Антенна с цилиндрическим волноводом

"Баночная" антенна, закрепленная на телевизионной антенной мачте

Рассказ о создании 10 км линка на основе спиральных антенн

wifi-antenna-helix-power

Изготовление спиральной антенны для беспроводных сетей диапазона 2.4 ГГц


Панельная секторная антенна FA-20 (18-22 dBi)

fa20-antenna

Wi-fi Bi-Quad антенна из коробки для CD и компакт диска своими руками

bi-quad2-09___



     
 
 
  • Разработка синтетических антенн
     
      http://www.wifiantenna.org.ua/antennas/razrabotka-sinteticheskih-antenn/
  • Антенна Бевереджа: преимущества
     
      http://www.wifiantenna.org.ua/antennas/antenna-beveredzha-preimushhestva/
  • Цифровые антенны и настройка
     
      http://www.wifiantenna.org.ua/hardware/tsifrovy-e-antenny-i-nastrojka/
  • Жизненно важные функции мобильных телефонов.
     
      http://www.wifiantenna.org.ua/hardware/zhiznenno-vazhny-e-funktsii-mobil-ny-h-telefonov/

Ноябрь 26, 2005

Изготовление спиральной антенны для беспроводных сетей диапазона 2.4 ГГц

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (8 голосов, средний: 4,13 из 5)
Загрузка...

Категория: Антенны — @ 11:05

Спиральную антенну, изобретенную в конце сороковых Джоном Краусом (John Kraus, W8JK), можно назвать самой простой реализацией антенны, которую можно представить, в особенности для частот в диапазоне 2-5 ГГц. Эта конструкция является очень простой, практичной и при этом надежной. Эта статья описывает, как самостоятельно сделать спиральную антенну для частот в районе 2.4 ГГц которая может быть использована, например, для высокоскоростных радиочастотных (S5-PSK, 1.288 Мбит/сек), 2.4 ГГц беспроводных сетей и любительских спутниковых (AO40). Развитие оборудования безпроводных сетей позволяет легко получить высокоскоростной радиодоступ с использованием стандарта IEEE 802.11b (также известного как Wi-Fi).


Краткий обзор теории

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата. Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль. Для того, чтобы передать максимум энергии, обе стороны соединения должны иметь одинаковую направленность поляризации, кроме случаев, когда используется пассивный отражатель радиоволн на пути передачи сигнала.

Усиление (G) антенны относительно изотропии (dBi) может быть расчитана по следующей формуле:

G = 11.8 + 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi               (1)

В соответствии с выводами Др. Даррела Эмерсона (Dr. Darrel Emerson, AA7FV) из Национальной Радиоастрономической Обсерватории, результат вычисления по формуле [1], также известной как формула Крауса (Kraus formula), 4-5 dB слишком оптимистичен. Др. Рей Кросс (Dr. Ray Cross, WK0O) проанализировал результаты исследования Эмерсона в программе анализа антенн ASAP.

Характеристика полного сопротивления (импенданса) (Z) полученной передающей линии эмпирически должна описываться формулой

Z = 140 * (C/l) Ohm                                    (2)

Реализация для частоты 2.43 ГГц (aka S-band, ISM band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах "Сделай сам" или у любого сантехника :) Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока. Этот провод имеет цветную поливинилхлоридную изоляцию и медный сердечник диаметром 1.5 мм. Обмотка проводом трубы даст результирующий диаметр D = 42 мм благодаря толщине изоляции.

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.


Рисунок 1. Использованные материалы с размерами.

Сопротивление антенны:

Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)

требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.

Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)

Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Из-за спиральной конструкции это соответствует 1/4 витка. Однако, с точки зрения механики, учитывая то, что необходимо позаботиться о водонепроницаемости, если антенна используется на открытом воздухе, есть более предпочтительные методы достижения сопротивления спиралью сопротивления в 50 Ом. Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала. После недолгих поисков в интернете были надены спирали, которые согласовывались таким способом, но неожиданно был найдена страница Джейсона Хеккера (Jason Hecker). Он действительно использовал элегантное решение согласования, используя медную лопатку в соответствии с ARRL Handbook. Так что вся хвала — ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).


Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.


Рисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)


Рисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты — на Рис. 5a и 5b:


Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГц


Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГц


Рисунок 6a Установка для измерения


Рисунок 6b "Спиральная антенна за час" и анализатор Rohde & Schwarz

И наконец, спиральная антенна в действии…


Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point ;-)


Рисунок 7b Вид снизу

 
 

78 Комментариев »

  1. А медную пластину нужно обязательно толстую, просто от текстолита слой меди не подайдёт? И ещё можете посоветовать как другой конец кабеля к компу подключить (есть конктор но он плохо держится на кабеле)

    Комментарий от Sonyhammer — Январь 23, 2008 @ 13:04
  2. тут при изготовлении возникло у меня два вопроса:
    1). Какой можно использовать провод от антенны к маршрутизатору и с каким штекером? Т.к. провод, который мне предложили в магазине для Линковских антенны, стоят по 20$ за метр, при необходимой длине 10 метров как-то не бюджетно получается….
    2). нужно ли подсоединять «экран» кабеля к квадратной пластине антенны?
    Спасибо

    Комментарий от Gray Cardinal — Январь 23, 2008 @ 15:56
  3. Скажите пожалуйста, какие требования к Точке Доступа для использования с такой антенной? На какие характеристики обратить внимание в первую очередь?

    Комментарий от GurMan — Февраль 7, 2008 @ 16:36
  4. Скажите пожалуйста, какие требования к Точке Доступа для использования с такой антенной?

    Антенне абсолютно все равно.

    Комментарий от webmaster — Февраль 7, 2008 @ 16:38
  5. Добрый день вам всем!
    Вот решил собрать этот хеликс, и тут возникло много вопросов. Решил выяснить сразу и все:
    1. Все понятно с материалами, но вот их размеры — я искал во многих местах 40 миллиметровую трубу, увы есть только 50 мм(внешний диаметр) — если я правильно понял то использовать нужно именно внешний 40 мм. — но вот парадокс — в калькуляторе, там где все пишут, что параметры надо вставлять в D*λ(Scalar)=0.3310 — почемуто рядом есть размер (Absolute)=4.0953 см.
    Так вот — какой размер надо учитывать Scalar или Absolute? потому что если Absolute то можно использовать и 50 мм трубу.
    2.Кабель от антены к точке — есть 75 Ом(антенный), 50 Ом (RG-58, говорят гавно), — может есть конкретные модели (точку планирую ставить в бокс на антенне , длина кабеля мах-50см.) посоветуйте. Паять планирую напрямую без коннекторов.
    3.Линк надо поднять на расстоянии мах — 10 км. Собираюсь творить 24 витка.
    4.Размеры медной пластинки оставлять исходными или для 50 мм трубы надо увеличивать?

    В общем самое главное меня интересует — возможность использования 50 мм трубы.

    Как лучше настраивать линк. 1 антена на крыше 4 этажки — 2 на высоте метров 10. на пути есть верхушки деревьев.

    Комментарий от Osterman — Февраль 8, 2008 @ 14:40
  6. У меня несколько вопросов:
    1.обязательно делать 2 спиральные антенны? Расстояние 200-300 метров.
    2.можно ли создать соединение с помощью баночной и спиральной антенной?
    3.если заменить медную пластинку на аллюминевую для волнового трансформатора, это сильно повлияет
    на соединение?

    Комментарий от LeoNeed — Апрель 22, 2008 @ 19:01
  7. Извиняюсь если подобный вопрос был, но все же: если диаметр трубы 40 мм и диаметр медного провода без изоляции 2,5 мм, то что вводить в поле Diameter калькулятора, 4,25 (диаметр трубы + диаметр провода) или 4,125 (диаметр трубы + половина диаметра провода)?

    Комментарий от Dimon — Апрель 30, 2008 @ 19:20
  8. Вопрос к этой палате N6: никто не пробовал использовать BlueTooth, которые на большое расстояние берут, например Usbbt100, или еще проще —
    выгода очевидна — девайс копейки стоит, подкл поUSB, но и проблемс: нет выхода на кабель — антенка встроенная -как согласоввывать
    -может просто в фокусе рефлектора на 0.23l воткнуть? -лень трубы канализационные покупать, может кто попробует…

    Комментарий от viktor1234567 — Август 7, 2008 @ 12:07
  9. Подскажите. Лист алюминиевый не удалось найти целый, в нем есть множество мелких отверстий. Как отразится это на работу ан на работу антенны, работа по изготовлению встала после того как не смог найти целые листы.
    обязательно ли требуется на конце антенны одевать заглушку?

    Комментарий от zaman — Февраль 25, 2009 @ 12:39
  10. всем доброе время суток!
    хочу соеденить свой комп с локальной сетью… расстояние всего метров 700-800, видимость прямая, решил собрать два хеликса а не банки, чтоб уж наверняка так вот, с антенной вроде вопросов никаких не возникает, все уже разжевано выше (всем огромное спасибо!!!).
    Но остальное немного не понятно (никогда не сталкивался с беспроводными сетями)… насколько я понимаю,
    со стороны сети должен идти кабель от свитча на точку доступа, от нее коаксиал к антенне, с моей стороны таже антенна, точка и сетевая компа. так вот меня интересует нельзя ли вместо первой точки роутер поставить, а вместо второй вообще напрямую к вайфай-карте антену подрубить (роутеры и сетевухи вайфайные дешевле чем ТД, только поэтому задаюсь таким вопросом). или может быть както еще это можно реализовать… заранее спасибо за ответ!

    Комментарий от IVI A X — Март 17, 2009 @ 23:47
  11. есть ли разница в проводе в талщине и в изаляции

    Комментарий от pavlofeltsan — Апрель 22, 2009 @ 23:27
  12. Автору сайта спасибо за материал, Есть одно «но» диаметр трубы влияет на расчеты?!,
    Если мне не изменяет память то в диапазоне 2443Мгц длина волны 12см(грубо) из расчетов следует что диаметр должен быть 31мм.

    Что касается спиральных антенн они ставятся 4 спирали на один отражатель, мало того провод используется из серебра! (так как добротность серебра намного выше) применяются в космонавтике, и мало того очень сложны в изготовлении, их сложно рассчитать — согласование итд.

    может что то взять менее сложное по расчетам?!
    например Щелевую антенну! или Би квадрат?!

    Комментарий от niko2202 — Апрель 28, 2009 @ 08:37
  13. всем драсте…….столкнулся с проблемой(((((собрал две спиральные антены(20витков-растояние между обьектами приблиз-3.5км)паял кабел-75Ом- прям к антене+есть кабель согласователь на 50 Ом входящий уже в устройства.К точке доступа длина кабела гдето 8м…..вторая антена приходит прям в wifi-сетевую такимже способом,но кабель длиной уже 20метров—меньше никак—так проблема в том,что точку то я вижу(свою точку + штук 15 других сетей),но не могу к ней приконнектица,мол на компе выдает —нет сигнала….направление антен проверял(ошибиться не мог—прямая видимость…антены одинаковые,направление витков тож)единственное но…на пути стоят вышки линий электропередач(по словам сотрудников,это не дожно влиять.мол у них разная частота)….мож кто знает чем можно полечиться????

    Комментарий от airlive — Май 21, 2009 @ 12:44
  14. Всем приветик… Люди у меня проблема… Растояния к точке доступа 1 км, прямая видимость…но идут високовольтные провода железной дороги… Хеликс сможет работать?!

    Комментарий от Immortal — Май 31, 2009 @ 10:19
  15. всем привет
    вот что я нашёл, может кому то поможет:
    http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%B0%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B

    статья про коаксильные трансформаторы

    ZВх = ρ2 / ZВых

    где Z — входной и выходной импеданс, ρ — волновое сопротивление отрезка линии.

    Комментарий от joher — Июнь 10, 2009 @ 04:03
  16. Ребят а если экран сделать не алюминиевым а медным: 1. размеры те же? 2. Хуже, лучше?

    Комментарий от Vladimir — Январь 1, 2010 @ 22:21
  17. 2Vladimir:
    Размеры те же, материал особого значения не имеет, главное, чтобы был токопроводящий.

    Комментарий от webmaster — Январь 2, 2010 @ 01:29
  18. Спасибо 2Vladimir:!

    Комментарий от Vladimir — Январь 2, 2010 @ 15:40
  19. Народ, подскажите какой тип антен лучше использовать на длинние дистанции около 7-8 км (баночние или спиральние на 2.4 ГГц) и какие на малие дистанции до 2 км.

    Комментарий от holubets — Март 3, 2010 @ 11:04
  20. я во всем этом полноценный никто…в связи с этим ….у меня такие крейзи вопросы
    1. Что-нибудь произойдет если взять две такие трубки….поставить на расстоянии около 5 сантиметров… и сверху и снизу от получившейся плоскости расположить 2 равно полярно повернутых электромагнита (возможно и постоянный подойдет)… все это включить…..я так думаю… сигнал -это заряженные частицы… при добавлении второй трубки мы увеличиваем их количество….а при помощи магнитом в несколько раз увеличиваем скорость «вылета» этих частиц….я так думаю что пробивная сила и дистанция должны вырасти…

    и еще..не исключаю что вторая трубка не нужна…

    прошу сильно не бить мне 15 лет…глупости сами лезут в голову

    Комментарий от TavR — Март 3, 2010 @ 14:47
  21. Я севодня собрал спераль с трубой вопрос так какоих размеров нужен треугольник и его толщина сколько мм .и еще дома интернет как мне подключить ету антену к роутеру еще нужно ставить усилитель мощнасти на растояние 3км извеняюсь за идотские вопросы просто новечек решил сделать для себя

    Комментарий от Kasper — Март 23, 2010 @ 22:33
  22. Всем привет, у меня вопрос, возможно глупый — а зачем нужен Н коннектор?? нельзя ли просто припаять центральную жилу к медному треугольнику, а оплетку к рефлектору?

    Комментарий от Chen — Май 30, 2010 @ 14:38
  23. Добрый день!!!
    Кто может сделать ету антену под заказ, и сколько ето будет стоить)))
    вот мой емаил: theend92@bk.ru.

    Комментарий от theend — Июнь 12, 2010 @ 17:03
  24. Провод для антенны лучше брать потолще, 1,5мм очень мало. Практика рекомендует выбирать толщины провода (0,03…0,05)*длинну волны. т.е. 4-6 мм. Поскольку такой достать проблематично. то можно использовать ПЭВ-1 диаметром 2,44мм или использовать металлические трубки подходящего диаметра.

    Комментарий от alexbas — Июль 25, 2010 @ 19:24
  25. прошло столько времени и не кто так и не понял что здесь наебалово?!

    Да-да, все уже давно это поняли, спасибо за конструктивный комментарий и ссылку на википедию: очень интересный ресурс, никогда раньше не слышал о таком!

    Комментарий от webmaster — Январь 20, 2011 @ 18:20
  26. Добрый день! вопрос: можно ли использовать трубу диаметром 50 мм. если да то сколько витков и и какой диаметр провода? немогу разобратся с калькулятором((. заранее благодарен!!!

    Комментарий от vavanec — Январь 21, 2011 @ 12:43
  27. Здравствуйте! Описываю возникшую проблему. Возникла необходимость передачи интернета по wifi. В 1-й точке передачи сети установлен модем D-Link DSL-2640U собственно сама точка доступа. 2-я точка компьютер с сетевым адаптером D-Link DWA-525. Расстояние между точками 400м. прямой видимости на высоте 12-13м. Были точно изготовлены две спиральные антенны по этому описанию http://www.wifiantenna.org.ua/antennas/helix/. Всё сделано согласно описанию. Размеры выдержанны настолько, насколько это возможно сделать в домашних условиях. Витки на обои антеннах намотаны в одну сторону. Обе антенны установлены на мачтах, так что обе находятся в прямой видимости. Просмотрели с помощью бинокля подкорректировали так что одна смотрит точно на другую антенну. Когда включили на 2-й точке, где установлен комп. с сетевым адаптером показало уровень сигнала 2%, максимально чего удалось добиться 7%, но самое интересное выход в интернет был тест скорости показал 3-3,5мб/с. Связь не устойчивая постоянно обрывалась. Сколько не крутили антенны, большего добиться не удалось. Ноутбук на земле сигнал ловил от 1-й точки (где установлен модем D-Link DSL-2640U) где-то метрах в 500 через ветки деревьев. Уровень сигнала показывал одно деления очень плохой. А от 2-й антенны (где установлен сетевой адаптер D-Link DWA-525) уровень сигнала пропадал метрах 200 от антенны. Длина обоих кабелей по 15 метров. Кабели 50ом. на антенных припаяны. Подскажите уважаемые, в чём причины плохой связи. Если нужно предоставлю доп. информацию. Заранее благодарю за ответ.

    Комментарий от Tapac13 — Май 22, 2012 @ 22:30
  28. Почему-то у спиральной антены описаной здесь есть ССУ, симметрирующе-согласующее устройство, а в Bi-Quad (как она здесь называется) нет, а ведь рассогласованность заметно влияет на коэффициент усиления…

    Комментарий от JoggeR — Март 17, 2013 @ 18:10

RSS комментариевTrackBack URI

Комментировать

Вы должны авторизироваться для того, чтобы оставить комментарий.

 

Все права защищены :) 2005-2016 Сайт хоститься на: Wordpress хостинг