无线网络天线

Wi-Fi信号放大天线 叶子疏 发表于 2011-11-18 12:52:59 不要再抱怨Wi-Fi信号不够强了，自己动手能解决的问题不是问题！ 这个制作的要点在于制作一个免费的Wifi波导天线（虽然需要一些自备材料）。 普通用来架设无线网的路由器使用全向天线发送和接收信息包，这些信号以相同的强度向各个方 向发送。比较悲剧的一件事是普通路由器的天线不算给力，范围也不过50到100英尺。 而定向天线的信号集中在一个特定的方向，虽然牺牲了其他方向的信号强度，但在需要的方向上 可以获得更大的通信距离。 网上也曾有过制作wifi信号放大器的介绍，比如下图： DIYer: John Sandora,Nathaniel Meierpolys,Gregory Rehm, 制作时间: 一天 制作难度: ★★☆☆☆ GEEK指数: ★★★☆☆ 上一篇：让火焰随着音乐跳舞 下一篇：自制简易加湿器 DIY 主题站 115730人关注 文章作者 叶子疏 他们推荐了本文 易秋 Jasminexialu 謎宫 支持什么呢 NatsuR 夢 ishmir ZhouShine ©2011果壳网 京ICP备09043258号-2 京公网安备1101052730 关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 内容专区 免责声明 联系我们 移动版 首页 小组 果壳达人 问答 寻找你喜欢的内容或人主题站 登录 注册 页码，1/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 页码，2/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 但此种放大器的缺点在于，仅弧形铝皮焦点附近较小区域内，信号才能得到增强，而且效果没预 期的那么明显 。 另外一种比较流行的做法是用一个漏勺，在很多野外作业现场会用到这种方法，不过考虑到不是 每个人手上都有闲置的漏勺，所以还是推荐这种用罐子的方法。 我们今天介绍的这种金属罐天线是为了扩大廉价路由器的通讯范围而设计的，它是一个金属制成 的定向天线，可以用一个N型连接器通过同轴电缆连接到路由器本体。 双向电梯 1 波导原理 2 参数计算 3 所需材料 页码，3/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 4 组装天线 5 性能测试 6 改进建议 7 DIYer签到处 1 波导原理  我们要做的金属罐天线是一个引导电磁波向指定方向传播的通道，用专业名词来说叫做波导。 波导里，电磁场只能以特定的模式存在。那些最好的波导里只容许单独一种模式，因为不同的 模式在波导中以不同的速度传输，这会引起散射，信号的脉宽会扩展，使接收变得困难。同时 不同的模式也有不同的辐射方向，上面展示的是一种横向电场（TE）和一种横向磁场（TM） 模式——圆形波导中的主要模式。  首先拿TE11模式做个例子，这种模式在圆形波导中占据优势地位。上面是波导的侧视图和馈 线。灰色的矩形是罐子天线，小的绿色馈线里的中心导体伸入罐中。它离罐底四分之一驻波波 长，这会激发出TE11模式：图中电场用红色画出，而磁场用蓝色绘制。 页码，4/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/  现在假设你从罐形天线的底面而不是底部附近接入馈线，这会激发和上面不同的另一种模式。 这叫做TM11模式，电场用红色，磁场用蓝色表示。 2 参数计算 就像上面说的，在波导天线中只希望激发单一的TE模式（这决定了需要采用从罐壁伸入馈线的设 计）。对此可以选择合适的金属罐，它的直径刚好容许TE11模式生成但是能够禁止TM01模式。 考虑日常使用的Wifi网络的频率，大多数的802.11网络，比如808.11b/g使用2.4GHz频段， 808.11n使用2.4和5GHz频段，但是长距离传输时还是2.4GHz信号较强。为了简单起见，只考虑 常用的频带在2.412~2.462Ghz的808.11b/g无线网络。对于这一频带需要在设计金属罐天线时让 TE11模式在2.412GHz时即能激发，并且在2.462GHz工作时仍不会激发TM01模式。 想快速解决的话，参考这个网页，里面有个在线计算器可以帮助你计算罐子直径和馈线位置。 在线计算器 或者也可以拿出纸和笔开始计算： 首先是罐子的合适直径。 TE11模式会在f = 2.412GHz > f_cutoff = 2*c/(3.41*D)时被激发。 TM01模式在 f = 2.462GHz < f_cutoff = 2*c/(2.61*D) 时不会被激发。 页码，5/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 我们需要f_cutoffTE11 < f < f_cutoffTM01 由此解出2.87英寸 < D < 3.67英寸 一般来说这里的直径下限比较重要。罐子需要比2.87英寸大才能在2.4G下有效工作，而上限虽然 有些影响，但并不是天线能否工作的硬性限制。 接下来我们需要计算馈线的位置。 之前提到过，为了激发TE11模式，馈线应该安放在1/4波长的位置，而整个罐形天线的长度是3/4 波长。在开放空间里，只需要将光速c除以频率就可以得到电磁波的波长,但是罐形天线内部情况有 些变化，这里的驻波波长需要按照下式计算： 于是就可以从满足要求的罐子的直径D，计算出罐子切割后的剩余长度3/4Lg和馈线位置离罐底距 离1/4Lg，这就是之前在线计算器给出的结果。 最后，当我们从罐壁引入馈线时，伸入罐内的金属导体需要的长度Lo为1/4波长。 3 所需材料 ○ 一小段粗铜线 ○ 一些螺丝和螺母 ○ 带有外接天线接口的路由器（这次用的其实是一张无线网卡） ○ 合适大小的金属罐（尺寸的选择已经在上面说了） ○ 将路由器连接到金属罐的馈线，以及相应的连接座 ● 一些固定工具（比如三脚架，用来固定天线的朝向） 4 组装天线 页码，6/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/  把各种罐子整理干净。 页码，7/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/  在粗铜线上切下一段长度为1/4 ，约1.23英寸的铜线。  把这段铜线焊接在N型连接器的芯柱上。  从罐底量出正确的馈线位置。  钻孔，安装连接器。注意将连接器的金属外壳与罐壁相连。  把罐子安装到支架上。尽量避免在罐内有其它东西，固定用的螺丝螺母尽量少。 5 性能测试  这些数据通过安装了Stumbler应用程序的iPod Touch采集，这个程序能显示附近任何无线路由 器的信号强度。测试结果里不包含单位，因为它只是个相对值。观察到的最大信号值是76，降 到10以后信号源就不可见了。  这些数据在物理系门厅采集，因此有可能被其他路由器或任何其他设备干扰，但从这个基本的 测试里，也可以看出一些地方（40米和70米）的信号有随距离增加的趋势，这和天线本身的设 计有关。 页码，8/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/  在长距离测试里，信号在100米外下降很快，但在365米内仍然高于10。这个结果是逐步远离路 由器，直到失去信号时测试出来的。它的局限性很大，但仍不失为一个可借鉴的参考。测试时 走的是下山路，并且信号即将消失的时候和天线之间的视线被树木遮挡了。在较好的情况下通 讯距离也许会提高到1/4英里。 6 改进建议 下面这些建议可能有助于获得更好的性能，在有条件时可以试验一下。  让同轴电缆可以方便地在不同的金属罐天线之间切换。  或许如上图一样，在金属罐天线的开口添加一个喇叭口可以收集更多的电磁波。  分别用无线路由器和无线网卡作为天线的信号源，观察效果是否不同。  在天线前增加有源放大器。  把两个汤罐或者品客薯片罐背靠背装在一起看看效果如何。  涂装天线内壁。也许原先的罐体涂些油防锈就足够好了。还有问题是或许可以加个能透过电磁 波的绝缘盖。  使用两个与同轴电缆连接的金属罐作为中继器，来绕开物体（建筑物，山脉等）传输信号。 本文是根据以下三篇文章重新改写的： http://www.turnpoint.net/wireless/cantennahowto.html http://www.thanscorner.info/how-to-build-a-cantenna http://antenna-diy.blogspot.com/2008/03/cantenna-part-i-theory.html 7 DIYer签到处 页码，9/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 果壳DIY站QQ群：132647923, 2群：179240860（加入时请报上你在果壳的个人主页地址，以防 广告ID） 果壳DIY站微博: http://t.sina.com.cn/guokrdiy 编辑: 秦皇汉武 转贴到: 新浪微博 豆瓣 人人 QQ空间 42人推荐 85次回应 推荐+1 发表回应 零天 1楼 2011-11-18 12:58:11 杀花？ 引用 lastexiler 2楼 2011-11-18 12:58:44 这个真的不错 引用 零天 3楼 2011-11-18 12:59:30 果然我还是没有吸取教训，，以后果断先占楼再看文章…… 话说，路由在隔壁宿舍，中间隔了两面墙和一个卫生间的位置，，所以值得一试！ 引用 梦中小仙灵 4楼 2011-11-18 13:02:48 这个暂时用不上……宿舍太小了，WIFI信号各种强…… 引用 吉尔伯特 5楼 2011-11-18 13:06:08 ^^ 引用 零天 6楼 2011-11-18 13:08:04 楼主，，，好像TE01和TE11文中有几个地方笔误了？有点乱，以及能不能不要用英制单位…… 引用 aptx4869 7楼 2011-11-18 13:14:42 引用@零天 的回应：楼主，，，好像TE01和TE11文中有几个地方笔误了？有点乱，以及能不能不 要用英制单位…… 英制公制夹杂是有点乱 引用 虫可语冰 8楼 2011-11-18 13:15:18 看了第一副图，我以为是要用柴油桶的。 引用 传芭代舞 9楼 2011-11-18 13:20:53 无线电 困难 理解 引用 秦皇汉武 果壳DIY实习生 2011-11-18 13:21:20 页码，10/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 10楼 引用@零天 的回应：楼主，，，好像TE01和TE11文中有几个地方笔误了？有点乱，以及能不能不 要用英制单位…… 谢谢提醒，笔误已修改。关于单位制，在研究罐子尺寸的时候用英制，在研究信号强度时用公制， 这和作者的生活习惯有关。以后我们会注意单位的统一的，谢谢你咯~ 引用 fulcrum312 11楼 2011-11-18 13:21:26 我还以为是无线爆破技术…… 引用 马头君 临床本科生，动漫控 12楼 2011-11-18 13:34:59 信号满格 速度个位数k的貌似用不上了 引用 moogee 果壳网主编，科学松鼠会成... 13楼 2011-11-18 13:41:52 原来那个是真的啊！ 引用 Steed 专业级业余天文爱好者 14楼 2011-11-18 13:52:12 居然450米还能有信号！赶紧做一个放窗口，回家也能蹭办公室的网络用！ 引用 屋顶小阁楼 15楼 2011-11-18 14:15:52 太强大了！！速度做一个！ 引用 hank5owen 16楼 2011-11-18 14:20:03 引用@Steed 的回应：居然450米还能有信号！赶紧做一个放窗口，回家也能蹭办公室的网络用！ 你家好近啊 引用 9号李毅大帝 17楼 2011-11-18 14:31:20 好东西，要顶！ 引用 zoe14 18楼 2011-11-18 14:31:28 咩……以为是弄在自己电脑上的 引用 comein 无机化学硕士生，DIY爱... 19楼 2011-11-18 14:34:26 啊这个超实用！过年回家的时候试试能不能把附近亲戚家的无线网连到爷爷奶奶家里…… 引用 LeonZhao 20楼 2011-11-18 14:58:26 嗯……搞个锅形的效果更好啊。 引用 shadow0611 2011-11-18 15:00:26 页码，11/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 21楼 这个不错，有空去试试 引用 胡说的权力 22楼 2011-11-18 15:01:42 引用@hank5owen 的回应： 你家好近啊 同样悲愤的感慨：你家好近啊…… 引用 宫之卜 23楼 2011-11-18 15:08:16 动手能力强的人你伤不起 引用 Creative 机械电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 、消费产品设... 24楼 2011-11-18 15:19:58 将路由器连接到金属罐的馈线 路由器哪有线头？难道要把信号天线的塑料壳敲开？？ 引用 漠路酱 25楼 2011-11-18 15:31:48 话说我家附近就有电信局的WIFI，可以考虑做个来试试 引用 Keep-C 26楼 2011-11-18 15:41:25 碉堡了，这个DIY相当不错就是外观有待改进 引用 桃木猫猫猫尾巴 27楼 2011-11-18 15:41:49 这个实用 回头试试 引用 -sunchild 28楼 2011-11-18 15:43:27 笔记本肿么办?? 引用 dusa 29楼 2011-11-18 15:55:33 回家试试 引用 error_dan 30楼 2011-11-18 15:58:12 引用@Creative 的回应： 路由器哪有线头？难道要把信号天线的塑料壳敲开？？ 拔掉无线路由器的天线你就能看到了~ 页码，12/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 拔了没？拔了我再告诉你一般的都装不上去~ 引用 森林木牛 31楼 2011-11-18 16:01:40 这个筒子做出来很像数字卫星天线那大锅上的高频头，莫非用的是相同原理？ 引用 大碗凉的快 32楼 2011-11-18 16:11:07 这么强！ 引用 biaomate 33楼 2011-11-18 16:12:53 和以前那个电视信号接收器差不多的！ 引用 安某人 34楼 2011-11-18 16:28:57 diy都是好青年啊。这个可以码一下 引用 腹黑能猫 35楼 2011-11-18 16:46:28 看起来不错!也挺好弄!! 不过有个问题 我的均线路由器有三根天线... TP LINK的 我应该弄哪根呢? 引用 loesprite 36楼 2011-11-18 16:54:31 无限AP端信号可能有增强效果，但是笔记本电脑的无线功率没有改变，无线AP很可能收不到笔记 本电脑发出的信号。所以，我怀疑，增强效果应该很不明显。 引用 肥鱼13号 37楼 2011-11-18 17:20:59 这个... 引用 金 38楼 2011-11-18 17:30:38 发送定向，接收也定向。也就是更灵敏了。 想想手机。 引用@loesprite 的回应：无限AP端信号可能有增强效果，但是笔记本电脑的无线功率没有改变， 无线AP很可能收不到笔记本电脑发出的信号。所以，我怀疑，增强效果应该很不明显。 引用 greenswong 39楼 2011-11-18 17:47:37 微波技术学的不好。所以，先留名。 引用 gdsgds 40楼 2011-11-18 17:51:17 引用@-sunchild 的回应：笔记本肿么办?? 看所需材料那，3厘米刻度处有个ipx接头，买上2~3个这样的接头就能把笔记本的天线从笔记本分 离出来。当然，再接什么样的就看你了。我的接了sma头。前几天刚买了一个带指向性的2.4GHz平 板天线，通过sma再一接，这样天线就长很多。 但馈线的长度与信号的损失成正比，这个度依然要靠自己来衡量了。 页码，13/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 什么？你嫌麻烦？ 那好，笔记本还有套简便的增大办法，花10~20元（不包含快递）买一个质量可靠的usb延长线， 再去找个卡皇之类的usb无线网卡，一接，把驱动一装信号也能好不少。但效果和geek的乐趣远不 如前者。 引用 Gooney 41楼 2011-11-18 18:11:13 引用@loesprite 的回应：无限AP端信号可能有增强效果，但是笔记本电脑的无线功率没有改变， 无线AP很可能收不到笔记本电脑发出的信号。所以，我怀疑，增强效果应该很不明显。 同感，我觉得可以改造一个usb无线网卡（可以拆卸天线的那种），这样电脑的发射信号也可以增 强了，但是本本上面插个奶粉罐确实很拉风，到自修室自习肯定回头率百分百～ 引用 秦皇汉武 果壳DIY实习生 42楼 2011-11-18 18:15:27 引用@loesprite 的回应：无限AP端信号可能有增强效果，但是笔记本电脑的无线功率没有改变， 无线AP很可能收不到笔记本电脑发出的信号。所以，我怀疑，增强效果应该很不明显。 这和用户的使用习惯有关。用户使用wifi上网的时候，下行流量一般远大于上行流量，也就是说， 我们电脑终端下载的数据量远远多于上载的数据量。AP使用定向天线，使得用户下载数据的速率 大大增加，虽然上载数据（也就是用户向AP发包的速率）没有改善，但综合来看，上网总体速率 改善还是很明显的~ 引用 秦皇汉武 果壳DIY实习生 43楼 2011-11-18 18:16:51 引用@Gooney 的回应： 同感，我觉得可以改造一个usb无线网卡（可以拆卸天线的那种），这样电脑的发射信号也可以增 强了，但是本本上面插个奶粉罐确实很拉风，到自修室自习肯定回头率百分百～ 解释同上，当然你如果把你的本本天线也改装成定向的，速率会进一步提高，但即使不做这个改 装，上网速率也是有明显提升的~ 引用 yangff 44楼 2011-11-18 18:32:21 用网桥不好吗？ 引用 托马斯_豆 45楼 2011-11-18 19:22:17 最近正在研究这个问题，用纸壳贴金属箔做个圆筒可以么？ 引用 拾荒君 46楼 2011-11-18 20:24:22 用的是学校的公共无线网。。。 不过回家可以试试 引用 初入道道 47楼 2011-11-18 20:35:29 妈呀~太有才了 引用 东方不赢 48楼 2011-11-18 21:09:10 用个网络还得备个易拉罐，万一让收破烂的捡走了就悲剧了 引用 页码，14/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/ 胡说的权力 49楼 2011-11-18 21:14:27 引用@秦皇汉武 的回应： 解释同上，当然你如果把你的本本天线也改装成定向的，速率会进一步提高，但即使不做这个改 装，上网速率也是有明显提升的~ 唉……真是想当然……WIFI通信中，在数据链路层就要求双向通信成立。如果只有A能收到B的信 号，而B收不到A的信号，链接根本无法建立。这和什么上下行带宽有什么关系么？这又不是广播 电台或者电视台，根本无需用户回传数据的模型。 这种天线的意义，在于减少了加天线这一端丢失信号的几率，从而提升了联通能力。 引用 胡说的权力 50楼 2011-11-18 21:20:13 引用@腹黑能猫 的回应：看起来不错!也挺好弄!! 不过有个问题 我的均线路由器有三根天线... TP LINK的 我应该弄哪根呢? 三根天线的，乃至更多根天线的，是使用多入多出技术的路由器，原本目的就是为了增加有效的通 信距离。原理简单说就是提高信噪比从而提升距离。如果要改天线，随便改那根都可以，不过这样 实际上就破坏了原有的作用机制，总体下来，到底是更好还是更差，难说。 引用 1 2 发表回应: 请 登录 后发表回应，也可以 页码，15/15(W)w 2011/11/28http://www.guokr.com/article/73405/