Как подключить дополнительную Wi-Fi-антенну к цифровой приставке

Среди провайдеров Украины неизменным спросом пользуется беспроводное оборудование Ubiquiti и MikroTik — благодаря оптимальному соотношению цены, качества и производительности. Есть лишь одна небольшая сложность: ассортимент продукции у обоих производителей довольно обширен, и не всегда просто разобраться, какие точки доступа и антенны лучше всего купить. Наши менеджеры постоянно получают запросы вида:

• Подберите мне WiFi антенны на 2 км для базовой станции.
• На каком оборудовании можно построить WiFi мост на 15 км?
• Какие WiFi антенны вы порекомендуете для моста на 5 км с хорошей пропускной способностью?

Мы несколько лет назад уже публиковали статью с рекомендациями Ubiquiti по подбору оборудования для линков различной дальности. Но за это время вышел новый стандарт WiFi 802.11ac , появилось много новых моделей с его поддержкой и без, поэтому возникла необходимость в новой подборке.

MikroTik также недавно опубликовал информацию о дальности своих самых популярных точек доступа, прочесть об этом можно в этой статье.

Сразу оговоримся: в дальнейшем речь пойдет о выборе именно точек доступа, то есть устройств, совмещающих в себе антенну и радиомодуль, или же комплектов из точки доступа и присоединяемой к ней внешней антенны. Однако многие называют точки доступа «антеннами WiFi», что не совсем верно, но довольно распространено, так что мы будем употреблять и такое обозначение тоже.

Приведенные решения спроектированы для базовых условий. Реальные результаты будут зависеть от окружающей среды, помех, трассы, пределов ЭИИМ и других факторов. 

Ubiquiti — WiFi антенны на 2, 5, 15 км для мостов

Линк PtP (Point-to-Point, «точка-точка»), или мост, соединяет друг с другом два устройства, расположенные в разных местах. Как правило, мост строится на расстоянии от 150-200 метров до нескольких десятков километров.

WiFi антенны для мостов до 5 км

NanoBeam 5AC-16/19. Рекомендовано Ubiquiti для небольших расстояний. Превосходная производительность этих WiFi антенн обеспечивается благодаря airMax AC технологии, точки дают до 450 Мбит/сек пропускной способности.

Nanostation Loco M. Также подходит для коротких дистанций (из нашего опыта — до 3 км). PtP-решение минимальной стоимости, но поддерживаемый стандарт — только 802.11n, соответственно, пропускная ниже.

Nanostation M. Очень популярные WiFi антенны (точки доступа) для коротких расстояний, часто используются для видеонаблюдения благодаря наличию дополнительного порта Ethernet. Но все тот же стандарт 802.11n.

NanoBeam5AC-19	NanoBeam5AC-16	Nanostationloco M5	Nanostationloco M2	NanostationM5	NanostationM2

WiFi антенны для мостов 5-15 км

• LiteBeam 5AC-23: Рекомендованное Ubiquiti клиентское оборудование, которое подходит также и для мостов. Превосходная производительность благодаря airMax AC стандарту, пропускная способность до 450 Мбит/сек.
• PowerBeam 5AC.  Эти WiFi антенны советуются производителем в качестве клиентского оборудования для линков на большие расстояния, или для мостов на средние расстояния (5, 10, 15 км). Превосходная производительность благодаря airMax AC стандарту, пропускная способность до 450 Мбит/сек.
• PowerBeam 5ACISO.  Практически полностью повторяет PowerBeam 5AC, но благодаря изолятору дает хорошие результаты в зашумленной среде.
• LiteBeam M. Эта WiFi антенна идеально подойдет для тех случаев, когда нет необходимости в высокой пропускной способности, где сама возможность подключения, ветровая нагрузка, низкая цена важнее производительности. Устройство не поддерживает MIMO, имеет одну поляризацию, стандарт 802.11n, поэтому канальная скорость — всего 150 Мбит/сек, реальная пропускная, соответственно, меньше.
• PowerBeam M: Оптимальное соотношение цены и производительности для линков на средние дистанции, стандарт 802.11n.

LiteBeam5AC-23	PowerBeam5AC-300	PowerBeam5AC-400	PowerBeam5AC-300-ISO	PowerBeam5AC-400-ISO

LiteBeamM5	PowerBeamM5-300	PowerBeamM5-400	PowerBeamM2-400	PowerBeamM5-620

WiFi антенны для мостов свыше 15 км

airFiber 5X + AF-5G (направленные антенны WiFi с узким лучом). Это комплект операторского класса для мостов на большие дистанции, возможна передача данных на расстояния 200+ км. Эффективное использование спектра, обеспечение пропускной способности до 620 Мбит/сек (с использованием ширины канала 50MHz).

Rocket 5AC + RocketDishLW. Превосходный комплект из узконаправленной WiFi антенны и точки доступа. Выбор для высокопроизводительных линков на длинные расстояния. TCP/IP пропускная способность до 450 Мбит/сек (с использованием ширины канала 80MHz). Дальность линков — 100+ км

airFiber 5X	АнтеннаAF-5G23-S45	АнтеннаAF-5G30-S45	АнтеннаAF-5G34-S45	Rocket 5AC	RocketDishLW

Высокопроизводительные магистральные каналы

AirFiber 24HD. Отличная производительность. AirFiber 24HD обеспечивает до 2 Гбит/сек реальной пропускной способности на расстояниях  около 2 км в полосе частот 24 ГГц, и до 1.4 Гбит/сек в линках на расстояниях до 9 км. Тем не менее, при определенных обстоятельствах можно использовать устройство на расстояниях до 20 км.

AirFiber 24. AirFiber 24 обеспечивает до 1.4 Гбит/сек реальной пропускной способности на расстояниях около 5 км в полосе частот 24 ГГц. Можно использовать устройство и на расстояниях до 13 км, только пропускная будет меньше.

AirFiber 5/5U: Прекрасная пропускная способность в полосе частот 5 ГГц. Эти РРЛ обеспечивают до 1.2 Гбит/сек пропускной. Устройство можно использовать на расстояниях до 100 км.

AirFiber24HD	AirFiber 24	AirFiber 5	AirFiber 5U

Базовые станции Ubiquiti

Point-to-Multipoint линки (PtMP, «точка-многоточка») — это соединение трех или более устройств, расположенных в разных местах, с использованием 1 базовой станции (точка доступа) и нескольких CPE устройств (клиентских станций), которые соединены с точкой доступа беспроводным линком.

Производительность соединения точка-многоточка зависит как от базовой станции, так и от клиентских устройств. Таким образом, если вы хотите обеспечить передачу данных на большие расстояния, нужно выбрать правильную базовую станцию и правильное CPE для каждого конкретного случая.

Базовые станции обычно располагают на вершине башен, зданий или на антенной мачте. Высота установки определяет максимальное покрытие. При проектировании базовой станции оптимально выбирать WiFi антенны с как можно более узким сектором охвата. Ширина диаграммы направленности должна быть минимально возможной для покрытия желаемой площади. Антенны с большей шириной луча, покрывающие бОльшую зону и достигающие бОльшего количества станций, будут и более чувствительными к помехам, что приводит к снижению производительности и масштабируемости.

Базовая станция на 60 клиентов для малых расстояний

Идеально подходят для начинающих провайдеров в районах с низким уровнем помех.

Rocket M с OMNI всенаправленной антенной. Такая базовая станция WiFi потянет до 60+ одновременно работающих подключенных клиентов, если все устройства поддерживают airMAX. Очень чувствительна к помехам, рекомендуется только для сельской местности.

RocketM5	AMO 5G10	AMO 5G13	RocketM2	AMO 2G10	AMO 2G13

Базовые станции на 100, 200 и более клиентов с высокой производительностью

Rocket 5AC PRISM с антеннами airMax AC Sector. Это WiFi комплект операторского класса для базовых станций самой высокой производительности, с плотным расположением клиентов. К примеру, устанавливаем на 1 мачту восемь таких WiFi антенн (точка доступа + внешняя секторная антенна) с шириной луча 45° для кругового покрытия и получаем 800+ подключений на мачту. Устройства используют технологию airPRISM, что значительно уменьшает смежные шумы.

Rocket 5AC Lite и антенны Titanium Sector. Высокопроизводительное решение для областей средней плотности. Ширина диаграммы направленности антенн варьирует (60-120°) для масштабируемости. На одну систему из нескольких Rocket и WiFi антенн можно подключить 500+ клиентских станций. Использует новейшую технологию airMax AC.

Rocket5AC PRISM (UPD  Снято с производства)	AirMax Sector acAM-5AC22-45	AirMax Sector acAM-5AC21-60

Rocket5AC Lite	Titanium SectorAM-M-V5G-Ti	Titanium SectorAM-V5G-Ti

Клиентские точки доступа (CPE) Ubiquiti

WiFi антенны до 3 км

NanoBeam 5AC-16. Недорогая WiFi антенна (точка доступа), малая дальность, преимущество — очень компактные габариты и стильный дизайн. Подходит клиентам, которым важна эстетика. 

NanoBeam 5AC-19: чуть большая дальность по сравнению с NanoBeam 5AC-16, большая направленность антенны.

NanoBeam5AC-19	NanoBeam5AC-16

WiFi антенны до 7 км

LiteBeam 5AC-23: недорогое CPE, узкий луч, поддержка MIMO. Рекомендуется Ubiquiti как новый отраслевой стандарт для клиентского оборудования с airMax AC.

PowerBeam 5AC-300/400: CPE с узким лучом, большая дальность и низкий уровень шума.

LiteBeam5AC-23	PowerBeam5AC-300	PowerBeam5AC-400

WiFi антенны для клиентов на дальние дистанции (свыше 7 км)

PowerBeam 5AC-500/620: Более высокая мощность устройств, высокая степень направленности антенны, большая дальность и низкий уровень шума, эстетичность.

Rocket 5AC-Lite/PTMP/PTP с антеннами RocketDish LW: Наиболее эффективный комплект оборудования WiFi, хотя его стоимость выше по сравнению с интегрированными конструкциями, и дизайн может показаться неказистым. Для лучшей изоляции сигнала на антенны можно дополнительно приобрести колпаки ISOBEAM. PTMP и PTP модели поддерживают новейшую airPRISM технологию для уменьшения помех от соседнего канала.

PowerBeam5AC-500	PowerBeam5AC-620	Rocket5AC Lite	Rocket5Ac PTMP	Rocket5Ac PTP	RocketDishLW

Важно: Устройства для дальних расстояний можно использовать и на короткие дистанции. К примеру, PowerBeam M, скорее всего, опередит Nanostation Loco M на малых дистанциях благодаря свойствам антенны.

Поэтому, если по параметрам вам подходит несколько антенн WiFi, всегда используйте более дальнобойную и мощную — так вы гарантированно получите стабильный линк с хорошей пропускной способностью.

Наше мнение

Нас немного удивило, что для мостов Ubiquiti не советует обычные (не стандарта 802.11ac) точки доступа Rocket M с антеннами RocketDish — частый выбор наших клиентов. Скорее всего, потому, что стандарт 802.11n считается уже неперспективным.

Кроме того, к базовым станциям на стандарте 802.11n мы рекомендуем также клиентские точки доступа Nanostation loco M5, M2 — до 1 км, Nanostation M5, M2  -до 5 км. Это очень популярные и недорогие решения. 

Хотите собрать дальнобойную WiFi антенну, тогда следует знать о некоторых её особенностях.

Первое и самое простое: большие антенны в 15 или 20 dBi (децибел изотропных) являются предельными по мощности, и не нужно делать их ещё мощнее.

Вот наглядная иллюстрация, как с ростом мощности антенны в dBi уменьшается зона её покрытия.

Так получается, что с увеличением дистанции действия антенны, площадь её покрытия значительно уменьшается. Дома вам придется постоянно ловить узкую полоску действия сигнала при слишком мощном WiFi излучателе. Встанете с дивана или приляжете на пол, и связь тут же пропадет.

Вот почему домашние роутеры имеют обычные, излучающие во все стороны, антенны мощностью в 2 dBi—так они наиболее эффективны на короткой дистанции.

Направленная

Антенны на 9 dBi работают только в заданном направлении (направленного действия) — в комнате они бесполезны, их лучше применять для дальней связи, во дворе, в гараже рядом с домом. Направленную антенну при установке потребуется регулировать для передачи четкого сигнала в нужном направлении.

Теперь к вопросу о несущей частоте. Какая антенна будет лучше работать на дальнем расстоянии, в 2.4 или 5 ГГц?

Сейчас есть новые роутеры, работающие на удвоенной частоте в 5 ГГц. Такие маршрутизаторы все еще остаются новинкой, они хороши для скоростной передачи данных. Но сигнал 5 ГГц не очень хорош для дальних расстояний, так как затухает быстрее, чем при 2.4 ГГц.

Потому старые роутеры на 2.4 ГГц будут работать лучше в дальнобойном режиме, чем новые быстродействующие в 5 ГГц.

Чертёж двойного самодельного биквадрата

Первые образцы самодельных распространителейWiFi сигнала, появились еще в 2005 году.

Наилучшие из них конструкции биквадрат, обеспечивающие усиление до 11–12 dBi и двойной биквадрат, имеющие несколько лучший результат в 14 dBi.

Согласно опыту использования, конструкция биквадрат является более подходящей в качестве многофункционального излучателя. Действительно, преимуществом этой антенны является то, что при неизбежном сжатии поля излучения, угол раскрытия сигнала остается достаточно широким, чтобы покрыть всю площадь квартиры при правильной установке.

Все, возможные, версии биквадратной антенны являются простыми в реализации.

Необходимые детали

• Металлический рефлектор—кусок фольгированноготекстолита123х123 мм, лист фольги, CD, DVD компакт диск, алюминиевая крышка с чайной банки.
• Медная проволока сечением 2.5 мм.кв.
• Отрезок коаксиального кабеля, лучше с волновым сопротивлением 50 Ом.
• Пластмассовые трубочки — можно нарезать из шариковой ручки, фломастера, маркера.
• Немного термоклея.
• Разъем N-типа — пригодится для удобного подсоединения антенны.

Изготовление излучателя

Для частоты 2.4 ГГц, на которой планируется использовать передатчик, идеальными размерами биквадрата будут 30.5 мм. Но все-таки мы делаем не спутниковую антенну, поэтому допустимы некоторые отклонения в размерах активного элемента —30–31 мм.

К вопросу о толщине проволоки также нужно отнестись внимательно. С учетом выбранной частоты 2.4 ГГц, медную жилу надобно найти толщиной точно в 1.8 мм (сечением 2.5 мм.кв.).

От края проволоки отмеряем расстояние 29 мм до загиба.

Делаем следующий загиб, проконтролировав наружный размер в 30–31 мм.

Следующие загибы вовнутрь делаем на расстоянии 29 мм.

Проверяем самый важный параметр у готового биквадрата —31 мм по средней линии.

Пропаиваем места для будущего крепления выводов коаксиального кабеля.

Рефлектор

Основная задача железного экрана за излучателем — отражать электромагнитные волны. Правильно отраженные волны будут накладываться своими амплитудами на колебания только что выпущенные активным элементом. Возникающая усиливающая интерференция даст возможность максимально далеко распространитьэлектромагнитныеволны от антенны.

Чтобы добиться полезной интерференции надо расположить излучатель на расстоянии кратном четверти длины волны от отражателя.

Расстояние от излучателя до рефлектора для антенн биквадрат и двойной биквадрат находим как лямбда / 10 — определяемую особенностями данной конструкции / 4.

Лямбда — длина волны, равная скорости света в м/с деленной на частоту в Гц.

Длина волны при частоте 2.4 ГГц — 0.125 м.

Увеличив пятикратно рассчитанное значение, получим оптимальное расстояние — 15.625 мм.

Размер рефлектора сказывается на коэффициенте усиления антенны в дБи. Оптимальные размеры экрана для биквадрата — 123х123 мм или больше, только в этом случае можно добиться усиления в 12 dBi.

Размеров CD иDVD дисков явно недостаточно для полного отражения, поэтому антенны биквадраты, построенные на них, имеют коэффициент усиления лишь в 8 dBi.

Ниже приведен пример использования крышки с чайной банки в качестве рефлектора. Размера такого экрана тоже недостаточно, коэффициент усиления антенны меньше, чем ожидалось.

Форма рефлектора должна быть только плоской. Старайтесь также найти пластинки максимально гладкие. Изгибы, царапины на экране приводят к рассеиванию высокочастотных волн, по причине нарушения отражения в заданном направлении.

В выше рассмотренном примере бортики на крышке явно лишние — они снижают угол раскрытия сигнала, создают рассеиваемые помехи.

Как только пластинка рефлектора будет готова, у вас есть два способа собрать на нем излучатель.

1. Установить медную трубку с помощью пайки.

Чтобы зафиксировать двойной биквадрат понадобилось дополнительно сделать две стоечки из шариковой ручки.

1. Закрепить все на пластмассовой трубке используя термоклей.

Берем пластмассовую коробочку для дисков на 25 штук.

Отрезаем центральный штырь, оставив по высоте на 18 мм.

Прорезаем надфилем или напильником четыре шлица в пластмассовом штыре.

Подравниваем шлицы одинаково по глубине

Устанавливаем самодельную рамочку на шпиндель, проверяем, дабы её края оказались на одинаковой высоте от дна коробочки — около 16 мм.

Припаиваем выводы кабеля к рамке излучателя.

Взяв клеевой пистолет, закрепляем CD диск на дне пластмассой коробочки.

Продолжаем работать клеевым пистолетом, фиксируем на шпинделе рамку излучателя.

С обратной стороны коробочки фиксируем термоклеем кабель.

Подключение к роутеру

У кого есть опыт, тот с легкостью припаяется к контактным площадкам на монтажной плате внутри роутера.

Иначе, будьте осторожны, тонкие дорожки могут оторваться от печатной платы при долговременном прогреве паяльником.

Можно к уже припаянномукусочку кабеляродной антенны подключиться через разъем SMA. С приобретением любого другого радиочастотного соединителя N-типа в ближайшей точке торговли электроникой не должно возникнуть проблем.

Тесты антенны

Испытания показали, что идеальный биквадрат дает усиление около 11–12 дБи, а это до 4 км направленного сигнала.

Антенна из CDдиска дает 8 дБи, поскольку получается поймать WiFiсигнал на расстоянии 2 км.

Двойной биквадрат предоставляет 14 дБи— немного больше 6км.

Угол раскрытия антенн с квадратным излучателем составляет около 60 градусов, чего вполне достаточно для двора частного дома.

О дальности действия Вай Фай антен

От родной роутерной антенны на 2 dBi сигнал 2.4 ГГц, стандарта 802.11n может распространиться на 400 метров в пределах прямой видимости. Сигналы 2.4 ГГц, старых стандартов 802.11b, 802.11g хуже распространяются, имея вдвое меньшую дальность по сравнению с 802.11n.

Считая WiFi антенну за изотропный излучатель — идеальный источник, распространяющий электромагнитную энергию равномерно во всех направлениях, можно руководствоваться логарифмической формулой перевода дБи в прирост мощности.

Децибел изотропный (дБи) — коэффициент усиления антенны, определяемый как умноженный на десять десятичный алгоритм отношения усиленного электромагнитного сигнала к исходному его значению.

AdBi = 10lg(A1/A0)

Перевод дБи антен в прирост мощностей.

A,дБи	30	20	18	16	15	14	13	12	10	9	6	5	3	2	1
A1/A0	1000	100	≈64	≈40	≈32	≈25	≈20	≈16	10	≈8	≈4	≈3.2	≈2	≈1.6	≈1.26

Судя по таблице, несложно сделать вывод, что направленный WiFi передатчик максимально допустимой мощности в 20 дБи может распространить сигнал в даль на 25 км при отсутствии преград.

Дальнейшее увеличение мощности антенны неразумно, распространение сигнала будет идти в слишком узкой зоне, имеющей форму диска.

Автор: Виталий Петрович, Украина, Лисичанск

Всем привет! Сегодня я продолжу рассказ о самодельных антеннах, и на этот раз речь пойдет о Wi-Fi. Не сложная в изготовлении, всенаправленная Wi-Fi антенна, имеет усиление 6 дБ, с её помощью можно значительно усилить сигнал на ноутбуке, точке доступа и других Wi-Fi адаптерах. В сети можно найти множество вариантов конструкции и размеров данной коллинеарной антенны, и 3 из них мною были опробованы, но отличные результаты показал только вариант, описываемый в этой статье. Конечно, многие скажут, зачем заниматься ерундой и мастерить Wi-Fi антенну своими руками, когда можно купить готовую, на что я скажу, купить можно все, если есть деньги, но зачем их тратить, если можно сделать самому, причем иногда даже лучше чем в магазине, в этом я убеждался не раз.

Скажу сразу, что данная антенна относится к среднемощным, и поддерживать с её помощью длинные линки, не получится. Для этих целей необходимо использовать направленную антенну, варианты конструкций которой мы обязательно рассмотрим в будущем. Данная  же антенна отлично подойдёт для организации связи стандарта Wi-Fi 802.11 в пределах дома, двора, и даже между соседними домами. Такой самодельной антеннойWi-Fi антенной можно заменить стандартную антенну 2дБ входящую в комплект вашего роутера или точки доступа, и увеличить тем самым радиус покрытия более чем в 2 раза. Получится так называемый Wi-Fi усилитель.

Перейдем непосредственно к описанию самой конструкции. Фото наглядно проиллюстрируют весь процесс. Для изготовления антенны нам понадобится все та же монолитная медная проволока сечением 4 мм², которую можно приобрести в любом электрическом магазине. Отрезок такой проволоки нужно изогнуть специальным образом, выдержав размеры, показанные на следующей схеме:

И припаять получившуюся конструкцию к коннектору N-типа, или к обычной маме BNC разъёма, их можно купить в любом радиомагазине. BNC найти проще, его используют для монтажа видеонаблюдения. BNC-маму нужно купить в комплекте с папой, к которому и будем подсоединять коаксиальный кабель 50 Ом, на фото представлен пример с BNC. Припаяв один конец проволоки к коннектору, нужно от его основания отмерить 61 мм и сделать кольцо, как показано на фото:

Накручивать кольцо, лучше всего с помощью шаблона в виде трубки нужного диаметра и плоскогубцев. Кольцо должно получиться диаметром 10 мм. Кольцо ни в коем случае не может быть замкнутым, оно должно переходить в продолжение проволоки.

От этого кольца отмеряем 91 мм и таким же образом делаем второе кольцо, его диаметр также должен составлять 10 мм. Далее, от второго кольца отмеряем 83 мм и обрезаем проволоку. В итоге должна получиться следующая конструкция:

Вот вариант исполнения для точки доступа, к антенне припаян маленький коннектор N с кабелем, во всех вариантах задействована только центральная жила, оплетка просто заворачивается назад и не имеет ни какого контакта:

На этом все. Как видите, изготовление антенны не составит большого труда, скажу только что размеры необходимо соблюдать обязательно, и конечное изделие должно выглядеть аккуратно, от этого в большей степени зависит работоспособность антенны. Как подсоединить такую или другую Wi-Fi антенну к ноутбуку или нетбуку, для усиления сигнала, я расскажу в ближайших статьях.

В заключении хочу поблагодарить некоторых подписчиков и просто читателей за присланные мне чертежи и рисунки с описанием различных самодельных антенн, некоторые из них действительно впечатляют!  Все присланные мне конструкции я обязательно проверю на практике и выложу на блоге в ближайшем будущем. Так что если у вас есть что предложить, обязательно присылайте на ящик BlogAnten@yandex.ru или отправьте письмо со страницы «Контакты», буду признателен.

Было интересно? Тогда подпишись на ЭТОТ САЙТ по E-mailИспользуемые источники:

• https://lantorg.com/article/wifi-antenny-na-2-5-10-15-km-i-bolee
• https://volt-index.ru/electronika-dlya-nachinayushih/interesnoe/delaem-sverhdalnyuyu-wifi-antennu.html
• https://bloganten.ru/prostaya-samodelnaya-wi-fi-antenna/