Одна из разновидностей направленных антенн – антенна с параболическим рефлектором. Принцип работы заключается в том, что активный элемент помещается в фокус параболы и формируется узкая диаграмма направленности.

Как правило, используется не полная парабола, а ее часть.

Можно изготовить параболический отражатель самостоятельно и поместить в его фокус диполь или рамку. Это улучшит направленные свойства антенны.

Для этого можно взять алюминиевый лист или разрезанную пивную банку и согнуть ее в виде части параболы. В фокус надо поместить используемую антенну.

Фото направленных Wi-Fi антенн