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2013-06-06 00:16 出处:其他 作者:EXIT 责任编辑:shengyongzhen
1原理、参数计算(罐子直径和馈线位置)回顶部

 

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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2所需材料、组装天线、改进建议回顶部

所需材料

  ·一小段粗铜线
  ·一些螺丝和螺母
  ·带有外接天线接口的路由器(这次用的其实是一张无线网卡)
  ·合适大小的金属罐(尺寸的选择已经在上面说了)
  ·将路由器连接到金属罐的馈线,以及相应的连接座
  ·一些固定工具(比如三脚架,用来固定天线的朝向)

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组装天线

  ·在粗铜线上切下一段长度为1/4 ,约1.23英寸(约合3.12厘米)的铜线。
  ·把这段铜线焊接在N型连接器的芯柱上。
  ·从罐底量出正确的馈线位置。
  ·钻孔,安装连接器。注意将连接器的金属外壳与罐壁相连。
  ·把罐子安装到支架上。尽量避免在罐内有其它东西,固定用的螺丝螺母尽量少。

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改进建议

  下面这些建议可能有助于获得更好的性能,在有条件时可以试验一下。

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  ·让同轴电缆可以方便地在不同的金属罐天线之间切换;
  ·或许如上图一样,在金属罐天线的开口添加一个喇叭口可以收集更多的电磁波;
  ·分别用无线路由器和无线网卡作为天线的信号源,观察效果是否不同;
  ·在天线前增加有源放大器;
  ·把两个汤罐或者品客薯片罐背靠背装在一起看看效果如何;
  ·涂装天线内壁。也许原先的罐体涂些油防锈就足够好了。还有问题是或许可以加个能透过电磁波的绝缘盖;
  ·使用两个与同轴电缆连接的金属罐作为中继器,来绕开物体(建筑物,山脉等)传输信号。[返回频道首页]

 

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