Wlan-antennit

Tämä antennimalli on lähtenyt kuvan http://www.gbonline.com/~multiplx/wireless/pics/tincanant.jpg ratkaisuista, jossa ei kerrota, mihin se perustuu, mutta sama rakenne on käytössä ns. waveguide-adaptereissa. (Mikroaaltojahan voidaan kuljettaa koaksiaalikaapelin lisäksi mm. suorakaide- tai pyöreässä putkessa. Muunnosadapterina koaksiaalilinjaan käytetään waveguide-putken päässä toisesta päästään suljettua sylinteriä, halkaisija sama kuin putkella. Määrätyllä etäisyydellä suljetusta päästä on N-liitin, jossa on neljännesaallon pituinen tappi).

Ohjeessa käytetään aallonpituuden Lambda-merkin sijasta L-kirjainta.

Antenni muodostuu siis vain purkista ja N-liittimestä, jonka keskitappia on pidennetty. Purkin avoin suuaukko suunnataan tukiasemaan ja aletaan onnellisena surffailemaan. Ai niin, pitihän siinä olla kaapelikin antennin ja wlan-kortin välillä, katso kaapeliohje.

2.4 GHz alueella sylinterin halkaisija on 100 mm luokkaa. Se voidaan rakentaa esim. vanhanajan peltisestä kahvipurkista. Näitä en ole viime vuosina nähnyt enää tavarataloissa, mutta saattaahan niitä vielä jonkun nurkissa kuleksia. Vaatimuksena on siis 90..110 mm sisähalkaisija, sileät sisäseinät ja suora pohja. Jos avoimessa päässä on sisäreunalla "hörhelöitä" ne nuijitaan vasaralla alustaa vasten mahdollisimman sileäksi.

Tölkin pituus ei tietysti ole valittavissa, se on mikä on. Sopiva pituus on 3/4 Lg, mutta sen voi mieltää nyt vaikka minimipituudeksi. Ja sitten mitoitukseen: Lo riippuu taajuudesta, 2.45 GHz :llä Lo = 122 mm eli Lo / 4 = 31 mm.

Lg riippuu taajuuden lisäksi putken halkaisijasta, tässä muutamia arvoja:
 

Lg putken halkaisijan funktiona 2.45 GHz taajuudella

Putken sisähalkaisija D / mm	Seisovan aallon pituus Lg / mm	Lg / 4
90	202,7	51
95	186,7	47
100	175,7	44
105	167,6	42
110	161,5	40

N-liitintä varten porataan 12 mm reikä Lg / 4 etäisyydelle suljetusta päästä. Lisäksi neljä runsaan 3 mm reikää liittimen laipan mukaisesti. N-liittimen keskitappiin juotetaan 4 mm messinkitankoa (hitsaustarvikkeista) pätkä niin, että tapin korkeus seinämästä tulee Lo/4 eli 31 mm. Jossain ohjeissa käytetään muitakin mittoja, pituudella voidaan säätää mm. antennin impedanssia. Olen kokeillut eri pituisilla tapeilla eikä suuria eroja ole ollut eli tapin pituus ei tarvitse olla ihan millintarkkaa viilaamista.Tukeva juotos tulee, jos tapin päähän aksiaalisesti poraa 3 mm reiän, johon N-liittimen keskitappi menee.

N-liitin ruuvataan paikoilleen niin, että ruuvit työnnetään sisäpuolelta ja mutterit jää ulkopuolelle. Näin sisäseinämälle ei jää häiritseviä ylimääräisiä tappeja. Liittimen kiinnitys tiivistetään huolellisesti esim. silikonimassalla, ettei sadevesi pääse ujuttautumaan liittimen sisälle.Putken alaosaan kannattaa vielä porata pieni reikä, josta antennin sisälle muodostuva kondenssivesi pääsee pois.

Purkin avoin suuaukko peitetään muovikannella. Kahvipurkeissa oleva muovikansi käy, jos se läpäisee mikroaaltouunitestin .

Antennin kiinnityksen mastoputkeen voi toteuttaa esim. jonkinlaisella sylinterin yli tulevalla pannalla niin, ettei putki litisty tai lommoudu.
 

Parannettu malli

Jos purkin pohja ei ole sileä ja lisäksi purkin pituus väärä, voi tehdä lisäpohjan suorasta alumiini- tai tinatusta teräslevystä, joka leikataan purkin sisämitan mukaiseksi kiekoksi. Lisäpohjan kiinnityksessä voi käyttää lukemattomia eri keinoja. Tiivis sen ei tarvitse olla, mikroaallot ei pienistä raoista karkaile.Taakse jää tyhjä tila, joka ei ole missään käytössä.
 
 
 
 
 
 
 

Tehokkaampi versio

Antenni voidaan varustaa myös "suppilolla", joka lisää antennin vastaanottoherkkyyttä yksinkertaisesti keräämällä hf-signaalia suuremmalta alalta kuin pelkkä putki.
Oheinen ratkaisu lisäsi tuplaten eli 3 dB antennin vahvistusta.

Oikeanpuolinen kuva näyttää, miten torvi leikataan sileästä tinatusta teräspellistä (tinnerikanisterista saatu). Katkoviivoilla on merkitty liitoksiin tarvittavat reunat. Itse sylinteri oli minulla 100 mm ilmastointiputkea, johon juotin tinatusta peltistä pohjan. Tällä putkella D = R1 = 100 mm,  D2 = R2 = 170 mm, Lg/4 = 44 mm, Lo/4 = 31 mm, 3/4 Lg = 132 mm.

Jos tutuissa tai sukulaisissa on peltisepän vikaa, tässä olisi idea tuotantoon vanhojen peltimukien ja "fyrryjen" (terveisiä vaan Vähäkyröön) lisäksi.

Tämä malli oli minulla viikon verran käytössä hyvin tuloksin, kunnes sain vielä tehokkaamman antennimallin valmiiksi. En ole kokeillut, voisiko D2-mittaa tästäkin suurentaa. Tämä idea on ARRL_n antennikirjan satelliittivastaanottotorvesta muunneltu.

D2 suuaukko pitää vielä sulkea mikroaallon kestävällä muovikannella sääsuojaksi ja lintujen pesimispuuhien estämiseksi. N-liittimen tiivistys ja kondenssivesiaukko kuten perusmallissa.
 

Waveguide-antennin toiminnan teoriaa

Waveguide-putken mitoituksessa esiintyy kolme eri aallonpituusmittaa, jotka tässä on merkitty Lo, Lc ja Lg:

Lo on hf-signaalin aallonpituus vapaassa ilmassa eli  Lo/mm = 300 / (f/GHz).
Lc on pelkästään putken halkaisijasta riippuva alarajataajuuden aallonpituus  Lc = 1,706 x D
Lg on ns. seisovan aallon pituus putkessa, se on Lo:n ja Lc:n funktio

Päästään suljettu waveguide-putki käyttäytyy kuten oikosuljettu koaksiaalikaapeli. Siirtotietä tuleva hf-signaali heijastuu päättymiskohdastaan takaisin ja muodostuu ns. seisova aalto, kun tuleva ja heijastuva signaali eri kohdissa joko heikentää tai vahvistaa toisiaan:

Jos viedääin mittaustappia aksiaalisuuntaisesti putkessa, huomataan minimikohdat (lähes nolla) ja maksimikohdat määrävälein. Suljetussa päässä signaali on nolla ja aina puoliallonpituuden välein. Ensimmäinen maksimikohta on neljännesaallon päässä. Kuten oheisesta aaltomuodosta näkyy, on maksimikohta suhteellisen leveä, joten sensoritapin paikka ei ole ihan millistä kiinni. Tärkeää on vain huomata, että tämä seisovan aallon pituus Lg ei olekaan sama kuin RF taajuudesta laskettu Lo. Hyvin suuressa putkessa ne on samat, mutta Lg kasvaa voimakkaasti, kun putkea pienennetään, kunnes tulee raja vastaan, jolloin Lg kasvaisi äärettömäksi. Se tarkoittaa sitä, että HF signaali ei enää mene putkeen ollenkaan. Waveguide-putki toimiikin siten ylipäästösuotimena, jonka rajataajutta vastaava aallonpituus Lc = 1,706 x D.   HF-taajuudesta laskettu aallonpituus Lo/mm = 300 / (f/GHz) ja näistä voidaan laskea tietyllä putkella ja hf-taajuudella waveguide-putken seisovan aallon pituus Lg. Aallonpituuksien käänteisluvut muodostavat kuvitteellisen suorakulmaisen kolmion, josta saadaan Pythagoraan yhtälö:

(1/Lo)² = (1/Lc)² + (1/Lg) ²

josta siis

Lg = 1 / SQR((1/Lo)² - (1/Lc)² )

Antennin mitoituksessa N-liittimessä oleva vastaanottotappi sijoitetaan siis voimakkaimpaan kohtaan eli Lg/4 etäisyydelle pohjasta. Putken pituus valitaan niin, että putken suun kohtaan osuu seuraava maksimikohta, joka on 3/4xLg etäisyydellä pohjasta. Tämän pituusmitan olen ihan mutu-periaatteella päätellyt ja kokeilu on osoittanut, ettei se ainakaan huono ratkaisu ole.
 

Fiktioita

Heitän vielä tällaisen malliajatuksen. Koska waveguide-putki on koaksiaalikaapeliin verrattuna pienihäviöisempi, mitähän jos sitä käyttäisi signaalin siirtotienä. Tekisi 100 mm ilmastointiputkesta pystysuoran putken katolta alas. Yläpäähän käyrä ja antenniksi 30° laajennus 100mm/160mm, alapäähän N-liittimestä adapteri. Jos alapään putken saisi lähelle tietokonetta, riittäisi kaapeliksi hyvin lyhyt pätkä. Olisi se myös ukkossuojauksen kannalta turvallisen tuntuinen.Siinähän sitä olisi kuin höyrylaivan torvi.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Lähteet:

Kirja ARRL Antenna Book
Kirja ARRL UHF/Microwave Experimenter's Manual ISBN: 0-87259-312-6
 

5.7.01
29.9.02 Laskentamoottori lisätty

Martti Palomäki
 
Ilmajoki

Wlan-antennit