Помоги проекту - поделись книгой:
По сути, получился антенный отражатель, представляющий собой проводящие концентрические кольцевые поверхности, расположенные в одной плоскости. Под воздействием падающей волны электромагнитного поля, согласно принципу Гюйгенса, каждое кольцо становится источником вторичного излучения (см. рис. 2.13), которое направлено в разные стороны, в отличие от параболоида вращения, отражающего все лучи в направлении фокуса. Можно подобрать такую ширину каждого кольца зональной антенны и расстояние между ними, чтобы сигналы вторичного излучения от средних линий каждого кольца в определенной точке пространства совпадали по фазе. Для этого достаточно, чтобы расстояния между средними линиями колец и указанной точкой отличались на длину.
Точку в центре спирали по аналогии с параболоидом можно назвать фокусом. В фокусе, как и в параболической антенне, находится облучатель. Зональная антенна плоская по форме, поэтому более технологична именно в любительских условиях изготовления. Может быть выполнена из большого куска фольгированного пластика или методом травления, или путем вырезания промежутков между кольцами. Ее также можно изготовить наклейкой колец из фольги или ровной жести на лист гетинакса, текстолита, оргстекла, ДВП. Для снижения ветровой нагрузки в диэлектрическом основании антенны просверливают произвольное количество отверстий. Внешний вид готовой конструкции в авторском исполнении представлен на рис. 2.14.
Сигналы, излученные серединой колец, оказываются в фазе с сигналом, излученным центром диска. «Расфазировка» между сигналами, излученными кромкой диска и его центром, а также кромками колеи и их серединой, составляет всего 1/4 длины волны. Таким образом, расчет антенны сводится к выбору места расположения фокуса на воображаемой оси антенны, т. е. расстояния от полотна антенны, и вычислению внутренних и наружных радиусов колец в зависимости от длины волны ретранслятора. Расстояние от спирали до внешних стенок корпуса устройства не критично, и его выбирают в пределах 50-100 мм (для антенн больших диаметров – свои значения). Сигналы, которые излучают края колеи, отличаются по фазе от сигналов, которые излучает окружность (находится в середине кольца), обеспечивающая синфазность. Широкие кольца обеспечивают широкополосность антенны. В связи с тем, что радиусы колеи (петли) зависят от длины волны сигнала, может показаться, что антенна является узкополосной и для частоты (длины волны)
Wi-Fi понадобятся соответствующие размеры колец. Однако расчеты показывают, что это не так.
Основным недостатком зональной антенны, по сравнению с параболической (такого же диаметра – при прочих равных условиях), является заметно меньший коэффициент усиления, так как не вся энергия сигнала, попадающая на полотно антенны, направляется к облучателю. В условиях слабого сигнала потеря усиления даже на 2 дБ приводит к поражению сигнала из-за внешних электромагнитных помех. Для компенсации недостатка коэффициента усиления необходимо увеличивать диаметр полотна антенны, хотя при достаточной мощности Wi-Fi-сигнала для конкретной точки приема, выбранной опытным путем, такая антенна обеспечивает хорошие результаты. Готовая антенна соединяется с ноутбуком (или иным устройством, точкой доступа к сети Wi-Fi) с помощью ВЧ-коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.
На практике антенну можно сделать и из более тонкого медного трансформаторного провода, к примеру диаметром 0,7 мм. При этом легко заметить увеличение скорости закачки файлом и обмена данными по Wi-Fi (при прочих равных условиях), то есть такое усовершенствование гарантирует улучшение приема сигналов точкой доступа в относительном удалении от роутера. А значит, имеет смысл. Особенно эффективна в деревнях.
Внешне она выглядит как кусок железа – см. рис. 2.14, но работает исправно и дает эффект. Этот способ привожу для тех, кто хочет быстро и относительно малозатратно улучшить связь на Wi-Fi. Антенну (соединительный кабель) надо припаять к точке на плате, где начинается антенна.
В следующем разделе поговорим о том, к каким разъемам можно подключать рассмотренную здесь самодельную антенну.
2.6. Особенности организации домашней сети Wi-Fi
Беспроводной Интернет дома – заманчивая идея для многих семей. Широкое распространение беспроводных технологий позволяет отказаться от кабелей (для сетевых подключений) хотя бы и в отдельно взятом, даже в деревенском, доме. Одно из применений беспроводных сетей, которое я с успехом воплотил на «своем» хуторе в Вологодской области, – создание легкого доступа в Интернет для любых компьютерных устройств (с использованием беспроводного подключения и с сохранением безопасности подключения). Что это значит? Это значит, что с помощью несложных рекомендаций почти каждый может подключить беспроводной маршрутизатор (роутер) в своем деревенском доме и работать в Интернете (с помощью компьютера, в том числе ноутбука), не подключая его проводами (кроме питания – при необходимости), и даже за пределами дома на расстоянии до 1 км (зависит от типа роутера и выносной антенны). Подключение за пределами деревенского дома раскрывает перед сельским жителем невиданные доселе перспективы. Так, если подключить роутер в одном доме, сигнал охвата распространится на всю деревню. На своем хуторе я это реализовал на практике, о чем расскажу ниже.
Слово роутер известно с давних времен; имеет значение удлинителя в телефонной технике (и радиосвязи – в общем смысле).
Итак, я приобрел роутер TP-Link TL-WR941ND (многофункциональная модель маршрутизаторов Wireless N), рассчитанный для применения на ограниченной территории – дома или в малом офисе; обеспечивающий передачу данных на постоянной высокой скорости до 300 Мбит/сек (это довольно много). Технология MIMO, внедренная в данном устройстве, позволяет «не замечать» препятствия прохождению сигнала в виде стен из дерева, бетона, железных конструкций (актуально на фермах) и в условиях электрических помех от мощных потребителей электроэнергии (насосы, электродвигатели, сепараторы). Однако это далеко не все. Установив роутер в деревенском доме и настроив его на максимальную скорость взаимодействия с моим компьютерным оборудованием (что позволяет включать компьютер или ноутбук с технологией Wi-Fi – любое компьютерное оборудование, выпущенное в течение последних 5 лет), я достиг того, что к компьютеру не нужно подключать никаких дополнительных проводов, но применять его в любой точке на расстоянии от роутера до 1 км; это и есть «удобные» беспроводные технологии, позволяющие жить и работать с тем же (и более) комфортом, как в крупном городе.
Но и на этом я не остановился. Ведь если к этому роутеру добавить особую (внешнюю) антенну, с хорошим усилением сигнала, можно организовать взаимодействие по беспроводным технологиям… по всей деревне.
Далее я расскажу, как самостоятельно настроить роутер TP-Link TL-WR941ND в домашних условиях, без вызова специалиста-на-стройщика, и «сделать Интернет» по всей деревне из одной точки (дома); сегодня, в условиях распространения Интернета в деревне, это может быть повторено практически любым из наших читателей.
Важное замечание: для реализации задуманного у пользователя уже должен быть проведен Интернет или надо иметь компьютерный модем (обеспечивает сотовый оператор на вашей территории покрытия).
Итак, открываем коробку… В комплект роутера TP-Link TL-WR941ND входят блок питания, сетевой кабель (патчкорд) и три антенны.
Эти антенны позволяют не только улучшить дальность распространения сигнала, но и увеличивают его мощность, что немаловажно в любом частном доме. На передней панели роутера расположены световые индикаторы режимов работы, а также кнопка запуска QSS: функции Quick Secure Setup, предназначенной для быстрой настройки защищенного соединения между роутером и беспроводными устройствами.
На задней панели (рис. 2.20) разместились три разъема типа SMA для трех антенн (в комплекте), которые можно заменить любыми другими антеннами (рассчитанными на частоты 2 ГГц), имеющими стандартный разъем. На рис. 2.15 видны 4 порта LAN 10/100 (закрыты бумажной защитной наклейкой) для подключения устройств домашней сети и порт WAN 10/100 для подключения к внешней сети.
Именно к этим разъемам – вместо штатной – можно подключить самодельную антенную, подробно рассмотренную в разделе 2.5.
Слева (рис. 2.15) расположены разъем для блока питания и утопленная кнопка сброса настроек. На днище корпуса присутствует наклейка с указанием MAC и серийного номера, а также настроек роутера по умолчанию: адрес, логин и пароль. Тут же есть два отверстия для монтажа роутера на стене в трех положениях.
Для управления интерфейсами проводной сети задействован контроллер Marvell 88E6060, применена гальваническая развязка интерфейсов от электроники роутера.
При подключении (вместо штатных) узконаправленной антенны с усилением более 17 dbi (к примеру, TP-Link TL-ANT2414A) можно рассчитывать на качественную связь между роутером и точкой доступа, установленной (максимально) в полутора километрах от него; так можно организовать интернет-связь до 1 км в прямой видимости корреспондентов.
От роутера (точки доступа) до антенны протягивают небольшой отрезок соединительного кабеля, чем меньше – тем лучше: потери сигнала в кабеле будут ниже, – к примеру до 7 м (длина соединения между антенной и точкой доступа) разумно использовать кабель 5d-fb, от 7 до 15 м – 8d-fb, про большую длину не стоит даже думать, либо тогда уже точку ставить рядом с антенной, а до точки тянуть витую пару, с чем справятся, пожалуй, везде.
Направленные антенны D-Link DWL-R60AT и TP-Link TL-ANT2409A, TP-Link TL-ANT2414A (их габаритные размеры 80x85x12,8 мм) позволяют устанавливать их и внутри помещения. Снаружи возможен монтаж на вертикальной стене или столбе, для чего в комплекте имеются специальные монтажные скобы и хомуты. Антенна предусматривает непосредственное (без кабеля) подключение к точке доступа с помощью разъема SMA. Коэффициент усиления 6 dbi.
2.6.1. Настройка роутера для Интернета без драйвера
Присоедините антенны и адаптер питания. Соедините кабелем (его же называют патчкордом) роутер и компьютер. На компьютере кабель должен входить в разъем сетевой карты LAN. На роутере в любой LAN-порт (к примеру, «1»). Предварительно надо снять защитную пленку с разъемов LAN. Затем подключите кабель от провайдера Интернета в WAN-порт роутера.
2.6.2. Настройка параметров соединения на компьютере
Определите, какая операционная система стоит на компьютере, и зайдите в настройки сети.
Windows XP: Пуск ⇒ Панель управления ⇒ Переход к классическому виду (если окно на синем фоне) ⇒ Сетевые подключения ⇒ Подключение по локальной сети (правой кнопкой мыши) ⇒ Свойства ⇒ Протокол Интернета TCP/IP.
Windows Vista: Пуск ⇒ Панель управления ⇒ Просмотр состояния сети и задач ⇒ Управление сетевыми подключениями (слева) ⇒ Подключение по локальной сети (правой кнопкой мыши) ⇒ Свойства ⇒ Протокол Интернета версии 4.
Windows Seven: Пуск ⇒ в строке поиска набираем слово «Центр» ⇒ выбираем в появившемся списке Центр управления сетями и общим доступом ⇒ слева – Изменение параметров адаптера ⇒ Подключение по локальной сети (правой кнопкой мыши) ⇒ Свойства ⇒ Протокол Интернета версии 4 > далее см. рис. 2.16.
Если нет строки поиска – последовательно открывайте окошко Настройки ⇒ Панель управления.
Для компьютеров Mac OS: Apple ⇒ Системные настройки ⇒ Сеть ⇒ Ethernet ⇒ DNS-сервер.
С настройкой компьютера мы разобрались; далее переходим к непосредственной настройке роутера.
2.6.3. Настройка оборудования
Заходим в любой установленный интернет-браузер, к примеру Internet Explorer. В адресной строке сверху посередине (там уже написаны буквы http) набираем 192.168.1.1.; нажимаем Enter – иллюстрация на рис. 2.17.
Далее наберите: логин: admin, пароль: admin – и подтвердите выбранные настройки кнопкой Save.
После заполнения всех полей нажмите кнопку Save. Теперь можно переходить к настройке Wi-Fi-соединения.
Примерные настройки маршрутизатора выглядят так (табл. 2.1):
Таблица 2.1. Примерные настройки роутера TP-Link TL-WR941ND
Внимание, важно!
На вкладке WIRELESS окна WirelessSettings в поле SSID введите желаемое имя своей домашней сети, чтобы находить ее среди других окружающих сетей (см. рис. 2.18).
Далее необходимо выбрать тип шифрования радиосигнала. Это очень важный этап настройки, поскольку есть искушение сразу выбрать максимально новое из возможных (современное) шифрование WPA2-PSK(AES). Скорость обмена данными в этом случае возможна максимальная для данного типа роутеров – 300 Мбит/с.
Так можно поступить, если у вас все ПК (ноутбуки) выпуска позднее (новее) 2008 года. Если же в сети будут работать несколько разных (по новизне) компьютеров, причем с ОС Windows XP (разных модификаций) и еще более ранних (ОС), такой тип шифрования на относительно старых ПК работать не будет. В последнем случае рекомендую выбрать самую простую версию шифрования – «Открытое». Скорость обмена данными упадет примерно до 54 Мбит/с, зато будет обеспечена работа по Wi-Fi на всех моделях ПК. Есть и «компромиссные», промежуточные варианты, к примеру шифрование WEP.
Далее введите латиницей пароль (по вашему выбору) и сразу запишите его на доступном носителе информации. В заключение сохраните настройки кнопкой Save (рис. 2.18).
Внимание, важно!
Для того чтобы использовать Wi-Fi-соединение, необходимо, чтобы адаптер Wi-Fi на ноутбуке был включен (для новичков это неочевидно).
Если пропал Интернет, перезагрузите роутер. Для этого выньте адаптер питания из розетки на 10-15 секунд и вставьте обратно; это нередко помогает.
Конечно, вы можете купить для этой цели и другую модель роутера, заблаговременно проконсультировавшись со специалистом; принцип его настройки не изменится.
Вся описанная процедура может быть повторена пользователем даже с небольшими навыками общения с ПК, и в моем случае заняла всего 1 час драгоценного времени.
Таким же образом можно настроить любой другой маршрутизатор (роутер) и пользоваться в свое удовольствие в любой точке деревни, не таская за собой проводов.
А для особо креативных молодых людей (в глубинке, что бы ни говорили, а я таких знаю) в моей рекомендации найдется и еще одно очевидное преимущество – вы без особых затрат сможете «организовать» свой деревенский Интернет, установив один роутер (на всю деревню) в своем доме, и тогда ваши соседи могут пользоваться (работать в сети) бесплатно или посильно компенсировать вам затраты на такую организацию интернет-общения (стоимость роутера от 500 рублей и выше – в зависимости от модели и мощности).
Это также является креативной идеей для создания собственных сетей на территории одного сельского поселения. Бабушки (и не только) помнят, как до времени развала колхозов председатели передавали новости и объявления через местную трансляционную (радио-) сеть. Теперь с новыми информационными технологиями, буквально входящими в каждый дом, у жителей деревни (и администраций сельских поселений) появилась новая возможность оперативно информировать друг друга (в том числе пользоваться практически безграничными возможностями в глобальной сети Интернет) и всех заинтересованных лиц.
К слову, в наш век развитых информационных технологий даже Президент РФ открыт для общения в своем блоге. Только вот захотят ли сельские жители пользоваться новыми технологиями, расширяя свои возможности и патриархальный уклад? На это нам ответит время.
По всем вопросам могу проконсультировать по электронной почте.
Внимание, важно!
Если выносную (внешнюю) антенну использовать на открытом воздухе, нужно предусмотреть защиту от непогоды и влаги (осадков).
Самая простая защита – обернуть со всех сторон место соединения разъема (коннектора) целлофаном и зафиксировать хомутом или изолентой, чтобы предотвратить попадание влаги. Для крепления (монтажа) такой антенны также рекомендую использовать пластмассовые фиксаторы и строительные (сантехнические) хомуты длиной 300 мм; пластмассовые фиксаторы не вносят помех в работу антенны, в то время как цельнометаллические крепления, напротив, могут свести всю подготовительную работу насмарку.
2.7. «Тонкая» настройка выносных антенн Wi-Fi на местности
Для точной («тонкой») подстройки выносной антенны и роутера потребуются как минимум два человека, для удобства снабженных рациями – для оперативного согласования о действиях.
После установки внешней антенны на улице – на деревянном шесте-мачте для телевизионной антенны – ее необходимо «тонко» настроить на точку доступа; это называется согласованием. Для этого подключим оборудование, ПК. Один из наладчиков постоянно находится рядом с компьютером, второй – рядом с антенной. Он медленно (имеет значение каждый градус) поворачивает антенну во все стороны и согласовывает свои действия с коллегой и ПК, который следит за уровнем сигнала. Современное программное обеспечение позволяет это сделать. Таким образом находят точку, в которой сигнал будет максимальным (соответственно, и усиление антенны), и надежно закрепляют антенну в этом положении. Так с помощью «тонкой» настройки можно «выжать» из антенны максимальное усиление, которое превышает минимум в 3-4 раза. Этот результат можно считать удачным.
2.7.1. Кабели и фидеры (особенности)
Популярный (в смысле доступный почти везде, в этом лишь и есть его ценность) коаксиальный кабель RG58/U на практике дает очень существенные потери полезного сигнала. Он рассчитан на работу с частотой не более 1 ГГц (согласно техническим характеристикам и паспортным данным), а частота 2,4 ГГц, на которой работает большинство моделей роутеров, является для этого кабеля «запредельной». Конечно, кое-как он «вытягивает» полезный сигнал, если предполагать, что можно довольствоваться ослаблением 0,8 дБ/м кабеля.
Представим себе, что потери сигнала (ослабление) увеличиваются пропорционально длине кабеля (на погонный метр); с учетом использования совместно с данным кабелем антенны с небольшим усилением, к примеру 6 dbi, он становится для наших экспериментов малопригодным. Данный пример весьма показателен для того, чтобы понимать, насколько важен выбор не только роутера, но и кабеля и антенны.
Чуть лучшие (но все же далекие от оптимальных) характеристики имеет коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом RG-6U. В моем случае, когда дом соседа расположен на расстоянии 66 м, приходится «сберегать» каждый децибел. Лучше всего себя зарекомендовали кабели RJ-8X и AWG16 производства стран ЕС (волновое сопротивление 50 Ом). Также рекомендовал бы коаксиал URM67 (внешний диаметр 10 мм), но надо иметь в виду, что этот кабель практически не сгибается. Хотя и в этом можно найти определенный «плюс», поскольку Wi-Fi-антенна с весом до 1 кг (большинство современных) с помощью такого «жесткого» кабеля может крепиться уже сама по себе – как на твердом стержне. В этом случае его длина (в выносной части – «стебле») не должна превышать 1 м.
2.7.2. Как определить полезный материал для самостоятельного изготовления корпуса антенны Wi-Fi
Берем стакан с водопроводной водой, накрываем его крышкой и помещаем в рабочую камеру микроволновой печи. Включаем СВЧ-печь в режим 500 Вт на 2 минуты. По истечении указанного времени вода в стакане существенно нагревается. Открываем микроволновую печь, пробуем крышку на стакане тактильно (руками).
Крышка, пропускающая СВЧ, останется холодной – она нам подходит. Нагревающаяся за 2 минуты (даже незначительно) крышка свидетельствует о том, что она частично поглощает волны; ее применять в данном случае нежелательно.
Использованная литература
1. Карташев А. http://Wi-Fika.ru/internet-cherez-rozetku-homeplug-adapter-powerline.html.
2. Кашкаров А. П. Электроника на даче и в загородном доме. – М.: ДМК, 2009. – 288 с. – ISBN 978-5-94074-577-8.
3. Скуснов А. Тестирование точек доступа: беспроводной Интернет в каждую квартиру // Upgrade: компьютерный еженедельник. – 2004. – № 44 (186).
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi.
5. http://Wi-Ficenter.ru/xarakteristiki-koaksialnyx-kabelej/.
6. Six Wi-Fi Interoperability Certifications Awarded By The Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA).
7. /news/802_11n_wi_fi_otveti_na_5_bolshih_voprosov/802.11n: Wi-Fi: ответы на 5 больших вопросов.
8. IEEE 802.22TM-2011 Standard for Wireless Regional Area Networks in TV Whitespaces Completed (англ.). Business Wire (27 July 2011).
9. Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) Awards New Wi-Fi Interoperability Certification.
Поделиться книгой: