Всенаправленная антенна wifi – изготовление своими руками

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 

Содержание:

Зачем антенны на роутере

Не вдаваясь в глубокие нюансы радиотехники, сразу отметим: любому принимающему и передающему сигнал радиоустройству необходима антенна. Без неё, сам по себе передатчик отсылать и принимать радиоволны не может.

Антенна есть в любом смартфоне, в Wi-Fi адаптере и, конечно, в Wi-Fi роутере, даже если её не видно. Раньше телефоны, например, поголовно выпускались с внешней антенной. А у некоторых она ещё и дополнительно выдвигалась для улучшения приёма. Сейчас таких моделей вы не найдёте. Все современные смартфоны и телефоны выпускаются с встроенной внутренней. То есть она спрятана внутри корпуса устройства и визуально её не видно.

То же самое касается роутеров. Если вы видите беспроводной маршрутизатор без антенны, знайте: она там есть, только внутри. Wi-Fi роутеров без них не бывает в принципе. При этом количество встроенных антенн тоже может быть разным – одна, две, три. Иногда, для улучшения приёма, она располагается по всему периметру корпуса. Но внешняя всё равно работает лучше. У неё больше коэффициент усиления.

Вопреки расхожему мнению, антенна вовсе не делает радиосигнал мощнее. Мощность сигнала зависит от передатчика. Она делает его устойчивей и увеличивает радиус действия за счёт распределения сигнала в определенных направлениях. То есть чем больше коэффициент усиления, тем большую площадь покрытия Wi-Fi  можно обеспечить.

Теперь давайте разберёмся зачем роутеру так много антенн и как это влияет на качество его работы.

Сколько нужно антенн домашнему роутеру

Старые маршрутизаторы работали с одной антенной и, вроде бы, неплохо справлялись со своей задачей. Зачем же кому-то пришло в голову прикрутить к роутеру ещё одну?

Раньше интернет был медленным и, зачастую, предоставляемая провайдером скорость была в пределах одного-двух мегабит в секунду. Но со временем скорости выросли, соответственно,  увеличились и требования к сетевому оборудованию.

Чем быстрее интернет, тем быстрей должен работать и Wi-Fi. Иначе беспроводные устройства будут работать медленно. В связи с этим у роутеров и «отросла» вторая антенна.

Дело в том, что у старых моделей маршрутизаторов одна антенна одновременно работала на приём и передачу (SISO). Одной было не достаточно, чтобы обеспечить высокую скорость работы даже при мощном передатчике. Такие маршрутизаторы максимум могут обеспечивать 72 Мбит/сек в беспроводной сети при ширине канала 20 МГц. На практике существенно меньше – 30-50 мбит/сек. Что, при одновременной работе в сети трёх-четырёх клиентских устройств, очень мало.

Две и более

Тогда стали выпускать роутеры с двумя антеннами, обе работают одновременно на приём и передачу. Это позволило увеличить скорость до 144 Мбит/сек. Такая схема работы называется MIMO — в переводе с английского «множественный ввод-вывод».

Кстати, современные смартфоны, планшеты и ноутбуки тоже оснащены как минимум двумя антеннами. Если у вас старое устройство с одной, оно не сможет полноценно работать с двухантенным роутером, и скорость передачи данных будет меньше.

Ок, но зачем тогда третья антенна? Опять же для скорости. Обычно в роутерах с тремя антеннами используются конфигурации 3×3 MIMO или 2×3 MIMO. То есть три (во втором случае две) антенны используются для передачи. При приёме задействованы все 3. Такая конфигурация может обеспечить скорость в беспроводной сети на уровне 216 Мбит/сек. Если ширина канала будет не 20, а 40 МГц, то скорость будет до 450 Мбит/сек. Это при модуляции 64-QAM. Но если роутер и устройства поддерживают TurboQAM и или NitroQAM, то скорость может быть существенно выше!

Есть роутеры и с четырьмя антеннами, поддерживающими 4×4 MIMO. Правда такие роутеры нельзя запитать по технологии PoE, так как мощности PoE уже не хватает для поддержки даже 3×3 MIMO.

Скорости приведены для передачи на частоте 2.4 ГГц, если роутер работает на 5 ГГц, то скорость передачи будет выше — до 433 Мбит/с на канал.

Оптимальное количество

Нужны ли монстры с четырьмя антеннами в обычной квартире? Чаще всего нет. Дело в том, что большинство провайдеров предоставляют подключение к сети по витой паре (Ehternet), где максимально возможная скорость 100 Мбит/сек, а реально ниже. А если у вас xDSL подключение по телефонной линии, то, скорее всего, скорость будет в пределах 20-30 Мбит/сек. Поэтому необходимость использовать роутер, раздающий Wi-Fi на скорости 1 Гбит/сек лишена смысла.

То есть для пользователя в обычной небольшой квартире с подключением к интернету по телефону или Ethernet вполне подойдёт обычный роутер с двумя антеннами. Или даже с встроенной антенной, если помещение небольшое. Мощный роутер с четырьмя антеннами понадобится, если у вас интернет подключен по оптоволоконной линии, обеспечивающей скорость выше 1 Гбит/сек. Также высокая скорость Wi-Fi важна при просмотре потокового видео и при онлайн-играх. Особенно если в вашей сети несколько геймеров, одновременно подключенных к интернету.

Двухдиапазонные

Но в современных роутерах у антенн может быть и другое назначение.

Современные маршрутизаторы всё чаще выпускаются двухдиапазонными – то есть они работают на частоте 2,4 и 5 ГГц. Тогда две антенны используются для частоты 2,4 ГГц, а две – для 5 ГГц.

Поэтому двухдиапазонные роутеры, как правило, оснащены четырьмя и более антеннами. Учитывайте этот фактор при покупке такого устройства. В техническом описании двухдиапазонных роутеров производитель указывает общую максимальную скорость. Однако обратите внимание, что в подробном описании фигурируют две скорости – для диапазона 2,4 ГГц и 5 ГГц.

Как должны быть направлены

Внешние антенны на роутере, независимо от того съёмные они или нет, закреплены подвижно. Их положение можно менять. У многих пользователей возникает вопрос: как должны быть расположены антенны на Wi-Fi роутере, куда они должны быть направлены.

Отметим, что существует два вида антенн: узконаправленные и всенаправленные. Первые собирают сигнал в пучок и транслируют его в одном конкретном направлении. Всенаправленные вещают во все стороны. В роутерах используются только всенаправленные, поэтому нацеливать их куда-либо не нужно.

Тем не менее, рекомендуется направлять антенны роутера вверх. Установленные в таком положении они обеспечивают максимальное покрытие, потому что сигнал распространяется по горизонтали на предельно возможное расстояние во все стороны.

Если разместить антенны горизонтально, сигнал будет распространяться по вертикали, то есть вверх и вниз. Что оправдано, если нужно обеспечить покрытие на верхнем и нижнем этажах. В обычной квартире имеет смысл разместить антенны вертикально с небольшим уклоном в сторону желаемого максимального обеспечения покрытия.

Антенны выполнены подвижными для того, чтобы в любом положении роутера их можно было установить нужным образом. Ведь маршртуизатор может быть как установлен на ровной поверхности – на столе или на полу, так и размещён вертикально на стене.

Что касается роутеров с встроенными антеннами, то некоторые модели рекомендуется размещать вертикально на стене, поскольку расположение антенн в них горизонтальное. Но у большинства моделей внутри корпуса их несколько, и они располагаются как горизонтально, так и вертикально, обеспечивая стабильную работу в любом положении. Стоит поэкспериментировать с разным положение устройства, чтобы выяснить, в каком случае сигнал будет лучше.

Заключение

Итак, Wi-Fi роутеров без антенн не бывает – они могут быть внешние или прятаться в корпусе устройства. От их количества зависит покрытие и скорость работы Wi-Fi. Но это не критично для небольших помещений и подключения к интернету на скорости до 100 Мбит/сек.

Роутеры с большим количеством антенн нужны при высокоскоростном интернет-подключении, для онлайн-игр и потокового видео в высоком качестве. Руководствуясь этой информацией, вы можете определить нужен ли вам маршрутизатор с десятком антенн или же вполне достаточно обычного роутера с двумя.

Рекомендуем почитать:

Xakep #264. NFT

Хорошо, когда живёшь в многоквартирном доме, а соседи не отличают WEP от WPA — всегда есть резервный канал доступа в интернет. Но что делать, если хотспот находится в сотнях метров, а бесплатный интернет ну очень нужен?

В таких случаях единственный вариант подключения — использовать направленную WiFi-антенну для усиления сигнала. С её помощью можно подключиться к далёким хотспотам и заметно улучшить качество сигнала. В интернете есть разные инструкции по сборке направленных WiFi-антенн, но вряд ли кто-то додумался до такого примитивного решения, как у программиста Кристофера Коннелла (Christopher Connell), которого судьба несколько лет назад занесла в Таиланд, где интернет в то время был довольно дорогой и по паспорту.

Коннелл в своём блоге рассказывает, что успешно соорудил усилитель сигнала WiFi из самых примитивных деталей общей стоимостью не более 50 долларов, это с учётом USB-модема (собственно, на него пришлось больше половины стоимости).

Кроме него, понадобилось следующее.

• Детская бутылочка
• USB-кабель (с усилителем, если длина превышает 3 метра)
• Кусачки
• Изолента
• Силиконовый клей
• Пластиковая сетка
• Проволочная ложка параболической формы

Экзотическая деталь здесь — проволочная ложка, которая используется как рефлектор антенны. В центре сетки проделывается отверстие, куда вставляется кабель для USB-модема, защищённого от влаги бутылочкой (в Таиланде ливни — обычное дело, а ведь антенну мы выставим на улицу). Всё это закрепляется клеем и изолентой при необходимости.

Самое сложное — установить USB-приёмник точно в точке фокусировки сигнала. Расстояние от дна рефлектора до приёмника вычисляется по формуле f=D^2/(16c), то есть квадрат диаметра, делённый на глубину антенны, умноженную на 16.

Кристофер Коннелл успешно подключился к WiFi-точке в магазине на другом конце улицы, как и планировал. Он с удивлением обнаружил, что принимает сигнал даже от хотспотов в домах на расстоянии более 1 километра от его жилища. Очень неплохо для антенны из ложки и детской бутылочки!

Используемые источники:

• https://lantorg.com/article/wifi-antenny-na-2-5-10-15-km-i-bolee
• https://naseti.com/o-routerah/antenny.html
• https://xakep.ru/2015/01/29/wifi-direct/