Wi-fi антенна: мастер-класс по изготовлению и проектированию мощных самодельных устройств

Для подтверждения результата рекомендуется протестировать скорость интернета 2–3 раза

Введение

В наших статьях «Первый шаг к беспроводным сетям Wi-Fi» и «Строим беспроводную сеть на скорости 108 Мбит/с» и «Настраиваем безопасность беспроводной сети Wi-Fi» мы уже создали быструю защищённую от хакеров беспроводную сеть. Пришло время увеличивать дальность её действия.

Беспроводные сети стандартов IEEE-802.11 получают всё большее распространение. Однако, многие пользователи и системные администраторы сталкиваются с проблемами покрытия своего офиса или дома уверенной связью. Чем хуже качество приёма сигнала на компьютере клиента, тем на меньшей скорости будет установлено соединение. А это означает, что вы совершенно бесплатно теряете скорость, которая могла бы быть и выше. Другая проблема — обеспечение устойчивой связью пользователей на большом расстоянии от точки доступа. И в том и в другом случае перед системным администратором или домашним пользователем появится вполне конкретная задача: надо сделать так, чтобы сигнал принимался увереннее и с максимально возможным уровнем. Казалось бы, для этого достаточно лишь найти сетевой адаптер или точку доступа с увеличенной мощностью — и проблема будет решена. Но в случае с беспроводными сетями мы имеем дело с радио эфиром, использование которого строго регламентируется законодательствами соответствующих стран. У нас, в России, для беспроводных сетей определён диапазон частот 2400 — 2483.5 МГц, в котором могут работать передатчики мощностью не больше 100 мВт. Если превысить мощность, можно познакомиться с дружелюбными инспекторами из «Госсвязьнадзора». Подозреваю, что знакомиться с ними вы не захотите, а захотите увеличить дальность действия своей беспроводной сети иными способами. Таких способов два. Первый — устанавливать ретрансляторы, которые будут повторять ваш сигнал через какое-то расстояние, создавая коридор для вашей беспроводной сети. В качестве ретранслятора может работать и точка доступа в режиме «Repeater». Это не всегда удобно, т.к. зачастую нет возможности подвести питание к ретранслятору, да и дороговато. Другой способ проще в реализации — вам потребуется лишь специальная Wi-Fi антенна. О том, какие бывают Wi-Fi антенны и какая вам нужна, мы сейчас и поговорим.

Как усиливает антенна 

Ошибочно полагать, что передающая антенна может усиливать сигнал. Обычная пассивная антенна при передаче сигнала лишь направляет спектр в определённом направлении и за счёт своей площади обеспечивает более уверенный приём. Антенна работает подобно световому отражателю в фонарях. Она направляет спектр в заданном направлении. Например, вам надо охватить уверенным сигналом большое помещение. Простым решением будет разместить точку доступа в центре помещения, но к сожалению это может быть связано с техническими трудностями. Намного проще установить точку доступа в одном из углов комнаты и направить сигнал в противоположный угол. Для этого вам потребуется направленная антенна, которая не будет посылать сигнал в стенку за собой, где он никому не потребуется, зато распределит спектр по площади с большей эффективностью.

Тем не менее, одна из основных характеристик антенны — её коэффициент усиления, выраженный в децибелах. Коэффициент усиления такой антенны — это отношение мощности сигнала излучённого в определённом направлении к мощности сигнала, излучаемого идеальной ненаправленной антенной. Необходимо отметить, что коэффициент усиления характеризует направленность сигнала, а не увеличение выходной мощности по отношению к входной (как это может показаться из названия), поэтому данный параметр часто ещё называют коэффициентом направленного действия. Этот параметр напрямую связан с диаграммой направленности антенны.

Из любой штырьковой ненаправленной антенны можно сделать направленную, для чего достаточно установить отражающий экран. Для этого пойдёт как лист фольги, так и простая жестяная банка. Но это неэтично, неэстетично и не идеально. Промышленностью сегодня выпускаются достаточно антенн для различного применения в беспроводных сетях. Рассмотрим различные типы антенн на примере оборудования немецкой компании Level One.

Итак, пришло время повысить дальность действия беспроводной сети. Для установки беспроводных сетей мы использовали оборудование немецкого производителя, компании Level One. Это оборудование отличается тем, что в комплекте с ним поставляются удобные утилиты, позволяющие пользователю легко настроить все параметры WLAN. На переправе коней не меняют, а значит антенны будем выбирать из ассортимента компании Level One. Ну что же, напомним нашу тестовую конфигурацию.

Персональный компьютер.
Чтобы избежать возможных проблем, мы использовали компьютер, собранный на базе barebone платформы Shuttle SB75G2, стабильной платформы, зарекомендовавшей себя с лучшей стороны в плане отсутствия помех.

Конфигурация тестового компьютера:

• Процессор Intel Pentium 2.8 (800 MHz, Hyper-Threading, 512 Kb L2)
• Жёсткий диск — Maxtor DiamondMax 9, 80 Gb, 7200 rpm
• Видеокарта — Albatron GeForce FX 5700
• Операционная система — Windows XP Pro + Service Pack 2

В этом компьютере было установлено 1024 Мб памяти DDR400 производства компании OCZ.

Память OCZ DDR400 серии PC3200 Titanium имеет тайминги CL 2-3-2-5 и обеспечивает нам максимальную производительность (читайте статью о зависимости скорости компьютера от задержек памяти).

Ноутбук IRu Novia 3331W Combo
. Обзор этого ноутбука вы можете прочитать здесь. Этот мобильный компьютер, построенный на платформе Centrino, уже имеет встроенный контроллер Wi-Fi IEEE 802.11g.

• Сетевая карта Level One WNC-0300

• USB контроллер Level One WNC-0301USB.

• Точка доступа WAP-0004

Антенны для внутреннего и наружного использования

Вам могут потребоваться антенны для установки на улице или в помещении. Всё зависит от ваших требований. Конечно, если есть необходимость осуществить покрытие вашего двора или площади перед офисом, вам потребуется антенна для внешней установки. Такие антенны имеют крепкий водонепроницаемый корпус, защищённый от непогоды, порывов ветра и температурных перепадов. Такие антенны имеют мощные скобы для крепления на мачты или кронштейны и крепкие закрытые контакты. 

Внутренние антенны не защищены от воды, чая и кофе. Они компактно устанавливаются рядом с вашим монитором, на тумбочке или на системном блоке. Такие антенны крайне удобны, если ваш системный блок стоит под столом, где существенная часть сигнала от антенны встроенного сетевого контроллера будет гаситься. Чтобы повысить скорость беспроводной сети, потерянную из-за плохого качества сигнала, такую антенну надо устанавливать как минимум на рабочем столе или крепить на стену.

Направленные антенны (Directional antenna)

Пожалуй, это самый распространённый тип Wi-Fi антенн. Такие антенны, как мы уже сказали, отлично подходят для организации сети по типу точка-точка. Если ваш компьютер должен соединяться только с точкой доступа или с другим компьютером, используйте направленную антенну. В офисе или дома вы можете такой антенной «пробить» непробиваемые стены, направить сигнал от принтера на компьютер или расширить Wi-Fi на сад вашего дачного участка.

Для внешней установки компания Level One предлагает антенну WAN-2118 типа Yagi. Эта антенна цилиндрической формы диаметром 89 мм и длинной 1000 мм направляется своей продольной осью подобно указующему персту. Коэффициент усиления Level One WAN-2118 составляет 18 дБ.

Производитель обещает уверенный приём на скорости 1 Мбит/с на расстоянии до 5 Км, а на скорости 54 Мбит/с — до 1.5 Км. Конечно же, в офисе такие расстояние не нужны, да и о такую метровую антенну высокие сотрудники будут постоянно биться головой. Антенны типа Yagi обычно очень направлены и подходят только для соединения двух станций или для увеличения радиуса действия двух соединённых между собой станций. И не надейтесь, что с помощью этой антенны вам удастся подключить весь соседний дом.

Для использования в помещении более практичным будет использование антенны панельного типа. Проще говоря, это плоский излучающий в одном направлении радиоволны прямоугольник. Направленная антенна Level One WAN-1060 имеет коэффициент усиления 6 дБ и размеры 115x76x76 мм.

Такой коэффициент усиления позволит работать с сетью на скорости 1 Мбит/с на расстоянии до 60 метров, а на максимальной скорости 54 Мбит/с — на расстоянии 25 метров.

Если вы не можете определиться, где же установить антенну, снаружи здания или внутри, то смело покупайте антенну Level One WAN-2085. Это универсальная направленная антенна, предназначенная как для внутренней, так и для внешней установки. Её размеры, 120x120x43 мм, позволяют устанавливать её как в небольшой переговорной, так и на балконе дома. А коэффициент усиления у неё весьма неплохой — 8.5 дБ.

С ним вы можете рассчитывать на уверенные 1 Мбит/с на расстоянии 1200 м, и на 54 Мбит/с, если не будете удаляться дальше 350 метров.

Направленные антенны — идеальный вариант для связи двух точек по беспроводной сети Wi-Fi. Например, вы и ваш друг живёте в соседних домах, окна которых смотрят друг на друга. Чтобы соединиться по беспроводной сети, вам потребуется две направленных антенны, «смотрящих» строго друг на друга.

Расстояние, на которое может передаваться сигнал, зависит лишь от коэффициента усиления вашей антенны. Некоторые энтузиасты могли передать сигнал на несколько десятков километров, так что для двух домов, находящихся в пределах видимости, соединиться по Wi-Fi будет намного проще.

Всенаправленные антенны (Omni-directional)

Всенаправленные антенны — это основной тип антенн, используемый в оборудовании для беспроводных сетей. Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всём радиусе действия. Если в вашем офисе установлен Wi-Fi принтер, к которому вы собираетесь дать доступ всем гостям с ноутбуками, которые могут находиться в переговорной, в приёмной, в столовой или где-нибудь ещё, на принтере должна быть установлена всенаправленная антенна. В то же время, если вы хотите установить на крыше дома Wi-Fi передатчик, чтобы дать доступ к сети соседним домам, гаражам и летним беседкам, вам нужна именно такая антенна.

Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси. Так называемые, вертикальные всенаправленные антенны. По сравнению с направленными, они имеют значительно меньший коэффициент усиления. Живой пример тому — Level One OAN-2080.

Коэффициент усиления этой антенны — 8 дБ, диаметр — 19 мм, длина — 520 мм. Такую антенну удобно располагать на мачте на крыше дома или автомобиля. С её помощью вы сможете работать с беспроводной сетью на скорости 1 Мбит или 54 Мбит на расстоянии до 1800 метров или до 600 метров соответственно. Для внутреннего же применения Level One предлагает более компактную антенну такого же типа.

Настольная антенна OAN-1040 выполнена в виде эдакого обелиска с прозрачной подставкой. Эта антенна имеет коэффициент усиления 4 дБ и практически идеальную горизонтальную поляризацию.

Как видите на диаграмме, сигнал равномерно распределяется вокруг антенны в горизонтальной плоскости. Относительно большие размеры антенны (145x22x12 мм) обещают работу с сетью на скорости 1 Мбит/с на расстоянии до 170 метров, а на скорости 54 Мбит/с — до 55 метров.

Ещё один тип всенаправленных антенн — потолочные. Это внутренние антенны, подвешивающиеся под потолок для лучшего охвата всего помещения. Их удобно размещать в больших залах в центре помещения. Такие антенны должны распространять сигнал в двух плоскостях — в горизонтальной и вертикальной. С горизонтальной всё понятно — спектр здесь представляет собой практически идеальную окружность. А вот с вертикальной ситуация немного другая. Антенна рассчитана на то, чтобы вещать сверху вниз, поэтому наиболее высокий уровень сигнала будет достигаться в направлении 45 градусов от горизонтальной плоскости антенны. Следовательно, коэффициент усиления у такой антенны указывается не одним числом, а минимальным и максимальным значениями.

Антенна Level One OAN-1030 имеет коэффициент усиления от 2.5 до 3.7 дБ. Ниже приведена довольно скучная фотография этой антенны, похожей на светильник и интересная диаграмма вертикальной поляризации.

Как видите, вертикально, строго под этой антенной лучше не становиться, мёртвая зона прямо под ней может быть большой. Ну а если вы сможете расположиться под углом 45 градусов к этой антенне на расстоянии 120 метров, то сможете работать на скорости до 1 Мбит/с. А на расстоянии 40 метров — до 54 Мбит/с. Учтите, что это расстояние прямой видимости, не забудьте посчитать высоту подвеса и расстояние, на которое вы удалитесь от антенны по земле. Диаметр этой антенны — 132 мм, высота — 42 мм.

Какую антенну выбрать?

Совершенно очевидно, что выбирать антенну следует исходя из своих условий и задач, которые вы возлагаете на беспроводную сеть. В небольшом офисе или в квартире, вам будет достаточно и обычной встроенной антенны беспроводных адаптеров и точек доступа. Но если вам захочется большего радиуса действия и работы на высоких скоростях на большом расстоянии, придётся устанавливать антенну.

Для того, чтобы обеспечить демонстрационный зал уверенным приёмом вплоть до задних рядов, целесообразно будет установить всенаправленные антенны (omni-directional), которые можно разместить под потолком или на трибуне. Антенны с коэффициентом усиления даже 4 Дб вполне хватит для аудитории на 400-500 человек. Для большого ангара удобно будет подвесить под потолком подвесную всенаправленную антенну, которая охватит большую площадь даже с коэффициентом усиления от 2.5 до 3.7 дБ. Если вам нужно, чтобы все соседи на дачах могли работать с вашей беспроводной сетью или если вы хотите отдалиться от своего дачного участка на природу и там с помощью КПК выйти в сеть, вам потребуется всенаправленная антенна, установленная на мачту на крыше дома.

Ну а если вам нужно «пробить» стену от лазерного принтера к серверу, вам подойдёт направленная комнатная антенна. Ею так же можно соединять два сервера в разных крыльях здания. Брать направленную мощную антенну внутреннего использования можно так же если вы собираетесь соединять между собой несмежные комнаты и надо сконцентрировать сигнал в одном направлении. Или же если вы хотите установить сеть между двумя домами, окна которых выходят друг на друга: достаточно поставить такие антенны на подоконники и направить друг на друга.

Наружная направленная антенна пригодится для того, чтобы соединить два дома на разных концах дачного посёлка беспроводной сетью. Или для того, чтобы провести беспроводную сеть в удалённый объект.

При выборе антенны постарайтесь узнать диаграмму её вертикальной и горизонтальной поляризации. Она покажет, как антенна распространяет сигнал в вертикальной и горизонтальной плоскости и вы сможете рассчитать мёртвые зоны и зоны неуверенного приёма исходя из положения антенны в офисе или дома.

Ну и напоследок — не забывайте заземлять антенны. Для этого в комплекте с антенной должен поставляться специальный разъём, подключаемый в разрез между антенным кабелем и сетевым оборудованием. Грозовой разряд в непосредственной близости с антенной может вывести из строя сетевое оборудование. Особенно это актуально для внешних антенн. Подключите поставляемый в комплекте разъём и заземлите специальный его контакт — и забудьте о проблемах. Ровного вам сетевого покрытия!

Мы благодарим компанию «SVEGA Computer», официального дистрибьютора Level One в России за предоставленное сетевое оборудование.

• Ноутбук «IRu Novia 3331W Combo» предоставлен компанией «Метак-М».
• Barebone платформа «Shuttle SB75G2» предоставлена компанией «Клуб Мультимедиа»
• Память «OCZ PC3200 Titanium» предоставлена компанией «SVEGA Computer»

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

Обзор 3G/4G антенн Digma G523 и G037

Если вы пользуетесь портативными 3G/4G роутерами или USB модемами, то вам не понаслышке знакома проблема качественного приёма и зависимость скорости работы интернета от местоположения оборудования. Иногда достаточно…

Решение от Tenda для бюджетного Wi-Fi в небольшом офисе

В современном мире достаточно технологий, чтобы пробросить Wi-Fi на всю территорию вашего офиса, не заморачиваясь проводами. Для таких случаев применяется сверхбюджетное оборудование от компании Tenda: не забивайте голову ненужными…

Мобильное приложение EnWiFi: быстрая настройка беспроводных точек доступа EnGenius

Развёртывание WiFi-сети в зданиях или на территориях с большой площадью — не самая простая задача. Разумеется, точки доступа можно подготовить заранее, сконфигурировать по заданным параметрам в офисных условия…

EnGenius EWS660AP – мощная уличная Wi-Fi точка доступа

У каждого дома есть Wi-Fi роутер, который раздаёт беспроводной интернет на мобильные устройства – смартфоны, планшеты, ноутбуки. Для квартиры и частного дома вполне достаточного обычного роутера, но, когда зах…

Строим Wi-Fi-систему из роутеров Keenetic. Тестируем контроллер сети Wi-Fi

Простая бесшовная Wi-Fi сеть с Keenetic-ами выглядит так: вы покупаете один мощный роутер уровня Giga или Ultra и сколь угодно много простых моделей: Air, Start, Viva, в зависимости опять же от вашей топологии Wi-Fi. Любой вышедший…

НА ФОРУМЕ ГОВОРЯТ