В мой дом пришел интернет и вместе с ним кабель, создающий беспорядок, требующий сверления стен, дверных и оконных рам. Для подключения всех компьютеров к интернету потребовалось организовать сеть и проложить кабели между компьютерами. У нас есть несколько гаджетов, имеющих возможность выхода в интернет через Wi-Fi. Подключить гаджеты к сети через кабель нельзя. Самый дешевый путь решения всех появившихся проблем это установка роутера, к которому подключается кабель сети интернет. Роутер обеспечивает доступ к интернету всем компьютерам и гаджетам по радио.
У моих друзей локальная Wi-Fi сеть позволила подключить к интернету несколько строений во дворе частного дома, подключить к одному роутеру несколько квартир многоэтажного дома. Хорошая радиосвязь дает возможность подключения к интернету через один роутер нескольких компьютеров, расположенных в разных многоэтажных домах, образующих один двор. В условиях офиса значительно упрощается доступ всех компьютеров к интернету и снижаются затраты на обслуживание локальной сети. При обеспечении доступа к интернету людей находящихся в большом зале удобно расположить антенну точки доступа в углу зала на достаточной высоте над полом. В этом случае уместно использовать антенну с диаграммой направленности около 90 градусов. Для комфортной работы с информацией, поступающей из сети интернет через Wi-Fi, приходится повышать качество приема сигнала, которое увеличивает скорость обмена информацией интернета, что экономит время пользователя. Качество приема во многом зависит от уровня принимаемого сигнала и чувствительности принимающего оборудования. Роутер, который является точкой доступа и станция, которой может быть ноутбук или гаджет с Wi-Fi "на борту” ведут прием и передачу сигнала, выполняя обмен данными через антенну. Таким образом, антенна Wi-Fi устройства является приемопередающей. Для повышения устойчивости работы лучше установить хорошую антенну, а не дорогой усилитель, но хорошая антенна тоже стоит денег – замкнутый круг? Все дело в том, что антенна Wi-Fi не является сложным радиотехническим прибором, а представляет собой простую конструкцию, для самостоятельного изготовления которой потребуется два-три вечера и недорогие материалы. Если на точке доступа и на станции установлены хорошие антенны, то комфортность работы и дальность связи значительно возрастает. Даже установка одной антенны на станции дает хорошо ощутимый эффект.

Расстояние и скорость обмена информацией

Утомляемость пользователя при работе с интернет часто вызывает низкая скорость обмена. Соединение на некотором расстоянии имеет смысл, только если скорость обмена отвечает требованиям оператора. Расстояние между точкой доступа и станцией, скорость обмена данными и возможности радиотехнической части аппаратуры Wi-Fi позволяют выбрать компромисс приемлемый для каждого вида работы. Для самого простого случая – отправка и прием писем по электронной почте, установить соединение с необходимыми параметрами проще всего.
Если на одной стороне лини связи установлена антенна усилением 14 db, подключенная кабелем 5 метров, а на другом антенна, входящая в комплект поставки прибора связи Wi-Fi, то по данным сайта производителя сетевого оборудования D-LINK соединения на открытом пространстве возможны на следующих скоростях:

Расстояние между точкой доступа и станцией в метрах	Скорость обмена информацией мегабит в секунду
1300	2
660	5,5
470	11
420	22

На сайте D-LINK имеется калькулятор для расчета скорости обмена информацией: wirecalc.swf. Для удвоения дальности связи придется поднять выходную мощность на 6 db, для увеличения расстояния связи вчетверо, мощность передачи потребуется увеличить на 12 db.
В радиотехнике для оценки уровня сигнала чаще применяется величина децибел – db, более привычная единица мощности Ватт встречается реже и то в основном при описании параметра излучаемой мощности. Децибел используется для сравнения двух измеренных величин одного и того же параметра. Часто децибел применяется для отражения во сколько раз измеряемая величина больше принятого эталона. Децибел – логарифмическая величина. Если подключение антенны увеличивает уровень сигнала на входе Wi-Fi устройства в 1000 раз, то сигнал возрос на 30 db, если увеличение произошло на 20 db, значит, сигнал возрос в 100 раз, увеличение на 10 db означает улучшение сигнала в 10 раз.
В реальных условиях связь ведется через стены, деревья и другие препятствия. Крона дерева ослабляет сигнал на 0,5 децибел на метр. Потери в кабеле 50 Ом среднего качества можно оценить тоже как 0,5 децибел на метр. Стена дома может сократить дальность связи на четверть расстояния. Поэтому, если связь устанавливается между домами, напротив окон находятся деревья, то кроны трёх больших деревьев будут сокращать дальность связи до нуля. Если соединение устанавливается между квартирами, расположенными на верхних этажах домов, то благодаря установке хорошей антенны можно получить уверенное соединение на расстоянии 200-300 метров. Расстояние связи в 300 метров часто указывается производителями оборудования Wi-Fi, но на практике можно быстро убедиться, что с антенной прилагаемой к Wi-Fi устройству такая дальность недостижима. Работа на персональном компьютере не ведется на открытом пространстве, для которого производитель указывает дальность связи. А значит, для достижения связи на расстоянии 300 метров самостоятельно приходится принимать соответствующие меры.

Параметры антенны

Для устойчивой связи между компьютерами, установленными в разных зданиях, антенну нужно располагать вне здания. Место установки следует выбирать так, чтобы потребовался самый короткий кабель. В тоже время перемещение антенны на несколько метров может значительно улучшить прием сигнала даже при увеличивающейся длине кабеля. Например, сравнение установки антенны в правой и левой части балкона дало разницу в 5 децибел на одном и том же кабеле. К недостаткам внешней антенны можно отнести потребность в мачте, растяжках и трудоемкость установки. Также подверженность влиянию осадков и ветра снижают преимущества антенны, устанавливаемой за пределами здания. А если избежать этих недостатков, тогда снижается уровень вредного электромагнитного излучения, воздействующего на всех в помещении. Чувствительная антенна, располагаемая на стене здания и имеющая простую конструкцию, защищающую антенну от воздействия дождя и тумана будет удачным решением для улучшения работы локальной сети Wi-Fi.
Антенна не нарушает требований к излучаемой мощности и усиливает сигнал, но не в привычном смысле усиления. На самом деле улучшение приема происходит по другим причинам. Сигнал антенны из комплекта оборудования излучается равномерно во всех направлениях, или другими словами антенна имеет круговую диаграмму направленности. Мощность передачи распределяется равномерно между всеми направлениями. Прием сигнала ведется одновременно из всех точек пространства. Передача происходит из одной точки пространства, а из всех остальных точек поступают помехи. Источников помех, забивающих полезный сигнал бесчисленное множество, это не только соседние сети Wi-Fi, это микроволновки, мобильная связь, монитор ПК, зажигание двигателя автомобилей и многое другое. Усиление антенны заключается в концентрации передаваемой энергии в определенном направлении или другими словами – в сужении диаграммы направленности. Одновременно с этим антенна становится менее восприимчивой к помехам, поступающим от источников, не входящих в направление ориентации антенны и помехи меньше влияют на принимаемый сигнал, что снижает искажение полезного сигнала.
Усиление 14 децибел соответствует повышению излучаемой мощности на 25 мВт, 26 db соответствует повышению на 400 мВт, 30 db повышение на 1 Вт. Установка на двух сторонах связи приемо-передающих антенн, имеющих усиление по 14 db, даст улучшение связи, близкое к эффекту, получаемому благодаря установке одного усилителя Wi-Fi мощностью 1 Вт, что значительно снижает расходы и излучение сигналов, мешающих другим приемопередающим устройствам.
Изготовленная мною конструкция антенны и способ установки позволяют получить усиление 14 db и диаграмму направленности примерно 90 градусов. Антенны, обеспечивающие усиление порядка 14 db не требуют большой точности изготовления и для их сборки вполне подходят домашние условия. Для снижения требований к точности изготовления нужно применять проволоку возможно большего диаметра, одновременно со снижением требований к точности увеличивается широкополосность антенны, позволяющая принимать сигналы, передаваемые по всем каналам.

Конструкция и размеры антенны:


Антенна состоит из 32 квадратов согнутых из медной проволоки, имеющей диаметр 1,2 мм. Каждый из квадратов представляет собой вибратор с размерами, соответствующими длине волны канала 6 сигнала Wi-Fi диапазона 2,4 ГГц. Периметр одного квадрата – 123 мм

Номер канала	Частота сигнала, МГц	Длина волны, мм
1	2412	124,3
2	2417	124,0
3	2422	123,8
4	2427	123,5
5	2432	123,3
6	2437	123,0
7	2442	122,8
8	2447	122,5
9	2452	122,3

Благодаря множеству объединенных вибраторов возрастает усиление антенны. Экспериментально было выяснено оптимальное количество квадратов – 32.

Изготовление антенны

Начало изготовления антенны:


Для изготовления антенны потребуется отрезок медной проволоки диаметром 1-1,5 мм и длиной 4,7 метра. Длина указана с небольшим запасом. Отрезок проволоки нужно распрямить, выпрямить все вмятины. В начале изготовления проволока изгибается в центре отрезка на прямой угол, который будет местом подключения кабеля. Затем нужно выгнуть квадраты сначала из одной половины отрезка, затем из другой. Первым делается изгиб на расстоянии 28 мм от образованного ранее угла, далее проволока изгибается так, чтобы образовывались прямые участки длинной 61,5 мм как отражено на рисунке начала изготовления антенны. Если отсчитывать от центра антенны, где подсоединяется кабель, то участок 28 мм образует первый квадрат, участок 61,5 мм образует второй квадрат и так далее. Всего изгибая проволоку надо сделать 15 участков длинной 61,5 мм. Внимательно рассмотрите рисунок с изображением конструкции и размеров антенны. Затем ориентируясь по рисунку конструкции и размеров антенны следует изгибать проволоку, делая квадраты и прокладывать проволоку то сверху то снизу уже имеющейся заготовки как изображено на рисунке конструкции и размеров. Перед каждым изгибом на проволоку одевается полихлорвиниловая трубка и сдвигается до имеющегося угла, после изгибания трубка передвигается в точку пересечения. Перекрестья стягиваются нитью для стабильности конструкции. Нить не позволяет сдвигаться изолирующим трубкам.
Изготовленную металлическую конструкцию закрепляют на деревянной рейке с помощью полихлорвиниловой трубки малого диаметра. Центральная часть антенны, где припаивается коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, имеет зазор между соседними участками проволоки примерно 3 мм. Коаксиальный кабель закрепляется на рейке двумя витками полихлорвиниловой трубки. Места пайки кабеля изолируют друг от друга изолентой.

Проволочная антенна закреплена на деревянной рейке:


Перед дальнейшей сборкой следует проверить работоспособность антенны. Длина кабеля должна составлять около трех метров. Для проверки работоспособности в качестве станции можно использовать персональный компьютер, в системный блок которого установлен Wi-Fi модуль. К Wi-Fi модулю подключить антенну, поставляемую в комплекте с ним, усиление этих антенн 2 db или 3 db. Используя любую программу, отображающую уровень принимаемого сигнала в децибелах, следует определить уровни сигналов, поступающих от точек доступа. Отключить антенну из комплекта Wi-Fi модуля и подключить изготовленную антенну. Установить антенну вертикально. Должен возрасти уровень сигнала точек доступа, направление на которые перпендикулярно плоскости антенны. Например, если уровень сигнала точки доступа c именем NNNNN был –90 db, то теперь уровень сигнала NNNNN должен составлять –80 db. Ориентировочный расчет этих величин. Усиление изготовленной антенны 14 db, усиление штатной антенны 2 db. Превосходство самодельной антенны над антенной из комплекта модуля Wi-Fi: 14-2=12 db, потери в кабеле 1,5 db, следовательно, 12-1,5=10,5 db, поэтому увеличение сигнала должно составить около 10 db. Если 3 метра кабеля для временного размещения антенны за окном достаточно, то уровень сигналов от точек доступа, расположенных в видимости из окна должен возрасти ещё. Преимущество рассматриваемой антенны перед комнатными, также и в том, что исключается падение сигнала при поглощении в стенах дома. При повороте антенны вокруг вертикальной оси направление приема изменится, и уровни сигналов одних точек доступа увеличатся, а уровни других уменьшатся. Если усиление не возрастает по сравнению с антенной из комплекта Wi-Fi модуля, значит, антенна изготовлена неправильно.

Антенна в сборе перед герметизацией и покраской:


Антенну из проволоки, закрепленную на рейке, закрывают второй рейкой. Получившийся пирог стягивают двумя-четырьмя винтами. Кабель отводят перпендикулярно изготовленной конструкции. Щель между рейками герметизируют строительным герметиком. Рейки следует применять из сухого дерева, их красят несколько раз и высушивают после каждой покраски не менее трех дней. После сборки антенны и высыхания герметика всю конструкцию нужно покрасить.
Проволоку можно применить предназначенную для намотки трансформаторов, или извлеченную из одножильного медного провода. При отсутствии медной проволоки можно применить стальную, но при пайке коаксиального кабеля придется применить флюс – соляную кислоту травленую цинком. При использовании стальной проволоки увеличится трудоемкость изготовления. Коаксиальный кабель следует брать обязательно с центральной медной жилой и медной оплеткой для обеспечения возможности пайки кабеля. Экранирующий проводник только двухслойный – один слой экрана фольга, второй слой медная оплетка. Диаметр кабеля должен совпадать с конструкцией разъема подключения к Wi-Fi устройству.
Собранная антенна устанавливается в вертикальном положении. Конструкция позволяет установить антенну снаружи на стене здания, при этом кабель можно ввести в помещение через отверстие в стене для подключения к любому устройству, работающему в диапазоне 2,4 ГГц.

Сергей Дмитриев