双向电梯

• 1   波导原理
• 2   参数计算
• 3   所需材料
• 4   组装天线
• 5   性能测试
• 6   改进建议
• 7   DIYer签到处

1   波导原理

• 我们要做的金属罐天线是一个引导电磁波向指定方向传播的通道，用专业名词来说叫做波导。波导里，电磁场只能以特定的模式存在。那些最好的波导里只容许单独一种模式，因为不同的模式在波导中以不同的速度传输，这会引起散射，信号的脉宽会扩展，使接收变得困难。同时不同的模式也有不同的辐射方向，上面展示的是一种横向电场（TE）和一种横向磁场（TM）模式——圆形波导中的主要模式。
• 首先拿TE11模式做个例子，这种模式在圆形波导中占据优势地位。上面是波导的侧视图和馈线。灰色的矩形是罐子天线，小的绿色馈线里的中心导体伸入罐中。它离罐底四分之一驻波波长，这会激发出TE11模式：图中电场用红色画出，而磁场用蓝色绘制。

• 现在假设你从罐形天线的底面而不是底部附近接入馈线，这会激发和上面不同的另一种模式。这叫做TM11模式，电场用红色，磁场用蓝色表示。

2   参数计算

就像上面说的，在波导天线中只希望激发单一的TE模式（这决定了需要采用从罐壁伸入馈线的设计）。对此可以选择合适的金属罐，它的直径刚好容许TE11模式生成但是能够禁止TM01模式。考虑日常使用的Wifi网络的频率，大多数的802.11网络，比如808.11b/g使用2.4GHz频段，808.11n使用2.4和5GHz频段，但是长距离传输时还是2.4GHz信号较强。为了简单起见，只考虑常用的频带在2.412~2.462Ghz的808.11b/g无线网络。对于这一频带需要在设计金属罐天线时让TE11模式在2.412GHz时即能激发，并且在2.462GHz工作时仍不会激发TM01模式。

想快速解决的话，参考这个网页，里面有个在线计算器可以帮助你计算罐子直径和馈线位置。

在线计算器

或者也可以拿出纸和笔开始计算：

首先是罐子的合适直径。

于是就可以从满足要求的罐子的直径D，计算出罐子切割后的剩余长度3/4Lg和馈线位置离罐底距离1/4Lg，这就是之前在线计算器给出的结果。

3   所需材料

4   组装天线

• 把各种罐子整理干净。

• 在粗铜线上切下一段长度为1/4 ，约1.23英寸的铜线。
• 把这段铜线焊接在N型连接器的芯柱上。
• 从罐底量出正确的馈线位置。
• 钻孔，安装连接器。注意将连接器的金属外壳与罐壁相连。

• 把罐子安装到支架上。尽量避免在罐内有其它东西，固定用的螺丝螺母尽量少。

5   性能测试

• 这些数据通过安装了Stumbler应用程序的iPod Touch采集，这个程序能显示附近任何无线路由器的信号强度。测试结果里不包含单位，因为它只是个相对值。观察到的最大信号值是76，降到10以后信号源就不可见了。
• 这些数据在物理系门厅采集，因此有可能被其他路由器或任何其他设备干扰，但从这个基本的测试里，也可以看出一些地方（40米和70米）的信号有随距离增加的趋势，这和天线本身的设计有关。

• 在长距离测试里，信号在100米外下降很快，但在365米内仍然高于10。这个结果是逐步远离路由器，直到失去信号时测试出来的。它的局限性很大，但仍不失为一个可借鉴的参考。测试时走的是下山路，并且信号即将消失的时候和天线之间的视线被树木遮挡了。在较好的情况下通讯距离也许会提高到1/4英里。

6   改进建议

下面这些建议可能有助于获得更好的性能，在有条件时可以试验一下。

• 让同轴电缆可以方便地在不同的金属罐天线之间切换。
• 或许如上图一样，在金属罐天线的开口添加一个喇叭口可以收集更多的电磁波。
• 分别用无线路由器和无线网卡作为天线的信号源，观察效果是否不同。
• 在天线前增加有源放大器。
• 把两个汤罐或者品客薯片罐背靠背装在一起看看效果如何。
• 涂装天线内壁。也许原先的罐体涂些油防锈就足够好了。还有问题是或许可以加个能透过电磁波的绝缘盖。
• 使用两个与同轴电缆连接的金属罐作为中继器，来绕开物体（建筑物，山脉等）传输信号。

本文是根据以下三篇文章重新改写的：

7   DIYer签到处

果壳DIY站QQ群：132647923, 2群：179240860（加入时请报上你在果壳的个人主页地址，以防广告ID）

果壳DIY站微博: http://t.sina.com.cn/guokrdiy