Darmowa antena z odzysku

Jak zrobić antenę Wi-Fi z odpadków

Brak zasięgu sieci bezprzewodowej na balkonie i kiepski sygnał w łazience, a sąsiedzi za ścianą rozkoszują się naszym WLAN-em - to wszystko się zdarza, ponieważ anteny access pointów nie zawsze pozwalają na uzyskanie optymalnego rozkładu sygnału. Tymczasem rozgrzebując zużyte kartony i resztki elektronicznego złomu, zdobędziemy materiały, które pozwolą nam w pół godziny zmajstrować antenę poprawiającą wydajność sieci radiowej.

Przez długi czas antena "puszkowa"[1] uchodziła za najprostszą, a zarazem najtańszą konstrukcję wśród kierunkowych anten dla sieci WLAN, które da się zrobić samemu w domu. Jednak okazuje się, że jakościowo zbliżony efekt poprawienia sygnału można uzyskać bez konieczności zgłębiania tajników obróbki metalu - wystarczą materiały pochodzące z domowego odzysku.

Własnoręcznie wykonaną antenę umieścimy na antence wystającej z access pointa Wi-Fi. Urządzenie, które zaprezentujemy w artykule, nie nadaje się co prawda do precyzyjnej transmisji kierunkowej, ale jego prostota powinna zrekompensować tę niedoskonałość.

Może niezbyt efektowna, ale za to skuteczna: antena z odpadków

Sama antena to konstrukcja typu Yagi[2] (a ściślej mówiąc - Yagi-Uda). Dziś takich urządzeń jest coraz mniej, ale wiele osób pamięta zapewne montowane niegdyś powszechnie na dachach anteny telewizyjne. Yagi składa się z wielu ustawionych równolegle przewodzących prętów. Cała sztuka polega na tym, by odpowiednio dobrać długość poszczególnych elementów, a przy tym właściwie określić odstępy, w jakich są one zamontowane na nieprzewodzącym korpusie. Obie te wielkości wyznaczają częstotliwość przekazywanego (lub odbieranego) sygnału radiowego.

Rozmiary anteny Yagi, która pozwoli na przesyłanie sygnału w paśmie 2,4 GHz, są tak niewielkie, że do zbudowania całości wystarczy kawałek miedzianego drutu i trochę styropianu. Zaletą tak małej konstrukcji jest możliwość zatknięcia jej bezpośrednio na antence wystającej z naszego access pointa. Skonstruowana przez nas antena poprawi parametry transmisji dla urządzeń zgodnych ze standardami IEEE 802.11b oraz IEEE 802.11g.

Jeżeli natomiast stacja bazowa przesyła dane do laptopa zgodnie ze specyfikacją IEEE 802.11n, to taka antena raczej się nam nie przyda. Wynika to z faktu, że w celu optymalizacji natężenia sygnału urządzenia zgodne ze standardem 802.11n korzystają z kilku anten równocześnie. Jeśli jednak access point typu 802.11n przesyła sygnał sieciowy wyłącznie do urządzeń pracujących w standardzie 802.11b/g, wówczas te ostatnie skorzystają z poprawionego sygnału. Oczywiście w takiej sytuacji trzeba będzie jednak na stałe ustawić tryb pracy sieci bezprzewodowej na standard 802.11g.

Wymiary anteny, które za chwilę podamy, zostały określone przez Bodo Woydego - niemieckiego pasjonata sieci bezprzewodowych (DL7AFB[3]). Ustalając optymalne wielkości dla standardu 802.11g/b w paśmie 2,4 GHz, korzystał on z oprogramowania symulującego pracę anten. Należy zatem pamiętać, że transmisja w sieciach Wi-Fi zgodnych ze standardem 802.11a odbywa się w paśmie 5 GHz, w związku z czym wymaga ona anteny o wymiarach zupełnie innych niż te, które podamy.

Budowa

Narzędzia potrzebne do wykonania naszej anteny stanowią standardowy arsenał domowego majsterkowicza: szczypce do cięcia drutu, kleszcze do ściągania izolacji, pilnik do metalu, marker, nożyczki, ostry nóż oraz coś cienkiego, a zarazem spiczastego - na przykład cienkie szydełko lub wąski śrubokręt zegarmistrzowski.

Także ze znalezieniem materiałów nie powinniśmy mieć większego problemu. Przede wszystkim będziemy potrzebowali kawałka starego miedzianego kabla. Niestety, fragment rozplecionej skrętki zupełnie się tu nie nadaje. Użyjemy kabla o średnicy 1 mm (czyli o najczęściej stosowanej grubości). Jego pole przekroju wynosi około 0,75 mm². Właśnie dla niego określiliśmy wymiary elementów składowych anteny. Prezentujemy je w tabeli, zaznaczając, że Odstęp o wartości zero to miejsce, w którym zatkniemy naszą antenę na antence access pointa:

Wymiary anteny pracującej w paśmie 2,4 GHz
Długość [mm]	Odstęp [mm]
50	122
51	88
51,5	57
52	31
53	9
60	-25

Do budowy możemy też zastosować nieco grubsze przewodniki: na przykład przy zastosowaniu drutu o przekroju 1,5 mm² (średnica 1,4 mm) elementy powinny być odpowiednio o 1 mm krótsze, natomiast o 2 mm krótsze, jeżeli wykorzystamy drut o przekroju 2,5 mm² (średnica 2 mm). Zaznaczmy, że nie musimy koniecznie stosować miedzi. Równie dobrze sprawdzi się inny sztywny i twardy materiał: drut spawalniczy albo długa igła. Jednak w każdym wypadku konieczne będzie dobranie optymalnych wymiarów do stosowanego przez nas materiału. Szkoda fatygi - co jak co, ale miedź jest łatwa do zdobycia.

Konstrukcja nośna to około 20-centymetrowy, niezbyt gruby kawałek styropianu, którego ściany boczne są mniej więcej równoległe. Coś takiego bez trudu znajdziemy w kartonie po sprzęcie elektronicznym. Im drobniejsze kulki, z których zrobiony jest styropian, tym łatwiej będzie nam dokładnie zamontować poszczególne elementy przewodzące. Jednak nasza antena nie wymaga hiperprecyzji, tak więc nie musimy zbyt długo przegrzebywać zalegających w domu kartonów w poszukiwaniu najdoskonalszego materiału.

Styropian możemy zastąpić innym izolatorem: tekturą falistą, drewnem balsa albo jakąś grubą łodygą. Stosowany materiał musi być na tyle lekki, by nie obciążał nadmiernie anteny stacji bazowej, na której chcemy zatknąć naszą konstrukcję. Poza tym potrzebujemy kilku kropelek kleju. Niestety, większość zawiera rozpuszczalniki, które mogą uszkodzić styropian. Do naszych celów idealnie nada się przyjazny dla środowiska zwykły klej do papieru, który znamy już z czasów przedszkola. Dobry będzie też najzwyklejszy klej do drewna.

W celu dokładnego wykonania elementów konstrukcyjnych naszej anteny, a następnie właściwego ich połączenia bardzo przydatny będzie kawałek papieru milimetrowego.

Piłuj powoli

Najpierw musimy usunąć izolację z kabla. Z izolacją nasz przewodnik miałby inne parametry transmisyjne (ze względu na stałą dielektryczną izolatora), a poza tym trudno by nam było dokonać pomiarów. Potnijmy nasz drut na sześć odmierzonych kawałków, przy czym poszczególne fragmenty powinny być nieco dłuższe niż wynika to z danych zawartych w tabeli. Musimy je też wyprostować. Niewielkie pofalowania materiału nie powinny nam przeszkadzać, jednak nasze elementy nie mogą być mocno powyginane.

Następnie za pomocą pilnika należy wyrównać zakończenia poszczególnych kawałków drutu, jednocześnie stopniowo spiłowując je do wymaganej długości. By uniknąć wygięcia miedzianego drutu przy piłowaniu, należy mocno chwycić go szczypcami możliwie blisko końcówki i w ten sposób przeciągać go po powierzchni pilnika. W przypadku miedzi, która łatwo poddaje się obróbce, dobrze jest często odmierzać długość elementu za pomocą papieru milimetrowego - ryzykujemy bowiem, że nasz drut okaże się nagle zbyt krótki.

Teraz należy zaznaczyć na podłużnym pasku papieru milimetrowego pozycje poszczególnych elementów, które wynikają z odległości przewidzianych w prezentowanej wyżej tabeli. Następnie podklejamy papier na przygotowanym uprzednio kawałku styropianu.

W zaznaczonych miejscach ostrożnie i w miarę możliwości równo nakłuwamy dziurki. W tym celu możemy skorzystać na przykład z szydełka. Nie powinniśmy się martwić tym, że otwory wylotowe będą nieco poszarpane. Otwór, który będzie stanowił zaczep na antenę access pointa powinniśmy stopniowo poszerzać w taki sposób, by naszą konstrukcję dało się stabilnie osadzić. Jednocześnie środek tego otworu powinien wypadać dokładnie w miejscu, które zaznaczyliśmy wcześniej na papierze milimetrowym.

Teraz przyszedł czas na przyklejenie elementów miedzianych. Każdorazowo korzystamy przy tym z odrobinki kleju, a poszczególne odcinki drutu umieszczamy w naszej konstrukcji w taki sposób, by po obydwu stronach styropianu wystawał taki sam odcinek przewodnika. Dokładny pomiar nie będzie przy tym konieczny - ale staranność wykonania nie zaszkodzi.

Montaż

Najbardziej istotne jest to, by nasza styropianowa antena została właściwie umiejscowiona na antence access pointa. Uwaga: Środek elementów przekaźnikowych w fabrycznej antenie powinien znajdować się na tej samej wysokości co środek naszego urządzenia. Jak można zobaczyć na zamieszczonych niżej zdjęciach rentgenowskich, wyznaczenie środka antenki access pointa wcale nie będzie takie proste. Na fotografiach elementy metalowe są jaśniejsze od plastikowej obudowy konstrukcji. Antenka składa się z grubej tulei, z której wystaje cienki drucik. Środek anteny jest właśnie w punkcie styku tych dwóch elementów:

Pewnie mało kto dysponuje minizestawem do robienia zdjęć rentgenowskich. Niestety, wyznaczanie właściwej pozycji to działanie metodą prób i błędów. Powinniśmy ustawić laptop (bądź inny odbiornik) w miejscu, w którym bez dodatkowego wzmocnienia sygnał byłby wyjątkowo słaby. Pomiarów sygnału można dokonać za pomocą oprogramowania dostarczonego wraz z kartą Wi-Fi. Nie nadają się do tego zielone wskaźniki umieszczone w standardowym okienku Panelu sterowania Windows - reagują one zbyt wolno, a przy tym nie odnotowują drobnych zmian natężenia sygnału.

Najlepiej jednak będzie posłużyć się darmowym oprogramowaniem WLAN Info[4], które pokazuje natężenie sygnału nie tylko za pomocą wskaźników, ale też sygnalizuje o wzroście lub spadku poziomu natężenia sygnału, używając komunikatów dźwiękowych. Za darmo oferowany jest także program WiFiSiStr[5] - jednak wymaga on zainstalowania frameworka .NET.

Darmowe oprogramowanie pokaże nam natężenie sygnału radiowego Obydwa programy, pokazując poziom sygnału, przedstawiają ujemne wartości w decybelach (przy czym 0 dBm odpowiada jednemu miliwatowi). W związku z tym, szukając optymalnego ustawienia, powinniśmy dążyć do osiągnięcia wartości poziomu mocy jak najbardziej zbliżonej do zera.

Musimy stopniowo coraz głębiej osadzać naszą antenę na antence access pointa, aż do punktu, w którym osiągamy optymalny poziom sygnału. Następnie powinniśmy ustawić promiennik we właściwym kierunku. W tym celu także skorzystamy ze wspomnianych już wskaźników poziomu sygnału. Nie ma sensu przy tym tracić zbyt wiele czasu na próby poprawy sygnału w zakresie pojedynczych decybeli, ponieważ natężenie pola elektromagnetycznego zawsze będzie ulegało drobnym wahnięciom tego właśnie rzędu.

Kto nie chce biegać w tę i z powrotem pomiędzy laptopem a access pointem, powinien udostępnić w sieci odczyt zawartości pulpitu laptopa mierzącego natężenie sygnału i użyć dodatkowego komputera, siedząc tuż przy stacji bazowej. Można skorzystać w tym celu z funkcji Remote Desktop lub z narzędzia VNC[6]. W takiej sytuacji na ekranie maszyny przy access poincie obserwujemy zmiany poziomu sygnału docierającego do laptopa "pomiarowego".

Jeżeli zauważymy, że wzmocniony sygnał ma optymalne natężenie na balkonie mieszkania, podczas gdy w pomieszczeniu leżącym po przekątnej efekty nie są zadowalające, oznacza to, że nasza antena Yagi nadmiernie wzmacnia transmitowany sygnał. Wspomniane pomieszczenie znalazło się bowiem poza elipsoidalnym obszarem optymalnego natężenia sygnału. Jeśli nie uda nam się dobrać takiego ukierunkowania anteny, które zapewni optymalny rozkład sygnału na całym obszarze mieszkania, wówczas można usunąć z anteny najdłuższy element przewodzący. Wydajność anteny nieco spadnie, ale taki zabieg sprawi, że zmaleje efekt nierównomiernego rozłożenia sygnału.

Jeżeli access point 802.11g jest wyposażony w kilka anten, wówczas nie ma żadnego znaczenia, na którą z nich zatkniemy naszą antenę. Wynika to z faktu, że ten tryb transmisji automatycznie korzysta z anteny gwarantującej najlepsze połączenie. Taka właściwość (określana mianem Diversity) wymaga niekiedy włączenia odpowiedniego trybu w access poincie. Natomiast ustalenie, która z anten pracujących przy stacji bazowej w trybie 802.11g jest aktywna, wymaga przeprowadzenia testu metodą prób i błędów.

Ponieważ zarówno przy przesyłaniu, jak i przy odbieraniu danych aktywna jest antena znajdująca się po stronie access pointa, to tylko w ekstremalnych przypadkach uzasadnione wydaje się dodatkowe stosowanie proponowanego w artykule rozwiązania po stronie anteny przy laptopie. Poza tym poprawne zamocowanie anteny Yagi na obrzeżu wyświetlacza w przenośnej maszynie byłoby niezmiernie skomplikowane.

Jak uniknąć niemiłych wizyt

Teoretycznie za pomocą naszego wynalazku powinniśmy poprawić zysk anteny o 11dBi. Jednak pewne niedoskonałości wykonania mogą zmniejszyć ten przyrost o około 2 dBi. Antenka przy access poincie daje zwykle dwa dBi, tak więc nasza alternatywa wciąż zapewni korzyść w postaci dodatkowych siedmiu decybeli. Nie da się więc wykluczyć, że tym samym przekroczymy dopuszczalny prawem poziom wysyłanego sygnału. Dla zachowania pewności, że nie popełniamy przestępstwa, powinniśmy zmniejszyć siłę przesyłu na stacji bazowej do poziomu jednej piątej wartości nominalnej.

Państwowa Agencja Radiokomunikacji nie wysyła spontanicznie oddziałów, które mierzyłyby przekroczenia wartości dopuszczalnych sygnału. Jednak osoby transmitujące zbyt mocny sygnał zakłócają pracę innych sieci, dopuszczając się tym samym zwykłego wandalizmu w eterze. Poszkodowani mogą się zwrócić o pomoc do właściwego urzędu, co nieraz kończy się poważnymi konsekwencjami finansowymi dla osób zaśmiecających pasmo radiowe. Posłuchajmy więc, czy sąsiedzi przypadkiem nie narzekają na zakłócenia w pracy sprzętu elektronicznego, aby za radość z darmowej anteny nie przyszło nam słono zapłacić.

Zobacz także

• Kierunkowa antena Wi-Fi z puszki[7], artykuł w serwisie heise Networks

Adres tego artykułu:
http://www.heise-online.pl/networks/features/Jak-zrobic-antene-Wi-Fi-z-odpadkow-778574.html

Linki w tym artykule:
  [1] http://www.heise-online.pl/networks/features/Kierunkowa-antena-WLAN-z-puszki-778584.html
  [2] http://en.wikipedia.org/wiki/Yagi_antenna
  [3] http://www.mydarc.de/dl7afb/
  [4] http://www-pc.uni-regensburg.de/systemsw/TOOLS/wlaninfo.exe
  [5] http://www.download3k.com/WiFi-SiStr/Download-Free-wifisistr.zip.html
  [6] http://pl.wikipedia.org/wiki/VNC
  [7] http://www.heise-online.pl/networks/features/Kierunkowa-antena-WLAN-z-puszki-778584.html

---