quinta-feira, 4 de outubro de 2007

Tub'antena: Construindo uma antena Colinear de 6dBi para WiFi

Bom dia pessoal. tenho notado que o artigo sobre a construção da Sinhá'ntena está tendo uma boa recepção por entre os visitantes do meu blog. Pensando nisso, eu resolvi que a partir de agora, eu vou estar postando de vez em quando alguma coisa sobre construção de antenas, e é sobre isso que vamos tratar hoje. Vamos falar da Tub'antena.

Quem nunca precisou de uma antena omnidirecional portátil para usar em Wardriving pela cidade, ou mesmo para tentar melhorar a recepção de seu cartão ou notebook? Pois é, agora, com este artigo, será mais fácil fazê-lo, tendo uma pequena antena portátil para lhe acompanhar nas andanças do dia-a-dia. Deixemos de enrolação e vamos ao importante: Tub'antena: Construindo uma antena Colinear de 6dBi para WiFi

Esta página detalha a construção de uma antena colinear omni-directional, polarizada verticalmente, para redes wireless 802.11b/g. A antena é muito robusta e compacta, e tem um ganho de aproximadamente 5 a 6 dBi.

Antes de mais nada ...

Os vários Web site detalham a construção de uma antena colinear apropriada para o uso em redes wireless 2.4GHz, incluindo os sites wireless.gumph.org e guerrilla.net. Entretanto, estas antenas são muito complexas de construir, sendo compostas de numerosos pedaços curtos de cabo coaxial, que devem ser cortados com exatidão, em um comprimento muito específico. Você necessita também saber o fator de velocidade do coaxial que está sendo usado, pois a maioria das medidas são baseadas nele.

Estas antenas, no entanto, tem um ganho um pouco maior que a de nossa antena, alcançando até a marca de 8 dBi. Mesmo nossa antena tendo um ganho menor que estas outras antenas colineares, esta é de fácil construção, exigindo nada mais do que um fio de cobre e um conduíte para a construção do elemento transmissor. Mas nada nos impede de construir antenas mais complexas, não é? A vantagem dessa antena é justamente a facilidade para construir a mesma e já ter resultados visíveis com pouca dificuldade.

Eu fiquei particularmente intrigado quando um amigo mostrou uma antena colinear extremamente simples, feita com somente um fio de cobre dobrado apropriadamente, detalhado aqui, com um ganho de aproximadamente 6dBi.


Esta versão fornece um número maior de benefícios em relação à construção coaxial, requerendo bem menos esforço para construir, e fornecendo uma antena menor e mais robusta.

Enquanto o ganho de 6dBi é menor que aquele de uuma antena colinear feita com 8 elementos coaxiais, o ganho poderia ser melhorado aumentando o número dos elementos. Dobrar o número dos elementos aumentará o ganho por 3dBi, ou seja, o dobro do ganho.

Material Necessário

O material necessário para a construção de nossa antena é o seguinte:
» Fio de cobre de aproximadamente 30cm e 2,5mm² de área de seção;
» Conector N Fêmea para montagem em painel;
» 25cm de conduíte elétrico tipo fino, de 20mm de diâmetro;
» Duas terminações para o conduíte;
E opcionalmente ...
» Duas braçadeiras de fixação, daquelas utilizadas para instalação em parede;
ou
» Suporte de metal.

Eu usei um pedaço de fio de cobre de 2.5mm² encontrado em sucatas de material elétrico encontrado em qualquer lugar. Este cabo tem um diâmetro de aproximadamente 1.6mm, e é flexível o bastante para dobrar-se na forma requerida sem demasiado esforço ou ferramentas especializadas.


Cabo elétrico de 3 núcleis, de 2,5mm²


Um conector do tipo N, do tipo para montagem em painel, é necessário para permitir que a antena seja conectada ao dispositivo wireless. Note que outros tipos de conectores (ie, TNC, SMA, etc) também podem ser utilizados, dependendo dos conectores dos cabos pigtail.

Eu usei um conector do tipo N Fêmea, conforme as fotos abaixo:


Conector N Fêmea para montagem em painel


Detalhes da Implementação

Nossa antena colinear consiste simplesmente em um fio de cobre com alguns laços situados em posições específicas. As dimensões das seções da antena são importantes, e são mostradas no diagrama abaixo.


Dimensões do colinear


O comprimento da seção inferior é de 1/2 de comprimento de onda, a seção de centro é 3/4 do comprimento de onda, e a seção do chicote no alto é ligeiramente menor de 3/4 do comprimento de onda, para aparentemente reduzir o efeito de capacitância.

O padrão 802.11b usa frequüências de 2.412MHz a 2.484MHz, assim no centro dessa escala de freqüência, 1/2 comprimento de onda é 61mm, e 3/4 de comprimento de onda é 91.5mm.

Estas dimensões parecem ser consistentes com as antenas comerciais similares.

Construção

Inicie a construção da antena da extremidade inferior, soldando um pedaço do fio de cobre dentro do conector de N. Medir 1/2 comprimento de onda a partir do conector N e criar o primeiro laço.


Detalhe do laço, e a antena desencapada terminada


Note que os laços estão deslocados em relação ao fio que forma a seção vertical da antena.

Então, meça 3/4 de comprimento de onda adicional e faça o segundo laço. Apare a seção do chicote no alto assim que estiver no comprimento correto.

Se formos usar um conduíte de 20mm de diâmetro como havíamos determinado, mantenha o diâmetro das bobinas em aproximadamente 15mm ou menos, para assegurar que caberão dentro do conduíte (conduíte elétrico tipo fino de 20mm tem um diâmetro interno de 16mm). Caso usem outro tipo de conduíte, se assegure de que a bobina tenha o seu diâmetro menor que o do conduíte que estiver utilizando.


Colinear terminado


Como podemos notar, principalmente se formos utilizar a antena em wardriving, é que ela é particularmente frágil. Para isto, nós utilizamos o conduíte e as terminações para prover uma maior resistência e durabilidade à antena.

É interessante lembrar que o conduíte deve ser de um material transparente a 2,4GHz ou então ele causará interferências e atenuação no sinal, diminuindo o seu desempenho.

Foi usado em torno de 25cm de conduíte elétrico do tipo fino, como citado antes, com as extremidades próprias.

Duas curvaturas pequenas são necessárias na base da antena, para assegurar que as bobinas estejam situadas centralizadas verticalmente com o conector N, permitindo assim a instalação da mesma dentro do conduíte. Aparentemente estas curvaturas parecem não interferir no funcionamento e não causam nenhum impacto no desempenho da mesma.


Conduíte e terminações


Para montar a antena, um furo foi feito de maneira apropriada dentro de um dos tampões de extremidade e após ter rejeitado a porca e a arruela do conector N, conector foi parafusado no tampão pelo lado de fora.


Conector N parafusado do lado de fora do tampão


Depois de instalada a antena no tampão, podemos agora introduzí-la no conduíte e o outro tampão pode também ser instalado.


Antena colinear pronta


Se a antena for ser utilizada ao ar livre, os terminadores deverão ser colados com cola apropriada para canalização, para assegurar proteção contra intempéries.
Nota: A antena deve ser testada antes de se colar os terminadores (duh).

Montagem

O conduíte e as terminações dão à antena uma proteção e resistência adicionais, e se necessário, podem até ser montadas ao ar livre. Se a mesma for instalada ao ar livre, tenha certeza de que o conector N está devidamente protegido das intempéries, visto que este fica para o lado de fora do conduíte.

Braçadeiras plásticas feitas especificamente para o conduíte poderão ser usadas para instalar a antena em uma superfície vertical. Por estas braçadeiras serem plásticas, não irão interferir com a operação da antena, enquanto montagens inteiramente metálicas colocadas no teste padrão de radiação poderiam afetar a operação da antena.


Braçadeiras para conduíte de 20mm


Após ter unido as braçadeiras à superfície onde a antena deverá ser instalada, a mesma pode ser facilmente colocada nas braçadeiras, e também pode ser facilmente removida.


Antena instalada usando as braçadeiras


Um método alternativo de instalação é utilizando uma chapa de aço em formato de L. Um furo no diâmetro do conector N é necessário para a instalação correta da mesma, colocando a antena por um lado do furo, e com o conector N Macho, apertando e prendendo a mesma à placa.


Antena instalada usando um suporte de metal


Agora, se você quizer utilizá-la ocasionalmente ou para a prática de wardriving, não há nenhuma necessidade de montá-la, podendo ser usada como uma antena de mão.


Demonstração do tamanho da antena


Testes

Durante a construção da antena, os laços foram inicialmente feitos de uma maneira similar àqueles vistos em antenas comerciais que tem bobinas multi-loop, com a seção vertical da antena situada centralizada em relação ao laço.


Primeira tentativa com os laços


No entanto, após ter feito uma pesquisa adicional, descobrimos que este modo é incorreto, então o colinear foi feito como nas descrições feitas anteriormente. Um teste rápido dos dois tipos de antena mostra que a antena com os laços laterais tem melhor desempenho que o com os laços centralizados.

Planos futuros

Quando o tempo deixar, eu vou fazer mais experimentações com este tipo de antena para ver se é possível obter um ganho maior colocando segmentos adicionais ou mais voltas nas bobinas.

Bom pessoal, taí mais um projeto de antena, agora omnidirecional. Espero que tenham gostado.

Referências

Cheap home-made collinear
How To Make a cheap Wireless LAN 6dbi collinear Antenna
Easy Homemade 2.4 GHz Omni Antenna
A 2.4GHz Vertical Collinear Antenna for 802.11 Applications
A 2.4GHz Low-Power 5dBi Vertical Collinear Antenna for 802.11 Applications