Wi-Fi Cantenna на 2,4 ГГц: инструкция как сделать бюджетную антенну большой дальности действия


Предупреждение Никогда не направляйте показанное ниже изделие на людей и другие живые организмы.


Посвящается тем, кто не может купить себе нормальную дорогую антенну. Сделай сам. Изготовление cantenna резко усилит ваш Wi-Fi сигнал! Работает не только с адаптерами, но и маршрутизаторами, которые имеют внешний разъем под съемную антенну.

Требования для этого пошагового руководства

Материалы

  • Беспроводной маршрутизатор с внешним разъемом под съемные антенны, желательно с кастомной прошивкой или беспроводной USB-адаптер со съемной антенной (ALFA, TP-Link)
  • ПК, ноутбук или RPi. Работает даже на Nexus 5 c установленной Kali Nethunter
  • Пустая банка с плоским дном, желательно толстостенная и алюминиевая
  • Female N-connector (N-разьем «мама») с креплением под винты
  • RP-TNC-to-N-male cable - кабель для подключения к большинству маршрутизаторов (a.k.a. pigtail) или N-male to RP-SMA-male cable - кабель для подключения к USB адаптерам
  • Винты (иногда они поставляются с разъемом Female N-connector)
  • 2 мм медная проволока (если у вас есть обрезки кабелей, можно также найти достаточно толстый медный провод, чтобы вписаться в размер Female N-connector)
  • Паяльник (лучше использовать с тонким наконечником)
  • Припой
  • Кусачки
  • Цифровой (предпочтительно) или аналоговый штангециркуль (или просто линейка или рулетка) и отвертка
  • Открывашка (или что-то, чем снять крышку с банки)
  • Маркер для обозначения расположения винтов

Знания, навыки и способности

  • Умение паять
  • Установка компонентов с винтами
  • Базовое понимание концепции беспроводных сетей (радиостанции, волны, частоты и т.д.)

Как работает cantenna

Волновод

Радиоволны будут улавливаться в алюминиевой консервной банке и взаимодействовать с проволочным элементом, который посылает сигнал по соединительному кабелю в адаптер или маршрутизатор, а затем в ваш компьютер.

Размеры

Радио каждой частоты имеет различные волны. Длина сигнала волны это скорость волны, деленное на частоту. Представьте, что вы можете создать волны в небольшом бассейне. Скорость - это скорость, с которой волна меняет положение. Частота - как много волн вы можете сделать за x количество времени. Длина волны будет расстоянием между каждой волной, которую вы производите.

Теперь представьте, что вы хотите поймать некоторых из этих волн в алюминиевую банку. В нашем случае вместо волн беспроводной сигнал. Единственное различие - радио волны невидимы. Чтобы выяснить правильный размер банки, нам нужно сделать некоторые математические расчеты.

Руководящие принципы для измерения cantenna

Есть несколько основных руководящих принципов при расчете cantenna. Это также поможет осмыслить то, что делать, когда делать это, или если вы что то изменяете, это может работать на другой частоте.

  • Длина должна быть больше, чем 3/4 длины волны
  • Диаметр банки должен быть больше, чем 1/2 длины волны
  • Медный элемент должен быть около 1/4 длины волны
  • Медный элемент должен находиться на x миллиметров от задней части банки – это может основываться на наружном диаметре. Используйте калькулятор, чтобы определить свои размеры.

Существует онлайн калькулятор, который поможет вам определить размеры вашей cantenna. Но вот сайт больше не доступен в России, что не есть благо. Можно посмотреть сами знаете как. Как бонус прикреплю скачанную страницу в архиве к теме в самом низу. Пользуйтесь.

Формула для расчета длины волны

Важно знать, что радио волны распространяются со скоростью света, который составляет около 300 Мегаметров (Мм) в секунду (точной скоростью является 299,792,458 м/сек). Для этих целей легко впомнить формулы округления и преобразования Мегаметров в метры.

Длина волны (mm) ≈ скорости волны (Mm/sec) / частоту (GHz)

w = v / f

Мы знаем, v будет 300 (округляется, основанном на скорости света, упомянутым выше). Для f нам нужно подключить частоту Wi-Fi. Вы могли бы просто использовать 2.4, но для того, чтобы быть немного более точным, мы будем использовать более двух десятичных знаков. Для канала 6 в 2,4 GHz мы должны подключить 2.437. Решения для w дает ~ 123 мм.

w = 300 Mm / 2.437 GHz

w = 123.102175

Теперь, когда мы знаем волны для нашей радио частоты, мы можем начать расчет размеров на основе руководящих принципов, упомянутых ранее.

Так же можно рассчитытать антенну по этому методу:

  • D - внутренний диаметр банки
  • Lo - длина волны в открытом воздухе, равна 0.122 метра
  • Lc - нижняя граница затухания, GHz
  • Lu - верхняя граница затухания, GHz
  • Lg - длина волны в волноводе (в нашем случае - в банке)

Lc = 1.706D
Lu = 1.306D
Lg = 1 / (sqr_rt{(1/Lo)2 - (1/Lc)2})

Для использования с адаптерами стандарта 802.11b идеальны следующие параметры:

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

Разберем 2,4 GHz на мелкие кусочки

Если вы запутались, вместо 2.437 возьмите просто 2.4, Взгляните на таблицу ниже, чтобы увидеть, что каждый канал имеет свою собственную частоту. Можете изучить распределение радиочастотной диаграммы, которая дает очень широкие, но сложные обзоры всех доступных радиочастот. В основном просто знайте, что частота 2,4 GHz это не только 2,4 GHz, а на самом деле имеет значение от 2.401 GHz до 2.483 GHz. Хотя это может показаться странным, но если вы когда-нибудь изменяли ваш канал беспроводной связи в маршрутизаторе для получения лучшего сигнала, вы знаете, что это дает существенную разницу.

Нахождение волны любой частоты

Делаем cantenna работающей с любым беспроводным сигналом

2.4 GHz является общей частотой для Wi-Fi и его длина волны делает canntenna идеального размера – не слишком большой, но и не слишком маленький. Как только вы начинаете работать с другими частотами, размеры cantenna могут стать до смешного большими или невероятно малыми. По формуле выше вы теоретически можно сделать cantenna для любой частоты.

Создание cantenna (пошаговое руководство)

Размеры

Размер можно будет изменить для поднятия качества сигнала. Я буду использовать числа из таблицы выше для вычисления и измерения. Если размеры моей и вашей банки совпадают, то вы можете просто следовать инструкциям ниже. Если у вас есть различия в размерах, вам будет нужно рассчитать их на основании инструкции выше.

Очистка банки

Очистить от содержимого, удалить одно из донышек и так же можно убрать этикетку.

Старайтесь не использовать банки с ребристыми стенками, так как они могут вызвать внутренние отражение и рассеивание радиоволн. В интернете можно найти рекомендации по использованию банки от чипсов Pringles: это не лучший вариант, во-первых, она слишком узкая, во-вторых, в ней мало металла, в-третьих, она совсем неустойчива к плохой погоде, если располагать ее на улице.

Подготовка N-connector

  • Отмерьте ~63.5 мм от задней части банки (у вас будет своя длина из таблицы)

  • Отметьте место маркером - это будет расположение отверстия
  • Вырежьте отверстие и убедитесь, что центр круга совпал с отметкой выше и не «уехал»

  • Сделайте четыре отверстия для винтов, используя N-connector в качестве шаблона для их расположения

Подготовка медного провода нужного размера

Отрежьте кусок 2 мм медного провода длиной чуть больше чем 31 мм (ваш размер возможно другой и берется из таблицы)

Примечание - Эта сложный шаг, потому что провод должен быть 31 мм от точки, когда он выходит из N-connector. Для того чтобы припаять его к разъему, он должен быть немного больше по размеру. Чтобы не ошибиться я предлагаю отрезать больший кусок, установить его в разъем, а затем обрезать лишнее, после его установки.

Припайка медного провода к N-connector

Как только у вас есть медная проволока, отрезанная по размеру, она должна быть припаяна к разъему.

Если вы никогда не паяли раньше - учитесь! Никогда не поздно. Или попросите того кто умеет.

Предупреждение - Будьте осторожны, чтобы не расплавить пластик, содержащийся в N-connector. Его легко расплавить, поэтому я предложил бы использовать паяльник, который имеет более тонкий наконечник и меньше греется.

Монтирование N-connector

После того, как N-connector модифицирован, вы можете смонтировать его с помощью четырех винтов.

Подключение cantenna

Ваша cantenna готова: просто подключите соединительный кабель от cantenna к беспроводному маршрутизатору или беспроводному USB адаптеру. Маршрутизатор или адаптер должен иметь съемные антенны. Картинка ниже показывает пример как это сделать.

  • Прикрутите один конец pigtail в N-connector вашей cantenna

  • Прикрутите другой конец pigtail в совместимый маршрутизатор или USB адаптер

Усиление данной Wi-Fi антенны будет находится в пределах 10-14 dBi и лучевым покрытием равным 60 градусов.

Если вам потребуется использовать антенну на улице - придется изготовить водонепроницаемый контейнер. Подойдет трубa из PVC - целиком вложим антенну в трубу и загерметизируем при помощи крышек и PVC клея. Необходимо помнить об отверстии для Female N-connector. Всем спасибо за внимание и понимание.

Источник