Antena została zbudowana z ogólno dostępnych elementów:
- drut miedziany φ2mm wydobyty z przewodu elektrycznego
- maszt o przekroju kwadratowym z brązu, kupiony w markecie budowlanym
(wiem, to się nazywa po angielsku boom ale będę stosował określenie maszt)
- rura PCV typu rynnowego φ70mm
- uchwyty rynnowe do rury
Projekt anteny wykonałem wg wzorów opracowanych przez Guentera Hocka (DL6WU) – guru od anten Yagi.
Zdecydowałem się na metalowy maszt anteny ze względu na sztywność konstrukcji i możliwość solidnego
przylutowania elementów. W markecie był taki element metrowej długości z brązu o przekroju kwadratowym
6mm co należało uwzględnić w obliczeniach bo wpływa on na pola wokół anteny. Użycie masztu o innej
średnicy wiąże się z koniecznością przeliczenia projektu – co nie będzie trudne bo w Google jest pełno linków
do pobrania freewarowego programu DL6WU. Należy pamiętać że metalowy maszt nie powinien być dla WiFi
o większej średnicy niż 7,4mm.
Jako elementy anteny zastosowałem drut miedziany φ2mm z odzysku – z kabla energetycznego z dwu
powodów:
- nie znalazłem odpowiednika z brązu (cóż, moje miasto i wiocha to nie centra przemysłowe)
- nie chciałem przekroczyć maksymalnej zalecanej grubości elementów dla 2,4GHz: 2,4mm
Generalnie lepszy byłby pręt lub rurka z brązu – nie zaśniedzieje tak szybko. Rurka byłaby jak najbardziej OK.,
prąd który nas interesuje i tak będzie płynął tylko po powierzchni metalu (zjawisko naskórkowości). Jego
średnica nie wpływa już na rozkład elementów, ale należy pamiętać że przy tej częstotliwości niewskazany jest
drut grubszy niż 2,4mm.
Antenę zaplanowałem wpakować do rury PCV od rynien. Ponieważ profil z brązu ma długość 1m i tyle samo ma
rura którą można kupić, to wykorzystałem je w pełni bo po co ciąć ;) i wyszła w projekcie 23 elementowa antena
o zysku 15.9dBD (ponad 18dBi). Jej długość to nieco ponad 90cm.
W tym momencie uświadomiłem sobie że:
Pan DL6WU o ile mi wiadomo opracował najskuteczniejsze wzory na anteny Yagi i jak na razie nikt mu nie
dorównał … Do czasu Allegro bo tam anteny o połowę krótsze mają podobno 19dBi i co najdziwniejsze nikt nie
patentuje swoich rewelacyjnych efektów uzyskanych w piwnicy. Chyba, że zysk ten zmierzono miernikiem
uniwersalnym made in China ;)
Koniec dygresji, szkic anteny:
O ile szerokość dipola wynika z długości fali i jest ściśle określona to jego wysokość nie jest krytyczna ale
powinna być w zakresie ok: 5-15mm. Ja użyłem 15mm. Antena jest zaprojektowana tak by miała impedancję
200 Ω. O ile reflektor i direktory (pręty) są mocowane na środku masztu to dipol jest przylutowany do jego
górnej ścianki co pokazuje rysunek anteny oraz zdjęcia na końcu. Dokładność wykonania wg teorii nie powinna
być gorsza niż 0,3mm – do osiągnięcia ze suwmiarką w ręku.
Szczegóły projektu:
Częstotliwość środkowa pracy
2441.00 Mhz
Długość fali
122.82 mm
Zysk (With -15 db side lobes)
15.86 dBD
Ilość elementów
23
Średnica elementów
2.00 mm
Średnica masztu
6.00 mm
Długość masztu
884.76 mm
Pasmo przenoszenia
34.17 Mhz
Szerokość wiązki (poziomo)
21 stopnie
Szerokość wiązki (pionowo)
23 stopnie
Tolerancja wykonania (+/-)
0.37 mm
Maszt anteny metalowy o długości
910 mm
Średnica masztu
6 mm
Średnica elementów anteny
1.7 mm
Elementy anteny lutowane do masztu
23 szt
Dipol zestrojony na impedancję
200 Ω
Długości elementów w mm:
REFLEKTOR
64.11
DIPOL
58.09
DIREKTOR 1
55.86
DIREKTOR 2
55.00
DIREKTOR 3
53.92
DIREKTOR 4
53.07
DIREKTOR 5
52.64
DIREKTOR 6
52.22
DIREKTOR 7
51.79
DIREKTOR 8
51.79
DIREKTOR 9
50.74
DIREKTOR 10
50.74
DIREKTOR 11
50.74
DIREKTOR 12
49.69
DIREKTOR 13
49.69
DIREKTOR 14
49.69
DIREKTOR 15
49.69
DIREKTOR 16
49.69
DIREKTOR 17
49.69
DIREKTOR 18
48.65
DIREKTOR 19
48.65
DIREKTOR 20
48.65
DIREKTOR 21
48.65
Odległości między elementami w mm:
REFLEKTOR do DIPOL
22.72
DIPOL
do DIREKTOR 1
9.70
DIREKTOR 1 do DIREKTOR 2
22.11
DIREKTOR 2 do DIREKTOR 3
26.53
DIREKTOR 3 do DIREKTOR 4
30.95
DIREKTOR 4 do DIREKTOR 5
34.51
DIREKTOR 5 do DIREKTOR 6
37.09
DIREKTOR 6 do DIREKTOR 7
38.93
DIREKTOR 7 do DIREKTOR 8
40.65
DIREKTOR 8 do DIREKTOR 9
42.49
DIREKTOR 9 do DIREKTOR 10
44.21
DIREKTOR 10 do DIREKTOR 11
45.93
DIREKTOR 11 do DIREKTOR 12
46.92
DIREKTOR 12 do DIREKTOR 13
47.78
DIREKTOR 13 do DIREKTOR 14
48.63
DIREKTOR 14 do DIREKTOR 15
49.37
DIREKTOR 15 do DIREKTOR 16
49.37
DIREKTOR 16 do DIREKTOR 17
49.37
DIREKTOR 17 do DIREKTOR 18
49.37
DIREKTOR 18 do DIREKTOR 19
49.37
DIREKTOR 19 do DIREKTOR 20
49.37
DIREKTOR 20 do DIREKTOR 21
49.37
Odległości od końca masztu w mm:
do REFLEKTOR 13.00
do DIPOL 35.72
do ELEMENT 3 (DIREKTOR 1 ) 45.42
do ELEMENT 4 (DIREKTOR 2 ) 67.53
do ELEMENT 5 (DIREKTOR 3 ) 94.06
do ELEMENT 6 (DIREKTOR 4 ) 125.01
do ELEMENT 7 (DIREKTOR 5 ) 159.52
do ELEMENT 8 (DIREKTOR 6 ) 196.61
do ELEMENT 9 (DIREKTOR 7 ) 235.54
do ELEMENT 10 (DIREKTOR 8 ) 276.19
do ELEMENT 11 (DIREKTOR 9 ) 318.69
do ELEMENT 12 (DIREKTOR 10 ) 362.90
do ELEMENT 13 (DIREKTOR 11 ) 408.83
do ELEMENT 14 (DIREKTOR 12 ) 455.75
do ELEMENT 15 (DIREKTOR 13 ) 503.52
do ELEMENT 16 (DIREKTOR 14 ) 552.16
do ELEMENT 17 (DIREKTOR 15 ) 601.53
do ELEMENT 18 (DIREKTOR 16 ) 650.90
do ELEMENT 19 (DIREKTOR 17 ) 700.27
do ELEMENT 20 (DIREKTOR 18 ) 749.65
do ELEMENT 21 (DIREKTOR 19 ) 799.02
do ELEMENT 22 (DIREKTOR 20 ) 848.39
do ELEMENT 23 (DIREKTOR 21 ) 897.76
Pozostał problem dopasowania dipola do kabla koncentrycznego H155 i symetryzacji – wiele projektów (w
sumie 99%) w sieci ich w ogóle nie używa co powoduje kilka dB strat na dzień dobry. Tu naprawdę te anteny
19dBi z Allegro (uzyskane bez jakiegokolwiek dopasowania) mnie intrygują… ;) Z dopasowaniem powinny
mieć pewnie ze 22 – 24 dBi…
Jedynym powszechnym i prostym rozwiązaniem jest tu symetryzator pętlowy ale taki wariant upadł bo…
- niełatwo zrobić pętlę z kabla o długości kilku cm
- pętla pod dipolem o mająca rozmiary porównywalne z rozmiarami dipola poważnie namiesza w rozkładzie
pola wokół anteny.
Po długich poszukiwaniach znalazłem odpowiedni dla anteny o tak małych rozmiarach symetryzator – tzw.
„transformator ćwierćfalowy” czyli odcinek linii o długości ¼ fali (pamiętajmy tu o istotnym skróceniu długości
fali w kablu, parametr ten jest podany na płaszczu kabla). Współczynnik ten standardowo wynosi około 0,75.
Aby dopasować dipol 200Ω do kabla 50Ω potrzeba linii ćwierćfalowej 100Ω zgodnie ze wzorem:
Z
dopasowują
ca
=
Z
wejśejści
⋅
Z
wyj
ściowa
A więc potrzebujemy odcinek linii o impedancji 100Ω którą uzyskałem przez połączenie szeregowe 2 odcinków
kabla 50Ω.
Montujemy to tak: wycinamy 2 odcinki kabla H155 (H1000) o długości 2 – 2,3cm i lutujemy do siebie ich
oploty z obu stron. Do transmisji sygnału posłużą tylko żyły obu odcinków kabli. Z jednej strony obie żyły
posłużą do podłączenia dipola anteny. Z drugiej do jednej żyły łączymy żyłę kabla antenowego, do drugiej ekran
kabla. Dopasowanie jest tu zapewnione przez to, że mamy transformator ćwierćfalowy. W oparciu o taką zasadę
działają symetryzatory anten „siatkowych” do WiFi (zdjęcia poniżej). Ja go jednak zmodyfikowałem by miał
lepsze parametry i stąd zamiast 2 pasków miedzi na płytce (trudna do przewidzenia impedancja i emisja energii
w powietrze) dałem 2 przewody koncentryczne.
Transformator taki dobrze pełni funkcję baluna (balun zapewnia eliminację szkodliwych prądów z oplotu kabla),
co można usprawnić dodatkowym pierścionkiem z ferrytu umieszczonym jak na rysunku czyli na kablu
antenowym możliwe blisko naszego baluna. Mimo że ćwierć fali dla 2441GHz to ok. 2,4cm to ja zrobiłem
balun na 2cm – reszta doszła na lutach i łączeniach z dipolem i kablem antenowym. Dla innych kanałów mamy
inną częstotliwość i może warto lekko zmienić mu długość – nie testowałem na razie.
Transformator mały, prosty w wykonaniu i mam nadzieję skuteczny, bo mimo że w sumie to opracowałem takie
dopasowanie od zera to w praktyce antenka bez niego daje sygnał gorszy o te kilka dB. Jednym słowem warto.
Nie miałem czasu eksperymentować dalej – sugestie mile widziane…
A teraz kilka zdjęć…
Cała antena
Szczegóły mocowania elementów
Zamocowanie dipola i balun (symetryzator)
Antena powędrowała finalnie do rury PCV bo się uginała lekko – leży tam na podłodze ze styropianu,
zablokowana drugą listwą styropianową od góry, rura zatkana korkami wyciętymi z PCV które przykleiłem
silikonem, mam nadzieję hermetycznie. Niestety zdjęć z wprowadzania do rury brak – z lenistwa
Efekt nie jest może ładny ale bardzo skuteczny jak na 2h pracy i kilkanaście zł wydatków. Na razie nie mam z
czym porównać ale napiszę tyle że internet mi na ładnych parę km od dostawcy działa jak najbardziej OK.,
transfer typu 5Mbit/s nie jest problemem, niezależnie od śnieżyc i widzę AP z nazwami miejscowości
oddalonych o 20km. Dodam, że dostawca ma tam antenę sektorową wycelowaną nie do końca na mnie… Reszta
oczywiście będzie sprawdzona i opisana tu jak będzie cieplej tzn. na pewno zrobię porównanie z jakąś anteną
odniesienia o wiarygodnych parametrach itp…