Электрификация

Справочник домашнего мастера

Антенна 4G mimo своими руками

Касаясь темы антенн для 3G 4G и Wi-Fi, мы не можем обойти вниманием патч-антенны. Появление таких антенн возникло с развитием микрополосковой СВЧ технологии, в частности теории микрополосковых длинных линий передачи. Впервые идея такой антенны была предложена еще в 1954 году, однако тогда еще не было подложек для печатных плат с небольшими потерями и она была забыта. Второе рождение патч антенны состоялось в 1972 после доклада американца Роберта Мюнсона на научном симпозиуме. Антенна была им разработана для подвижных объектов, да и сейчас она пользуется особой популярностью у фанатов FPV.

Микрополосковые антенны на печатной плате применяются почти в каждом модеме или другом устройстве в качестве встроенной антенны. Такие антенны весьма технологичны и имеют низкую стоимость при массовом производстве. Не считая фрактальных структур, печатные антенны могут быть вибраторными, щелевыми, плоскими двумерными структурами. Последние представляют собой печатный излучатель в виде квадратной (прямоугольной) или круглой (эллиптической) пластины расположенной над слоем диэлектрика с металлическим экраном, другими словами изготовленные на базе двусторонней печатной платы. Это и есть патч-антенны.

Рассмотрим что из себя представляет прямоугольный патч.Это резонансная система с длинами сторон L и W близкими к половине длины волны с учетом укорочения в диэлектрике и влияния экрана. Такую конструкцию можно рассматривать как объемный резонатор открытый со всех четырех сторон. Не вдаваясь в теорию, будем иметь ввиду, что обе стороны с длиной L не излучают, а щели сторон W — излучают. Таким образом такой патч представляет собой стек из двух элементарных полуволновых излучателей.

К недостаткам печатных антенн относится их низкий КПД и относительная узкополосность 2Δf/f0 < 5%. Для расширения полосы применяют специальные ухищрения, например U-образный вырез в центре патча. Если вместо подложки использовать воздух и увеличить расстояние от экрана, то потери в антенне значительно уменьшаются, а полоса расширяется до 15%. Полоса пропускания прямо пропорциональна отношению h/W. Именно антенны с «воздушной» подложкой стоит применять в диапазонах 3G-4G. Ну и следующий логический шаг. Если к такому воздушному патчу добавить собирающую структуру в виде таких же квадратных пассивных элементов, по типу директоров в Uda-Yagi, мы можем значительно поднять коэффициент усиления такой антенны. Но стоит не забывать, что применение такой конструкции опять же сужает и без того узкую полосу пропускания антенны.

Коэффициент усиления патч антенны варьируется от 5 до 9 dBi и сильно зависит от параметров диэлектрика. Чем выше его диэлектрическая проницаемость, тем меньше размеры патча и направленные свойства антенны — хуже. Кроме того наличие диэлектрика понижает КПД антенны. При запитывании с краю патча, входное сопротивление антенны близко к 100 Ом у «воздушного патча» и в 2-3 раза выше этой величины у печатного. Для согласования с фидером 50/75 Ом точку питания сдвигают ближе к центру патча. При этом сохраняется настройка в резонанс и отпадает необходимость в специальных согласующих устройствах, что является еще одним преимуществом антенны. Хотя никто не мешает применять схемы с четвертьволновыми трансформаторами сопротивлений на микрополосковых линиях. Кроме того, из таких патчей относительно несложно создать многоэтажную антенную решетку с высоким коэффициентом усиления. Именно такие конструкции продаются под именем панельные антенны.

Если к патчу подключить второй фидер по оси Y на таком же расстоянии x0 от края, мы получим простейшую MIMO антенну, которую можно использовать в ближней зоне приема или как облучатель зеркальной антенны в случае дальней зоны от базовой станции. Срезав два противоположных угла антенны, мы получим круговую поляризацию, но для 3G-4G, Wi-Fi антенны это не актуально.

В заключении несколько слов о расчете таких антенн. Их в принципе можно рассчитать с помощью MMANA и подобных ей программ (GAL-ANA, NEC), для этого патч и экран представляют как сетку с очень большим количеством пересекающихся проводов. Но не факт что вы получите правильный результат на выходе. Так что лучше использовать профессиональные электромагнитные симуляторы, которые применяют для расчета метод конечных элементов, например: CST Studio, HFSS, Comsol Multisystems, EM.Cube. Упрощенный расчет можно провести у нас на сайте с помощью онлайн калькулятора патч антенны.

Ссылки по теме:

  • Простая патч-антенна на PCB для Wi-Fi.
  • Patch-Yagi пушка для Wi-Fi — особенности и перерасчет на другие частоты.
  • «Обрезанная пушка» из консервной банки с усилением 8.5 dBi;

Содержание

Внешняя антенна для 4g lte модема своими руками

Никогда русский человек при возможности сэкономить не откажется от этого. Если на даче или за городом, в квартире или коттедже низкая скорость Интернет, зачем покупать дополнительные устройства? Расскажем, как делается самая простая и дешевая внешняя антенна для 4g lte модема своими руками.

Характеристики внешних усилителей для модема

Антенны – это устройства для усиления сигнала. Они бывают разных типов:

  • узконаправленные;
  • секторные;
  • всенаправленные.

Самые простые – всенаправленные. Они могут принимать и передавать сигнал во все направления с одинаковой интенсивностью. Примером может служить обычный четвертьволновой вибратор. Если говорить упрощенно, это обычный кусок провода, имеющий длину в четверть волны принимаемого сигнала.

Секторная способна ограничивать излучение в определенном секторе. Например, если за всенаправленной антенной поставить лист железа, то получится секторная антенна с сектором в 180*. Такой лист железа называется экраном.

Самая эффективная — направленная антенна, которая является частным случаем секторной. За счет подбора (конечно же точного расчета на самом деле) кривизны экрана можно получить узко направленный луч излучения радиоволны.

Двумя основными характеристиками любого приемо-передающего устройства являются чувствительность и коэффициент усиления. Чувствительность влияет на качество принимаемого сигнала, коэффициент усилений – передаваемого. Измеряются эти параметры в dBi. Чувствительность измеряется отрицательным числом, коэффициент усиления положительным. Чем больше модули этих чисел – тем лучше, тем качественней ваше устройство. Например, чувствительность в -75dBi хуже, чем -83dBi. Коэффициент усилений 11dBi лучше, чем в 6dBi. Чем выше эти параметры, тем больше дальность устанавливаемой связи.

Это интересно: Почему не стоит покупать телевизионную антенну Бустер 5G?

Простая внешняя 4g антенна своими руками

Обычный собирающий фокусирующий внешний усилитель для модема продается в магазине и стоит денег.

Если у вас есть корпус от старого ПК (а их обычно жалеют выбрасывать и отвозят на дачу – вдруг пригодится), то вы можете сделать внешнюю направленную антенну 4g своими руками. Вам понадобится весь корпус, ножницы по железу и придется купить кабель USB для внешнего усилителя.

Описывать шаги не будем, их видно из чертежа.

И вот результат.

Можно упростить конструкцию.

Если нет куска металла, возьмите плотный картон и обклейте его фольгой.

Если лень обклеивать, поищите на кухне среди посуды. Можно сделать вот такую антенну для 4g модема своими руками.

Спасибо пользователю Укшуйник, который не поленился выложить все чертежи.

Панельная антенна 4g своими руками

Для изготовления внешней самодельной антенны для модема 4g lte своими руками вам понадобится:

  • Лист оцинкованного железа для панели размером 334мм*290мм и для четырех патчей, каждый из которых имеет размер 118мм*70.5мм.
  • Моток медной проволоки диаметром 2 мм.
  • Кусок медной фольги для вырезания пятачка диаметром 21 мм.
  • Пенопласт под патчи.
  • Клей для приклеивания патчей к пенопласту.

Все размеры внешнего устройства указаны на чертеже.

Сделайте чертеж внешнего усилителя на бумаге в натуральную величину, разложите патчи. Затем изогните проволоку и припаяйте ее к патчам. Высверлите отверстие для штекера кабеля в основании и припаяйте штекер. Затем вырежьте из пенопласта круги, приклейте их к основанию на места патчей. Сверху приклейте конструкцию.

Для использования такой внешней антенны для усиления 3g/4g сигнала своими руками модем должен иметь разъем для кабеля.

Антенна Харченко для 4g модема своими руками

Названо устройство по имени инженера, который первым придумал его. Это мощная внешняя антенна для usb модема 4g изготавливается своими руками, схему нужного варианта можно найти в Интернет. Мы приведем самый простой.

Все параметры рассчитываются в зависимости от частоты приема-передачи модема.

Понадобится медная проволока, лист алюминия толщиной 2мм. Сначала надо изогнуть проволоку таким образом, чтобы в середине ее стороны не касались. И припаять концы.

В центре пластины сверлится отверстие под кабель.

Затем на платине крепится проволока. Она не должна касаться рефлектора.

Расстояние 3,6 см.

Далее это крепится на кронштейн спутниковой тарелки или просто на палку.

Если модем имеет разъем под усилитель, то осталось только подключить. Если нет, то его тоже надо подготовить своими руками. Нужна медная фольга для печатных плат. Обмотайте модем на 2/3. Припаяйте кабель. Сделайте второй слой. И закрепите.

Все готово!

Также вы можете ознакомиться с обзором антенн 4g Mimo и узнать, как настроить 4g на телефоне.

Самодельная 4G антенна в домашних условиях — Харченко, MiMO и дисковая

Антенна 4G своими руками — неплохой универсальный и наиболее дешевый способ улучшить сигнал сотовой связи на даче или в загородном доме. Конструкция таких устройств простая, что дает возможность получать хороший и стабильный интернет-сигнал, если это позволяет расстояние до базовой станции оператора. Сделанный усилитель 4G сигнала своими руками можно подключить к роутеру и раздавать Интернет на смартфон, планшет или ноутбук. Достаточно провести грамотный расчет устройства, подобрать правильные размеры в соответствии со схемой и все собрать. Получится простой и достаточно мощный прибор, который позволит существенно улучшить качество, скорость и стабильность связи.

Описание устройства

Большинство пользователей мобильного Интернета проживает в сельской местности и за пределами крупных городов, используя данный вид связи как основной. Однако до сих пор в России есть места, которые находятся на относительном удалении от вышек и станций операторов, поэтому качество связи недостаточно хорошее для нормального пользования Глобальной сетью. В таких случаях на помощь приходят самодельные антенны для усиления 4G сигнала.

Обратите внимание! Первые такие изделия, как готовые, так и самодельные, использовались для улавливания телевизионных каналов. Впоследствии их заменили спутниковые тарелки и кабельное телевидение. С распространением мобильной связи и Интернета пользователи стали активно устанавливать антенны на дачах, в частных домах.

На сегодняшний день наиболее популярным и распространенным стандартом связи является 3G. Для его улавливания и усиления часто недостаточно простого модема. Даже несмотря на старания операторов связи и постоянную установку новых базовых станций, в некоторых местах проблемы с сигналом остаются. Сделанная антенна для модема 3G/4G своими руками, чертежи которой есть в общем доступе, помогают исправить ситуацию.

Важно! Если в местности проживания вообще нет сигнала от мобильного оператора, то устанавливать антенны и усилители бесполезно.

Существует два вида таких устройств:

  • внутренние;
  • внешние.

Кроме этого, внешние делятся на однонаправленные и всенаправленные. Также существуют многочастотные антенны, имеющие возможность одновременно работать в нескольких частотах и диапазонах.

Устройство и габариты

Также антенны делятся на несколько типов. Это могут быть комнатные устройства, работающие в помещении, или наружные, которые устанавливаются и направляются на вышку с улицы. Наиболее оптимальными и качественными являются приборы второго варианта.

Обратите внимание! Все представленные устройства используются как для приема, так и для передачи сигнала.

Для соединения с сетью антенна принимает и усиливает сигнал от базовой станции, который впоследствии передается на модем при помощи USB порта и провода. Внешние усилители делятся на такие основные типы:

  • направленные;
  • всенаправленные;
  • широкодиапазонные или многочастотные.

Направленные делятся еще на три различных подвида:

  • способные улучшать сигнал только с одной стороны;
  • секторные, так же, как и первые, относятся к однонаправленным устройствам. Они имеют возможность работать в одном направлении, но при этом охватывать дополнительное пространство;
  • всенаправленные, что значит усиливают сигнал одновременно с нескольких сторон.

Как произвести предварительный расчет

Для качественной работы антенны в любом месте требуется предварительный расчет ее параметров. Устройство состоит из нескольких частей:

  • вибратора;
  • провода антенны;
  • блока передачи сигнала;
  • отражателя.

Требования к вибратору

Материалом для производства этой части служит медь или алюминий. Они стойки к коррозии и обладают хорошим вибрационным эффектом. Размеры представленной части совсем небольшие, а материал мягкий, поэтому соединение с проводом проводится методом пайки. Поперечное сечение находится в пределах 5-7 мм, а его диаметр должен превышать 3 мм.

Обратите внимание! Кроме этого, важно соблюдать симметрию квадратов и боковых поверхностей.

Провод

Для приема мобильного сигнала требуется определенный размер противодействия волны. Это значение должно составлять 55 Ом или 80 Ом. Во избежание потерь мощностей требуется провод с минимальным сопротивлением. Он имеет множество положительных сторон, выдает максимальные электронные данные, имеет небольшую потерю сигнала и подходит по габаритам для соединения с вибратором.

Рефлектор

Это наибольшая по габаритам часть устройства. Имеет непосредственное влияние на прием сигнала. Рефлектор можно сделать из металлической пластины. Если подобной под рукой нет, то подойдет даже дно старой кастрюли или обмотанная фольгой часть картона, а лучше фанеры. Некоторые умельцы создают небольшие отражатели из обыкновенного компакт-диска, к которому крепится модем, улавливающий усиленный сигнал.

Важно! Размер рефлектора должен быть сопоставим по масштабу с габаритами вибратора.

МИМО

Это устройства панельного типа для приема и усиления качества сигнала, которые работают с несколькими входами потоковых данных, соответственно, и несколькими выходами таковых. МИМО антенна для 4G своими руками собирается немного сложнее, чем обычная. Однако при наличии схем и чертежей все получится.

При выборе такой антенны нужно учесть, что не все операторы могут полноценно работать с этой технологией. Примечательно, что скорость передачи информации при технологии МИМО равна 100 Мбит/сек. Это превышает показатели обычных антенн в 2 раза.

Обратите внимание! Такой прибор состоит из одного корпуса, внутри которого находятся две закрепленные антенны. Прием и передача сигнала происходят обеими частями одновременно и проходит по разным каналам.

Внешние усилители и их характеристики

Наиболее ответственным и влияющим на качество передачи данных параметром является коэффициент усиления сигнала. Им нужно руководствоваться при выборе антенн:

  • при дальности 1-3 км до точки с хорошим сигналом нужна антенна с коэффициентом усиления 14 дБ;
  • при дальности 3-8 км требуется коэффициент усиления 18 дБ;
  • при дальности 8-12 км подойдет антенна с коэффициентом 20 дБ.

Процесс создания

Этапы сборки будут зависит от того, какой тип устройства был выбран.

Простое внешнее устройство

Обычная внешняя антенна представляет собой прибор для усиления качества сигнала сотовой сети, который устанавливается на улице. Может иметь различный внешний вид, например, в виде большого уловителя из пластины или простой телевизионной антенны, приспособленной для сигнала 3G.

Обратите внимание! В случае с внешними антеннами большую роль играет качество изоляции, поскольку усилителю придется работать в различных погодных условиях.

Важное значение в подобных устройствах имеет выбор наилучшего места для установки и направление в сторону базовой станции. Кроме этого, их следует качественно изолировать, чтобы вода не попала в места с микросхемами и проводными соединениями.

Рефлектор создается из металлического листа, который рекомендуется закруглить. Если нет стали, то можно использовать фанеру или картон, который следует обмотать фольгой.

Панельная антенна

Представляет собой большую металлическую пластину с закрепленными на ней патчами или небольшими панелями для лучшего улавливания. Для создания 4G антенны — «пушки» — своими руками нужно купить:

  • ребристое оцинкованное железо для создания панели (один лист с размерами 334×290 мм);
  • для создания патчей четыре листа оцинкованного железа (размерами 118×70,5 мм);
  • медную проволоку (диаметром 2 мм);
  • медную фольгу, желательно несколько больших кусков (вырезать окружность диаметром 21 мм);
  • пенопласт для патчей;
  • супер-клей.

Антенна Харченко для 4G модема своими руками

Она была названа в честь ученого, который впервые изобрел такое устройство. Является одной из наиболее простых по конструкции антенн для мобильного сигнала. Для сборки нужны:

  • спиральная проволока;
  • коаксиальный кабель;
  • стержневая деревянная рейка;
  • плоскогубцы, молоток, нож.

Обратите внимание! Перед сборкой очень важно провести качественный расчет.

Для этого рекомендуется посетить специализированные сайты, имеющие онлайн-калькуляторы.

Этапы сборки:

  • определить поляризацию и частоту волны. Устройство должно быть линейным;
  • сделать биквадратный тип антенного устройства в виде зигзага из меди. Все элементы должны быть расположены по углам, одним из которых соприкасаться. Для поляризации горизонтального типа восьмерка должна стоять стоймя. Если делать вертикальную поляризацию, то конструкция устанавливается на бок;
  • сторона квадрата рассчитывается по специальной формуле: длина волны, поделенная на четыре;
  • сборка конструкции, она должна быть овальной формы.

Таким образом, в создании усиливающего устройства нет ничего сложного. Главное — выбрать подходящий тип, следовать инструкциям выше и производить точные расчеты.

Сообщества ›
Сделай Сам ›
Блог ›
Антенна для приема цифрового тв формата DVB-T2 (антенна Харченко)

Всем привет!

Пишу для тех, кто никогда не сталкивался и может быть по какой-то причине не знает про возможность просмотра цифрового тв, его качества, ну и всяких таких вещей.

Сам я, лично, ТВ не смотрю уже очень давно. Зато его смотрят родители, бабушки дедушки. Поэтому иногда все же приходится с ним как-то сталкиваться.

Так, краем уха видел как мама девушки пыталась что-то мутить с приставкой для цифрового тв у себя, а также у бабушки. Так я впервые о нем услышал. И уже знал, что оно существует и вроде как лучше по качеству. Но больше этот вопрос как-то не изучал.

Зато год назад мы решили обновить телевизор бабушке и покупали его, естественно, сразу с условием, что он могет в цифровое ТВ. Да и обязательно в актуальном формате — DVB-T2.

Купить купили, поставить — поставили. А вот с ловлей сигнала вышла засада. Как-то не хотела старая антенна, стоящая на крыше, ловить цифру, да и аналоговые сигналы тоже не очень-то радовали своим качеством. Даже с усилителем. Ох долго я промучился с ее настройкой, постоянно лазя на чердак. Но так ничего дельного и не добился.

Зато в процессе мучений мы все же догадались залезть в интернет и найти заветную статью про Антенну Харченко. Дескать очень простая антенна, как раз для цифрового тв. Делается на коленке, но работает обожемой.
Ну делать нечего. Нашли кусок медной проволоки с метр, согнули как надо. Припаяли провод и повесили сие творение на занавеску. И о чудо! ТВ радостно просигнализировал о найденных 10 каналах с башенки, стоящей всего-ничего в 30 км по прямой от нашего местонахождения. Результат, так результат! Работает уже больше года!

Ну а тут новое лето, наша дача, наша баня. Очень хотелось оформить в баню зомбоящик. Ну так, чтобы можно было иногда что-то включить. Футбольчик там или фильм какой. Ну и естественно, имея в виду полученный год назад опыт, ТВ брался сразу с заточкой под цифровое ТВ (со спутником не хотелось морочиться).

И под него же была изготовлена новая антенна, о чем собственно я и пишу настоящую статью.

Итак, по антенне.
А точнее, сначала, про цифровое ТВ.
Я не спец, и постараюсь описать простыми словами как я это понимаю. В моем понимании цифровое ТВ схоже очень с принципом передачи инфы в интернете. На антенну поступает не аналоговый сигнал, а уже цифровой, что позволяет обеспечить очень высокое качество картинки. Правда и минусы свое тоже имеет — если сигнал плох, то в аналоговом ТВ у тебя лишь станет хуже изображение и (или) звук, в цифровом же — пропадет вовсе.

По нашей стране натыканы башенки, излучающие это самое ТВ. Их наличие и расположение (это важно) вы можете посмотреть

При этом излучается не все каналы сразу, а как-бы пакетами (мультиплексами), объединяющими в себе с 10-к каналов. Сейчас всего существует 2 мультиплекса. Их состав можно посмотреть на том же сайте. Мультиплексы вещаются на разных частотах разными башенками. Поэтому, не факт, что в одном месте вы сможете поймать сразу оба (в центральном регионе РФ вот часто можно встретить ситуацию, когда 1-ый мультиплекс вещается, а по 2-му только строится башенка).

Поэтому, первым делом, лезем на тот сайт и смотрим — какая к вам ближайшая башня. На каких частотах (каналах) она вещает. Насколько она далеко. Затем уже готовим антенну под параметры этой башни.

По самой антенне.
Инструкций как сделать такую антенну в интернете очень много. Называется она антенна Харченко. Используется как для ловли сигнала ТВ, так и для усиления 3G сигнала, и вроде как WI FI. Но для разных сигналов делается немного по-разному. Речь сейчас идет про ТВ.

Принципиально готовится она так.
Смотрим параметры вашей башни (на каких частотах вещает) и загоняем данные в калькулятор. Например
Получаем нужные Вам размеры антенны.

Берем провод сечением от 1 мм до 12 мм (взял примерно, я точно хз сколько нормально), сам я использовал жилу из провода на 1,5 квадрата. И загибаем его по полученным в калькуляторе размерам. Должно получиться что-то вроде такого.

Затем берем антенный провод и припаиваем его жилу к одному внутреннему углу (в центре), а оплетку к другому. Фиксируем все термоклеем и, в принципе, антенна готова. Дальше только направляем ее в сторону вашей башни и ловим сигнал. Чем дальше башня, тем соответственно сложнее поймать сигнал. Как я уже говорил, вот такой простой антенной, висящей на шторке, мне удалось поймать сигнал аж за 30 км. Правда, местность не такая лесистая.

У нас же на даче был выбор из 2-х башен. Одна находится в 9-ти км, но вещает только Первый мультипекс. Вторая находится с другой стороны в 42 км, зато вещает оба мультиплекса. Изначально антенну собирал по первую башенку. Но в процессе настроек и экспериментов понял, что вполне себе можно ловить вторую, но об этом ниже.

Для этого был изготовлен отражатель из сетки для барбекью.

Сквозь которую дополнительно были просунуты еще медные провода (чтобы сделать именно сетку, т.к. изначально там были только линии).

Сама же антенна была установлена на трубки ПВХ (вплавлена в них). А с другой стороны в эти трубки были вплавлены гайки, которые были притянуты к сетке болтами.

Все это было посажено на черенок от лопаты, который был вставлен в спец крепеж для антенн, купленный в леруа. Соответственно сия конструкция была водружена на баню.

Как писал выше, антенна была изначально заточена под первую башню. Но ловить то хотелось сразу все 20 каналов. Поэтому повернул ее в сторону дальней башни и вуаля — все ловит. 42 км лесистой местности. Показывает уровень сигнала в 78 %. Правда, сигнал иногда все же прерывается.
Пути решения проблемы были такие — переделать антенну под дальнюю башню (увеличить стороны квадратов, а также изменить расстояние до рефлектора), либо поставить усилитель.
Я конечно, собирался пойти по первому пути, но как-то до того, как дошли руки, увидел в леруа усилок за 300 рублей. Ну и купил. Чего-бы не попробовать? Попробовал! Сигнал стал 100 % даже на этой антенне 🙂 Ну и ладушки. Пока ничего не менял.

По итогу имеем 20 цифровых каналов отличного качества. Причем сигнал не зависит от погоды. Мои родители смотрели матч Россия — Хорватия где бы вы думали?) Конечно в бане! Т.к. триколоровский спутник в даче приказал долго жить из-за дождя 🙂 Так что матч ими не был пропущен 🙂

Полный размерКак-то так

Из затрат фактически понес только на спец крепеж для антенны, да на усилок. Остальное пособирал по участку.

Сегодня мы с вами, уважаемый аноним займемся тяжелым вооружением, а именно разнообразными Wi-Fi/3G/4G пушками. Не так давно это оружие попало на Ютуб благодаря известным видеоблогерам под ником KREOSAN. Оно было подано в присущей этому видеоблогу манере как некий суперкреатив, поэтому анонима терзают смутные сомнения, а можно ли верить в достоверность всего этого? Давайте займемся поиском ответа на этот вопрос…

Прежде всего обратим ваше внимание, что сама идея этой Wi-Fi пушки была предложена И.Панченко на форуме lan23.ru еще в далеком 2007 году, но ни в видео, ни в описании к нему об этом нет ни слова. Не хороший поступок для суровых креосанов, не правда ли, Карл?

Правда стоит отметить, что на странице антенны на lan23.ru в описании и на картинке внизу размеры совершенно разные. Сразу скажем, что оба варианта рабочие, но какой из них выбрать?. Более того, на самом форуме и в сети можно найти еще до 3-4 различных вариантов размеров. Да и в самом креосановском видео мелькает чертеж, на котором рефлектор выполнен с бортиком, а в видео он без бортика, что опять порождает некие сомнения. Вариант без бортика изначально был предложен И.Панченко, обкатан им на реальном линке и доведен до ума по приборам, так сказать в боевых условиях. Он же реализован в видео KREOSAN. Чтобы все это понять, надо перечитать внимательно все обсуждение на форуме. А представьте себе когнитивный диссонанс анонима, который слабо понимает о чем вообще на форуме идет речь (ну не специалист он в антеннах СВЧ!) и впервые нашел это описание с непонятными размерами. Так что спасибо KREOSAN’у, что живой помог анониму определиться с выбором варианта. При анализе модели в HFSS наглядно видно, что антенна должна быть без бортика.Как мы видим, по КСВ < 2 антенна имеет очень широкую полосу пропускания. Это обуславливает ее неплохую повторяемость, что очень важно. Плюс к этому и другие существенные преимущества антенны, о чем пишет И.Панченко в описании. Антенна известна еще со времен исторического материализма и расово правильное ее название ребристо-стержневая антенна, а вовсе никакая не «пушка». Вы можете увидеть один из ее вариантов еще на фото советского лунохода. Сейчас «new generation», не помнящие седой старины, дали ей название Patch-Yagi. Она имеет «наследственные» особенности от Uda-Yagi:

  • бесконечный набор вариантов размеров для заданных характеристик, другими словами поиск «фактических», «окончательных» правильных размеров не имеет смысла;
  • при большом числе элементов повторяемость падает, т.е. длинную «пушку» с большим числом директоров и усилением 20 dBi и более без настройки по приборам сделать не получится, работать она будет, но не лучше, а возможно даже и хуже короткой, другими словами изготовление «суперпушки» с числом директоров более 5-и в кустарных условиях не имеет смысла;

Можно конечно и здесь предъявить некие претензии, типа данный набор размеров от И.Панченко не оптимален, неидеален, не кошерный, не православный и т.д., особенно если не получилась практическая реализация пушки. А где вы видели идеальные антенны? Антенна просто очень хорошая, вот и все. Это подтверждается, кстати, непосредственными измерениями:

Представляем вашему вниманию онлайн калькулятор этой пушки для пересчета на другие частоты.Схематичное изображение 7-дисковой пушки авторства И.Панченко (или из видео KREOSAN):

ВВЕСТИ ДАННЫЕ:

Исходный код Javascript:
© 2018 Valery Kustarev
Ограничения и особенности расчетов антенн

Расстояния h0, h1…h5 в модели фигурируют как расстояния от начала одной пластины до начала следующей, если за точку отсчета принять тыльную сторону рефлектора и двигаться в направлении последнего директора. Таким образом, они эквивалентны расстоянием между осями пластин.

Аноним может задаться вопросом, а почему на канале у KREOSAN «3G/4G пушка» имеет на один диск меньше? Мы тоже не знаем почему, чем они руководствовались и где взяли размеры. Есть подозрение, что они взяли за основу ту самую «картинку внизу» из первоисточника, о которой мы упоминали, масштабировали размеры и выдали за свое. Их ошибка в том, что в этой конструкции бортик обязателен, и если его убрать, то резонансная частота конструкции уходит вверх. В итоге «3G пушка Креосана» по ссылке имеет центральную частоту выше рабочего диапазона. Кстати ветка форума на lan23.ru не усохла (см. ссылку ) и там обсуждается это обстоятельство. Вывод из обсуждения — 3G/4G пушка от креосанов хоть и стреляет, но «криво». Зачем нам кривые пушки? Оно нам надо терять время даром? Вот именно. Лучше вместо этого обратить внимание на широкополосный Batwing…

Расчет 7-и дисковой пушки (которую мы рекомендуем для повторения) добавлен в наше приложение для андроид Cantennator. Тапайте на QR-код, если вы зашли сюда с мобильного или планшета или сканируйте этот код мобильным, если вы смотрите эту страничку на мониторе десктопа чтобы перейти на Google Play для загрузки. Не забудьте оценить приложение и оставить отзыв.

Особенности изготовления и конструктив антенны можно достаточно подробно посмотреть по ссылкам ниже. Отметим только, что толщину пластин можно менять в пределах 0,3..1 мм (рефлектор как несущий диск лучше взять толще, около 2 мм), а шпильки использовать не больше М6. Однако вероятность отрицательного результата будет намного меньше, если вы откажетесь от шпилек и будете паять диски на стальной или латунный штырь диаметром 2-3 мм (например на сварочный электрод как в оригинальной сборке). На самом деле применение шпилек с гайками не есть изобретение видеоблоггеров, а применялось намного раньше. Посмотрите хотя бы статью «ушкуйника» по ссылке . Просто гайками удобно подстроить уже готовую антенну по приборам (см. картинку выше, где пушка с гайками подключена к измерителю импедансов). Если у вас нет приборов, от шпилек и гаек лучше отказаться и делать по оригинальной статье (ссылка ).

На частотах 4G антенну можно использовать как MIMO, для этого достаточно подключить второй вход к активному диску под 90° к первому и на одинаковом расстоянии s от края диска (Как показано на рисунке, ну и это показал KREOSAN в своем видео по ссылке ). Те, кто прочитал статью о технологии MIMO, знают, что нам нужно иметь модем с двумя входами и две отдельных антенны с ортогональной поляризацией. В случае круглого патча мы можем объединить эти две антенны в одной. Это позволяет существенно уменьшить расходы на «железо», что является большим преимуществом данной антенны. Хочу особо обратить внимание анонима, пришедшего сюда с ютуба, что не нужно делать никакой гальванической изоляции между рефлектором и активным диском, а также между входами MIMO. При двух MIMO входах развязка между ними, при ортогонально поляризованных каналах, составляет около 18-20 дБ. При одном входе вообще нет внятной причины делать изоляцию между дисками. Более того, такая изоляция может привести к выходу модема из строя по причине атмосферной статики. В конце концов нужно понимать, что короткое замыкание, измеренное по тестеру, в тоже самое время на СВЧ может оказаться бесконечным сопротивлением, т.е. как раз той самой изоляцией. Поэтому можно не сомневаться, там нигде ничего не «коротнет». Конечно если вы сделаете все аккуратно. Вот такой парадокс, малята. Здесь на breadboard не проверишь, тестером не прозвонишь (и не надо звонить!), здесь рулят волны, фотоны, кванты и …

P.S: Необходимо обратить внимание на точку подключения фидера к антенне. На первом рисунке ниже изображен монтаж коннектора на фронтальной стороне рефлектора. Штырь, который идет от коннектора до активного диска должен быть того же диаметра, что и штырь коннектора. Можно подключаться непосредственно коаксиальным кабелем. В этом случае рекомендуется продлить экранирующую оплетку выше рефлектора на высоту около (0.5..0.75)*h0. Это уменьшает паразитную индуктивность центрального штыря и улучшает характеристики антенны. Ниже можно видеть как неправильно и как правильно подключается коаксиальный кабель к «пушке». Применение переделанных F-коннекторов, как у Креосана, не только допустимо, но и рекомендуется. Покупать дорогие N-коннекторы для непрофессиональной самодельной антенны по меньшей мере нерационально. Разве что они завалялись и пылятся у вас на полке без дела.

Отвечаем на многочисленные просьбы пересчитать антенну на 75 Ом. Размеры пересчитывать не надо, 7-и дисковая «пушка» с равным успехом работает как на 50-омную нагрузку, так и на 75-омную. Ниже приведен график КСВ Wi-Fi 7-и дисковой «пушки», рассчитанной для диапазона Wi-Fi, запитанной кабелем RG213 с нагрузкой 50 Ом и запитанной кабелем RG6 с нагрузкой 75 Ом с «правильным» подключением. Как видим, в пределах рабочего диапазона КСВ с обеими нагрузками не превышает двух. В начале статьи изображен график КСВ этой антенны, подключенной через коннектор к 50-омной нагрузке.

Ссылки по теме:

  1. — первоисточник описания пушки И.Панченко с подробным описанием технологии изготовления (размеры те же, что и в видео KREOSAN);
  2. — основная (неусохшая) ветка форума lan23, посвященная антенне;
  3. — подробное описание технологии изготовления пушки на give-all.biz;
  4. — еще один вариант ребристо-стержневой антенны на lan23;
  5. — видео на Youtube;
  6. — видео на Youtube;
  7. О Patch антеннах — основы;
  8. Простая Path-антенна на печатной плате;
  9. «Обрезанная пушка» из консервной банки с усилением 8.5 dBi;
  10. , альтернатива для тех кому квадраты вырезать проще чем круги.
  11. . (12 дисков, 50 Ом, усиление 13.6 dBi)
  12. — для тех, кому проще купить готовую «пушку»;
  13. Широкополосная антенна Batwing для всех основных диапазонов 3G/4G и Wi-Fi одновременно.
  14. Антенна «Гнутик» — простая проволочная антенна с усилением более 13 dBi для диапазонов G/4G и Wi-Fi

На какой диапазон эта антенна? Измеряем характеристики антенн с помощью OSA103 Mini

— На какой диапазон эта антенна?
— Не знаю, проверь.
— КАААК?!?!
Как определить, что за антенна у вас в руках, если на ней нет маркировки? Как понять, какая антенна лучше или хуже? Эта проблема меня мучила давно.
В статье простым языком описывается методика измерения характеристик антенн, и способ определения частотного диапазона антенны.
Опытным радиоинженерам эта информация может показаться банальной, а методика измерения — недостаточно точной. Статья рассчитана на тех, кто вообще ничего не понимает в радиоэлектронике, как я.
TL;DR Мы будем измерять КСВ антенн на различных частотах с помощью прибора OSA 103 Mini и направленного ответвителя, строить график зависимости КСВ от частоты.

Теория

Когда передатчик посылает сигнал в антенну, часть энергии излучается в воздух, а часть отражается и возвращается назад. Соотношение между излучаемой и отраженной энергией характеризуют с помощью коэффициента стоячей волны (КСВ или SWR). Чем меньше КСВ, тем большая часть энергии передатчика излучается в виде радиоволн. При КСВ = 1 отражения нет (вся энергия излучается). КСВ у реальной антенны всегда больше 1.
Если посылать в антенну сигнал разной частоты и одновременно измерять КСВ, можно найти, на какой частоте отражение будет минимальным. Это и будет рабочий диапазон антенны. Также можно сравнить между собой разные антенны для одного диапазона и найти, какая из них лучше.
Часть сигнала передатчика отражается от антенны
Антенна, рассчитанная на определенную частоту, в теории, должна иметь наименьший КСВ на своих рабочих частотах. Значит достаточно поизлучать в антенну разными частотами и найти, на какой частоте отражение наименьшее, то есть максимальное количество энергии улетело в виде радиоволн.
Имея возможность генерировать сигнал на разных частотах и измерять отражение, мы сможем построить график, у которого по оси X будет частота, а по оси Y — коэффициент отражения сигнала. В результате там, где на графике будет провал (то есть наименьшее отражение сигнала), будет рабочий диапазон антенны.
Воображаемый график зависимости отражения от частоты. На всем диапазоне отражение 100%, кроме рабочей частоты антенны.

Прибор Osa103 Mini

Для измерений мы будем использовать OSA103 Mini. Это универсальный измерительный прибор, который объединяет осциллограф, генератор сигнала, анализатор спектра, измеритель АЧХ/ФЧХ, векторный антенный анализатор, измеритель LC, и даже SDR-трансивер. Рабочий диапазон OSA103 Mini ограничен 100 МГц, модуль OSA-6G расширяет частотный диапазон в режиме ИАЧХ до 6 ГГц. Родная программа со всеми функциями весит 3 Мб, работает под Windows и через wine в Linux.
Osa103 Mini — универсальный измерительный прибор для радиолюбителей и инженеров

Направленный ответвитель

Направленный ответвитель (directional coupler) — устройство, которое отводит небольшую часть ВЧ-сигнала, идущего в определенном направлении. В нашем случае он должен ответвлять часть отражённого сигнала (идущего от антенны назад в генератор) для его измерения.
Наглядное объяснение работы направленного ответвителя: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY
Основные характеристики направленного ответвителя:

  • Рабочие частоты — диапазон частот, на которых основные показатели не выходят за пределы нормы. Мой ответвитель рассчитан на частоты от 1 до 1000 МГц
  • Ответвление (Coupling) — какая часть сигнала (в децибелах) будет отводится при направлении волны из IN в OUT
  • Направленность (Directivity) — насколько меньше сигнала будет отводится при движении сигнала в обратном направлении из OUT в IN

На первый взгляд это выглядит достаточно запутанно. Для наглядности представим ответвитель как водопроводную трубку, с небольшим отводом внутри. Отвод сделан таким образом, что при движении воды в прямом направлении (от IN к OUT), отводится существенная часть воды. Количество воды, которое отводится при этом направлении, определяется параметром Coupling в даташите ответвителя.
При движении воды в обратном направлении отводится значительно меньше воды. Ее следует воспринимать как побочное явление. Количество воды, которое отводится при этом движении, определяется параметром Directivity в даташите. Чем этот параметр меньше (больше значение dB), тем лучше для нашей задачи.

Принципиальная схема

Так как мы хотим измерять уровень сигнала, отраженный от антенны, подключаем ее к IN ответвителя, а генератор к OUT. Таким образом на приёмник попадёт часть отражённого от антенны сигнала для измерения.
Схема подключения ответвителя. Отраженный сигнал отводится на приемник

Измерительная установка

Соберём установку для измерения КСВ в соответствии с принципиальной схемой. На выходе генератора прибора дополнительно установим аттенюатор с затуханием 15 дБ. Это улучшит согласование ответвителя с выходом генератора и повысит точность измерения. Аттенюатор можно взять с затуханием в 5..15 дБ. Величина затухания автоматически учтётся при последующей калибровке.
Аттенюатор ослабляет сигнал на фиксированное число децибел. Главной характеристикой аттенюатора является коэффициент затухания (аттенюации) сигнала и рабочий диапазон частот. На частотах вне рабочего диапазона характеристики аттенюатора могут непредсказуемо изменяться.
Так выглядит финальная установка. Нужно также не забыть подать сигнал промежуточной частоты (ПЧ) с модуля OSA-6G на основную плату прибора. Для этого соединяем порт IF OUTPUT на основной плате с INPUT на модуле OSA-6G.
Для снижения уровня помех от импульсного источника питания ноутбука все замеры я провожу при питании ноутбука от батареи.

Калибровка

Перед началом измерений необходимо убедиться в исправности всех узлов прибора и качестве кабелей, для этого соединяем генератор и приемник кабелем напрямую, включаем генератор и проводим измерение АЧХ. Получаем почти ровный график на 0dB. Это значит, что на всем диапазоне частот вся излучаемая мощность генератора дошла до приемника.
Подключение генератора напрямую к приемнику
Добавим в схему аттенюатор. Видно почти ровное ослабление сигнала на 15dB на всем диапазоне.
Подключение генератора через аттенюатор на 15dB к приемнику
Подключим генератор к разъему OUT ответвителя, а приемник к CPL ответвителя. Так как к порту IN не подключено нагрузки, весь генерируемый сигнал должен отражаться, и часть ответвляться на приемник. Согласно даташиту на наш ответвитель (ZEDC-15-2B), параметр Coupling равен ~15db, значит мы должны увидеть горизонтальную линию на уровне около -30 дБ (coupling + затухание аттенюатора). Но так как рабочий диапазон ответвителя ограничен 1 ГГц, все измерения выше этой частоты можно считать не имеющими смысла. Это отчетливо видно на графике, после 1 ГГц показания хаотичны и не имеют смысла. Поэтому все дальнейшие измерения мы будем проводить в рабочем диапазоне ответвителя.
Подключение ответвителя без нагрузки. Виден предел рабочего диапазона ответвителя.
Так как данные измерений выше 1 ГГц, в нашем случае, не имеют смысла, ограничим максимальную частоту генератора до рабочих значений ответвителя. При замерах получаем ровную линию.
Ограничение диапазона генератора до рабочего диапазона ответвителя
Для того, чтобы наглядно измерять КСВ антенн, нам нужно выполнить калибровку, чтобы принять текущие параметры схемы (100% отражение) как точку отсчета, то есть ноль dB. Для этого в программе OSA103 Mini есть встроенная функция калибровки. Калибровка выполняется без подключенной антенны (нагрузки), данные калибровки записываются в файл и в дальнейшем автоматически учитываются при построении графиков.
Функция калибровки ИАЧХ в программе OSA103 Mini
Применив результаты калибровки и запустив измерения без нагрузки, мы получаем ровный график на 0dB.
График после выполнения калибровки

Измеряем антенны

Теперь можно приступить к измерению антенн. Благодаря калибровке, мы будем видеть и измерять уменьшение отражения после подключения антенны.

Антенна с Aliexpress на 433MHz

Антенна с маркировкой 443MHz. Видно, что наиболее эффективно антенна работает на диапазоне 446MHz, на этой частоте КСВ равно 1.16. При этом, на заявленной частоте показатели существенно хуже, на 433MHz КСВ 4,2.

Неизвестная антенна 1

Антенна без маркировки. Судя по графику, рассчитана на 800 МГц, предположительно для GSM-диапазона. Справедливости ради нужно сказать, что эта антенна также работает на 1800 МГц, но из-за ограничений ответвителя я не могу делать корректные замеры на этих частотах.

Неизвестная антенна 2

Еще одна антенна, которая давно валяется у меня в коробках. Судя по всему, тоже для GSM-диапазона, но уже лучше предыдущей. На частоте 764 МГц КСВ близок к единице, на 900 МГц КСВ — 1.4.

Неизвестная антенна 3

Это похоже на антенну Wi-Fi, но коннектор почему-то SMA-Male, а не RP-SMA, как у всех Wi-Fi-антенн. Судя по измерениям, на частотах до 1 ГГц эта антенна бесполезна. Опять же, из-за ограничений ответвителя мы не узнаем, что это за антенна.

Телескопическая антенна

Попробуем рассчитать, на сколько нужно выдвинуть телескопическую антенну для диапазона 433MHz. Формула расчета длины волны: λ = C/f, где C — скорость света, f — частота.

299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
Полная длина волны — 69,24 см
Половина длины волны — 34,62 см
Четверть длины волны — 17,31 см
Рассчитанная таким образом антенна оказалась абсолютно бесполезна. На частоте 433MHz значение КСВ — 11.
Экспериментально выдвигая антенну, мне удалось добиться минимального КСВ 2.8 при длине антенны около 50 см. При этом оказалось, что толщина секций имеет большое значение. То есть, при выдвигании только тонких крайних секций, результат был лучше, чем при выдвигании на ту же длину только толстых секций. Не знаю, насколько впредь стоит полагаться на эти расчеты с длиной телескопической антенны, потому что на практике они не работают. Может быть с другими антеннами или частотами это работает иначе, не знаю.

Кусок провода на 433MHz

Часто во разных приборах, вроде радиовыключателей, можно видеть кусок прямого провода в качестве антенны. Я отрезал кусок провода, равного четверти длины волны 433 МГц (17,3см), и залудил конец так, чтобы он плотно вставлялся в разъем SMA Female.
Результат получился странный: такой провод неплохо работает на 360 МГц но бесполезен на 433 МГц.
Я начал по кусочку обрезать провод с конца и смотреть на показания. Провал на графике начал медленно сдвигаться в вправо, в сторону 433 МГц. В итоге, на длине провода около 15,5 см, мне удалось получить наименьшее значение КСВ 1.8 на частоте 438 МГц. Дальнейшее укорачивание кабеля привело к росту КСВ.

Из-за ограничений ответвителя не удалось измерять антенны на диапазоны выше 1 ГГц, например, антенны Wi-Fi. Это можно было сделать, будь у меня более широкополосный ответвитель.
Ответвитель, соединительные кабели, прибор и даже ноутбук – это части получающейся антенной системы. Их геометрия, положение в пространстве и окружающие предметы влияют на результат измерения. После установки на реальную радиостанцию или модем, частота может сдвинуться, т.к. корпус радиостанции, модема, тело оператора станут частью антенны.
OSA103 Mini — очень крутой многофункциональный прибор. Выражаю благодарность его разработчику за консультацию при проведении замеров.

И так, для начала давайте определимся для чего это «Оружие» не массового поражения нужно. И так немного теории. Если мы используем в домашних условиях обычную встроенную антенну, то коэффициент усиления там не большой, но при этом радиус покрытия куда выше, то есть сигнал покрывает почти всю небольшую квартиру.

Если вы собрались делать Вай-Фай пушку, то вы должны понимать, что данное приспособление больше предназначено для связи двух сетей на несколько километров. То есть сам пучок бьет далеко, но имеет узкий радиус – об этом нужно помнить. Чаще всего такие антенны делают для создания моста между двумя сетями, который находятся на многокилометровом расстоянии. Например, в одном месте есть интернет и нужно его передать в дом, находящийся в глухом лесу на 10 – 15 километров.

Схема и размеры вайфай бластера

Самое главное, делать всё в точности по чертежу. Даже небольшое отклонение, будет ухудшать сигнал. Ниже вы можете посмотреть на чертёж. Я выбрал частоту диапазона 2.4 ГГц, а не 5 ГГц. Так как большая частота гасится куда быстрее, особенно это актуально для загородных домов вблизи леса. Конечно, можно установить её повыше, но лучше использовать популярный стандарт.

Подготовка материалов

И так, я пошёл в магазин и купил медный лист, так как он достаточно легко режется. И центральная жила у нас будет из шпильки, на которой будут намотаны гайки под данный диаметр. И так в первую очередь давайте возьмём и вырежем круги по диаметру. Используйте циркуль, и перед вырезанием обязательно – два раза проверьте размеры.

В центре аккуратно просверливаем дырки под диаметр нашей сердцевины. Лучше использовать сверло по металлу. Также на двух самых больших нужно также просверлить ещё по две дырочки – таким образом, чтобы они были напротив друг друга в конструкции. Смотрите по схеме в месте «SMA». Если не уверены, где сверлить, то сделаем это позже.

Сборка

Начинаем сборку нашей конструкции. Все делается под линеечку и ровно. Лучше как говорится 7 раз отмерить и проверить.

И так берём линейку и проверяем дырочки. Если вы их еще не просверлили, то нужно прочертить ровный угол до центра. А далее на 10 миллиметров от края сделать небольшое отверстие на предпоследнем круге (68). А потом делаем напротив следующего, самого большого круга (90) – такие же отверстия. Но так, чтобы они были ровно напротив, так как туда будет вставляться и припаиваться провод.

Домашняя антенна

В качестве подключения мы будем использовать стандартную антенну для роутера. Снимаем верхний колпачок. И отрезаем верхнюю основную часть, так чтобы остался только отрезок провода.

Теперь нам надо подготовить проводок от антенны. Смотрите, на конце надо оставить только провод. Далее будет идти обмотка и экранированная часть, которая будет чуть ниже.

Просовываем провод в одну из пар отверстий. Теперь к большому кругу надо припаять именно экран провода. После пойдет обычная обмотка и провод, который надо будет просунуть и припаять к второму кругу.

Надо закрепить наше орудие. Для этого можно взять любую металлическую плоскую балку. Просверливаем в нем нужную дырочку и прикручиваем с помощью гайки. К нашей антенне можно прикрутить любой передатчик.

Внешняя антенна

Пуляться из окон, это конечно хорошо, но эта штуковина больше подходит для наружного уличного использования. Так что теперь нам понадобится коаксиальный кабель с разъёмом.

Основу, которая идёт вокруг провода мы должны припаять к большому кругу, а саму сердцевину к следующей окружности. Если сердцевина слишком мала, то просто вытащите провод и оголите нужную длину сердцевины. Все, она готова! После этого закрепляем мощную Wi-Fi антенну-пушку и устанавливаем как можно выше.

Можно использовать кронштейн для надёжности. Для соединения двух сетей на большом расстоянии стоит сделать такую же. Правда надо будет потом ловить сеть второй и ставить её в нужное положение. После запуска антенны появилось в 4 раза больше WiFi сетей. Если попробовать использовать её в городе, то будет ещё больше.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх