Самодельная антенна wifi из стандартной от роутера. Видео: усиление Wi-Fi сигнала своими руками

Что такое WiFi антенна с высоким коэффициентом усиления? Как усилить сигнал WiFi ? Такие приёмы, как выбор центральной позиции WiFi роутера , установки ретранслятора, помогают, так или иначе, но одна идея остается особенно жизнестойкой - замена обычной антенны на антенну с высоким коэффициентом усиления.

Нет необходимости навязывать эту идею как нечто новое, да и придумывать колесо, давайте в месте попробуем разобраться как работает WiFi антенна своими руками из банки. А что это такое WiFi антенна с высоким коэффициентом усиления? Когда мы говорим о радио антеннах и употребляем слово «усиление» то подразумеваем направленное усиление антенны. Направленное усиление антенны, это способность антенны передавать усиленный сигнал WiFi (приём/передача) в заданном направлении.

Суть дела в том, что направленные WiFi антенны, как правило, имеют большую дальность действия и лучший прием, так как они излучают большую часть энергии в одном направлении — стремятся передать и принять сигнал в одном направлении и поэтому для безупречной работы, а также и при установке, все направленные антенны нужно обязательно хорошо выравнивать.

На рисунке выше показан процент излучения обычной антенны по сравнению с направленной антенной (предположим, что антенны расположены в центре диаграммы). Обычная WiFi антенна излучает радиоволны поровну во всех направлениях, тогда как WiFi антенна направленного действия работает в заданном направлении, предусмотренным дизайном самой антенны. Но практически, никакая WiFi антенна не сможет излучать идеально в одном направлении, равно как и вo всех направлениях.

WiFi антенна своими руками

Название происходит от словосочетания «CAN+ANTENNA» (банка+антенна). CANTENNA это открытый цилиндрический волновод (волновод это полая металлическая трубка используемая для передачи высокочастотных радиоволн), который сконструирован из доступных материалов - консервной банки или металлической трубки. Размер (диаметр и длинна) многих жестяных банок поддерживает волновое распространение на частотах порядка 2 ГГц.

Благодаря простому дизайну, легкой сборки и работой на частоте максимально приближенной к 2.4 GHz (частота WiFi сетей) практика изготовления антенны из жестяной банки своими руками получила широкое распространение. CANTENNA это направленная антенна изготовленная своими руками, которая будет полезна на коротких или средних дистанциях, хотя в некоторых случаях удавалось добиться увеличения предела досягаемости беспроводного соединения до 6-7км.

Применение антенны

CANTENNA широко применяется для ведения Wi-Fi wardriving и системными администраторами для выполнения тестов и оценки защищенности сетей Wi-Fi

При использовании направленных антенн удаётся избежать или уменьшить помехи от других сетей, а также повысить WiFi безопасность за счет того, что сигнал антенны проходит сфокусированным пучком в узком направлении. Кроме того, CANTENNA широко применяется для ведения WiFiwardriving и системными администраторами для выполнения тестов и оценки защищенности сетей WiFi.

В основном, CANTENNA используется для усиления и поиска WiFi сигнала, при условиях наличия прямой видимости. При помощи антенны изготовленной из банки Вы сможете легко создать WiFi сеть с соседями проживающими в доме напротив и свободно обмениваться файлами, играть в игры или же совместно пользоваться интернетом. Вы сможете легко подключится к WiFi сетям общего пользования в вашем районе.

CАNТЕNNА это очень простой и недорогой вариант WiFi антенны по сравнению с коммерческими WiFi ретрансляторами, но так же хорош, а некоторые утверждают, что даже и лучше. Благодаря всем этим преимуществам CANTENNA получила широкое распространение по всему миру.

Конструкция антенны

Конструкция антенны относительно несложная и изначально дешёвая. Дизайн и процесс изготовления настолько прост, что CANTENNA может быть изготовлена своими руками практически из подручных материалов - банок или трубы подходящего диаметра.

При желании Вы сможете легко модифицировать CANTENNA и превратить её в FUNNEL ANTENNA (Антенна Воронка).

Для изготовления антенны Вам не потребуется каких-нибудь специальных инструментов или навыков. Необходимые детали и общий подход к построению описаны далее.

Банка

Старайтесь не использовать банки с ребристыми стенками, так как они могут вызвать внутренние отражение и рассеивание радиоволн. Не используйте банку из под PRINGLES - она слишком узкая и в ней мало металла. В нашем практическом примере, хорошим вариантом послужит банка из под растительного масла.

Старайтесь не использовать банки с ребристыми стенками

Это банка с гладкими стенками и имеет 83мм в диаметре и 210 мм по длине, что отлично подходит для наших целей! Если ваша банка имеет хорошую пластиковую крышку - не выбрасывайте её. Крышка может пригодится, если мы будем используем нашу антенну на улице, но при одном условии, что пластик хорошо пропускает радио волны.

RF соединитель N-типа

RF (радиочастотный) соединитель N-типа с фиксирующей гайкой (диаметр 12-16 мм) и отрезок медного или латунного провода длинной 40 мм и диаметром 2 мм - наш будущий активный элемент.

Кабель и разъемы

Также нам потребуется кабель длинной 0.5-2м соответствующий гнезду WiFi карты или WiFi адаптера на одном конце и N-типа (муж) на другом, для подключения с антенной.

MMCX - тип разъёма для подключения WiFi карты

MMCX - тип разъёма для подключения WiFi карты

RP-SMA - тип разъёма для USB адаптера

RP-SMA - тип разъёма для USB адаптера

Инструменты

Стандартный набор инструментов:

• Консервный нож
• Линейка
• Плоскогубцы
• Напильник
• Паяльник
• Дрель с набором сверл для металла
• Тиски
• Разводной ключ
• Молоток

Теории антенн

Жестяные банки различных диаметров, длины и материалов представлены в широком ассортименте на просторах нашей страны. Очевидно, что банки c различными размерами покажут нам различные волновые характеристики и создадут различную силу направленного усиления. Оптимальные длину и диаметр для определенной частоты можно высчитать используя математически функции которые мы рассмотрим ниже.

Оптимальные длину и диаметр для определенной частоты можно высчитать, используя математически функции

RF (радиочастотные) соединители можно купить в магазине радиотоваров или на рынке. N-Тип разъемы самые популярные на частоте WiFi (2.4GHz) с ними тоже не должно возникнуть никаких проблем - обратитесь в любой онлайн магазин радиотоваров за справкой. Активный элемент это часть антенны которая фактически излучает волны. На тех частотах, что мы будем использовать нашу антенну, идеальная толщина провода должна быть около 2mm в диаметре (допустимо небольшие отступления от размера). Для сборки активного элемента можно использовать отрезок обычного медного провода от высоковольтного трехфазного кабеля. Отрезок кабеля (RP-SMA кабель) для нашей антенны вам продадут в магазине радиотоваров или на рынке. В соответствии с основными законами о теории антенн, высчитано, что длина активного элемента для работы в частоте 2.4GHz должна быть приблизительно 30mm, а длина волны для 2.4GHz равна 124 мм.

Рисунок ниже даёт довольно хорошее объяснение размеров идеальной банки и внутреннего расположения активного элемента. Понятно, что мы создаём WiFi антенну не для спутниковой связи и небольшие отступления от идеальных размеров не окажут значительного действия. Однако, длина и расположение активного элемента это критические факторы которые могут напрямую повлиять на работоспособность антенны.

Схематическая работа антенны

При правильном размещении активного элемента, отраженная волна накладывается на волну которая естественно излучается от активного элемента в сторону открытого конца банки, тем самым совмещая излучаемую силу в одном направлении. Если бы активный элемент не был бы установлен на расстоянии от дна банки равном 1/4 длине радиоволны, то не было бы усиливающей интерференции и коэффициент усиления был бы очень слабый. И если бы длина банки была бы меньше, чем длина равная 3/4 радиоволны, то радиоволна не была бы точно направлена до момента выхода из волновода т.е. банки.

Схематическая работа антенны

На рисунке ниже показано, почему размещение активного элемента было настолько критическим. Основная цель с которой банка «надета» на активный элемент это направить радиоволны в одном направлении. На рисунке показано как активный элемент излучает радиоволны и как они расходятся. Волны изначально излученные с стороны закрытого конца банки отражаются, «ударившись» о дно.

Совершенствуем дизайн

Иногда, воронка может быть «надета» на открытом конце Cantenna для получения дополнительной усиления. Модификация даёт нам другой тип антенны, но очень похоже на Cantenna - известный как «цилиндрические рог» или просто «Воронка Антенна». Воронка не способствует усиление во время передачи, но увеличивает чувствительность антенны во время приёма. Это достигается путём сбора излучения с большей площади.

Воронка не способствует усиление во время передачи, но увеличивает чувствительность антенны во время приёма.

Подключение антенны к оборудованию

Если вы используете WiFi модем с внешней антенной и хотели бы использовать Cantenna, это не будет проблемой. Просто отсоедините «родную» антенну и используя соответствующей длинны кабель подключите Cantenna на другом конце. Вы можете подключится роутеру (маршрутизатору) таким же образом.

• D - внутренний диаметр банки
• L o - длина волны в открытом воздухе, равна 0.122 метра
• L c - нижняя граница затухания, МГц
• L u - верхняя граница затухания, МГц
• L g - длина волны в волноводе (в нашем случае - в банке)

L c = 1.706D

L u = 1.306D

L g = 1 / (sqr_rt{(1/L o ) 2 - (1/L c ) 2 })

Для использования с адаптерами стандарта 802.11b идеальны следующие параметры:

• Нижняя граница затухания должна быть меньше 2400 МГц
• Верхняя граница затухания должна быть больше 2480 МГц

Зависимость длин волн и частот от диаметра

• RF соединитель N-типа с затяжной гайкой (меньше отверстий сверлить придется);
• 40mm медного или латунного провода 2 мм диаметром;
• консервная банка из под растительного масла 83 мм в диаметре и 210 мм длиной.

1. Ножом для вскрытия консервных банок тщательно удалили верхнюю часть консервной банки. Опорожнили и помыли ее с мылом в теплой воде.
2. Линейкой измерили 62 мм - расстояние от дана консервной банки и отметили точкой. Нужно накренить отмеченную точку, что бы сверло не соскальзывало и отверстие получилось там, где нам нужно.
3. Сначала используем сверло меньшего диаметра и постепенно увеличиваем до 12-16 мм в зависимости от диаметра RF соединителя N-типа.
4. Диаметр отверстия должен точно соответствовать диаметру RF соединителя N-типа. При помощи напильники обработали неровные края.
5. Обработали отрезок медного провода напильником и перед пайкой слегка нагрели одну сторону - входящую в RF соединитель N-типа.
6. При помощи паяльника припаяли вывод к RF соединителю N-типа в вертикальном положении. В нашем случае, высота активного элемента должна ровняться 30.5 мм.
7. Зафиксировали RF соединитель N-типа на банке при помощи затяжной гайки самого соединителя.

Усиление данной Wi-Fi антенны изготовленной своими руками будет находится в пределах 10-14 dBi и лучевым покрытием равны 60 градусов. Если нам потребуется использовать антенну на улице - придется изготовить водонепроницаемый контейнер. Нам подойдет трубa из PVC - целиком вложим антенну в трубу из PVC и загерметизируем при помощи крышек и PVC клея. Необходимо помнить об отверстии для RF соединителя N-типа.

Недавно на сайте была показана антенна 3G. Хочу представить три Wi-Fi антенны не просто скопированные с других сайтов, а изготовленные своими руками и протестированные в реальных условиях. Мне нужен был доступ в Интернет в соседнем доме от моего роутера, на расстоянии 150-200 м.

Первая антенна http://usd.ucoz.ru/publ/2-1-0-71 - всенаправленная, сделанная из куска кабеля RG-213. Сразу скажу, что использовать эту антенну можно только как обычную штыревую, и заявленные на одном из сайтов характеристики не оправдали своих надежд. Радиус действия этой антенны составил метров 30. Поэтому с ней я больше не экспериментировал.

Зачистил кабель. Длина центральной жилы 28 мм.

Для жесткости конструкции надел на внутренний диэлектрик кольцо, сделанное из медной проволоки сечением 2,5 мм²

Длина плеча-противовеса составила 31 мм, а диаметр нижнего кольца 54 мм.

Вторая спиральная Wi-Fi антенна HELIX изготовлена из куска пластиковой канализационной трубы диаметром 40 мм и куска электрического провода сечением 2,5 мм². http://www.wifiantenna.org.ua/antennas/helix/

На трубу намотал 12 витков провода с шагом витка 33 мм и проклеил клеем «Момент», это даст очень прочную намотку вокруг трубы.

Для соединения антенны с рефлектором я использовал бутылёк от мыльных пузырей. Прикрутил его к рефлектору винтом, а антенну посадил на клей.

Так как радиочастотный выход всех точек доступа и роутеров обычно имеет сопротивление 50 ом, кабель должен быть волновым сопротивлением 50 ом. Для согласования антенны с кабелем припаял к концу провода прямоугольный треугольник из жести размером по катетам 71*17 мм.

Для соединения антенны с кабелем я просверлил отверстие в рефлекторе и припаял медную трубку.

Припаял к треугольнику-компенсатору,

А экран забондажил и пропаял.

Кабель использовал RG-58/U с волновым сопротивление 50 ом. На другой конец кабеля припаял RP-SMA(м)-коннектор.

Третья антена из банки

Прочитав ни одну статью про изготовление антенн из банки, я решил взять банку из под Жигулевского пива объемом 1 литр.
У неё ровное плоское дно и диаметр подходящий.

Http://www.cqham.ru/cantenna.htm - на ссылке есть калькулятор расчета антенны исходя из диаметра банки и расчетной частоты антенны.


Для монтажа кабеля и крепления самой антенны я использовал F-коннектор.


У коннектора высверлил центральный контакт.


Прикрутил коннектор к мачте.


Зачистил центральную жилу кабеля нужной длинны.


В банке просверлил отверстие.


Собрал антенну

И покрасил нитроэмалью из баллончика.

Теперь о тесте антенн в реальных условиях.

Про первую антенну я уже писал. Радиус у неё был порядка 20-30 метров.
Проверка связи проходила между роутером D-Link DIR-300 и планшетным компьютером на доступ к страницам Интернета
и видеосвязи по Skype из двух точек.


Первая точка находилась на расстоянии 240 м от антенны, На расстоянии 450 м доступ к Интеренту был на скорости 1 Мб/с, но видеосвязь по Skype постоянно обрывалась.
Антенна из банки показала лучшие результаты, чем спиральная антенна. На расстоянии 450 м видеосвязь по Skype была удовлетворительной. Вывод я сделал такой, антенна из банки имеет более узкую диаграмму направленности и хороша для создания соединения с удаленным пользователям.
Но для этого её нужно «нацелить» на того самого пользователя. У спиральной антенны диаграмма шире, поэтому соединение возможно и без тщательного «прицеливания».
Что касается расстояния, то я подключался к Интернету через планшетный компьютер, а у них встроенные антенны Wi-Fi с маленьким коэффициентом усиления, следовательно и расстояние небольшое.
Т.е. я сигнал от роутера получаю хороший, но при подключении не могу получить IP-адрес и связь срывается. Я в принципе достиг желаемых результатов. 450 м для меня это с лихвой.
Но для тех кому нужно большее расстояние для связи, мои предложения будут следующими: ставить одинаковый внешние антенны с двух сторон,
как со стороны роутера или точки доступа так и со стороны сетевого адаптера, и ставить более мощную точку доступа типа SENAO ECB-8610S или EnGenius ECB-3500.
У них выходная мощность в шесть раз больше обычных роутеров, но и цена в пять-шесть раз дороже.

Иногда бывает, что при наличии беспроводной сети в здании из 2-3 этажей, WiFi сигнал не доходит в некоторые комнаты, или сигнал есть, но скорость соединения слабая. Одной из причин, по которой это может происходить, это неправильно подобранная wifi антенна для роутера.

WiFi – это технология, работающая хорошо только на «прямой видимости». Любые преграды в виде стен, шкафов, зеркал и другого очень плохо влияют на распространения беспроводного сигнала. Поэтому от разумного выбора антенны для роутера будет зависеть комфортная работа в сети.

Какие бывают WiFi антенны

Все WiFi антенны можно разделить на два вида: направленные или всенаправленные антенны, которые, в свою очередь, на внутренние и наружные.

Всенаправленные антенны

Класс этих антенн является основным для построения беспроводных сетей. Основная масса «домашних» роутеров комплектуется именно этими антеннами. Они равномерно распространяют WiFi сигнал по всему радиусу своего действия. В основном всенаправленные антенны представляют из себя обычный штырь, распространяющий WiFi сигнал в плоскости, перпендикулярной собственной оси.

Вариант внутренней всенаправленной антенны

Обратите внимание – всенаправленные антенны должны устанавливаться лишь вертикально. Тогда распространение сигнала будет происходить правильным образом, и зона распространения беспроводной сети будет максимальной.

Иногда бывает, что нужно покрыть беспроводной сетью большую территорию, к примеру, какого-то производственного объекта. Тогда на центральном здании устанавливается наружная всенаправленная антенна, имеющая коэффициент усиления 8 дБ. Такая антенна способна передать WiFi сигнал в радиусе 600 метров со скоростью 54 Мбит и на 1800 метров со скоростью 1 Мбит.

Вариант наружных всенаправленных антенн

Направленные антенны

Этот класс антенн применяют для организации wіfі сети по типу точка-точка. Т.е. они хорошо работают, если вам требуется соединиться, лишь с одной точкой доступа или одним компьютером.

Пример работы направленных антенн

Пример работы направленных антенн

Внутри здания, направленная антенна способна «пробить» непроходимые стены для WiFi сигнала. Неплохим вариантом будет применение направленной антенны панельного типа. Эта антенна, представляет из себя плоский прямоугольник, способный излучать радиоволны в одном направлении. При этом коэффициент усиления может доходить до 6 дБ.

Вариант внутренней направленной антенны

А вот если вам потребуется передать сигнал, к примеру, на соседний дом, то можно применить наружную антенну цилиндрической формы. Она устанавливается горизонтальным образом и направляется в сторону места, где находится приемник. При помощи такой антенны можно добиться коэффициента усиления до 18 дБ.

Вариант наружной направленной антенны

Если вдруг вы не совсем уверены, где вам надо расположить вашу антенну, то можно использовать универсальный направленный вариант. Такой тип антенн подходит как для внутренней установки, так и для наружной. Коэффициент усиления около 8 дБ.

Вариант универсальной направленной антенны

Принципы размещения wifi антенны

На мощность wifi антенны влияет множество факторов.

• Если антенна всенаправленная, то размещать ее необходимо в центре здания.
• Антенна или сам роутер лучше устанавливать над уровнем мебели.
• Проверьте прошивку роутера, она должна иметь последнюю версию.
• Неплохо будет, если антенна будет располагаться вдалеке от окон, зеркал и стальных конструкций.

Подключение роутера к внешней антенне и его настройка

Для примера выбран роутер MikroTik RВ751U-2НnD.

Подключение внешней антенны

Берем роутер, и на задней панели ищем разъем MMCX.

Разъем ММСХ

Для подключения внешней антенны вам потребуется специальный переходник, который соединит ваш роутер с антенной. Обычно эти переходники имеют небольшой размер, приблизительно 20 см, поэтому их можно использовать два или три. Можно приобрести один переходник, но длинный. Теперь производим соединение, как показано на рисунке ниже.

Вариант подключения антенны

После выполнения физического соединения роутера с антенной, его нужно настроить, чтобы он ее «видел».

Настройка роутера на работу с внешней антенной

Для настройки роутера используется утилита WinBox. Запускаем ее на компьютере, подключенном к роутеру и в поле – Connеct To выбираем ваш маршрутизатор.

Выбор роутера

Для включения на использование внешней антенны выполняем следующие действия:

1. Открываем меню Wireless.
2. В меню – Interface заходим во вкладку НТ.
3. Из списка Antenna Mode указываем вариант работы – antenna b.
4. Жмем – Ок.

Настройка роутера

После выполнения настроек внешняя антенна должна работать параллельно с внутренними. Вдруг вы захотите, чтобы работала одна внешняя антенна, то уберите галочки с поля – chain0, а chain1 оставьте. Не забывайте жать – Apply, для сохранения настроек.

Пример настройки работы внешней антенны

Настройка мощности передатчика

В данном роутере присутствует возможность программно настроить уровень мощности Wi-Fi передатчика. Эта особенность может пригодиться, если понадобиться передать сигнал с внешней антенны на дальнее расстояние.

Для настройки мощности выполняем следующие действия:

1. Открываем меню Wireless.
2. B Wireless Tables указываем Wi-Fi интерфейс wlan1.
3. В меню Interface жмем кнопку – Аdvanced Mode.
4. Выбираем вкладку … , а там пункт Tx Power.

Настройка мощности передатчика

В появившемся окне можно настроить мощность передатчика. В Tx Power Mode можно выбрать режим установки мощности, а в Tx Power указать саму мощность.

Выбор режимов установки мощности

Виды режимов установки:

1. Default – в этом режиме мощность выбирается из таблицы расположенной в памяти роутера.
2. card rates – режим выбора мощности по специальному алгоритму с применением значения мощности, указанной пользователем.
3. Manual – тут можно для каждой скорости задать свою мощность.
4. all rates fixed – на всех скоростях мощность одинаковая, ее указывает пользователь.

Усилить WіFi сигнал просто и легко