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自製簡易6dBi 2.4GHz全向天線

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

(2005年9月首次發表)本文詳細介紹一個容易製作的802.11b/g垂直極化全向天線,該天線非常堅固耐用,大約有5-6dBi的增益。背景:   很多網站都有製作2.4G……

(2005年9月首次發表)本文詳細介紹一個容易製作的802.11b/g垂直極化全向天線,該天線非常堅固耐用,大約有5-6dBi的增益。

背景
    很多網站都有製作2.4GHz全向天線的詳細說明,包括wireless.gumph.org和guerrilla.net。但是,這些天線做起來相當複雜,要用很多切割非常精確的小段同軸電纜。同時你還必須知道所使用的同軸電纜的數據,因為大部分尺寸要以此為依據。
    有些改進的同軸電纜全向天線是用黃銅棒和黃銅管製造的,但是它同樣需要高精度的工藝。
    不久前,我參照wireless.gumph.org 網站上的說明,做了一個8單元的同軸電纜天線。經測試有將近8dBi增益。製作花了我N多個小時,但是機械強度卻不很理想。於是我就給同軸電纜天線纏上加固木條,並把它裝進25mm的電線導管。當一個朋友告訴我,有人把一段銅線彎曲成一個簡單的天線,(詳見這裡),就有6dBi的增益,我的好奇心被激發起來了。
    這個天線有一些超越同軸電纜天線的優點,降低了製作難度,天線更小、更堅固。
    雖然6dBi的增益小於8單元的同軸電纜天線,但是可以通過增加元件的數量來改進。每兩個單元可以增加3dBi的增益。

所需器件:
需要的原料
.. 大約300mm長,截面2.5平方毫米的銅線
.. N型母接頭
.. 長250mm ,外徑20mm的輕型電線導管
.. 2 個適用於20mm電線導管的端蓋
當然,裝配天線還需要:
.. 2 個適用於20mm 電線導管的夾具
或者:
.. 金屬支架
    我用的是一段截面2.5平方毫米的廢舊銅線。這種銅線的直徑大約是1.6mm,不需要藉助任何特殊工具就能彎曲到需要的形狀。
 
    還需要用N型母接頭把天線和無線裝置連接起來。也可以用其它接頭(比如:TNC,SMA等等),這取決於你的連接線端的接頭。我用的是下面的這種
 

設計:
    一段銅線,在特定位置彎出一些圓環,就組成了天線。各部分的尺寸是非常重要的,參考下面這張圖
 
    底部是1/2波長,中間部分是3/4波長,頂部要稍微小於3/4波長,以便減少電容的影響。
    802.11b 標準使用2.412MHz 到2.484MHz 頻率範圍,其中心頻率的1/2波長是61mm,3/4波長是91.5mm。這些尺寸看來和外面賣的天線一樣。

製作:
    先從天線的底部做起,在N 型接頭上焊接一段銅絲。從N接頭的頂端量出1/2波長,做第一個圓環。
 
注意,圓環要和銅線錯位,使銅線保持一條直線。
    然後量出3/4波長,再做第二個圓環。頂部留夠需要的長度,剪斷銅線。
    如果你準備用20mm直徑的電線導管,那麼一定要保證圓環的直徑等於或小於15mm,這樣才能把它裝到電線導管里(20mm 輕型電線導管的內徑是16mm)。
 
    銅線長了終究就不堅挺了,最簡單的方法就是給天線裝上一個外殼。
注意,外殼用那些2.4GHz容易穿透的物質,否則會影響天線的性能。
    我用的是250mm長,帶2個小蓋子的,外徑20mm的輕型電線導管。它的內徑是16mm,這樣,那些圓環正好適合這個電線導管。
    如果你想更寬鬆一點的話,可以用外徑25mm輕型電線導管。
    在接近電線的底座的地方,要彎2個小彎。這樣,當天線放入導線管的時候,就能保證那些圓環位於N型接頭上方正中央。實驗證明這2個小彎不會對天線的效果有任何影響。
 
    組裝天線的時候,要在一端的蓋子上鑽一個大小合適的小孔,把N型接頭穿過小孔,用螺帽和墊圈從外面把N 型接頭擰在蓋子上。
 
    天線裝進了電線導管,另一端的蓋子也蓋好了。
 
    如果這個天線是在室外使用的,那麼兩端的蓋子還要用專用的電線導管膠水粘好,確保密封防雨。注意,要在粘膠水之前測試天線。

安裝:
    電線導管為天線提供了一個堅固耐用的外殼,如果需要,它可以安裝在室外。如果安裝在室外,一定要給N型接頭纏上自合併膠帶以防止潮氣浸入。
    塑料卡子可以把天線固定在垂直的牆上。因為這些卡子是塑料的,所以它們不會對天線造成干擾,而所有金屬託架都會影響天線的輻射。
 
    把卡子安裝在準備裝天線的地方,就可以很容易地把天線卡到卡子里,天線移動起來也很方便。
 
    另一種安裝方法是用一小段直角的電鍍鋼片,在鋼片上鑽一個合適的孔眼,N型接頭穿過那個孔眼固定在鋼片上。
 
    如果你想隨意移動天線的位置,那就不需要固定它,而是像手持天線那樣使用。
 

測試:
    我用這個方案做第一個天線的時候,像外面賣的那些天線一樣,把銅線盤繞到圓環的中心,使銅線在圓環的中心保持一條直線。
 
    但是後來我又做了一些研究,發現這是不對的。在做另一副天線時,就按照上面描述的每一步來製作了。
    測試表明,比起那些銅線位於圓環中心的天線來,圓環偏移的天線性能更好。

下一步計劃
    等有了時間,我打算對這個方案做進一步的實驗,看看增加圓環的數量和圈數,等等,是不是可以提高增益。
References 參考書目:
. Cheap home-made collinear
. How To Make a cheap Wireless LAN 6dbi collinear Antenna
. Easy Homemade 2.4 GHz Omni Antenna
. A 2.4GHz Vertical Collinear Antenna for 802.11 Applications
. A 2.4GHz Low-Power 5dBi Vertical Collinear Antenna for 802.11 Applications
Credits All photos are copyright Martin.
版權: 所有圖片的著作權都屬於Martin.
2006年6月25日更新
2009年5月23日激情無線(lijiqing) 翻譯。


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