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2013-06-06 00:16 出处:其他 作者:EXIT 责任编辑:shengyongzhen

 

写在前面

  承接“真正的电子狗 泰国把宠物当免费WiFi热点”第2页的“自制简易Wi-Fi信号放大器”←这是个老方法了,也有不少人质疑。这种放大器的缺点在于,仅弧形铝皮焦点附近较小区域内,信号才能得到增强,而且效果没预期的那么明显。另外一种比较流行的做法是用漏勺作天线,这种方法在很多野外作业现场也会用到。不过这里还有一种用罐子的方法,也比较简单,现在就分享给大家。

  声明:文章由果壳网编译自外媒,原文在此,略作改动。

 

波导原理

  我们要做的金属罐天线是一个引导电磁波向指定方向传播的通道,也就是我们熟悉的波导原理。波导里,电磁场只能以特定的模式存在。那些最好的波导里只容许单独一种模式,因为不同的模式在波导中以不同的速度传输,这会引起散射,信号的脉宽会扩展,使接收变得困难。同时不同的模式也有不同的辐射方向,下面展示的是一种横向电场(TE)和一种横向磁场(TM)模式——圆形波导中的主要模式。

t3-01

  首先,我们拿TE11模式做个例子(这种模式在圆形波导中占据优势地位),下面是波导的侧视图和馈线。灰色的矩形是罐子天线,小的绿色馈线里的中心导体伸入罐中。一旦它离罐底1/4驻波波长,就会激发出TE11模式:图中电场用红色画出,磁场用蓝色。

  假设你从罐形天线的底面而不是底部附近接入馈线,这会激发和上面不同的另一种模式,这就叫做TM11模式。

t3-02

参数计算

  就像上面说的,在波导天线中只希望激发单一的TE模式(这决定了需要采用从罐壁伸入馈线的设计)。对此可以选择合适的金属罐,它的直径刚好容许TE11模式生成但是能够禁止TM01模式。

  考虑到我们的WiFi频率大多数在802.11网络,比如808.11b/g的2.4GHz频段,808.11n的2.4和5GHz频段,但是长距离传输时还是2.4GHz信号较强。为了简单起见,只考虑常用的频带在2.412~2.462Ghz的808.11b/g无线网络。对于这一频带需要在设计金属罐天线时让TE11模式在2.412GHz时即能激发,并且在2.462GHz工作时仍不会激发TM01模式。

  那么,到底罐子的直径和馈线位置到底如何计算,往下看吧。

 

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罐子直径和馈线位置

  首先是罐子的合适直径。

  TE11模式会在f = 2.412GHz > f_cutoff = 2*c/(3.41*D)时被激发
  TM01模式则在f = 2.462GHz

  所以我们需要计算f_cutoffTE11,由此解出罐子直径2.87英寸(约合7.29厘米)

  接下来我们需要计算馈线的位置。

  一般来说这里的直径下限比较重要。罐子需要比7.29厘米大才能在2.4G下有效工作,而上限虽然有些影响,但并不是天线能否工作的硬性限制。

  之前提到过,为了激发TE11模式,馈线应该安放在1/4波长的位置而整个罐形天线的长度是3/4波长。在开放空间里,只需要将光速c除以频率就可以得到电磁波的波长,但是罐形天线内部情况有些变化,这里的驻波波长需要按照下式计算:

t3-03

  于是就可以从满足要求的罐子的直径D,计算出罐子切割后的剩余长度3/4Lg和馈线位置离罐底距离1/4Lg,这就是之前给出的结果。

  最后,当我们从罐壁引入馈线时,伸入罐内的金属导体需要的长度Lo为1/4波长。>>

 

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