WiFi антенна

Мой отец живет вдали от города и подключение к более-менее скоростному интернету является проблемой. Раньше он пользовался доступом через GSM, точнее GPRS соединение. Однажды, устав от того, что во время визитов к отцу у меня нет нормального подключения, и я не могу показать ему ролик на ютубе, я решил как-то исправить эту проблему. К тому времени я уже знал, что живущие неподалеку знакомые пользуются 3G (CDMA EV-DO Rev. A) интернетом от «Интертелекома», используя покупное решение — USB модем и детекторную антенну. Порывшись в характеристиках USB модемов, я решил сделать что-то похожее. К сожалению, попытки «уехать» на встроенной антенне успехом не увенчались. Но когда я воткнул в разъем для внешней антенны проволочку длиной 1/4 длины волны, подсоединиться с сетью удалось, правда только снаружи дома.

Из-за того, что непосредственно из дома соединиться все равно не получалось, пришлось изобретать другие варианты. Вполне рабочим вариантом оказался роутер с USB портом (я взял на тот момент самый дешевый TP-Link TL-MR3220), который был оставлен на чердаке вместе с модемом и моей офигенной антенной:

Через несколько недель я снова приехал к отцу и обнаружил:

1. Железная крыша серьезно экранирует сигнал от точки доступа, так что Wi-Fi доступен далеко не по всему двору;
2. Неожиданно пришло лето (ой!) и днем температура под железной крышей, прогреваемой солнечными лучами, стала больше 50° C; из-за этого модем и роутер стали очень горячими, что не сулило ничего хорошего;
3. Соединение было нестабильным и время от времени пропадало; тем не менее, производительность была весьма неплоха: 0.5/0.2 Mbit DL/UL.

Воодушевленный результатами замеров, я решил сделать что-то более надежное и внушительное :о), с антенной получше и установить все это хозяйство снаружи дома, чтобы уберечься от перегрева летом.

Поначалу я взялся за поиски готового корпуса для своего решения, в который бы поместились все нужные компоненты. Но очень скоро понял, что путь тупиковый: готовые корпуса либо были полностью герметичны (что не годиться, ибо для охлаждения нужна вентиляция), либо из-за своей конструкции практически гарантировали попадание воды внутрь. Кроме того, платить $50 за самый простой IP55 не входило в мои планы. Поэтому я решил надизайнить и сделать ящик самостоятельно.

Прежде всего я сделал листогиб для пластика (фото, к сожалению, не сохранилось) — просто натянул нихромовую проволоку между двумя большими шурупами, неглубоко ввинченными в деревянную рейку, и подключил к ней источник питания на 12V/10A с крокодилами. Мощность нагрева регулировал, меняя положение крокодилов. Этот листогиб я использовал для того, чтобы согнуть два листа полистирола размером 45 см*70 см вот в такие две загогулины:

Полистирол был выбрал во-первых потому, что он отлично выдерживает воздействия нашего климата, а во-вторых потому, что мне подарили несколько кусков ;о) С другой стороны, он весьма доступен — например в строительных магазинах (я видел в Эпицентре) продается прозрачные листы.

Листы были согнуты согласно этому чертежу. Должно получиться то, что на предыдущем снимке. Указанные размеры — в миллиметрах.

Учтите, что при сгибании листового пластика из-за его толщины (у меня были 3 мм) идеально четких углов не получится, они будут закруглены. Так что стоит это учитывать. Я сделал подгонку с по нижней части за счет боковых вырезов в основании.

После сгибания частей я собрал их, закрепил зажимами в нужном положении и просверлил 4 сборочных отверстия диаметром 3.2 мм по бокам. Затем были просверлены 6 мм отверстия под крепеж. Было запланировано вешать коробку на двух шурупах с дюбелями, ввернутых в стену.

Чтобы сборка была поудобнее, я скрутил винт М3 и гайку через монтажные отверстия основы, и заглубил гайку в пластик разогретым паяльником. Затем повклеивал гайки суперклеем в проделанные углубления.

Для защиты от влаги, вентиляционные отверстия пыли высверлены в местах, которые более-менее защищены от дождевых брызг. Но вот остальные места, кудой можно проникнуть внутрь, я закупорил при помощи самоклеющейся ленты, предназначенной для изоляции окон и дверей.

8 см кулер, который был выковырян из сломавшегося ATX блока питания, был установлен на крышке для принудительной вентиляции. Для этого я насверлил 12 мм отверстий, которые были закрыты сеткой из полиэстера. Сетка должна защищать внутреннее пространство от насекомых, которые, по опыту, намного опаснее, чем дождь, и норовят пролезть в тепло в самых неожиданных местах.

Для подогрева внутреннего пространства в морозы используются два соединенных последовательно 10 Вт 10 Ом-ных резистора. Расчетное тепловыделение сборки при 12 В питании будет 7,2 Вт.

На этом снимке все компоненты системы подогрева и вентиляции смонтированы на крышке. Я позже еще добавил два светодиода, чтобы контролировать включение/выключения вентилятора и нагревателя, но необходимости в них нету, установка продиктована исключительно моим любопытством и паранойей :о) Монтаж светодиодов и контролера был сделан при помощи одного из самых любимых моих инструментов — клеевого пистолета :о)

Для управления охлаждением (вентилятор) и нагревом (резисторы) я сделал простенький контроллер на основе компаратора LM393, нескольких резисторов и конденсаторов, 10КОм НТК термистора и сдвоенного N-канального MOSFET транзистора. Компаратор образует два триггера Шмитта. Я сделал расчеты этой схемы, используя онлайн-калькулятор на сайте Random Science Tools and Calculators с тем, чтобы включать вентилятор, когда температура внутри корпуса становится выше 30° C и отключать при понижении до 27° C. Нагреватель соответственно включается при охлаждении до 3° C выключается при подъеме до 7°. Расчеты были приблизительными, но тестирование показало, что я в них не ошибся.

Контролер запитан напрямую 12В/1А блоком питания.

Схема контроллера:

Список компонентов:

• IRF7103 SO-8 dual MOSFET 50V, 3.0A
• LM393 SOIC-8 dual comparator
• 0.1uF C0805 ceramic capacitor
• 1uF C0805 ceramic capacitor
• 3x Molex 2-pin polar connectors 0.1″ step
• 10K NTC thermistor R0805
• 33K R0805 resistor
• 39K R0805 resistor
• 330 R0805 resistor
• 2x 10K R0805 resistor
• 56K R0805 resistor
• 22K R0805 resistor
• 330K R0805 resistor

Для обеспечения дренажа на случай, если вода все-таки проникнет в корпус, вентиляционные отверстия были просверлены и в днище. Здесь также установлены SMA/RP-SMA коннекторы для Wi-Fi и 3G антенн и кабельный ввод для кабеля питания.

Для доступа в интернет я купил Novatel Wireless Ovation™ U720 EV-DO Rev A USB модем и подключил его к «Интертелекому», который работает в диапазоне 800 МГц.

Я заказал несколько кабелей MS-147-SMA для того, чтобы подключить внешнюю антенну к модему, но все, что прислали мне китайские «друзья» на поверку оказались с разъемами типа DB9, который на полмиллиметра меньше диаметром. В конце концов я плюнул, разобрал модем и подключился напрямую к карточке пигтейлом U.FL-SMA, убрав кабель от карточки к разъему MS-147. Кстати, U720 оказался USB — PCI-E адаптером, в который воткнута карточка PCI-E EV-DO модема.

Так как уровень сигнала сети CDMA в местности, где стоит точка, оставляет желать лучшего, я решил соорудить простенькую внешнюю антенну.

Воспользовавшись онлайн-калькулятором Slim Jim antenna calculator, я расчитал размеры, необходимые для работы в диапазоне CDMA 800 МГц. Терминалы CDMA 800, исходя из инструкции, работают в таких частотных полосах:

• Передача 824.7-848.31 MHz
• Прием 869.7-893.31 MHz

Я рассчитывал размеры для средней частотой между 824.7 и 893.31 МГц. Затем нарисовал по размерам линию в рисовалке, и вытравил ее на текстолите.

Так как у меня не было подходящей ёмкости для того, чтобы протравить плату длиной 30 см, и количество раствора в запасе у меня было ограниченным, пришлось сооружать ванночку из коробки из-под конфет и пищевой пленки :о) Я пользовался лазерным утюгом для переноса рисунка на плату, а травил в хлорном железе.

Для защиты антенны, и для облегчения ее монтажа, я заключил ее в внутрь отрезка водопроводной ПВХ трубы, диаметром 1/2 дюйма, и закрыл с обеих сторон заглушками. В одной из заглушек было просверлено отверстие для разъема SMA, к которому подсоединяется удлиняющий кабель из коаксиала RG-316, который я купил (как и коннекторы) на eBay. Обе заглушки для пущей надежности я заизолировал плавким клеем.

А здесь можно увидеть всю начинку ящичка в сборе. А вот список всего, с приблизительными ценами в USD:

1. 2x 45cm*70cm листовой полистирол — $15
2. Самоклеящаяся лента для окон/дверей — $3
3. 80mm вентилятор — $3 (Я забесплатно выковырял его из БП)
4. Климат-контроллер — $5 (на счет цены не уверен, потому что микросхемы я выковырял из старой материнки, все, что было куплено — это резисторы и термистор, а это стоит всего несколько центов; по чем брал текстолит — уже не помню, там кусочек совсем мелкий получился)
5. Нагреватель (2x 10W керамических резистора) — $1.5
6. Кусок ПВХ трубы, колпачки, защелки-держалки, разъемы SMA и текстолит для антенны — грубо около $10
7. RG-316 коаксиальный кабель (3м) и коннекторы — $10
8. Кабельный ввод и клемма — $2
9. 2x пигтейла (U.FL/SMA, RP-SMA male/female) — $8
10. Розетка на три вилки — $3
11. 12V/1A БП — $5 (не покупал, у меня завалялось несколько от старой техники)
12. Novatel U720 USB CDMA Rev.A modem — $40
13. TP-Link TL-MR3220 3G/802.11b/g/n wireless router — $40
14. Коллинеарная Wi-Fi антенна для диапазона 2.4 ГГц — $12
15. Суперклей и плавкие стержни, двухсторонний скотч, стяжки и прочая фигня — $5

ВСЕГО: около $160

Всего на конструирование и изготовление коробульки я потратил около 16 часов.

Советую зайти на flickr, кликнув по картинке выше, я там наоставлял notes для облегчения идентификации компонентов, если что вдруг непонятно.

Несколько фотографий собранной точки:

Wi-Fi точка была смонтирована на фронтоне близко к крыше с северно-западной стороны дома. Самая большая замеренная скорость, которую я видел, была 0.9/0.4 Mbps DL/UL ( мерял на speedtest.net), используя CDMA EV-DO Rev.A соединение. Без внешней антенны в месте, где работает эта точка доступа, соединение установить не удавалось.