graycatt (graycatt) wrote,
graycatt
graycatt

Wi-Fi antenna splitter "NogiFroggy"

English version here.

Антенный сплиттер "NogiFroggy" предназначен для подключения двух антенн к одной точке доступа Wi-Fi. Основные требования к устройству: максимальный коэффициент передачи от входа к каждому из выходов, от выходов ко входу, плюс максимальное переходное затухание между выходами. Также нужно обеспечить согласование каждого порта сплиттера на 50 Ом.

По результатам обсуждения темы на форуме electronix.ru пришли к выводу, что оба сплиттера, упомянутых на сайте, "неправильные". У них у обоих серьезные недостатки: совсем несогласованные "выходы" (ответвления), и крайне малая развязка между ответвлениями (что и отмечено в оригинальной статье о "ромбике"). Кажущееся их "преимущество" по отношению, например, к "штанам" на печатной плате вследствие отсутствия резистора оборачивается повышенными потерями из-за несогласованности и сильного взаимодействия выходов.

Я поставил себе задачу: спроектировать (смоделировать в HFSS) и сделать "правильный" сплиттер. Это будет "делитель Вилкинсона" (Wilkinson splitter) или, в советской терминологии, "кольцевой делитель" (русские online-описания нашел в методичках). Характеризуется хорошим согласованием всех трех портов, хорошим разделением выходных каналов (до десятков дБ), малыми потерями (в пределе: -3дБ от входа к каждому выходу, -3 дБ от каждого выхода ко входу).

В качестве наиболее стабильного, предсказуемого и доступного в любительских условиях диэлектрика использован воздух ;-) . Т.е. это микрополосок из тонкой (0.1 ... 0.5мм) меди или латуни над проводящей "плитой". Преимущества такого подхода - малая чувствительность параметров к толщине материала, и возможность легко реализовать любое заданное волновое сопротивление просто варьируя ширину проводника.

Забегая вперед, скажу, что такой подход хотя и дает хорошие результаты, но очень уж трудоемок. Подгонка проводника под размеры, выставление его по высоте занимают очень много времени. Следующий вариант попробую сделать в виде печатного проводника на фольгированном стеклотекстолите, но располагать опять-таки проводящим слоем к основанию, чтобы свести к минимуму влияние параметров стеклотекстолита. Но это в будущем, а пока...

В пакете электромагнитного моделирования HFSS после многих попыток намоделировал следующую структуру:
Splitter Splitter Splitter
От входного коаксиала через 50-омный полосок сигнал подается на два согласующих 70-омных полоска электрической длиной в четверть волны (30мм). Другие их концы соединяются 100-омным резистором, и через 50-омные полоски идут к выходным коаксиалам. "Лишние" 50-омные полоски нужны, во-первых, для устранения влияния поля в области перехода "разъем-полосок" на сам сплиттер, и во-вторых, для "разнесения" выходов на расстояние, достаточное для монтажа разъемов.

Результаты моделирования:

Loss Затухания: синяя линия - "возвратное" по входу (т.е. коэффициент отражения), красная - "возвратные" по выходам, зеленая - переходное затухание между выходами. Как видим, все они в рабочей полосе частот не превышают -30дБ.
SWRКСВ по входу (синяя линия) и выходам. Не превышают 1.06 в рабочей полосе.
TransmissionКоэффициенты передачи от входа к выходам и наоборот. Не хуже 3.4 дБ.

Итак, приступаем к сборке.

 Из куска стеклотекстолита толщиной 2мм размерами примерно 95мм х 60мм готовим "базовую плиту": сверлим отверстия диаметром 7мм под BNC-разъемы, плюс вокруг каждого еще по 3 штуки диаметром по 3мм крепежных (с зенковкой). Разумеется, для других типов разъемов отверстия будут другими, важно, чтобы центры выводов были на тех же местах. Кроме того, из 4-х крепежных отверстий разъема используем только 3, чтобы не было нарушений проводящего слоя плиты непосредственно под полоском. Диаметр центральных отверстий нужно выбирать равным диаметру края разъема, и  после сверления раззенковать так, чтобы разъем плотно входил туда. Еще нужно просверлить отверстие диаметром около 2.5мм под пластиковый разделитель.

  Залуживаем края разъемов и края металлизации плиты у отверстий. Вставляем, закрепляем разъемы и пропаиваем переход от корпуса разъема к проводящему слою плиты. Кроме того, необходимо залудить периметр пайки боковых стенок по размерам 93мм х 55мм. Все, с основанием пока порядок.


  Для проводника берем медную или латунную жесть 0.1мм...0.5мм толщиной. Я взял медь примерно 0.2мм, наклеил (промазав "Моментом" по всей площади) отпечатанный контур полосков, и под линейку скальпелем прорезал линии с большим усилием. Как я уже упоминал, весьма муторное занятие, потребовавшее вдобавок долгой обработки надфилем для придания точных размеров. Зато в итоге получаются натуральные "лягушачьи лапки" ;) .

 На тех торцах проводника, к которым будет паяться центральный проводник разъемов, проделал надфилем полукруглые выемки около 0.8мм глубиной - через них потом удобнее будет паять. Края зачистил наждачкой, плоскости затер резинкой. Выравнивал проводник после всех издевательств с помошью тисков, обернув губки бумагой.

  Все, можно откусить и подпилить надфилем центральные проводники разъемов под высоту 2мм, залудить торцы, положить на них проводник и припаять по трем точкам. Из полиэтиленового изолятора диаметром 3мм от коаксиального кабеля я сделал разделитель, вставил его "заточенный" под 2.5мм конец в отверстие в плите, и вдавил в него разогретые края проводника. Высоту проводника над плитой - 2мм - выставлял подгибами, подкладывая шайбу из того же стеклотекстолита.

 Теперь нужно между ветвями делителя впаять 100-омный резистор. Лучше сделать его из нескольких параллельных, например, 2х200 Ом или 3х300. Естественно, чем короче выводы - тем лучше, поэтому нужно использовать SMD компоненты. Дальше можно припаять к основанию боковые стенки из полосы шириной 15мм, и приступать к тестированию :) (наличие крышки почти не влияет на результаты).

Вот что показал нам NetStumbler на карточке DLink DWL-G650+ при подключении антенны к "точке" DI-524 через сплиттер и "напрямую" (когда вместо сплиттера - "бочонок" BNC-BNC):

Усредненные результаты NetStumbler-а таковы: через сплиттер сигнал/шум получается 44дБ, напрямую - 47дБ. Как видим, разница составляет около 3дБ, что соответствует рассчетам :) .

 Сейчас этот сплиттер успешно "трудится", раздает интернет с DI-524 на удаленную (240м) точку через панельную антенну, а также по квартире через секторную (аналог ANT24-1200). Учитывая, что сама "точка" DI-524 весьма слабая даже после доработки, сигнал довольно слабый, но стабильный.

На моей страничке даются модель в HFSS и PDF-файл с чертежами проводника и основания.

Как я уже говорил, в будущем я планирую сделать более технологичную версию, с не худшими параметрами. Ну а пока - успехов в повторении этого варианта!
Tags: antenna, nogifroggy, splitter, wi-fi
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments