Индикатор поля на 2,43 ГГц для антенн WiFi

В Интернете опубликовано много информации о самодельных WiFi антеннах. Так вот одну их них 16 элементную (DirectionalYagi), по сути волновой канал я собрал. Так вот если, со стандартной штыревой антенной видна из дома только одна WiFi сеть, то подключив DirectionalYagi, я увидел более 7 сетей. См. фото антенны.К сожалению, не удалось найти в Интернете информации о настройке СВЧ антенн на 2.43 ГГц, а тем более антенн для WiFi сетей. Есть только описания самих антенн. Данная статья позволит несколько заполнить создавшийся временный вакуум по данной теме.

Результат налицо, но как настроить, согласовать антенну на таких частотах, как 2,43 ГГц. Промышленные приборы для этого недоступны. Оказывается, если использовать стандартную сетевую карту WiFi, то можно довольно точно и очень наглядно оценить эффективность WiFi антенн, оценить влияние различных элементов антенны на ее эффективность и т.д.

Настройка антенны осложняется тем, что WiFi карты выдают имульсный высокочастотный сигнал длительностью порядка 500 мкс с перерывами по 100 мс и более. Для настройки таких антенн я изготовил СВЧ индикатор поля, который представляет собой
полуволновый штырь, к которому подключен классический СВЧ диод Д405 и осциллограф, как показано на фотографии. В качестве измерительного прибора используется обычный осциллограф С1-101, можно и любой другой.

Длина вертикального штыря 61, 5 мм, расстояние между точками подключения СВЧ диода и оплетки кабеля 25 мм. Именно использование осциллографа позволяет легко видеть продетектированные импульсы СВЧ излучения и измерять их амплитуду.
При работе WiFi сети (например, при запуске ping) на экране осциллографа будут видны короткие импульсы, по амплитуде которых можно судить как об эффективности антенны, так и о настройке ее элементов. Чувствительность индикатора такова, что пачки импульсов на экране осциллографа видны на расстоянии 2 м и более от антенны (можно сказать, что дальнее поле). На фото виден один из таких имульсов отрицательной полярности.

Используя этот индикатор я попытался улучшить характеристики антенны DirectionalYagi, где использован петлевой вибратор, подпаянный непосредственно к 50 омному кабелю. Я попытался его согласовать с помощью симметрирующе-согласующего устройства в виде полуволновой петли из кабеля, но результата, существенно улучшающего характеристики за счет усложнения не получил, единственно, на чем остановился - это на использовании ферритовых колец от компьютерных блоков питания, надетых
на антенный кабель.

Зато, влияние длины рефлекторов, директоров, расстояния между ними, расположения петлевого вибратора все это проявлялось великолепно. Можно даже приближенно оценивать и диаграмму направленности антенны. Следует учесть, что при настройке антенн, с помощью описанного индикатора учитываются характеристики импедансов самой WiFi карты, фидера и антенны.

Экспериментируйте господа!

Фокусирующая насадка на WiFi антенну роутера.

Кому и зачем это нужно

Если ваш WiFi роутер стоит в середине обслуживаемой территории и потери (например, стены и перекрытия) во всех направлениях одинаковы, то вам эта статья не нужна.

Но у меня получилось, что из конструктивных соображений роутер оказался в дальнем углу потолка второго этажа дома, в свою очередь стоящего в углу сильно вытянутого прямоугольного участка. Поэтому местами на нижних этажах и на дальнем конце участка, сигнал WiFi оказался слишком мал, т.к. большая часть энергии передатчика роутера уходила в ненужных направлениях, к соседям.

Следовательно, надо сконцентрировать сигнал в нужных направлениях и не "светить" в ненужных, т.е. организовать направленное излучение.

В принципе, проще всего это сделать фокусирующим отражателем (вроде описанного тут). Однако в данном случае применение отражателя оказалось неудобным. Отражатель ведь большой, и его трудно непосредственно надеть на антенну роутера. А паять кабель с выносной антенной не хотелось.

Поэтому потребовалась штука, фокусирующая WiFi излучение роутера в нужном направлении и при этом достаточно небольшая, чтобы ее можно было непосредственно использовать со штатной антенной роутера.
Решением оказалась металлодиэлектрическая линза, или (что то же самое) структура пассивных вибраторов от антенны Уда-Яги. Осталось сделать такую линзу на антенну WiFi роутера.

Изготовление

Потребуются:

1. ~ 35 см медной проволоки диаметром 0,8 ... 0,9 мм.
2. Обрезок толстого картона или ламината толщиной 4...6 мм и размерами 2 х 15 см (примерно).
3. Кусачки, обойный нож (если картон) или лобзик (если ламинат), сверло диаметром чуть меньше антенны роутера, шило.
4. Минут 15 времени.

Конструкция настолько проста, что расписывать её изготовление по шагам бессмысленно. Просто посмотрите на то,что должно получиться:

Размеры, не указанные на этом фото, не критичны. Если вибраторы на трении стоят не слишком плотно, закрепите их капельками супер клея. Прикладывать особые усилия по красоте конструкции не стоит: во-первых это мало что даст в смысле улучшения параметров антенны, во-вторых она все равно будет чем-то закрыта (роутеры редко ставят на видном месте).

А вот что очень важно: соблюсти точные длины вибраторов. Ошибка более 1 миллиметра тут недопустима. Также жестки требования в диаметру провода: нужен именно 0,8 ... 0,9 мм, т.к. при изменении диаметра уйдет резонансная частота элементов. Она также уйдет если на проволоке будет изоляция – элементы должны быть голыми (максимум в лаковой изоляции). Более свободные требования к расстоянию между вибраторами и их форме: тут вы можете промахиваться даже на пару мм.

Полученная конструкция надевается на антенну роутера на трении:

Подстройка и результаты

Направьте нашу насадку в сторону требуемого максимального излучения (самого удаленного потребителя).

Используя любую утилиту, показывающую уровень сигнала, на компьютере этого потребителя подберите положение насадки (вдвигая-выдвигая антенну роутера) по максимуму сигнала.

Такая линза в полосе в полосе частот Wi-Fi дает усиление около 10 dB (10 раз по мощности). Ее диаграмма направленности показана на следующем рисунке:

Полоса антенны превышает 150 МГц, что заметно шире диапазона WiFi (2412 – 2484 МГц) и позволяет простить небольшие погрешности изготовления и окружения.

Применении данной насадки позволило заметно поднять уровень сигнала на обслуживаемом участке: там где раньше уровень сигнала был 1 ... 2 "палки", теперь стало 3 ... 4 (по пятиступенчатому индикатору Win 7). Cвязь появилась и в тех зонах, где раньше ее не было.