相關(guān)閱讀：
WiFi天線(xiàn)DIY：廢舊罐頭瞬間變天線(xiàn)【簡(jiǎn)單實(shí)用牛氣版】
做一個(gè)會(huì )蹭網(wǎng)的工程師：易拉罐變無(wú)線(xiàn)路由器增益天線(xiàn)


制作一個(gè)免費的Wifi波導天線(xiàn)（雖然需要一些自備材料）之前，我們需要先了解一下波導原理：



我們要做的金屬罐天線(xiàn)是一個(gè)引導電磁波向指定方向傳播的通道，用專(zhuān)業(yè)名詞來(lái)說(shuō)叫做波導。波導里，電磁場(chǎng)只能以特定的模式存在。那些最好的波導里只容許單獨一種模式，因為不同的模式在波導中以不同的速度傳輸，這會(huì )引起散射，信號的脈寬會(huì )擴展，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——圓形波導中的主要模式。

下頁(yè)內容：參數計算
[page]
首先拿TE11模式做個(gè)例子，這種模式在圓形波導中占據優(yōu)勢地位。上面是波導的側視圖和饋線(xiàn)?；疑木匦问枪拮犹炀€(xiàn)，小的綠色饋線(xiàn)里的中心導體伸入罐中。它離罐底四分之一駐波波長(cháng)，這會(huì )激發(fā)出TE11模式：圖中電場(chǎng)用紅色畫(huà)出，而磁場(chǎng)用藍色繪制。


現在假設你從罐形天線(xiàn)的底面而不是底部附近接入饋線(xiàn)，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)用藍色表示。

2   參數計算

就像上面說(shuō)的，在波導天線(xiàn)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(xiàn)的設計）。對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?？紤]日常使用的Wifi網(wǎng)絡(luò )的頻率，大多數的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(cháng)距離傳輸時(shí)還是2.4GHz信號較強。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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。對于這一頻帶需要在設計金屬罐天線(xiàn)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(xiàn)能否工作的硬性限制。

接下來(lái)我們需要計算饋線(xiàn)的位置。之前提到過(guò)，為了激發(fā)TE11模式，饋線(xiàn)應該安放在1/4波長(cháng)的位置，而整個(gè)罐形天線(xiàn)的長(cháng)度是3/4波長(cháng)。在開(kāi)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(cháng),但是罐形天線(xiàn)內部情況有些變化，這里的駐波波長(cháng)需要按照下式計算：



于是就可以從滿(mǎn)足要求的罐子的直徑D，計算出罐子切割后的剩余長(cháng)度3/4Lg和饋線(xiàn)位置離罐底距離1/4Lg，這就是之前在線(xiàn)計算器給出的結果。

最后，當我們從罐壁引入饋線(xiàn)時(shí)，伸入罐內的金屬導體需要的長(cháng)度Lo為1/4波長(cháng)。
 
下頁(yè)內容：所需材料和組裝天線(xiàn)
[page]
3   所需材料


○ 一小段粗銅線(xiàn)
○ 一些螺絲和螺母
○ 帶有外接天線(xiàn)接口的路由器（這次用的其實(shí)是一張無(wú)線(xiàn)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(xiàn)，以及相應的連接座
● 一些固定工具（比如三腳架，用來(lái)固定天線(xiàn)的朝向）
 
4   組裝天線(xiàn)

把各種罐子整理干凈。

[page]
 
在粗銅線(xiàn)上切下一段長(cháng)度為1/4 ，約1.23英寸的銅線(xiàn)。
把這段銅線(xiàn)焊接在N型連接器的芯柱上。
從罐底量出正確的饋線(xiàn)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。盡量避免在罐內有其它東西，固定用的螺絲螺母盡量少。

下頁(yè)內容：性能測試和改進(jìn)建議
[page]
5   性能測試


這些數據通過(guò)安裝了Stumbler應用程序的iPod Touch采集，這個(gè)程序能顯示附近任何無(wú)線(xiàn)路由器的信號強度。測試結果里不包含單位，因為它只是個(gè)相對值。觀(guān)察到的最大信號值是76，降到10以后信號源就不可見(jiàn)了。

這些數據在物理系門(mén)廳采集，因此有可能被其他路由器或任何其他設備干擾，但從這個(gè)基本的測試里，也可以看出一些地方（40米和70米）的信號有隨距離增加的趨勢，這和天線(xiàn)本身的設計有關(guān)。

在長(cháng)距離測試里，信號在100米外下降很快，但在365米內仍然高于10。這個(gè)結果是逐步遠離路由器，直到失去信號時(shí)測試出來(lái)的。它的局限性很大，但仍不失為一個(gè)可借鑒的參考。測試時(shí)走的是下山路，并且信號即將消失的時(shí)候和天線(xiàn)之間的視線(xiàn)被樹(shù)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)可以試驗一下。

• 讓同軸電纜可以方便地在不同的金屬罐天線(xiàn)之間切換。
• 或許如上圖一樣，在金屬罐天線(xiàn)的開(kāi)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(xiàn)路由器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡作為天線(xiàn)的信號源，觀(guān)察效果是否不同。
• 在天線(xiàn)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(xiàn)內壁。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(kāi)物體（建筑物，山脈等）傳輸信號。