Fabricación de una antena
helicoidal 2.425GHz
para dispositivos inalámbricos
en la banda ISM
Introducción:
Como alguno lectores ya sabrán, el Grupo de Usuarios de Linux de Camberra se ha embarcado en un proyecto de creación de una red inalámbrica a lo largo de Camberra. Parte de la existencia de este experimento se debe a la compra, a precio de saldo, de un gran número de tarjetas "Lucent WaveLAN", que fueron reemplazadas por las tarjetas del standard 802.11. Las tarjetas resultaron baratas, pero las antenas "tile" que venían con ellas no eran buenas para conexiones de larga distancia, no llegando más allá de unos cientos de metros. Además, las antenas comerciales que sí podían utilizarse para realizar el trabajo eran caras, más bien grandes, y antiestéticas, especialmente las "conifers".Así las cosas, no hay ninguna razón por la que esta antena helicoidal que describimos no pueda ser utilizada con cualquier otro equipo de la banda de los 2.4 GHz, tales como las nuevas tarjetas inalámbricas del tipo 802.11, o como los emisores de vídeo. Por favor, si alguien utiliza la antena con estos equipos que me lo haga saber.
La idea de partida es que cualquiera pudiera hacerse su propia antena para uniones punto a punto, y que lo pudiera hacer de forma barata. Los criterios principales eran que fuera fácil de construir, duradera y de bajo coste. La durabilidad es importante, ya que no se quería que el viento, las palomas o cualquier otro pajarraco arruinase tu sesión de Quake III o de Unreal Tournament. Los pájaros que se posan sobre las antenas provocan una importante disminución de la señal.
La antena se deriva de la información del libro de antenas Helicoidales "ARRL Antenna Book".
Piezas necesarias:
Para construir una antena necesitarás:
- 1 pza de 0.60 metros de tubo de PVC de 40 mm del que se utiliza en desagües (N.T. en el original se habla de que tenga 40mm de diámetro en el interior y unos 42- 43 mm en el exterior y yo sólo he encontrado el que normalmente se utiliza en fontanería que es de 40mm exteriores).
No te preocupes demasiado con este tema, según sea el tubo que compres tienes
que diseñar las plantillas para ese tubo.
- 1 tapa de 40mm de PVC. ( tapón para el tubo de PVC que compres ).
- 1 tapa de 150 mm de PVC (o una pieza de plástico grueso o madera de similares dimensiones). Los tapones de tuberías de PVC grandes os sirven.
- 2 Abrazaderas en U de 25 o 35 mm (también llamado pernos en U, el tamaño de los mismos no importa demasiado, estos sirven para sujetar la antena a un mástil, no tienes que ponerlos obligatoriamente)
- 8 tuercas y 8 arandelas más para las abrazaderas anteriores.
- 0.7 mm de grosor de tamaño suficiente como para cortar un círculo de 130 mm de diámetro o una pieza apropiada de aluminio o similar de una lata de membrillo (N.T.: o de una caja de galletas de esas holandesas con mucha mantequilla). Las hojas de aluminio planas comunes no sirven ya que son demasiado finas y se estropean cuando las taladras o cortas.
- 1 hoja de metal de 0.4.(aunque no sea del mismo grosor puedes utilizar un retal de la tapa o del culo de la caja de galletas holandesas que emplearas para hacer el circulo anterior).
- Varios metros de cable de cobre esmaltado de 1 mm de diámetro (puede ser mayor diámetro pero no menor).
- Un conector tipo N de montaje en panel (resulta apropiado el que tiene una base cuadrada con cuatro agujeros para sujetarlo con tornillos).
- 3 tornillos, tuercas y arandelas para sujetar el conector tipo N.
- 1 tornillo, 1 tuerca y arandelas, para unir el tapón grande la chapa circular y el tapón pequeño. (El tamaño del tornillo no importa, pero como consejo emplea un tornillo de cabeza redonda, porque si pones los pernos en U, el tornillo no te molesta al sujetar la antena a un mástil).
- Araldit de secado lento (pegamento de dos componentes). También sirve pegamento de PVC normal, pero a la hora de pegar el tubo al tapón pequeño tienes muy poco tiempo para cuadrar todo porque este pegamento en cuestión de 1-2 min seca.
- Loctite 424 o similar (superglue o una pistola de pegamento termofusible también puede valer).
- Sellador de silicona.
- Cinta adhesiva.
Herramientas que necesitarás:
- Sierra para metales
- Lija del numero 5 para madera (también sirve una lima pero tienes que ser un poco hábil con ella, en cambio con la lija la dejas sobre la mesa y rozas el tubo sobre ella ;)
- Una escuadra de carpintero para medir ángulos rectos (te puede servir cualquier otro utensilio que tenga 90º , esto lo vas a utilizar para dejar lo mas nivelado posible el corte del tubo.
- Cortador de cables fuerte.
- Llaves apropiadas para las tuercas utilizadas.
- Un destornillador Philips para los tornillos del conector tipo N.
- Un taladro
- Un juego de brocas para hacer agujeros desde pequeños a realmente grandes.
- Tijeras (pero no unas buenas tijeras, ya que las destrozarás y a tu madre no le gustará).
- Cutter.
Construcción:
Imprime y recorta las plantillas que hay en el fichero de plantillas circle.pdf y rhspiral.pdf o lhspiral.pdf. Deberás utilizar la plantilla de rhspiral para antenas con espiral hacia la derecha y lhspiral para antenas con espiral hacia la izquierda. Necesitarás la plantilla circular para hacer el plano de tierra (reflector), a no ser que puedas trazar un buen círculo de 130 mm de diámetro con una regla o un compás.Actualización: descarga HelixCalc de la sección de teoría para poder diseñar tus propias plantillas
También te las puedes hacer a mano:
Para la plantilla del tubo, imprimes una, mides el perímetro del tubo y en un simple folio haces un rectángulo el lado mas corto del rectángulo es la medida del perímetro del tubo y el lado mas grande el tamaño del lateral grande el folio.(para que entren todas las espiras posibles en cada folio).
Recortas la plantilla impresa, la plantas encima del rectángulo que has dibujado en el folio y la primera diagonal de la plantilla impresa la continuas hasta el lateral del rectángulo.
Ahora solo falta utilizar escuadra y cartabón trazas una línea paralela al lateral mas pequeño del rectángulo, que tiene que cortar justo donde corta la diagonal y el lateral grande del rectángulo.
La distancia que hay entre el corte de la diagonal con el lateral mas corto superior es la distancia que tienes que emplear entre espira y espira, ahora traza paralelas a lo largo del rectángulo con esa distancia, y luego une con diagonales una paralela con otra, si esto no lo entiendes fíjate en la plantilla que has impreso y te tiene que quedar mas grande o mas pequeña ( yo solo te estoy explicando como sacar la escala sin tener que hacer calculos ;)
Como esta plantilla tendras que utilizar 2 o 3 plantillas. Para la plantilla del circulo sacas la escala así 150(diametro del tapon grande)/130 (diametro del circulo de la plantilla) =diametro de tu tapón/x es decir:
150/130=d/x d= diámetro de tu tampón
Despejas x y te sale el diámetro del
circulo a dibujar.
Divides entre 2 el resultado y te dibujas un circulo con un compás con
radio.Corta el tubo de 40mm de PVC con una longitud de 550mm (55cm). Para sacar tu medida justa del tubo:
Numero de espiras que quieres que tenga * la distancia entre espira y espira ( la has sacado antes al dibujar las paralelas, distancia entre paralela y paralela) + la altura del tapón sin contar el grosor del culo del tampón. ( la altura del tapón la puedes hallar cogiendo el tubo lo introduces en el tapón y marcas en el tubo con un lapiz hasta donde llega el tapón sacas el tapón y mides desde la marca hasta el lateral del tubo, pues esa es la medida que tienes que sumar ;)
Ejemplo: 11(espiras) * 5cm (distancia) + 3,7cm (altura tapón)=58,7cm
Pues 58,7 cm es el tamaño al que tiene que tener el tubo (un consejo deja un milimetro o dos más porque como me imagino que no seras un mestro con la sierra tu corte no será recto) ahora con la escuadra compruebas de donde te tienes que rebajar un poco, hasta dejarlo los mas nivelado posible, para rebajarlo coge la lija y dejalo nivelado y con la medida justa del tamaño del tubo.
Envuelve las plantillas de bobinado alrededor del tubo de PVC haciendo que coincidan los trazos de los bordes y los de las espirales. No es demasiado importante si no coincide a la perfección. Da igual si utilizas la plantilla de espiral a izquierdas o la de espiral a derechas, pero lo que sí es importante es que la antena con la que se va a comunicar sea del mismo tipo. Si combinas una antena de espiral a derechas con una de espiral a izquierdas entonces las señales no serán utilizables en absoluto.
El extremo en el que empieces con la plantilla será el que conectarás a la base. Fíjate que el comienzo de la plantilla debe estar desplazado con respecto al tubo una medida igual a la altura del tapón de PVC que has hallado antes (en el ejemplo son los 3,7cm que tiene que quedar sin cubrir por la plantilla). Véase el diagrama. Esto compensará el grosor del tapón.
Utilizando un pico afilado (N.T. yo utilicé la punta caliente de un soldador de estaño tipo lápiz JBC) perfora la plantilla a lo largo de la línea espiral a unos intervalos regulares, digamos 5 o 6 por vuelta. Esto dejará unas marcas en el PVC que después seguiremos para enrollar el cable alrededor. Desplaza la plantilla y repite el paso anterior hasta que tengas una espiral completa alrededor de toda la longitud del tubo. Haz otra marca en el punto final de la espiral de la plantilla. Ahora te deberían quedar libres unos cuantos milímetros de tubo. Esto es correcto.
Un consejo es que marques los puntos donde corta un extremo del papel con otro en línea recta hacia abajo para así poder ver el principio y el final del hilo en la misma perpendicular ;)
Coge el alambre de 1mm y, utilizando algo como superglue o Loctite 424, sujeta el final del cable en donde la espiral acaba en el tubo (el punto final descrito en el apartado anterior). Enrolla lentamente el alambre alrededor del tubo, siguiendo las marcas de la espiral. Dos o tres veces en cada vuelta deberás poner más pegamento para sujetar el alambre en su lugar.
Cuándo te acerques a la base no pegues nada en la última vuelta y corta el alambre dejando que sobren unos 10 o 15 cm mas de lo necesarios. Descansa mientras el pegamento seca.
Recorta de la lamina de metal el círculo de que te has creado antes, con unas tijeras de recortables de papeleria lo haces perfectamente es como cortar una cartulina.
Haz agujeros con el taladro en la tapa de 150 mm de PVC y en el círculo de 130mm de chapa. Debes hacer un agujero para el tornillo central y otros para el conector (el del centro del conector y tres más pequeños para sujetarlo).
Normalmente los tapones llevan marcado el centro, por lo cual solo tienes hacer el agujero con la broca apropiada que tiene que ser del tamaño del tornillo a emplear.
Yo hice primero el agujero al tapón grande, luego por la parte de abajo coloqué la chapa circular mas o menos centrada y por el propio agujero del tapón grande hice el agujero a la chapa con esto conseguí centrar lo máximo posible la chapa ;)
Después hice el agujero al tapón pequeño por el centro que viene marcado de fábrica (todo esto siempre con la misma broca).
Nota, si por lo que sea no vienen marcados los centros de fabrica como sabes los diámetros de los tapones con un compás te haces los círculos de los tampones en un folio y después marcas los centros de los tapones con estas plantillas.
Para hacer los agujeros del conector N al tapón grande me hice una plantilla en papel del tapón pequeño, la recorte y cogí el conector N sobre la plantilla y marqué estas posiciones de los agujeros,( calcule dejar sitio para poder colocar las tuercas de los tornillos para sujetarlo) marque una línea en la plantilla para ver por donde tenía que cortar el tapón pequeño para dejar espacio para los agujeros en el conector grande. Mirar en la foto.
Después corte el tapón por la línea pintada en la plantilla. El tapón queda así:
La plantilla del tapón pequeño con la marca de los agujeros la pintas en el interior del tapón grande y le haces los agujeros en el tapón grande. Al pasar la plantilla te tiene que quedar así:
Ahora haz los agujeros para el conector tipo N (te aconsejo que verifiques con el conector que estan en su sitio todos los agujeros antes de hacerlo ;).
Cuando atornilles las dos piezas juntas debería parecerse a esto... (falta colocar el circulo de chapa del reflector y el conector tipo N).
A continuación deberás hacer los taladros para poner las dos abrazaderas tipo U, dependiendo del tamaño que utilices. Tendrás que tener cuidado de que la posición de las abrazaderas sea correcta, de manera que el mástil que ha de sujetarse a ellas no moleste posteriormente a la hora de conectar el cable al conector tipo N.
Mira la foto siguiente para ver como tienen que quedar las abrazaderas.
Una vez hecho todos los agujeros en el tapón grande coloca la chapa redonda por la parte exterior del tapón haciendo que coincidan los agujeros centrales y con el taladro haz los agujeros en la chapa a través de los que tienes en el tapón grande, después quita la chapa y al agujero central del conector N hazle un agujero mas grande la razón es para que no llegue a tocar en ningún momento la chapa con la parte del conector este contacto lo tiene que hacer con los agujeros de soporte del conector (es la masa del conector).
Coloca la hoja circular de metal en la tapa grande de y atornilla el tapón de 40 mm, asegurándote que todos los agujeros de la hoja de aluminio y del tapón coincidan perfectamente. ( como vamos a dejar fija ya la hoja circular primero haz la prueba de que coinciden los agujeros, luego échale unas gotas de superglue a la hoja circular y déjala ya fija sobre el tapón grande pegándola en la parte interior del tapón.
Acopla el conector tipo N.
Para que se igualen las impedancias (desde la nominal de 150 ohmios de la antena a la de 50 ohmios del conector y los cables) necesitas un chapa que va soldada al conector de tipo N, pasa entre el tubo y el tapon hasta llegar al final del hilo que ahí de nuevo va soldado. (esta chapa la puedes sacar de un retal de la caja de galletas que hemos usado para hacer la hoja circular es perfectamente valida para soldar, el aluminio no se puede soldar a si que no te molestes en utilizarlo, ya que no te servirá. El cobre o latón si servirán.
Necesitas que sea de una longitud tal que te permita seguir el trazo espiral alrededor del tubo hasta el final.
Para la chapa hazte una plantilla necesitas solo un compás y una regla y tienes que hacer un triángulo con estas medidas en los lados 17mm, 71mm y una hipotenusa de 73mm. Esta plantilla ponla encima del retal de la tapa de galletas y con las tijeras corta el triángulo.
Introduce el tubo en el tapón de 40mm y haz una marca en donde la espiral se encuentra con la parte final del tapón. Corta el cable en este punto dejando unos milímetros de más. Con el cutter rasca el esmalte del final del cable para dejarlo brillante y preparado para soldar con facilidad.
Con cuidado, suelda el final del pico estrecho de la tira de cobre al cable, de modo que la otra esquina de la a la chapa se pueda soldar elegantemente sobre el terminal del conector tipo N. (La chapa va entre el tubo y el tapón) Así que haz los ajustes correspondientes para que desde la soldadura del cable hasta el conector N(al que soldaras la chapa luego) quede la chapa perfectamente con el tubo puesto en el tapón , cuando veas que está, pega la chapa en el tubo con superglue, para que no se te mueva al pegar el tubo con el pegamento de PVC al tapón
Esta chapa en triángulo, actúa como transformador de impedancias. No sé realmente cómo funciona, pero lo he hecho cuatro veces con pequeñas diferencias de longitud, y según el analizador de dos puertos funciona correctamente.
Saca el tubo y raya la parte interior del tapón de 40mm y las zonas correspondientes del tubo de 40mm de manera que el pegamento sujete mejor. Antes de pegar limpia completamente todas las superficies.
Haz una mezcla de un poco de Araldite de secado lento (no el de 5 minutos). Aplica el Araldite al tubo y al interior del tapón. Vuelve a introducir el tapón en su sitio, alineando la esquina de la tira de cobre con el terminal del conector. (Si haces esto con el pegamento de PVC de secado rápido tendrás 1-2 min para conseguir ajustar todo perfectamente).
Un montón del pegamento rebosará. Suelda la esquina de la tira al pin central del conector N. Luego con silicona inunda todo el contenido de la chapa los tornillos el conector N y las ranuras entre la chapa y le tapón. Ver Foto:
Deja que seque el pegamento (un día mas o menos). Coloca las abrazaderas en U y... ya tienes tu propia antena helicoidal. Cuando tengas la chapa en su lugar y todo junto pegado y atornillado deberías tener algo parecido a la siguiente imagen.
La razón de que el tapón grande sea de 150mm es que se pueda colocar, desplazándolo sobre el montaje, un trozo de tubo PVC de 150mm de diámetro, que encaje en el primer tapón, y colocar otro tapón en el otro extremo, de manera que todo el conjunto queda perfectamente protegido de las inclemencias del tiempo y de la acción de los pájaros.
Si colocas tu antena en el exterior, asegúrate de poner una buena cantidad de silicona alrededor del conector, y asegúrate de que el agua no puede hacer que contacten eléctricamente el terminal central de conector y el plano de tierra (hoja metálica).
La experiencia demuestra un funcionamiento deficiente cuando llueve o hay niebla debido a que la condensación hace una especie de cortocircuito entre la tierra y el terminal de señal. También tengo noticias de que la protección de cinc del galvanizado de las abrazaderas puede provocar reacciones de tipo galvánico con la chapa de tierra, de modo que puede ser necesario colocar arandelas de plástico, teflón o goma para prevenir el deterioro de la lámina.
Aquí tienes una imagen del producto terminado.
Detalles importantes:
El tubo de PVC que yo he utilizado no se calienta si se introduce en un microondas funcionando durante unos pocos minutos, de modo que no absorbe ninguna de las ondas.Comprueba que esto sea así en el tubo o material que vayas a utilizar metiendo una parte en el microondas (con un pequeño vaso de agua) y asegúrate de que no se calienta o quema. Si fuera así no sería un buen material para hacer la antena.
El ajuste de impedancias que he descrito con la tira de cobre/latón me funcionó de varias maneras, todas las cuáles me las inventé sobre la marcha. La verdad, me quedé impresionado cuando el analizador de puertos me indicó lo bien que el circuito de ajuste estaba funcionando.
Hasta que no haga más pruebas, no diré que con esta antena se pueden conseguir 10Kms de cobertura (aunque es bastante posible y esa es la distancia que se pretende). Deberían funcionar bien a unos 3-4Km con buena visibilidad (sin demasiadas obstrucciones como árboles o tejados)
Hay multitud de variaciones sobre este mismo diseño. Utiliza la imaginación para inventar posibles variaciones que funcionen. Usar obleas de circuitos PCB de una sola cara es una opción, ya que la fibra de vidrio es muy resistente, y el cobre que ya está acoplado puede hacer de reflector.
Teoría
El diseño de esta antena se deduce del estupendo libro ARRL Antenna Handbook. En el capítulo 19 hay una serie de diseños de antenas helicoidales y cálculos matemáticos que detallan como calcular y calibrar un diseño de una antena.He perdido las notas originales de mi diseño y por los tanto he deducido estas de los ficheros PDF y tomando medidas de las antenas que tengo hechas.
Las siguientes fórmulas son de las páginas 19-23 del libro citado. Las copio aquí ya que no todo el mundo tiene acceso al libro.
Sl tiene que estar entre 0.2126Cl y 0.2867Cl y es la longitud axial de una vuelta
G tiene que estar entre 0.8L y 1.1L y es el diámetro del plano de tierra o reflector
Cl = pi * D es el perímetro de arrollamiento, y viene fijado por el tubo de PVC que pensemos utilizar como base para la antena. (Longitud = Diámetro * pi).
La frecuencia central (2.425GHz) tiene una longitud de onda L = 0.123711 metros.
Cl = pi * 0.040m = 0.12566 m (12.56 cm) = 1.0576 veces L
Sl = 0.2126 * 0.12566 = 0.02671 ( o sea 26.7 milímetros, 2.67 cm)
La ganancia de la antena dada en dBi viene definida como ...
Ganancia = 11.8 + 10log10(Cl * Cl * n * Sl) donde n es el número de espiras.
Ganancia = 11.8 + 10log10(1.0576 * 1.0576 * 22 * 0.2126) = 18.9 dBi
La tabla siguiente muestra la relación entre número de espiras y ganancia. Como puede verse, para ganar 3 dbs más, es necesario doblar casi el número de espiras y por lo tanto la longitud de la antena.
Algunas de las nuevas tarjetas 802.11 te permiten seleccionar la frecuencia central (canal) en la que emitirán. Es posible que basándote en esto quizás quieras calcular la antena nuevamente para que se acomode lo más posible a tu instalación.
HelixCalc
He escrito una pequeña utilidad para diseñar e imprimir las plantillas que necesites, de modo que no estarás obligado a utilizar las que yo generé. Puedes cambiar varios de los parámetros (como se describe arriba), y después imprimir una plantilla para el cableado y otra para el plano de tierra. Puedes trabajar tanto en pulgadas como en centímetros. Desgraciadamente existe un pequeño error: la longitud total de la antena genera un resultado equivocado. Puedes calcular la longitud total de la antena manualmente multiplicando el numero de espiras por la longitud de una sola espira Slamda, que se muestra en una caja en el programa. He perdido el fuente del programa y quizás algún día lo vuelva a codificar. Sin embargo, la plantilla de bobinado que se imprime sí es correcta. HelixCalcRendimiento
He medido la eficiencia de estas antenas midiendo los parámetros S11. A continuación están las medidas de las dos antenas construí. El diagrama de arriba es la medida SWR (Standing Wave Ratio, Cociente de Onda Estacionaria) y el de abajo es la medida “Log return". Ambas antenas están muy bien, y cumplen las reglamentaciones del espectro radioeléctrico (SWR de 1:1.15 o mejor). Parece ser que el apaño de la tira de cobre/latón para ajustar las impedancias funciona extemadamente bien. Todavía no he probado el funcionamiento a más distancia.Hecha un vistazo aquí para ver algunas fotografías de antenas que hemos realizado otras personas y yo. Si montas una antena basada en este diseño, te agradecería que me enviases algunas fotos y una descripción , de manera que pueda añadirlas a esta sección.
Antena #1
Antena #2
Antena #2
Patrones de radiación
A continuación tienes las medidas de algunos patrones de radiación. Desafortunadamente, debido a mi instalación, sólo pude hacer medidas a 180 grados en la parte delantera. El primer patrón se hizo tomando medidas con intervalos de 5 hasta 40 grados, y después dibujando la gráfica reflejada para tener el patrón completo. Los puntos de -3Db se marcaron de acuerdo con la teoría de que el lóbulo tiene aproximadamente 40 grados de ancho. Los segundos patrones se hicieron utilizando intervalos de 10 hasta 90 grados. En ellos se muestra claramente el primer nulo a unos 40 grados del eje de la antena. La relación delante-detrás se midió en 20 dB.Half Power Beam Width = 52 / (C? * sqrt(n * S?)) degrees
= 52 / (1.066 * sqrt(13 * 0.31830))
= 23.98 degrees
Antena helicoidal
(cookbook recipe for 2.4 GHz)
Introducción
La antena helicoidal, inventado a finales de los años cuarenta por John Kraus (W8JK), puede ser considerado como el mayor simplicidad genio en cuanto a diseño de la antena se refiere. Especialmente para las frecuencias en el rango de 2 - 5 GHz este diseño es muy fácil, práctica, y, no crítico. Esta contribución describe cómo producir una antena de hélice de frecuencias en torno a 2,4 GHz que se puede utilizar para, por ejemplo radio de alta velocidad de paquetes (S5-PSK, 1.288 Mbit / s), 2,4 GHz wavelans, y de aficionados por satélite (AO40). Los avances en wavelan equipos resultado en cómodas posibilidades de acceso a Internet inalámbrico de alta velocidad con el estándar 802.11b (también conocido como WiFi).
Teoria
La antena helicoidal puede ser considerado como un resorte con N espiras con un reflector. La circunferencia (C) de un giro es de aproximadamente una longitud de onda (l), y, la distancia (d) entre las espiras es de aprox. 0.25C. El tamaño del reflector (R) es igual a C o L, y puede ser un círculo o un cuadrado. El diseño produce polarización circular (CP), que puede ser "mano derecha" o "mano izquierda '(RHCP o LHCP, respectivamente), dependiendo de cómo se enrolla la hélice. Para tener la máxima transferencia de energía, ambos extremos del enlace deben utilizar la misma polarización, a menos que utilice un reflector (pasivo) en la ruta de acceso radio.
La ganancia (G) de la antena, con relación a un isótropo (dBi), se puede estimar por:
G = 11,8 + 10 * log {(C / l) ^ 2 * N * d} dBi (1)
Según Dr. Darrel Emerson (AA7FV) del Observatorio Nacional de Radioastronomía, los resultados de [1], también conocido como el 'Kraus fórmula', son 4 - 5 dB demasiado optimista. Dr. Ray Cross (WK0O)
Inserta los resultados de Emerson en un programa de análisis de la antena denominada 'lo antes posible'.
La impedancia característica (Z) de la "línea de transmisión" de la resultante empírica parece ser:
Z = 140 * (C / l) Ohm
Diseño práctico de 2,43 GHz (también conocido como S-band, banda ISM, 13 cm banda de aficionados)
l = (0.3/2.43) = 0,1234567 m;-) (12,34 cm) (3)
El diámetro (D) de una vuelta = (l / pi) = 39,3 mm (4)
Estándar tubería de alcantarillado de PVC con un diámetro exterior de 40 mm es perfecto para el trabajo y se puede obtener fácilmente (al menos en los Países Bajos;-) el 'hágalo usted mismo' tienda o un fontanero. La hélice se enrolla con alambre estándar que se utiliza para interconectar salidas de CA 220V en (holandés casa;-) sostiene. Este cable tiene un aislamiento de PVC colourized y un núcleo de cobre de 1,5 mm de espesor. Bobinado alrededor de la tubería de PVC se traducirá en D = ca. 42 mm, debido al espesor del aislamiento.
Con D = 42 mm, C = 42 * pi = 132 mm (que es 1,07 l) (5)
Ahora d = 0.25c = 0.25 * 132 = 33 mm (6)
Para distancias que van desde 100 m - 2,5 km con línea de vista, 12 vueltas (N = 12) son suficientes. Por consiguiente, la longitud de la tubería de PVC será de 40 cm (3,24 l). Gire el alambre alrededor de la tubería de PVC y pegamento con pegamento PVC o cualquier otro pegamento que contiene tetrahidrofurano (THF). El resultado será una herida hélice muy sólido a lo largo de la tubería, ver figura 1.
Figura 1. Visión general de algunos de los materiales utilizados y las dimensiones.
La impedancia de la antena, que es:
Z = 140 * (C / L) = {140 * (42 * pi) / 123,4} = 150 Ohm (7)
requiere de una red de adaptación en el fin de aplicar 50 Ohm estándar UHF / SHF coaxial y conectores.
El uso de un talón de juego 1/4-wave con una impedancia (Zs) de:
Zs = sqrt (Z1 * Z2) = sqrt (50 * 150) = 87 Ohm (8)
es muy común. Debido al diseño de hélice, esto es igual a 1/4 de vuelta. Sin embargo, desde un punto mecánico de los aspectos a prueba de agua vista teniendo en cuenta al utilizar la antena al aire libre, hay métodos más preferidos para que coincida con la hélice de 50 Ohm. Mis primeros pensamientos fueron para disminuir empíricamente d para la primera y la segunda vuelta y que coincida con la hélice usando el error'-método de "ensayo y, mientras que la medición de los resultados con un acoplador direccional, y el generador de señal. Navegar por internet ya que mientras que encontré hélices coincidir esta manera, pero sorprendentemente me encontré con la página de Jason Hecker.
Él realmente utiliza una forma elegante para que coincida con su hélice con una paleta de cobre, en referencia al Manual ARRL. Así, los créditos completos de la ARRL y Jason, y utilizan sus dimensiones para la paleta. Para ser honesto, esta página parece ser un duplicado de su página, salvo que nuestras hélices se enrollan al revés! Sí, y yo soy zurdo, así que, ¿es esto una coincidencia? Es divertido de todos modos :-)) Para más detalles, véase la figura 2 (a continuación).
Las figuras 2a y 2b. La idea, las dimensiones, y el montaje del trozo. El hypotenusa del talón debe seguir el hilo.
Ahora, con un poco de suerte y habilidades de soldar el código auxiliar a la hélice, pegamento, y preparar el contrapsion para ser insertado en
la tapa, ver figura 3.
Figura 3. Casi terminado antena helicoidal.
Y además .... listo! (figura 4)
La Figura 4. Terminó 12 a su vez 2,4 GHz hélice antena, G = 17,5 dBi o 13,4 dBi (Kraus o Emerson, respectivamente)
The antenna was sweeped an measured. The results are given below (figures 5a and 5b)
Figura 5a Pérdida de retorno (dB) 2.300-2.500 MHz
Figura 5b Smith gráfica 2300-2500 MHz
"Hélice-en-uno-hora 'Figura 6a Medición configuración Figura 6b y Rohde & Schwarz Analizador
Y ... finalmente .... la hélice "en acción" ....
Figura 7 Transmisión a mi LAP (Acceso Local Point;-)
Figura 7b 'vista desde abajo'
Antena wifi con 2 cds
Antenas para redes wireless para 2.4Ghz. hay muchas y de muchos tipos, lo fácil sería comprarlas pero también esta la posibilidad de construírsela uno mismo.Por normal general hay que ser muy estricto con las medidas y el material y hay muchos modelos que cuestan encontrar el material, pero quien no tiene dos cds y un trozo de cable de antena de televisión?
Material necesario:
- 2 CDs.
- 1 Trozo de papel de plata.
- 50 cm aprox. de cable de antena.
- 1 Conector N hembra.
- Un poco de cinta.
Uno de los cds lo tuve que calentar el centro para agrandarlo un poco para que pasase el conector N, después los puse primero un cd después el conector N, el papel de plata y el otro cd, haciendo un emparedado con el papel de plata y el conector N, después le puse un poco de cinta para que no se abriese.
Ahora nos queda hacer los rombos con el cable. Pelamos el cable de antena para quedarnos con el cobre, le tenemos que dar la forma exacta, 2 cm de altura desde la base del conector N después 32 mm cada lado de los rombos, cuando este cerrado el circulo lo estañamos y lo soldamos a la superficie del conector " cuesta mucho" después cogemos otro trozo y unimos el centro del conector con los rombos.
La antena ya esta echa, pero para protegerla mejor yo la incrusté en una tarrina de cds.
Esta antena es más o menos de 5 dbi direccional, pero es ideal para ponerla con una parabólica con lo que gana bastante.
Por un lado una senao de 100mw con una guiaondas ranurada de 8x8 y por el otro una senao pcmcia también de 100mw con la biquad-cd a unos 250m atravesando dos paredes y un árbol, se conectaba perfectamente.
Antena Omnidireccional simple
- Componentes Esta es la lista usada por el autor, pero puede modificarse obviamente si tenes pensado seguir lineamientos porpios. Las cantidades son las utilizadas y no nesesariamente coinciden con el minimo de fraccionamiento de venta.
- Herramientas soldador de electronica de 30 a 60W.
- Armado Manos a la obra. Desarmar el conector N y sujetar el pin central del mismo con la morza en pocision lo mas vertical posible con el lado donde se suelda hacia arriba.
- Terminacion Como terminacion enderezar lo mas posible los secotres rectos. Tambien lograr los angulos rectos en los comienzos y terminaciones de las bobinas. Por ultimo q esten alienadas las bobinas.
50cm de alambre de cobre esmaltado de 1 a 1,5 mm de diametro.
1 conector tipo N hembra para cable RG58 para soldar.
4cm termocontraible de 2mm de diametro (mayor al del alambre de cobre).
1cm termocontraible de 4 a 5mm de diametro (mayor al del pin central del conector N).
goma de borrar o cualquier goma de densidad y facilidad de fraccionamiento similar.
10cm estano
morza pequeña o algo q sirva como sujetador.
algun objeto cilindrico de 8mm de diametro.
calibre (o regla en su defecto).
cutter o trincheta.
lima de paso fino (dientes pequenos).
Alicate.
pinza de punta.
encendedor.
Calentar con el soldador el hueco donde iria el alambre central del rg58 y colocar estano hasta q todo el interior quede estanado. Enderezar aprixmadamente el alambre de cobre y en una punta limar suavemente la circunferencia del mismo unos 3mm hasta quitar el esmalte
Con el alambre horizontal sobre la mesa de trabajo calentar con el soldador la punta limada y colocar estano hasta q toda la circunferencia limada quede estanada. Sostener el alambre lo mas verticalmente posible apoyando la punta estañada en el hueco del pin central todavia sujeto en la morza. Calentar con el soldador el pin central (no el alambre) hasta q derrita el estano y se unan las 2 piezas.
Introducir los 4cm de termocontraible de diametro menor por el otro extremo del alambre dejandolo lo mas cerca del pin central. Calentar el termocontraible con el encendedor de un lado y del otro hasta haberlo contraido. Colocar el cm de termocontraible de diametro mayor cubriendo el sector de mayor diametro del pin central, sobrando hacia el lado de la soldadura lo suficiente para cubrirla y tambien un poco hacia el otro lado.
Calentar el termocontraible con el encendedor de un lado y del otro hasta haberlo contraido. Cortar el exedente de termocontrible del lado fino del pin central con la trincheta y dejandolo similar a la siguiente foto.
Ahora, montar el alambre con el pin en el conector N observando q quede introducido hasta el tope. Y colocar la arandela de forma conica con la parte ancha hacia arriba.
Colocar la arandela de goma y unos pedazos de goma de borrar, seccionados previamente con la trincheta, logrando q precionen el alambre y obstruyan la salida del pin central hacia arriba. No sobrepasar la altura de la arandela de goma mas de 0.5mm con los pedazos de goma de borrar.
Colocar las restantes arandelas metalicas y la rosca final apretandola con la pinza de punta. Crear un par de cuñas de goma de borrar e introducirlas entre el alambre y el diametro interior de la rosca. Dejando el alambre centrado y al raz del conector.
Sujetar horizontalmente en la morza el conector ya armado con el alambre. Medir con el calibre,
los mm especificados en el diagrama.
Doblar el alambre 90 grados hacia la derecha con la pinza de punta. Alieneando la parte recta del alambre con el objeto cilindrico de 8mm de diametro, realizar la primer bobina.
Al dar la vuelta completa, con la pinza de punta enderezar el alambre.
Para la segunda bobina, repetir el proceso de la primera.
Al terminar la segunda bobina, medir y segun la medida del diagrama cortar con el alicate. Alinear ambas bobinas para q queden concentricas (es la plabra correcta?).
Antena biquad bi-loop popular
(2,4GHz)
En esta página usted puede encontrar una antena bi-loop para su uso en redes WiFi estándar IEEE 802.11b / g. Una descripción edificio La antena es una antena direccional con un ángulo de apertura de aproximadamente 60 grados horizontalmente y verticalmente. La antena es similar a la populaire Biquad antenne.
Esta antena tiene las siguientes características.
Frecuencia de funcionamiento 2,4 a 2,5 GHz
Relación de Ondas Estacionarias <1:1,5
Ancho de haz vertical (-3dB) 60 º
Ancho de haz horizontal (-3dB) 60 º
principio
La antena consiste en un par de bucles de onda entera conectado en paralelo a un reflector. La antena está provisto de una toma de N-conector para la conexión del cable coaxial. La antena es simétrica, pero se alimenta desde una coaxial asimétrica. La falta de un balun, la radiación de la antena ligeramente inclinado, el cable coaxial sensible a la interferencia en la zona. Esta pérdida de sensibilidad de dirección y la inmunidad a la interferencia, sin embargo, es aceptable para el uso diario.
En la vista lateral se puede observar que el radiador está soportado por el cable coaxial rígido que está montado en el extremo N-conector es adecuadamente. Este conector N con cable coaxial rígido y ya a la venta en varios mercados radiales.
Si el conector coaxial N-rígido no está disponible, el conector de N se puede omitir, . Una tercera opción es el uso de un conector de tipo N ordinaria con brida cuadrada. El radiador está ahora dos piezas de alambre de la instalación conectada a la clavija. Cuando se utiliza alambre de 1,2 mm de espesor, los cables a una distancia de aproximadamente 0,5 mm uno de otro, con el fin de conseguirlo. Una impedancia de 50 ohmios
El radiador hago también 2,5 mm2 instalación de cables. Retire el aislamiento de vinilo y hacer dos piezas exactamente 116 mm de largo. Doble los dos cables alrededor muy bien. El tamaño exacto del bucle no es importante, es la longitud del cable utilizado en el curso
La N-conector está montado a través de un agujero en el reflector. El radiador se coloca directamente sobre el cable coaxial rígida soldada a una distancia de 15 a 16 mm para el reflector. El coaxial rígido sirve como apoyo para el radiador. Para proteger contra los elementos, el reflector, coaxial y el radiador después del montaje con una capa de pintura en aerosol. Sobre el radiador a menudo me pegue una tapa de chocolate de "Ferrero Rocher" de plástico con silicona sin ácido en el reflector. Esta cubierta protege el radiador contra la flexión no deseada y el daño debido a la humedad (si la antena se cuelga en el exterior).
Matriz 2x2 de antenas Biloop - 14dBi antena de panel
Las antenas son para ser utilizado en una composición. Dicha composición se llama 'array'. 4 antenas en una configuración de 2x2 dan una ganancia de antena adicional de 6dB. 4 Antenas usted no puede simplemente paralelas. La impedancia resultante sería de 50/4 = 12,5 Ω (VSWR = 1:04). Una red de adaptación permite.
La red de adaptación está hecho de Teflón RG-316 coaxial. Z = 50Ω, f = 0.697. Dos antenas están conectadas en paralelo con dos piezas coaxiales de longitud idéntica (96 mm). En estos dos nodos tiene una impedancia de 50Ω / 2 = 25Ω. Una longitud de onda 3/4 (63,8 mm) trozo de coaxial 50Ω entre este nodo y la N-conector transforma esto (50Ω) 2/100 Ω = 25Ω. Debido a que el N-conector 2 de esta netwerkjes son paralelos, la impedancia es de nuevo allí 100Ω / 2 = 50Ω. (ROE = 1:01). Las dimensiones del cable coaxial que siguen hablando de la longitud de la envoltura del cable. El núcleo cruzar todavía arriba de 1,5 mm a 2 mm.
Haz clic en las imágenes en miniatura para ampliar la imagen.
Esta foto muestra la red de adaptación. Los 4 antenas Biloop están conectados al extremo abierto 4.
El reflector se compone de 230x260mm PCB lados. Cuatro agujeros de 2 mm son 128 mm horizontalmente y 112 mm verticalmente espaciados. La red de adaptación se suelda en estos cuatro agujeros, de tal manera que cada cable coaxial de 15 mm sobresale por encima de las placas de circuitos.
Ocho anillos de cada 2,5 mm2 cable de cobre 116mm pronto formar las 4 antenas Biloop.
Estos son los ocho anillos ya soldados a emisores Biloop.
Los emisores son a su vez soldada al cable coaxial de 15-16mm de distancia desde el reflector. El resultado: Una antena con una ganancia de 14dBi estimados, con una relación de onda estacionaria (SWR) de 1:1,0.
El conector N con cuatro espaciadores de 5 mm y los tornillos / tuercas M3 puso firmemente en el centro del reflector. Dicha N-conector también sirve como un punto de montaje de la antena.
Antena Wifi Simple
Convertir Parabolica en cañon de Wifi ( bajo coste )
COMO TRANSFORMAR UNA PARABOLICA DE TVSAT EN WI-FI.
Como las antenas para Wi-Fi no son por el momento un producto muy extendido, sus precios son excesivamente elevados dada la escasa demanda. Por el contrario las parabólicas para la recepcion de la televisión via satalite son un producto muy extendido y su precio ha bajado muchisimo en los ultimos años, por entre 10 y 15 Euros podemos comprar un plato con los soportes necesarios o aprovechar nuestra antigua parabolica de TvSat y ahorrar a la vez que reciclamos.
No es necesario comprar el iluminador ya que el de TvSat no nos serviria para nada y como veremos, construir el iluminador "DeY" no es nada complicado ni costoso, por lo que, en caso de no tener ninguna parabólica perdida por el trastero, por unos 20 Euros tendremos una antena parabolica para 2,4 GHz y una ganancia similar a las antenas comerciales.
CONSTRUCCION DEL ILUMINADOR "DeY"
El iluminador es el elemento radiante que enfrentaremos a la parabola en el punto donde asta concentra las ondas (El foco). Cada parabola tiene su foco por lo que es importante tener el soporte del LNB, que es el que nos dara la posición para el iluminador.
En este caso construiremos como iluminador un dipolo, por ser el mas sencillo, pero pueden emplearse otros tipos de iluminadores siempre que resuenen en la frecuencia deseada,
En este pequeño documento trataremos de comentar la construcción desde un punto de vista practico y dejar la teoria para otra ocasión.
1 Soldar un trozo de unos 60 mm. de cable coaxial de 50 ohmios a un conector de RF.
Cuanta mayor sea la sección del vivo del cable, mayor sera el ancho de banda y mejor el ajuste.
Utilizaremos el conector que mas nos interese en función del resto de la instalación, en nuestro caso un N hembra. Podria montarse sin conector, realizando todos los pasos en el cable que alimenta la antena y eliminaremos unos 0,5 dB de pardida, pero la antena sera menos versatil.
2 Marcar en el cable 30 mm. desde el conector y pelar desde este punto el resto del cable (Otros 30 mm. aprox.)
3 Separar el vivo de la malla del cable y doblar ambos 90 grados en sentidos opuestos.
Cortar los extremos del vivo y de la malla de forma que queden con una medida de 27 mm. cada uno
4 Estañar la malla para que forme un onico elemento
5 Cortar una lamina metalica de 80 mm. de largo
6 Taladrarla en el centro con una broca del diametro del conector. Esta lamina sera el reflector del dipolo por lo que la fijaremos al conector mediante las tuercas del mismo
7 Fijar el iluminador "DeY" que hemos construido en el soporte del LNB para que quede situado en el foco de la parabola y ya tenemos antena.
Otro Tipo de Iluminador y con algo de proteccion.
NOTA Importante de Zero13:
Recordar que cuando estamos ajustando para un enlace una Antena Parabolica para Wireless debemos tener en cuenta que la señal debe hacer un rebote respecto al Dipolo ó Iluminador de unos 45 grados e inclinar el rebote de la señal de manera que vaya hacia la posicion que necesitamos, ya que el soporte y palo de la parabolicas estan pensadas para conexiones con satelites en el espacio y la angulacion y ajustes son distintos.
Lo habitual es invertir la parabolica y que el palo donde va el Dipolo ó iluminador vaya en la parte de arriba.
Tambien recordar que este Iluminador consigue su maxima potencia y ganancia en modo Vertical y No Horizontal.
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