自製Wi-Fi無線信號放大器(罐形)全教程

 

寫在前面

　　承接「真正的電子狗 泰國把寵物當免費WiFi熱點」第2頁的「自製簡易Wi-Fi信號放大器」←這是個老方法了，也有不少人質疑。這种放大器的缺點在於，僅弧形鋁皮焦點附近較小區域內，信號才能得到增強，而且效果沒預期的那麼明顯。另外一種比較流行的做法是用漏勺作天線，這種方法在很多野外作業現場也會用到。不過這裡還有一種用罐子的方法，也比較簡單，現在就分享給大家。

　　聲明：文章由果殼網編譯自外媒，原文在此，略作改動。

 

■波導原理

　　我們要做的金屬罐天線是一個引導電磁波向指定方向傳播的通道，也就是我們熟悉的波導原理。波導裡，電磁場只能以特定的模式存在。那些最好的波導裡只容許單獨一種模式，因為不同的模式在波導中以不同的速度傳輸，這會引起散射，信號的脈寬會擴展，使接收變得困難。同時不同的模式也有不同的輻射方向，下面展示的是一種橫向電場（TE）和一種橫向磁場（TM）模式——圓形波導中的主要模式。

　　首先，我們拿TE11模式做個例子（這種模式在圓形波導中佔據優勢地位），下面是波導的側視圖和饋線。灰色的矩形是罐子天線，小的綠色饋線裡的中心導體伸入罐中。一旦它離罐底1/4駐波波長，就會激發出TE11模式：圖中電場用紅色畫出，磁場用藍色。

　　假設你從罐形天線的底面而不是底部附近接入饋線，這會激發和上面不同的另一種模式，這就叫做TM11模式。

■參數計算

　　就像上面說的，在波導天線中只希望激發單一的TE模式（這決定了需要採用從罐壁伸入饋線的設計）。對此可以選擇合適的金屬罐，它的直徑剛好容許TE11模式生成但是能夠禁止TM01模式。

　　考慮到我們的WiFi頻率大多數在802.11網絡，比如808.11b/g的2.4GHz頻段，808.11n的2.4和5GHz頻段，但是長距離傳輸時還是2.4GHz信號較強。為了簡單起見，只考慮常用的頻帶在2.412~2.462Ghz的808.11b/g無線網絡。對於這一頻帶需要在設計金屬罐天線時讓TE11模式在2.412GHz時即能激發，並且在2.462GHz工作時仍不會激發TM01模式。

　　那麼，到底罐子的直徑和饋線位置到底如何計算，往下看吧。

 

#SPOT LIGHT# 以後，我們的文章會開闢精彩推薦SPOT LIGHT小欄目，旨在增強閱讀性。

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■罐子直徑和饋線位置

　　首先是罐子的合適直徑。

　　TE11模式會在f = 2.412GHz > f_cutoff = 2*c/(3.41*D)時被激發
　　TM01模式則在f = 2.462GHz

　　所以我們需要計算f_cutoffTE11，由此解出罐子直徑2.87英寸（約合7.29釐米）。

　　接下來我們需要計算饋線的位置。

　　一般來說這裡的直徑下限比較重要。罐子需要比7.29釐米大才能在2.4G下有效工作，而上限雖然有些影響，但並不是天線能否工作的硬性限制。

　　之前提到過，為了激發TE11模式，饋線應該安放在1/4波長的位置，而整個罐形天線的長度是3/4波長。在開放空間裡，只需要將光速c除以頻率就可以得到電磁波的波長，但是罐形天線內部情況有些變化，這裡的駐波波長需要按照下式計算：

　　於是就可以從滿足要求的罐子的直徑D，計算出罐子切割後的剩餘長度3/4Lg和饋線位置離罐底距離1/4Lg，這就是之前給出的結果。

　　最後，當我們從罐壁引入饋線時，伸入罐內的金屬導體需要的長度Lo為1/4波長。>>

 

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■所需材料

　　·一小段粗銅線
　　·一些螺絲和螺母
　　·帶有外接天線接口的路由器（這次用的其實是一張無線網卡）
　　·合適大小的金屬罐（尺寸的選擇已經在上面說了）
　　·將路由器連接到金屬罐的饋線，以及相應的連接座
　　·一些固定工具（比如三腳架，用來固定天線的朝向）

■組裝天線

　　·在粗銅線上切下一段長度為1/4 ，約1.23英寸（約合3.12釐米）的銅線。
　　·把這段銅線焊接在N型連接器的芯柱上。
　　·從罐底量出正確的饋線位置。
　　·鑽孔，安裝連接器。注意將連接器的金屬外殼與罐壁相連。
　　·把罐子安裝到支架上。儘量避免在罐內有其它東西，固定用的螺絲螺母儘量少。

■改進建議

　　下面這些建議可能有助於獲得更好的性能，在有條件時可以試驗一下。

　　·讓同軸電纜可以方便地在不同的金屬罐天線之間切換；
　　·或許如上圖一樣，在金屬罐天線的開口添加一個喇叭口可以收集更多的電磁波；
　　·分別用無線路由器和無線網卡作為天線的信號源，觀察效果是否不同；
　　·在天線前增加有源放大器；
　　·把兩個湯罐或者品客薯片罐背靠背裝在一起看看效果如何；
　　·塗裝天線內壁。也許原先的罐體塗些油防鏽就足夠好了。還有問題是或許可以加個能透過電磁波的絕緣蓋；
　　·使用兩個與同軸電纜連接的金屬罐作為中繼器，來繞開物體（建築物，山脈等）傳輸信號。[返回頻道首頁]

 

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