Сьогодні поширене використання бездротових WiFi-ліній зв’язку для організації локальних обчислювальних мереж. Для того, щоб істотно збільшити діапазон покриття, використовується спеціальна зовнішня або внутрішня WiFi-антена для ПК. У представленій статті розглядаються принципи роботи таких пристроїв, а також інструкція з виготовлення антени типу «Ягі».
Що таке вай фай антена для комп’ютера
WiFi-антена для комп’ютера – це пасивний підсилюючий елемент приймально-передавального пристрою, що входить до складу тракту, що реалізує бездротовий тип передачі даних. Принцип роботи заснований на випромінюванні або, навпаки, поглинання енергії електромагнітного поля, яке має частоту коливання заданої частоти. Ефективність при цьому визначається за допомогою загальноприйнятого параметра – коефіцієнта підсилення, який вимірюється в dB або dBi.
Зверніть увагу! dB і dBi – дещо різні величини. Перша визначається як десятковий логарифм відношення вихідного сигналу до вхідного і описує характеристики гіпотетичної (ідеальною) всеспрямованої антени. Друга ж є відносним значенням вищезгаданого пристрою і належить до параметрів реального пристрою. Тобто коли говориться, що «антена має коефіцієнт підсилення 3 dB», мається на увазі саме 3 dBi.
Особливістю підключення до ПК або ноутбука є те, що необхідно використовувати адаптери, що приєднуються до USB-роз’єму або в PCI слот материнської плати ПК. Пов’язано це з тим, що стаціонарні обчислювальні машини рідко мають вбудований WiFi-модуль, а портативні – не забезпечені виходом для зовнішньої антени (роз’єм на модулі є, але щоб отримати до нього доступ, необхідно розібрати корпус). В цілому ж навіть антена вулична для Wi-Fi-роутерів та антена для модуля WiFi від ПК взаємозамінні з точки зору узгодження в лінії (виняток становить діапазон робочої частоти, про що буде сказано нижче).
Види вай фай антен для ПК
Wi-Fi-антени, за допомогою яких може здійснюватися роздача сигналу від передавача, діляться відразу на кілька видів. Перший з них – зовнішнє виконання, яке може бути:
- Для установки в умовах з атмосферним впливом. Простіше кажучи, зовнішній тип, монтуємий поза житлового приміщення. Відрізняються такі пристрої наявністю посилених кронштейнів, спеціального кріплення (в ідеалі – з нержавіючої сталі), а також вологозахищеним і антивандальним покриттям, всередині якого, власне, і розміщується сама антена. Найчастіше з’єднання випромінювача і кабелю тут робляться нерозбірними, оскільки повністю герметичні. Все перераховане вище робить ці антени досить масивними. До речі, саме з-за цього існує неправильна думка, що зовнішні передавачі більш потужні. По суті, немає, вони просто більше, оскільки сильніше захищені.
- Для установки усередині приміщення. Зазвичай до таких пристроїв відноситься звичайний всеспрямований випромінювач, який використовується для того, щоб роздача сигналу проводилася на площі офісу, квартири, складського приміщення і т. д. Для підключення до адаптера ПК зазвичай застосовується роз’єм N-типу (такий же, який має маршрутизатор), у разі використання USB-роутера або модуля від ноутбука (планшета) знадобиться спеціальний перехідник (наприклад, N-тип – SMA-роз’єм).
По спрямованості:
- Всеспрямовані. Випромінюють і приймають сигнал ізотропно, тобто з усіх напрямків (зі сфери), з однаковим коефіцієнтом посилення.
- Вузькоспрямовані. Як зрозуміло з назви, концертують всю потужність певною вузькою локальної області. У своїй діаграмі спрямованості зазвичай мають головний пелюстка і додаткові.
Корисно знати! Діаграма спрямованості – одна з основних характеристик будь-якого пристрою, яка малюється в полярних координатах. Вона дає уявлення про те, яким чином необхідно розташувати антену, щоб досягти максимального прийому або передачі сигналу.
По поляризації:
- Поляризовані в одній площині. Якщо говорити простими словами, це пристрої, які чутливі до електромагнітних хвиль, площина коливань вектора амплітуди яких лише одна і збігається з площиною поляризації (також вектора коливань) самої антени.
- Поляризовані у двох площинах (MIMO–пристрої). З поляризацією тут все так само, як і у першого варіанту, однак площин вже не одна, а дві, і вони розташовуються перпендикулярно один одному. Це дозволяє електромагнітної хвилі успішно долати перешкоди (наприклад, залізний паркан) з найменшими втратами.
Також слід зауважити, що пристрої в широкому діапазоні поділяються за коефіцієнтом посилення (від одиниць до декількох десятків децибел) та у вузькому – по робочому діапазону частот (на сьогодні це дві смуги 2,4 ГГц і 5 ГГц).
Зверніть увагу! Майже всі сучасні пристрої підтримують роботи з випромінювачами в лініях і 2,4 ГГц і 5 ГГц, однак старі модулі WiFi адаптерів здатні працювати тільки на частотах 2,4 ГГц. При виборі антени це слід мати на увазі.
В кінці розділу наводяться приклади, які можуть використовуватися як зовнішні для підключення до ПК:
- Штиркові. Найпростіший тип, який виконується у вигляді відрізка провідника, погодженого з виходом хвилеводу і поміщеного в ізолюючий (захисний) матеріал. Мають всеспрямовану діаграму спрямованості.
- Штиркові з рефлектором. Рефлектор – це звичайна пластина, виконана з провідника і розташовується або перпендикулярно або паралельно випромінювача. Згідно з цим відбувається посилення амплітуди електромагнітних хвиль або у вертикальній або горизонтальній площинах.
- MIMO-пристрої. Також мають безліч конфігурацій, можуть бути виконані як у вигляді набору узгоджених патч-антен, розташованих в різних площинах поляризації, так і, наприклад, у вигляді набору решіток Харченко. До речі, знаменита вай-фай гармата також є MIMO-антеною.
Як підключити та налаштувати антену до ПК
Для того, щоб успішно підключити антену до WiFi-адаптера ПК, необхідно виконати наступні дії:
- в першу чергу необхідно встановити безпосередньо сам WiFi-модуль або адаптер і переконатися, що система його успішно розпізнала;
- через з’єднувальний роз’єм N-типу або перехідник для потрібного СВЧ-конектора зробити підключення випромінювача до модулю, надійно зафіксувати антену контргайкою;
- використовуючи спеціальне ПЗ (наприклад, Wi-Fi Analyzer для PC) зробити підстроювання, обертаючи антену у двох площинах, поки сигнал не досягне потрібного рівня (потрібно направити на точку впевненого прийому);
У разі використання спрямованої антени дії будуть такими ж, тільки слід враховувати, що випромінювач приймача повинен бути спрямований максимально точно на джерело сигналу. Зробити в домашніх умовах це можна використовуючи, наприклад, Google Maps і компас (також є майже в кожному сучасному смартфоні):
- встановити і запам’ятати координати джерела (точка доступу або маршрутизатор);
- розташувати компас перпендикулярно антени так, щоб її активна частина була рівно під центром, і провести орієнтування, після чого надійно зафіксувати.
До речі! Більш точне налаштування можна зробити, знаючи перепад висот, для цього також потрібно обчислити за координатами пряме відстань між антенами, а потім за формулами співвідношення сторін – кут нахилу у вертикальній площині. Для орієнтування випромінювачів з підручних засобів використовувати транспортир і звичайний схил.
Порівняння з вуличною антеною для роутера
Взагалі, як вже говорилося вище, вулична WiFi-антена і звичайна домашня між собою в плані використання їх для роутера, ПК або ноутбука різниці не мають, оскільки це універсальні пасивні підсилюючі пристрої. До переваг вуличної антени можна віднести наступні особливості:
- у діаграмі спрямованості зовнішнє пристрій має більш вузький головний пелюстка;
- в більшій захищеності вуличного обладнання від атмосферного впливу.
WiFi-antenna для комп’ютера або ноутбука своїми руками
У цьому розділі слід розглянути, як може бути виготовлена спрямована Wi Fi антена для ПК типу «Ягі». Її особливості дозволяють посилювати, передавати і приймати сигнал із заданого кута на відстані до 10 км.
Що вам потрібно. Набір інструментів та матеріалів
Потрібні паяльник, припій, лінійка, пасатижі з кусачками, ножиці, наждачний папір та принтер для друку схеми. Також знадобляться безпосередньо WiFi-адаптер, бажано з роз’ємом N-типу або SMA, алюмінієва або мідна дріт (в гіршому випадку – скріпки), палички від морозива, два види клею ПВА і цианоакрілатовий (супер).
Короткий огляд роботи
Загальний план робіт можна описати наступним чином:
- Для початку необхідно завантажити Yagi modeler java applet з сайту і змоделювати в ньому антену потрібної конфігурації (діаграма спрямованості).
- З отриманої в програмі параметризації потрібно створити шаблон і перевести його на папір з метою полегшення майбутньої роботи.
- Зібрати на папері несучу частину зі звичайних паличок від морозива (можна також використовувати рейку і просвердлити в ній в необхідних місцях отвори), встановити елементи антенних решіток (відрізки дроту або скріпок).
- З’єднати пристрій з Wi-fi-адаптером.
Друкуємо діаграми
Дуже важливо роздрукувати шаблон в реальному масштабі, для цього необхідно використовувати власний або завантажити вже готовий (в ньому знаходяться картинки і для двох аркушів А4 і для більш широкого формату):
- У налаштуваннях друку потрібно виставити «Оригінальний розмір», а орієнтацію сторінки зробити альбомній.
- З краю кожного елемента антенної решітки показані дві цифри – порядковий номер і довжина в міліметрах, після друку необхідно звірити їх, вони повинні чітко збігатися (для цього зручно використовувати електронний штангенциркуль з похибкою два знаки після коми). У разі відсутності збігу потрібно буде застосувати масштабування сторінки і виконати повторну друк.
Відрізаємо і кріпимо скріпки
Після того як роздрукований шаблон, необхідно розташувати на ньому відрізки скріпок або дроту, попутно відрізаючи їх до потрібного розміру і приклеюючи суперклеєм прямо на папері. Якщо передбачається встановлювати їх в рейку, потрібно не приклеювати і просто запам’ятати порядкові номери.
Антенний елемент номер 2 приклеювати не потрібно, до нього буде припаюватися хвилевід для підключення до адаптера.
Будуємо підставку
Підставку можна будувати з паличок, відрізаючи їх по потрібній довжині і приклеюючи між антенними елементами, скріплюючи всі клеєм ПВА. Також можна використовувати рейку (що буде надійніше), просвердливши в ній в необхідних місцях отвори, встановивши туди антенні решітки і зафіксувавши їх все тим же клеєм.
Робимо ведений елемент
Для виготовлення резонатора (елемент номер 2) необхідно взяти скріпку або дріт і виготовити незамкнену петлю. Встановити її на своє місце. Якщо каркас робиться з паличок від морозива, на даному етапі необхідно проклеїти ще один шар і після висихання зайвий папір видаляється.
Підключаємо антену до WiFi-модему
Підключити вай-фай антену до адаптера за допомогою коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом. Якщо пристрій забезпечений роз’ємом, то необхідно знайти відповідь штекер і припаяти його до одного кінця центральної жили проводу, а другий кінець – до елемента решітки номер 2, на першій стороні відрізка.
Маса (оплітка) коаксіального кабелю припаюється до корпусу штекера і до другого кінця антенної решітки номер 2 (тобто, обидва проводи повинні бути припаяні до одного елементи в точках, де дуга розімкнута і має зазор приблизно 5 мм).
Якщо USB-адаптер не забезпечений роз’ємом, потрібно на платі знайти місце, де розташовується рамкова антена і припаяти масу і центральну жилу.
Ефективність
Якщо говорити про ефективність такої саморобної антени, все буде залежати від точності, акуратності і надійності складання. В цілому це перевірена конструкція, що має дуже гарні характеристики в області діаграми спрямованості, які дозволяють при встановленні двох таких пристроїв передавати сигнал між ними на відстані близько 2 км (теоретично до 10 км). Слід враховувати, що набагато вигідніше збирати випромінювачі і використовувати приймачі на несучій частоті 5 ГГц, оскільки ця смуга на сьогодні найменш зашумлена.
Як видно, антена для вайфаю для комп’ютера є досить простим у виготовленні, але водночас дуже ефективним пристроєм для посилення і передачі сигналу в лініях безпровідний WiFi-зв’язку. Важливо враховувати всі характеристики і попередньо розраховувати тракт, щоб правильно встановити співвідношення ціни і якості або прикладених зусиль і якості.
