20. Антенна по п.19, отличающаяся
тем, что первый излучательный сегмент
выполнен одинаковой длины с вторым излучательным
сегментом.
21. Антенна по п.19, отличающаяся
тем, что первый и второй излучательные
сегменты имеют длину
/4, где
- длина волны резонансной частоты
антенны.
22. Антенна по п.19, отличающаяся
тем, что излучатели дополнительно
содержат один или более промежуточных
излучательных сегментов, размещенных
между первыми и вторыми излучательными
сегментами.
23. Антенна по п.16, отличающаяся
тем, что каждая секция антенны
содержит четыре излучателя и
схему возбуждения для обеспечения
квадратурных сигналов для четырех
излучателей.
24. Антенна по п. 16, отличающаяся
тем, что точка возбуждения каждого
излучателя расположена на расстоянии
от первого конца излучательной
части вдоль первого сегмента, которое
выбрано так, чтобы согласовать импедансы
излучателей и схемы возбуждения.
25. Двухдиапазонное устройство
связи с двухдиапазонной спиральной антенной,
содержащей первую секцию антенны, имеющую
первую схему возбуждения, расположенную
на первой стороне основы на первой возбуждающей
части первой секции антенны, первый заземленный
слой, расположенный на второй стороне
основы и находящийся напротив схемы возбуждения,
первую группу из одного или более излучателей,
расположенных на основе и вытянутых от
схемы возбуждения; и вторую секцию антенны,
содержащую вторую схему возбуждения,
расположенную на упомянутой основе на
второй возбуждающей части, второй заземленный
слой, расположенный на упомянутой основе
напротив второй схемы возбуждения, и
вторую группу из одного или более излучателей,
расположенных на упомянутой основе и
вытянутых от второй схемы возбуждения;
и контакт, вытянутый от первой возбуждающей
части первой секции антенны, размещенный
по существу вдоль оси антенны для обеспечения
пути протекания тока из излучателей второй
секции антенны вдоль ее оси, чтобы тем
самым увеличить энергию, излучаемую в
направлениях, перпендикулярных к оси.
Изготовление спиральной
антенны для Wi-Fi своими руками из подручных
средств
22:23 11.07.2011
Так сложилось, что на работе
мы остались без Интернета, это и послужило
стимулом для изготовления антенны. Основным
критерием было достигнуть результата
при минимальных затратах. Таким образом,
в ход пошло всё то, что было под рукой.
А под рукой было: два Wi-Fi модема TP-Link, не
кривые руки, желание и цель. Расстояние
между потенциальными точками доступа
составило около 700 метров в пределах прямой
видимости. Стандартный Wi-Fi модем способен
преодолеть только до ста метров. Для увеличения
коэффициента усиления, необходимо сфокусировать
узконаправленный сигнал. Для этих целей
идеально подходит спиральная антенна
Джона Крауса (John Kraus) для частот в диапазоне
от 2 до 5 ГГц. В беспроводных сетях, с использованием
стандарта IEEE 802.11b, также известного как
Wi-Fi, используется частота 2.43 ГГц.
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 антенны
должны иметь одинаковую направленность
поляризации, то есть намотаны в одну сторону.
Реализация для частоты 2.43 ГГц
Для этих целей идеально подходит
обычная сантехническая пластиковая труба
с внешним диаметром 40 мм с учетом намотанного
медного провода с изоляцией в 1 мм – это
42 мм (диаметр витка). Но мы собирали антенну
из того, что под рукой, а под рукой имелись
винипластовые стержни с наружным диаметром
35 мм. При этом диаметр витка выходит 37
мм, что так же не плохо.
Расчеты
Для пластиковой трубы с диаметром
40 мм
Окружность витка:
Для 2.5 км 12 витков достаточно
(N=12).
Длина трубы будет около 40 см
(3.24 l).
Размер отражателя (R) 42 не менее
C или l – 14 см.
Для винипластового круглого
стержня с диаметром 35 мм
Окружность витка:
Для 2.5 км 12 витков достаточно
(N=12).
Длина трубы будет около 40 см
(3.24 l).
Размер отражателя (R) не менее
C или l – 14 см.
Необходимые материалы:
для отражателя использовался фольгированный гетинакс, но так же можно использовать любую медную или алюминиевую пластину любой толщины. Но не очень тонкую, т.к. отражатель является основной несущей базой антенны;
медный одножильный провод не тоньше
1 мм в диаметре (нами использовался провод
сечением в 1.5 квадрата) в ПХВ изоляции
длинной около 1.5 м;
круглый сердечник из винипласта диаметром
35 мм и длиной 40 см;
полоска медной фольги для изготовления
волнового генератора в виде треугольника.
Размер малого катета 17 мм, длина гипотенузы
71 мм. Толщина не фиксированная, главное
условие, что бы ее можно было обогнуть
вокруг сердечника;
для подключения коаксиального кабеля
я использовал коннектор от старой сетевой 10 Мбит/с карты;
Процесс сборки
Для начала возьмем винипластовый
сердечник. Нанесем на него разметку. Расстояние
между метками, согласно нашим расчетам,
должно быть 29 мм. Это расстояние между
витками. Для выравнивания провода, я обычно
использую один не хитрый способ. Зажав
один конец провода в тиски, с силой натягиваем
в струну за другой конец. Для того чтобы
ровно уложить провод, я просверлил отверстие
на крайней метке. Диаметр отверстия равен
диаметру провода с изоляцией, что позволит
зафиксировать конец провода, вставив
его в отверстие. После чего плотно наматываем
провод на сердечник. Плавно растягиваем
спираль и фиксируем с помощью клея витки
на метках. В итоге должно получиться 12
витков с расстоянием в 29 мм. При использовании
трубы в качестве сердечника, появляется
проблема с креплением отражателя.
Возникает необходимость использовать
дополнительные детали. В нашем случае
сердечник из винипласта. Он легко крепится
к отражателю с помощью обычного шурупа
- самореза, длина которого около 50 мм.
Я использовал шуруп со шляпкой под ключ,
чтобы облегчить закручивание. Для крепления
отражателя делаем разметку под отверстие
по центру пластины. Центр находим за счет
пересечения диагоналей. Диаметр отверстия
зависит от диаметра крепежного шурупа.
Также отмеряем от центра расстояние равное
радиусу сердечника. Здесь сверлим отверстие
под коннектор. При отсутствии коннектора,
коаксиальный кабель можно припаять напрямую.
Экранирующий контакт припаиваем к пластине
отражателя, а центральную жилу к волновому
генератору. Роль волнового генератора
будет у нас выполнять треугольная пластинка
из медной фольги. К тонкому углу генератора
припаиваем кончик нашей спирали. Гипотенуза
треугольника из медной фольги должна
быть продолжением спирали.
Так как антенна будет установлена
на открытом воздухе, рекомендуется залить
места паек силиконом, а на сердечник надеть
термоусадку с диаметром 50 мм.
Монтаж и настройка
Мною было изготовлено две одинаковые
антенны. Одна была установлена на крышу
дома, где иметься Интернет. Вторая антенна
установлена на крыше служебного здания.
Для достижения максимального эффекта
обе антенны должны быть направлены друг
на друга и находиться в прямой видимости.
В качестве точек доступа использовались
Wi-Fi модемы TP-LINK. На обоих ТД установлен
MOD Point to Point с указанием MAC-адреса другого
модема. Эта настройка установлена из
соображений безопасности, дабы отсечь
не санкционированные подключения к нашей
сети (халявщиков с ноутбуками и смартфонами).
Если не боитесь мародеров,
то рекомендую ставить Wi-Fi модем возле
антенны. Можно закрепить его на тыльной
стороне отражателя. Естественно, поместив
его в герметичную упаковку. Связь модема
с компьютером осуществить по кабелю витой
пары (Ethernet). Максимально укоротив коаксиальный
кабель, Вы уменьшите затухание сигнала.
К сожалению, в службе безопасности нашей
организации, многих зовут Александр Родионович
Бородач :-)
Диаграмма направленности
спиральной антенны стабильна в широкой полосе
частот; например, спираль с постепенно
изменяющимся диаметром отдельных витков
имела рабочий диапазон частот 120 - 450 Мгц
[74]; начальный диаметр равнялся 60 см, а
через 10 витков, осевая длина которых составляла
112 см, диаметр уменьшался до 20 см; точка
возбуждения находилась в вершине. Было
показано [473], что размеры проводника слабо
влияют а характеристики излучения. [1]
Поскольку диаграмма направленности
равноугольной спиральной антенны поворачивается
при изменении частоты, при детальном
изучении изменения диаграммы с частотой
необходимо осуществлять поворот антенны
для каждого сдвига частоты. При обычном
способе работы антенна, как правило, неподвижна
и желательно знать изменения положения
диаграммы относительно начального состояния
антенны. [2]
Ширина диаграммы направленности
спиральной антенны уменьшается с
увеличением угла подъема, числа витков
спирали и уменьшением диаметра экрана. [3] Ширина диаграммы направленности
спиральной антенны уменьшается обратно
пропорционально корню квадратному из
длины спирали в длинах волн. Соотношения
( 21 - 21) - ( 21 - 23) будут проиллюстрированы
на следующем примере. [4]
Множитель / с ( 6) диаграммы направленности
спиральной антенны имеет максимум,
направленный вдоль оси спирали в положительном
направлении для волны тока Jv ( n), в отрицательном
направлении для волны тока J v ( n 1), если
значения ka выбраны в интервалах, соответствующих
сильной дисперсии фазовой скорости этих
волн тока. [5]
В технической литературе имеется
большое количество теоретических и экспериментальных
работ, посвященных исследованию диаграмм направленности
эквиугольных спиральных антенн. Однако
в этих работах исследуются диаграммы
направленности эквиугольных спиральных
антенн с угловыми параметрами fro и а, ограниченными
небольшими пределами. В [16, 57] получены
формулы для диаграмм направленности
конических спиральных антенн с величинами
углов конусности и намотки, удовлетворяющих
условию sindotgaCl, но использование их для
инженерных расчетов затруднительно,
поскольку формулы представляют собой
суммы комплексных полей витков. По этой
же причине выражения для поля излучения,
приведенные в [16, 57], не удобны для получения
формул для фазовых и поляризационных
характеристик эквиугольных спиральных
антенн В известной литературе отсутствуют
формулы для расчета диаграммы направленности
многозаходных эквиугольных спиральных
антенн, а также нет достаточно обширных
семейств расчетных графиков диаграмм
направленности эквиугольных спиральных
антенн для различных угловых параметров
до и а и при различном числе заходов антенны. [6]
Рассмотренные в главе результаты
решения задачи о возбуждении собственных
волн Т заданными источниками поля в следующей
главе используются для анализа зависимости диаграмм направленности
спиральных антенн от параметров возбуждающих
источников. [7]
При этом РП - k - Ар, фазовая скорость
n - й пространственной гармоники близка
к скорости света в свободном пространстве,
щ направлена в противоположную сторону
по сравнению с волной тока в проводнике
спирали. Множитель Ус ( 9) диаграммы направленности
спиральной антенны имеет максимум
вдоль оси системы, но направлен навстречу
волне тока. [8]
В технической литературе имеется
большое количество теоретических и экспериментальных
работ, посвященных исследованию диаграмм
направленности эквиугольных спиральных
антенн. Однако в этих работах исследуются диаграммы направленности
эквиугольных спиральных антенн с
угловыми параметрами fro и а, ограниченными
небольшими пределами. В [16, 57] получены
формулы для диаграмм направленности
конических спиральных антенн с величинами
углов конусности и намотки, удовлетворяющих
условию sindotgaCl, но использование их для
инженерных расчетов затруднительно,
поскольку формулы представляют собой
суммы комплексных полей витков. По этой
же причине выражения для поля излучения,
приведенные в [16, 57], не удобны для получения
формул для фазовых и поляризационных
характеристик эквиугольных спиральных
антенн В известной литературе отсутствуют
формулы для расчета диаграммы направленности
многозаходных эквиугольных спиральных
антенн, а также нет достаточно обширных
семейств расчетных графиков диаграмм
направленности эквиугольных спиральных
антенн для различных угловых параметров
до и а и при различном числе заходов антенны. [9]
Таким образом, поле волны Тп
при выполнении условий (3.12), в основном,
определяется л-й пространственной гармоникой
и имеет фазовую скорость, близкую к скорости
света в свободном пространстве. В этом
случае множитель / с ( 9) диаграммы направленности
спиральной антенны имеет максимум
вдоль оси спирали в направлении распространения
волны тока. Поэтому интервал ka, в котором
выполняются условия (3.12), называется областью
сильной дисперсии фазовой скорости. [10]
В технической литературе имеется
большое количество теоретических и экспериментальных
работ, посвященных исследованию диаграмм
направленности эквиугольных спиральных
антенн. Однако в этих работах исследуются
диаграммы направленности эквиугольных
спиральных антенн с угловыми параметрами
fro и а, ограниченными небольшими пределами.
В [16, 57] получены формулы для диаграмм направленности
конических спиральных антенн с величинами
углов конусности и намотки, удовлетворяющих
условию sindotgaCl, но использование их для
инженерных расчетов затруднительно,
поскольку формулы представляют собой
суммы комплексных полей витков. По этой
же причине выражения для поля излучения,
приведенные в [16, 57], не удобны для получения
формул для фазовых и поляризационных
характеристик эквиугольных спиральных
антенн В известной литературе отсутствуют
формулы для расчета диаграммы направленности
многозаходных эквиугольных спиральных
антенн, а также нет достаточно обширных
семейств расчетных графиков диаграмм
направленности эквиугольных спиральных
антенн для различных угловых параметров
до и а и при различном числе заходов антенны. [11]