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Antena colineal vertical para 2,4 GHz.
Fabrique su propia antena colineal wifi. Ud. podrá tener una gran satisfacción contruyendo su propia antena y con una muy buena capacidad de recepción y transmisión.
|
| Ganancia |
Número de elementos |
Longitud de la antena |
|---|---|---|
| 3,5 dB | 4 | 32 cm |
| 6 dB | 8 | 56 cm |
| 9 dB | 18 | 116 cm |
| 10 dB | 21 | 134 cm |
Para comenzar a experimentar, elegimos construir la antena de 8 elementos, con una ganancia de 6dB.
Nos basamos en el cable LMR-400 porque estaba tirado por el suelo la noche que decidimos contruir la antena. El coaxil LMR-400 tiene un factor de velocidad de 0,85, debido mayormente a su semi-rigidez y a su dieléctrico de foam. El LMR-200 sería la opción ideal, ya que tiene un dieléctrico de menor diámetro y en consecuencia usamos tubos de bronce de menor diámetro. (Tiene sentido, ya que la máxima potencia radiada efectiva permitida por 802.11 es de 1W.)
La antena está calculada para operar óptimamente en el centro de la banda de 2,4 GHz. El centro de la banda se determina así:
R
ango de frecuencia de 802.11: 2.4000 GHz a 2.4835 GHz
freq_anta - frec_baja
frec_central = -----------------------
2
2.4000 - 2.4835
frec_central = ----------------------- = 2,441 GHz
2
La frecuencia central de operación se usa luego en la siguiente fórmula para determinar la longitud de los elementos individuales de la antena, que ha de ser de media longitud de onda en el coaxil:
c / f
longitud_segmento = ------------------------ x FV
2
Donde: c = velocidad de la luz
f = frecuencia central de operación
FV = factor de velocidad del coaxil
En nuestro ejemplo:
c = 3 x 108 m/s
fc = 2,441 GHz
Vo = 0,85
3 x 108 m/s / 2,441 x 109 Hz
longitud_segmento = ------------------------------ x 0,85
2
longitud_segmento = 52,2 mm
NOTA: Esta es la longitud de los segmentos de antena. Los elementos de bronce son 8 mm más cortos que este valor para tener el cuenta el espaciado entre los segmentos de antena. (Ver el diagrama más abajo.)
Mediciones
El esquemático de los componentes eléctricos de la antena se muestra en la figura 2. Este es un esquemático para el arreglo de 8 elementos. Los cálculos de 1/2 y 1/4 de longitud de onda hechos más arriba deberán aplicarse a cada elemento de este esquemático.
Construcción
Hemos encontrado que es más fácil cortar el coaxil y los tubos de bronce en lotes, para evitar ajustar constantemente el micrómetro.
Preparación del coaxil
La longitud del coaxil se calcula de la siguiente manera:
longitud_coaxil = 1/2 longitud de onda + 15 mm
Si no disponés de un micrómetro, pero sí de un morsa, marcá la longitud requerida de coaxil (67,2 mm) en la morsa con un trozo de cinta adhesiva. Alineá el extremo del coaxil con la marca de hecha con la cinta. Cortá el coaxil por el extremo de la morsa. Podría ser más sencillo marcar múltiples secciones y luego cortarlas en lote. Usá el cortador de coaxil o un cutter para cortar las secciones marcadas y retirales la funda plástica, la malla metálica y la lámina delgada de metal, de tal manera que quede expuesto el dieléctrico del coaxil.
Retirá 10 mm de dieléctrico de cada lado de los segmentos de coaxil.
Recordá que el elemento del final de la antena es de 1/4 de longitud de onda. Por lo demás, la preparación es la misma.
Preparación de los tubos de bronce
Marcá primero un segmento de 44,2 mm en el tubo de 5/16" de bronce. Cortá con un cortador circular de tubos un segmento de un poquito más que 44,2 mm. Repetí hasta gastar todo el tubo de bronce.
De nuevo, no te olvides del elemento final de 1/4 de longitud de onda, cortando un trozo de tubo de longitud acorde.
Ensamblaje de los elementos
Reuní en pares los segmentos de tubo de bronce con los segmentos de coaxil. El tubo de 5/6" cabe cómodamente sobre el dieléctrico del LMR-400. Deslizá un elemento de bronce sobre cada segmento de coaxil. Andá rotando lentamente el tubo de bronce mientras pasa sobre el dieléctrico hasta que sobresalga igual distancia de dieléctrico a ambos lados del tubo.
Soldado de los elementos
El soldado de los elementos es bastante directo. Ni se te ocurra intentarlo con un soldador chico de 25-30 Watts. Vas a necesitar una pistola soldadora de alta potencia (260 W usamos nosotros) para esta tarea. El soldado de los elementos se parece un poco a un acto de equilibrista, por lo que esperamos que tengas el pulso firme. :-)
Con 4 manos a disposición la tarea no es complicada.
Al soldar el elemento final de 1/4 de longitud de onda, recordá que el conductor central está doblado y soldado a su propio tubo de bronce.
Nota: Tené cuidado al aplicar calor a los elementos de bronce. ¡En poco tiempo se genera suficiente calor como para derretir el dieléctrico!
Soldá todos los elementos antes de seguir con la siguiente sección.
Ensamblado del "sombrerito" de 1/4 de longitud de onda
El sombrerito de 1/4 de longitud de onda se desliza sobre el elemento final de la antena. Ver figura 4 para las medidas exactas. Como el conductor central del último elemento está soldado al tubo de bronce, la parte superior de la curva de ese conductor será de una longitud arbitraria única para cada antena. Lo importante es que el sombrerito mida 1/4 de longitud de onda desde el final del dieléctrico del último elemento. La cuña en el sombrerito que deja lugar para el conductor soldado tendrá se que ser cortada a medida.
Usá una amoladora para calar la cuña que acomodará el conductor central soldado del último elemento. Una sierra de arco, y una lima para metal también servirían si tenés mucha paciencia. Luego de calar la cuña y limar las birutas, montá el sombrerito de 1/4 de longitud de onda sobre el elemento final.
Desacoplación y ensamblaje del conector de RF
La sección de desacoplación requiere un poco más de dedicación pues implica perforar un agujero en una moneda de 25 centavos de dólar, u otro disco de bronce de tamaño similar y usar un soplete de propano para soldarla a un tubo de bronce.
Este montaje se hace en 2 partes. Primero está el elemento de línea de alimentación, construido de la misma manera que los elementos de la antena. Segundo, está el sleeve (FIX ME) de desacoplación, montado sobre el elemento de alimentación.
El desacoplador se construye con tubo de bronce de 1" de 1/4 de longitud de onda, un tramo de tubo de bronce de 11/32" de al menos 1/4 de longitud de onda y un disco bronce del tamaño de una moneda con un agujero perforado en el centro para que pase el tubo de 11/32".
La línea de alimentación es de construcción similar a los elementos de la antena. La diferencia es que el coaxil es de mucha más longitud que el tubo de 5/16". El coaxil se prepara de manera diferente dado que soldamos el (FIXME) braid del coaxil al final del tubo de bronce, a 1/4 de longitud de onda desde el final del conector N. Debajo de este, la funda plástica permanece intacta y termina en el conector N. El tubo de bronce debe cortarse de tal forma que haya al menos 1/2 longitud de onda del tubo de 5/16" entre el extremo del montaje del desacoplador y el primer elemento de la antena (ver diagrama). También debe acomodar la longitud del desacoplador, y un poco más para permitirla sintonización del (FIX ME) sleeve al tubo de alimentación (esto se hace deslizando el (FIX ME) sleeve hacia arriba y abajo del tubo de alimentación). En nuestro ejemplo, el coaxil mide 10,8 cm, y el tubo de 5/16" mide 6,8 cm de largo.
Nota al margen: usamos un conector hembra RG-8 porque las casas de electrónica Ustedes-lo-quemaron no tenían un conector hembra LMR400. El punto es que funcionó.
Sintonización y ensammblaje final
Sintonización
Desafortunadamente, sin un analizador de espectro o un medidor caro de ROE o potencia de RF no se puede sintonizar óptimamente la antena, pero se puede lograr una sintonía gruesa usando las Linux wireless tools y 2 NICs inalámbricas. Al deslizar el (FIX ME) sleeve de desacoplación notarás un cambio en la lectura de RSSI. Ajustalo hasta alcanzar un pico de RSSI en el receptor. Sólo tomá medidas cuando no estés tocando la antena, y siempre ubicate en el mismo lugar al tomar una lectura. El cuerpo humano cambia las caracteríticas de RD de la habitación donde estés midiendo. Una vez que la antena esté apropiadamente sintonizada, fijá el desacoplador en su lugar con un punto de soldadura y procedé a la siguiente sección.
Construcción del (FIX ME) radome
Usamos un conducto plástico para exteriores resistente a los rayos ultravioleta. Se lo cortó de la longitud adecuada para que quepa dentro el arreglo entero, dejando sobresalir 1,5 cm el conector N hembra de la parte inferior. El arreglo se mantiene en su lugar porque lo pegamos con pegamento epóxico. Tapamos el tubo por arriba con una capa de PVC.
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