【導(dǎo)讀】你可能知道如何用易拉罐或者廢舊罐頭制作wifi信號(hào)放大器，電子元件技術(shù)網(wǎng)今天介紹的金屬罐天線是一個(gè)金屬制成的定向天線，可以用一個(gè)N型連接器通過(guò)同軸電纜連接到路由器本體，可以讓廉價(jià)路由器的通訊范圍明顯擴(kuò)大哦！
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制作一個(gè)免費(fèi)的Wifi波導(dǎo)天線（雖然需要一些自備材料）之前，我們需要先了解一下波導(dǎo)原理：
我們要做的金屬罐天線是一個(gè)引導(dǎo)電磁波向指定方向傳播的通道，用專業(yè)名詞來(lái)說(shuō)叫做波導(dǎo)。波導(dǎo)里，電磁場(chǎng)只能以特定的模式存在。那些最好的波導(dǎo)里只容許單獨(dú)一種模式，因?yàn)椴煌哪Ｊ皆诓▽?dǎo)中以不同的速度傳輸，這會(huì)引起散射，信號(hào)的脈寬會(huì)擴(kuò)展，使接收變得困難。同時(shí)不同的模式也有不同的輻射方向，上面展示的是一種橫向電場(chǎng)（TE）和一種橫向磁場(chǎng)（TM）模式——圓形波導(dǎo)中的主要模式。
下頁(yè)內(nèi)容：參數(shù)計(jì)算
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首先拿TE11模式做個(gè)例子，這種模式在圓形波導(dǎo)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。上面是波導(dǎo)的側(cè)視圖和饋線。灰色的矩形是罐子天線，小的綠色饋線里的中心導(dǎo)體伸入罐中。它離罐底四分之一駐波波長(zhǎng)，這會(huì)激發(fā)出TE11模式：圖中電場(chǎng)用紅色畫出，而磁場(chǎng)用藍(lán)色繪制。
現(xiàn)在假設(shè)你從罐形天線的底面而不是底部附近接入饋線，這會(huì)激發(fā)和上面不同的另一種模式。這叫做TM11模式，電場(chǎng)用紅色，磁場(chǎng)用藍(lán)色表示。
2 參數(shù)計(jì)算
就像上面說(shuō)的，在波導(dǎo)天線中只希望激發(fā)單一的TE模式（這決定了需要采用從罐壁伸入饋線的設(shè)計(jì)）。對(duì)此可以選擇合適的金屬罐，它的直徑剛好容許TE11模式生成但是能夠禁止TM01模式。考慮日常使用的Wifi網(wǎng)絡(luò)的頻率，大多數(shù)的802.11網(wǎng)絡(luò)，比如808.11b/g使用2.4GHz頻段，808.11n使用2.4和5GHz頻段，但是長(zhǎng)距離傳輸時(shí)還是2.4GHz信號(hào)較強(qiáng)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只考慮常用的頻帶在2.412~2.462Ghz的808.11b/g無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于這一頻帶需要在設(shè)計(jì)金屬罐天線時(shí)讓TE11模式在2.412GHz時(shí)即能激發(fā)，并且在2.462GHz工作時(shí)仍不會(huì)激發(fā)TM01模式。
首先是罐子的合適直徑。
TE11模式會(huì)在f = 2.412GHz > f_cutoff = 2*c/(3.41*D)時(shí)被激發(fā)。
TM01模式在 f = 2.462GHz
我們需要f_cutoffTE11
由此解出2.87英寸
一般來(lái)說(shuō)這里的直徑下限比較重要。罐子需要比2.87英寸大才能在2.4G下有效工作，而上限雖然有些影響，但并不是天線能否工作的硬性限制。
接下來(lái)我們需要計(jì)算饋線的位置。之前提到過(guò)，為了激發(fā)TE11模式，饋線應(yīng)該安放在1/4波長(zhǎng)的位置，而整個(gè)罐形天線的長(zhǎng)度是3/4波長(zhǎng)。在開放空間里，只需要將光速c除以頻率就可以得到電磁波的波長(zhǎng),但是罐形天線內(nèi)部情況有些變化，這里的駐波波長(zhǎng)需要按照下式計(jì)算：
于是就可以從滿足要求的罐子的直徑D，計(jì)算出罐子切割后的剩余長(zhǎng)度3/4Lg和饋線位置離罐底距離1/4Lg，這就是之前在線計(jì)算器給出的結(jié)果。
最后，當(dāng)我們從罐壁引入饋線時(shí)，伸入罐內(nèi)的金屬導(dǎo)體需要的長(zhǎng)度Lo為1/4波長(zhǎng)。
下頁(yè)內(nèi)容：所需材料和組裝天線
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3 所需材料
○ 一小段粗銅線
○ 一些螺絲和螺母
○ 帶有外接天線接口的路由器（這次用的其實(shí)是一張無(wú)線網(wǎng)卡）
○ 合適大小的金屬罐（尺寸的選擇已經(jīng)在上面說(shuō)了）
○ 將路由器連接到金屬罐的饋線，以及相應(yīng)的連接座
● 一些固定工具（比如三腳架，用來(lái)固定天線的朝向）
4 組裝天線
把各種罐子整理干凈。
下頁(yè)內(nèi)容：天線安裝
在粗銅線上切下一段長(zhǎng)度為1/4 ，約1.23英寸的銅線。
把這段銅線焊接在N型連接器的芯柱上。
從罐底量出正確的饋線位置。
鉆孔，安裝連接器。注意將連接器的金屬外殼與罐壁相連。
把罐子安裝到支架上。盡量避免在罐內(nèi)有其它東西，固定用的螺絲螺母盡量少。
下頁(yè)內(nèi)容：性能測(cè)試和改進(jìn)建議
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5 性能測(cè)試
這些數(shù)據(jù)通過(guò)安裝了Stumbler應(yīng)用程序的iPod Touch采集，這個(gè)程序能顯示附近任何無(wú)線路由器的信號(hào)強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果里不包含單位，因?yàn)樗皇莻€(gè)相對(duì)值。觀察到的最大信號(hào)值是76，降到10以后信號(hào)源就不可見(jiàn)了。
這些數(shù)據(jù)在物理系門廳采集，因此有可能被其他路由器或任何其他設(shè)備干擾，但從這個(gè)基本的測(cè)試?yán)铮部梢钥闯鲆恍┑胤剑?0米和70米）的信號(hào)有隨距離增加的趨勢(shì)，這和天線本身的設(shè)計(jì)有關(guān)。
在長(zhǎng)距離測(cè)試?yán)铮盘?hào)在100米外下降很快，但在365米內(nèi)仍然高于10。這個(gè)結(jié)果是逐步遠(yuǎn)離路由器，直到失去信號(hào)時(shí)測(cè)試出來(lái)的。它的局限性很大，但仍不失為一個(gè)可借鑒的參考。測(cè)試時(shí)走的是下山路，并且信號(hào)即將消失的時(shí)候和天線之間的視線被樹木遮擋了。在較好的情況下通訊距離也許會(huì)提高到1/4英里。
6 改進(jìn)建議
下面這些建議可能有助于獲得更好的性能，在有條件時(shí)可以試驗(yàn)一下。
- 讓同軸電纜可以方便地在不同的金屬罐天線之間切換。
- 或許如上圖一樣，在金屬罐天線的開口添加一個(gè)喇叭口可以收集更多的電磁波。
- 分別用無(wú)線路由器和無(wú)線網(wǎng)卡作為天線的信號(hào)源，觀察效果是否不同。
- 在天線前增加有源放大器。
- 把兩個(gè)湯罐或者品客薯片罐背靠背裝在一起看看效果如何。
- 涂裝天線內(nèi)壁。也許原先的罐體涂些油防銹就足夠好了。還有問(wèn)題是或許可以加個(gè)能透過(guò)電磁波的絕緣蓋。
- 使用兩個(gè)與同軸電纜連接的金屬罐作為中繼器，來(lái)繞開物體（建筑物，山脈等）傳輸信號(hào)。
