Existen personas que disfrutan construyendo con sus propias manos todo aquello que es factible construir. En el caso de las redes inalámbricas, mientras que construir un punto de acceso o un adaptador de red es algo complicado, construir una antena si es abordable.
En cualquier caso, construir una antena, o hacer modificaciones en antenas existentes no dedicadas a WiFI y adaptarlas para este campo, requiere disponer de algunos conocimientos específicos, tanto de la técnica como de la regulación. Una soldadura mal hecha o un cable mal crimpado o no hacer del todo bien un calculo pude hacer que la antena no funcione como se espera, o incluso que se este incumpliendo la regulación de emisiones radioeléctricas.
Esta pagina solo pretende ser un repositorio de todos los sitios que vaya encontrando por la red sobre antenas caseras. Yo no soy un gran diseñador de antenas, como máximo llegue a construir una antena guía-ondas o la pringles, esta ultima con muy poco éxito. Pero en la red hay cientos de magníficos manuales, simplemente me limitare a presentarlos y colocar sus accesos directos.
Pueda parecer que esta sección se aleja bastante de la idea básica de este portal que corresponde a la seguridad wireless, pero no es así. Tenemos que tener en cuenta que los niveles de cobertura cambian considerablemente si estamos trabajando en modo monitor o en modo normal de conexión. Además que posiblemente estemos ante drivers y sistema operativos con funcionamiento muy distintos. Por lo tanto no debéis extrañaros si vuestra tarjeta en modo monitor no detecta vuestro punto de acceso si este esta muy alejado. Además los puntos de accesos no responden de la misma manera ante ciertas peculiaridades de trabajo de las tarjetas y no solo en modo monitor sino cuando se esta inyectando trafico para acelerar la recuperación de claves de nuestras instalaciones. Por lo tanto creo oportuno indagar en este campo, a la vez que nos será muy útil para aumentar la cobertura de nuestra red wireless en funcionamiento normal y no de auditoria.
Sección exclusiva donde encontraras todos los manuales para la fabricación de antenas caseras: Manuales fabricación antenas caseras
1.- Antena Casera Direccional: Tarterantena (unos 12 dBi) porJuan Antonio Martínez
Indice
Introducción. Referencias
En esta página explico mis aventuras y desventuras para construír una antena tipo Pacific Wireless "BackFire", más conocida como "TarterAntena (tm)"
Las pruebas realizadas en el laboratorio me han dado una ganancia del orden de 17dB y una directividad de +/-40 grados. Es una antena direccional relativamente pequeña ( 25cmts de diámetro por 15 cmt de ancho ) que se maneja mejor que las tradicionales helicoidales o guia-ondas, ( muy pornográficas eso sí :-). Además es muy sencilla y no precisa de ajustes adicionales. Simplemente hay que extremar el cuidado a la hora de cortar y medir el material.
En cuanto al precio... La Pacific Wireless (15dB) "BackFire" cuesta unos 50 euros. La Stella Doradus (17dB) sale por 40 euros (y abulta el doble). La "TarterAntena(tm)" sale por unos 12 euros... no está nada mal para 17 dB's...
Ruego encarecidamente que me mandéis comentarios, sugerencias, experiencias, etc. Mi dirección de correo es mailto:jonsito@teleline.es
Enlaces
- Este artículo está basado en los esquemas y planos elaborados por Martti Palomaki, que a su vez se basó en un artículo publicado en http://6mt.com/2304tech.htm. Los enlaces originales se encuentran en http://www.saunalahti.fi/~elepal/antenna1.html
- Para los que deseen la antena Pacific Wireless de verdad, aquí tienen el enlace
- He aquí la autopsia de la Pacific-Wireless. Para los curiosos, el enlace original
- Una copia del artículo original (en inglés) viene aquí
- En este enlace tenéis un artículo completo (páginas 1 y 2)sobre este tipo de antenas de la banda de microondas
- Aquí tenéis otra implementación, cortesía de Carl Rabe (G6NLC). El enlace original es: http://www.frars.org.uk/cgi-bin/render.pl?pageid=1076
- (En italiano), cortesía de Fabrizio, otro diseño para la short-backfire. El enlace original está aquí
- En esta página http://www.medicaljournal-ias.org/8_4/Al-Rashid.htm hay un montón de estudios, documentos y enlaces sobre este tipo de antenas. Desgraciadamente no hay enlaces para todos....
Aunque estos enlaces están en inglés, recomiendo su estudio detallado: Las fotos de mi "niña" no son siempre claras, y los diagramas y esquemas del documento original son a veces mucho más explicativos
Antes de empezar
Vamos a recitar el mantra:
- 2,45Ghz dan una longitud de onda (L) de 124 milímetros
- 2 * L son 248 mmts
- L / 2 son 62 mmts
- L / 4 son 31 mmts
Material Necesario
- Una tartera metálica de 248 mmts de diámetro interior
-
Podéis encontrarla en cualquier Carrefour o Alcampo
Precio aproximado: 3 euros
- ATENCION: No se os ocurra creer en las dimensiones que figuran en los estantes. (ver mi primera antena)
- A ser posible el borde debe ser perpendicular a la base. En caso contrario la antena perderá algo de directividad...
- La tartera debe ser de latón o de algún material en el que se pueda soldar
- ATENCION: No se os ocurra creer en las dimensiones que figuran en los estantes. (ver mi primera antena)
- Un tubo de cobre o latón de 12mmts de diámetro exterior y 10mmt de diámetro interior y de unos 10cmts de largo
-
Precio aproximado 0,60 euros
En Akí o en LeroyMerlín encontraréis tubos de cobre apropiados. Desgraciadamente no los venden en longitudes inferiores a 1 metro...
- Una varilla de cobre o latón de 4 mmts de diámetro exterior y de 1 metro de largo
-
Precio aproximado 2.5 euros. Se compran tambien en AKI o en LeroyMerlin
Si encontráis una varilla hueca, mejor que mejor. En caso negativo, la varilla rígida es una solución válida. Lo ideal sería encontrar un hilo de cobre de dichas dimensiones, pero no he sido capaz de encontrarlo...
- Un conector tipo "N"
-
Lo más caro: 6,5 euros. En caso necesario vale tambien un conector "PL", pero a costa de perder 2dB's...
- Una tapa plástica tipo "microondas" de 25cmts de diámetro (real).
-
A comprar en el Híper. Os recomiendo encarecidamente llevar una regla / metro para medir....
Precio aproximado: 2 euros - Una plancha de latón de 50mmts de diámetro
-
La podemos obtener de cualquier lata de foie-gras o similar... :-)
- Estaño calidad "fontanero"
-
Realmente, salvo en el dipolo, las soldaduras a realizar no son de precisión... no es necesario usar estaño del bueno... :-)
- Pegamento tipo "barra termofusible" con pistolita aplicadora
Alternativamente se puede usar silicona transparente
- Soldador tipo "macho-man" ( 75-90 Watts :-)
Si tienes un soldador tipo lápiz, ni lo intentes: vamos a soldar planchas de metal que disipan muuuuuuucho el calor
- Herramientas al uso:
-
- Lima, sierra para metales, cutter, regla, alicates,...
- Un "pie de rey" o calibre para afinar medidas, tampoco estaría de más... pensad que un milímetro a estas frecuencias significa un desplazamiento de 30Mhz...
Aquí tenemos la foto. Una vez con todo el material, vamos a empezar...
Preparación del material
| Primero lo fácil: Vamos a montar el plato reflector. Para ello cogemos la tartera, y recortamos los bordes de manera que tengan una altura de exactamente 31mmts (L/4) referidos al interior de la tartera. Lijamos cuidadosamente los bordes, que cortan una barbaridad. Calculamos el centro del plato y hacemos un taladro de 12mmts de diámetro. | |
| Cortamos el tubo "gordo" (12mmt)a una longitud de 62mmts y lijamos cuidadosamente los extremos |  |
 | Cortamos tres tubitos (4mmt) a tres longitudes: 62, 33 y 26 mmts respectivamente. Limaremos los dos tubos mas largos en bisel, de manera que encajen exactamente uno con otro en ángulo de 90 grados |
| Hacemos dos ranuras simétricas en el tubo gordo, de una longitud de 31 mmts., y de una anchura de 1mmt. con unos alicates de corte y con la lima, hacemos dos "mordiscos" semicirculares de 2mmts de radio a 90 grados de cada ranura en el tubo gordo |  |
Construcción del dipolo
El dipolo es la parte más crítica de la antena: del mismo modo que el diámetro del plato nos va a dar la frecuencia de resonancia del invento, el dipolo nos va a determinar el factor de calidad y la ganancia de la antena
| Empezaremos soldando la varilla larga ( 62mmt) al conector. En mi prototipo se usa un conector tipo "PL", pero recomiendo encarecidamente el uso de un conector "N" Dejaremos entre el borde del conector y el comienzo de la varilla un espacio de 2 mmts, que nos permita soldar la varilla al conector, así como que sobresalgan 2 mmts del bisel por el otro lado |  |
 | Soldamos el tubo gordo al exterior del conector. Cuidaremos de que el bisel de la varilla interior esté alineado con una de las muescas semicirculares del tubo externo |
| Esta estructura es un ejemplo de libro de lo que es un coaxial con nucleo de aire, ajustado para que la relacion entre los diametros de los tubos interior y exterior nos proporcione una impedancia de 50 ohms | |
| A base de lima, eliminamos restos de pintura/teflón alrededor de la ranura que hemos realizado en el plato, y estañamos ésta Soldamos el conjunto conector/varillas al plato. Atención: El comienzo de las ranuras debe coincidir con la superficie interna del plato. |  |
 | Ya está el dipolo casi terminado. Ahora solo nos falta soldar las varillas cortas al "coaxial" que hemos montado:
|
!Alto ahí! !Qué es eso de unir el vivo y la masa de un coaxial!
!Alarma!!Alarma!!Alarma!...
No problemo: (breve introducción a las microondas)
El aparente cortocircuito, no es tal: Recordemos que estamos trabajando con microondas, y a 2,4 gigaherzios las cosas no siempre son lo que parecen...Si os dais cuenta tenemos un dipolo hecho con cuatro segmentos:
- Cada una de las varillas pequeñas
- La varilla interna del "coaxial"
- Uno de los segmentos del tubo, ( el que va a la varilla corta )
El segundo segmento del tubo es el que parece que monta el jaleo. Realmente es la clave: Por teoría de antenas, se puede demostrar que a L/2 de cada "polo" de un dipolo, la densidad de corriente a la frecuencia de resonancia es nula. Esto significa que en nuestro caso, a una frecuencia de 2,4Ghz no se deriva corriente del dipolo hacia masa.
Para cualquier otra frecuencia, la densidad de corriente en dicho punto no será nula, y tendremos -efectivamente- un cortocircuito entre el activo y la masa.
En cristiano. Acabamos de realizar un circuito resonante sintonizado a 2,45Ghz y que va a hacer que la ganancia a cualquier otra frecuencia que no sea ésta sea prácticamente nula
Esta cualidad de alta selectividad es la que hace de la "TarterAntena(tm)" una antena tan especial.... ninguna otra antena casera tiene tan alta sensibilidad a una única frecuencia.
Evidentemente esto tambien tiene sus inconvenientes: como la antena esté mal calculada, y dado que no tiene elementos ajustables, cualquier error de diseño nos hará que el resultado sea desastroso (ver al final)
Para mas información remito al lector a los enlaces....
Construcción de los directores. Montaje de la tapa
Con lo que tenemos hasta ahora, si lo medimos veremos que tenemos ya una antena con una ganancia de unos 12dB's. Vamos a mejorarla un poco
|  |
El diámetro de la "tapa" de foie-gras no es aleatorio: la culpa la tiene un tal Bessel, que me ocasionó pesadillas cuando estudiaba matemáticas....
| ¿Cómo fijamos el aro circular y la tapa de manera que queden exactamente a 31 mmts del borde del plato ? Pues con un poco de imaginación... En mi caso, la tapa de microondas tiene dos hendiduras con las que sujetar la tapa cuando la comida está caliente.... he aprovechado para pegar ahí la tapa. Con lo que el problema serio consiste en recortar la tapa para que al pegarla al plato quede todo el artefacto metálico que hemos pegado a 31mmts |  |
Con este engendro hemos ganado cerca de 3dB's en nuestra antena. Ahora sólo queda pegar la tapa al plato....
Adicción de los anclajes. Detalles finales
Dejo el tema a la imaginación del lector... únicamente recordar que NO DEBE HABER contacto eléctrico entre el plato y el mástil.
En las referencias citadas en los enlaces, hay alguna idea al respecto
Para finalizar, con pegamento termofusible vamos a sellar todos los "agujeros" de la tapa de plástico, dejando en la parte más baja un agujero para que se pueda evacuar el agua resultante de la condensación.
Con esmalte transparente pintamos todas las partes metálicas susceptibles de corrosión, y....
!Esto es todo, amigos! He aquí a la criatura:
Pruebas y medidas
Las graficas siguientes corresponden al datasheet de la BackFire de Pacific Wireless. Estoy esperando turno en la camara anecoica para poner las de mi antena, pero os podéis hacer una idea....
Mi primera antena
Mi primera antena también fue de tipo "tartera", y la construí casi casi como he explicado en estas instrucciones... sólo tenía un pequeño problema: Me creí lo que ponía en el estante del Alcampo, y compré un fastuoso molde de tartas de 24cmts.... que realmente medía 22,5cmt....
Para más despiste, en lugar de calcular las varillas del dipolo con regla y calibre, monté un dipolo... de 7 cmts de largo
Conclusión:
En el laboratorio donde me hicieron las medidas de la antena se descojonaron de risa al ver "La mejor antena casera que jamás habían visto"... para la banda de telefonía móvil.
Efectivamente, era una antena acojonante:
(Aviso: la curva es a mano alzada, no es la gráfica real) |  |
Bookmark/refer to this page as http://helix.remco.tk I innocently made this cookbook recipe and placed it on my local
ADSL-connected machine, never expecting that so many of you want to have this information.
This (co-located) bandwidth is kindly donated by ds9a.nl
If you want to listen to MP3 audio streams using IPv6 as transport layer look here ( <- accessible with IPv4).
Abstract
The helix antenna, invented in the late fourties by John Kraus (W8JK), can be considered as the genious ultimate simplicity as far as antenna design is concerned. Especially for frequencies in the range 2 - 5 GHz this design is very easy, practical, and, non critical. This contribution describes how to produce a helix antenna for frequencies around 2.4 GHz which can be used for e.g. high speed packet radio (S5-PSK, 1.288 Mbit/s), 2.4 GHz wavelans, and, amateur satellite (AO40). Developments in wavelan equipment result in easy possibilities for high speed wireless internet access using the 802.11b (aka WiFi) standard.
Theory in a birds eye view
The helix antenna can be considered as a spring with N turns with a reflector. The circumference (C) of a turn is approximately one wavelength (l), and, the distance (d) between the turns is approx. 0.25C. The size of the reflector (R) is equal to C or l, and can be a circle or a square. The design yields circular polarization (CP), which can be either 'right hand' or 'left hand' (RHCP or LHCP respectively), depending upon how the helix is wound. To have maximum transfer of energy, both ends of the link must use the same polarization, unless you use a (passive) reflector in the radio path.
The gain (G) of the antenna, relative to an isotrope (dBi), can be estimated by:
G = 11.8 + 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi (1)
According to Dr. Darrel Emerson (AA7FV) of the National Radio Astronomy Observatory, the results from [1], also known as the 'Kraus formula', are 4 - 5 dB too optimistic. Dr. Ray Cross (WK0O) inserted the results from Emerson in an antenna analysis program called 'ASAP'.
The characteristic impedance (Z) of the resulting 'transmission line' empirically seems to be:
Z = 140 * (C/l) Ohm (2)
Practical design for 2.43 GHz (aka S-band, ISM band, 13 cm amateur band)
l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m ;-)(12.34 cm) (3)
The diameter (D) of one turn = (l/pi) = 39.3 mm (4)
Standard PVC sewer pipe with an outer diameter of 40 mm is perfect for the job and can be obtained easily (at least in The Netherlands ;-) from a 'do it yourself' shop or a plumber. The helix will be wound with standard wire used to interconnect 220V AC outlets in (Dutch ;-) house holds. This wire has a colourized PVC isolation and a 1.5 mm thick copper core. Winding it around the PVC pipe will result in D = ca. 42 mm, due to the thickness of the isolation.
With D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l) (5)
Now d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm (6)
For distances ranging from 100 m - 2.5 km with line of sight, 12 turns (N = 12) are sufficient. The length of the PVC pipe therefore will be 40 cm (3.24 l). Turn the wire around the PVC pipe and glue it with PVC glue or any other glue containing tetrahydrofurane (THF). The result will be a very solid helix wound along the pipe, see figure 1 below.
Figure 1. Overview of some of the materials used and dimensions.
The impedance of the antenna, which is:
Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ohm (7)
requires a matching network on order to apply standard 50 Ohm UHF/SHF coax and connectors.
The use of a 1/4-wave matching stub with an impedance (Zs) of :
Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ohm (8)
is very common. Due to the helix design, this equals 1/4 turn. However, from a mechanical point of view -bearing water proof aspects in mind when using the antenna outdoors- there are more preferred methods to match the helix to 50 Ohm. My first thoughts were to empirically decrease d for the first and second turn and match the helix using the 'trial and error'-method, while measuring the results with a directional coupler, and signal generator. Browsing the internet for while I found helices matched this way, but surprisingly I bumped into the page of Jason Hecker. He really used an elegant way to match his helix by using a copper vane, referring to the ARRL Handbook. So, full credits go to the ARRL and Jason, and I used his dimensions for the vane. To be honest, this page seems to be a duplicate of his page, except that our helices are wound the other way around!! Yes, and I am left handed, so, is this a coincidence? It is funny anyway :-)) For details, see figure 2 (below).
Figures 2a and 2b. The idea, the dimensions, and, mounting the stub. The hypotenusa of the stub should follow the wire.
Now with some luck and skills solder the stub to the helix, glue it, and prepare the contrapsion to be inserted into
the cap, see figure 3.
Figure 3. Almost finished helix antenna.
And.... ready! (figure 4)
Figure 4. Finished 12 turn 2.4 GHz helix antenna, G = 17.5 dBi or 13.4 dBi (Kraus or Emerson respectively)
The antenna was sweeped an measured. The results are given below (figures 5a and 5b)
Figure 5a Return loss (dB) from 2300 - 2500 MHz Figure 5b Smith chart 2300 - 2500 MHz
Figure 6a Measurement setup Figure 6b 'helix-in-one-hour' and Rohde & Schwarz analyser
And... finally.... the helix 'in action'....
Figure 7a Beaming to my LAP (Local Access Point ;-) Figure 7b 'bottom view'
It is really nice to receive feedback from people who are inspired by this page. Here a contribution from Rob Jaspers who made
his helices using this page:
Wireless enthusiasts have been repurposing satellite dishes for a couple years now. This summer the longest link ever was established over 125 miles using old 12 foot and 10 foot satellite dishes. A dish that big is usually overkill for most people and modern mini-dishes work just as well. The dish helps focus the radio waves onto a directional antenna feed. We're building a biquad antenna feed because it offers very good performance and is pretty forgiving when it comes to assembly errors. Follow along as we assemble the feed, attach it to a DirecTV dish and test out its performance.
Why? With just a handful of cheap parts, a salvaged DirecTV dish and a little soldering, we were able to detect access points from over 8 miles away. Using consumer WiFi gear we picked up over 18 APs in an area with only 1 house per square mile.
Building the antenna
Biquad antennas can be built from common materials, which is nice because you don't have to scrounge around for the perfectly-sized soup can. We did have to buy some specialized parts before getting started though.
The most important part here is the small silver panel mount N-connector in the center of the picture; the entire antenna will be built on this. We purchased it from S.M. Electronics, part# 1113-000-N331-011. The "N-connector" is standard across the majority of commercial antennas and you can connect them to your wireless devices using "pigtails." The longer pigtail in the picture is a RP-TNC to N-Male pigtail that we'll use to connect our antenna to a Linksys WRT54G access point. The short pigtail is a RP-MMCX to N-Male pigtail so we can connect to our Senao 2511CD PLUS EXT2 WiFi card which is pictured. We also purchased 10 feet of WBC 400 coax cable so we wouldn't have to sit with the dish in our lap. We got our surplus DirecTV dish from Freecycle. We'll cover the reason for the mini butane torch later.
Trevor Marshall built one of the first biquad WiFi antennas found on the internet. We followed the slightly more thorough instructions found at martybugs.net. Here are the raw materials we started with:
The wire is standard solid-core 3-conductor wire used for most house wiring. We didn't have any copper printed circuit board material laying around so we used this thin sheet of copper and supported it using the 1/4-inch thick black plastic pictured.
The first step in building the element was stripping and cutting a 244mm length of wire.
We marked the wire every 31mm with a permanent marker and began bending the wire into a double diamond shape. We tried to make the length of each leg 30.5mm.
The easiest way to make really sharp bends in the solid copper wire is to use two pairs of pliers. With the pliers held perpendicular to each other bend the wire against one of the sets of jaws.
The element with all bends completed:
Next we cut out a 110mm square of black plastic to use as a base for the reflector. We drilled a hole in the center to clear our connector.
We then soldered a piece of copper wire to the center pin of our N-connector.
Next we soldered a piece of of wire to the outside of the connector. We ran into some trouble here. Our cheapy iron was not capable of getting the connector's base hot enough to make a good solder joint. We bought a butane torch and used that to heat up the surfaces. This worked pretty well except it desoldered our center pin. We recommend you solder the outside piece of wire first before doing the center one.
After the connector had cooled it was attached to the black plastic base using epoxy. The thin copper sheet was attached to the front with epoxy and trimmed to fit.
We let the epoxy cure for a while before proceeding. The next step was to solder our bow tie shaped element to the vertical wires. The element was supported by two pieces of scrap copper trimmed to 15mm to ensure proper positioning.
Then the extra wire was trimmed off and the outside wire was soldered to the ground plane to complete the antenna.
To make mounting to the dish easy we modified the original feedhorn. Here is what it originally looked like.
After removing the housing, internal components and shortening the feedhorn looked like this.
The antenna is attached by inserting the N-connector into the tube and then connecting the coax cable.
Here is a picture of the final antenna assembly ready to be attached to the dish.
Since the satellite dish has an off-center feed it looks like it is pointed at the ground when it is level with the horizon. Even though there are no angle markings for setting the dish at 0 degrees inclination we can still ensure that the dish is pointing at the horizon by setting the dish angle to 45 degrees and mounting it on a tube with a 45 degree angle.
Test results
The Engadget Corn Belt Testing Facility has broadband access provided by a local WISP. So we knew if we plugged in our antenna we were sure to pick up something in the area. We pointed the dish at the closest grain elevator, where the WISP mounts their antennas. We connected the dish feed to our Senao card and started up Kismet.
We expected to get one AP, but five is even better. Looking through the info strings we were able to determine where the APs were since the WISP had named them according to the town they are in. The AP on channel 5 is the one we pointed at in town A, 2.4 miles away. The AP on channel 6 is located in town B, 8.2 miles away. The two APs on channel 1 are a bridge between town A and town C which is located 2.6 miles directly behind the dish.
Our next test was to hook our WRT54G up to the dish and point it at a hill 1 mile away. We drove to the top of the hill and used an omnidirectional mini whip antenna with our Senao card to detect it.
Our router was picked up easily. The found 14 other WISP APs including town D, 7.8 miles away. The WISP is definitely using some high powered equipment if we're just picking this up with an omnidirectional antenna.
For a final test we put the dish on the roof rack and parked on top of the hill to see if we could pick up any more APs.
Our final count is 18 APs, 17 of those belonging to the WISP. This was a pretty fun project and shows that you can build decent wireless solutions using consumer gear.
For the curious: The WISP gives its subscribers a patch antenna with a built in power-over-ethernet access point. Once the antenna is mounted to the roof they run a single ethernet cable into the house which means they don't have to worry about signal loss from coax. These client boxes are manufactured by Tranzeo.
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