Cómo construir una antena direccionalTipo Yagi-uda de 15dbi de Ganancia

para 2.4Ghz (WiFi)Tutorial por Ing. Francisco Sanchez Clariá

FASE 1 de 3

Tu antena terminada se verá como la imagen de la derecha!

Puede parecerte "complicado" al principio pero en realidad es MUY SIMPLE DE HACER y es una antena

desarrollada con medidas específicas y probada para funcionar con señales en 2.4Ghz para redes

WiFi

El costo de fabricarla es menor a 10USD y los materiales se consiguen en cualquier lugar!

Elementos Necesarios 

1. Calibre como por ejemplo del tipo Vernier plástico o metálico2. 50cm de alambre de cobre de 2 a 2,5mm de espesor hueco o macizo3. Perforadora o taladro (manual o de mesa) y mecha del diámetro del alambre de cobre4. 30cm de caño plástico para instalaciones eléctricas o de PVC de 15 o 16mm de diámetro externo5. Un conector tipo N-chasis6. Soldadora y estaño7. Pistola plástica (para pegar) o similar8. 30cm de caño cuadrado de metal o aluminio hueco, con 15 o 16mm de “luz” interna9. Una lima de metal o para uñas10. 30cm de caño de PVC de cañerías o desagües11. Una tapa de compact disk plástica o algo similar de plástico que se pueda recortar12. Una cerveza bien helada

13. Paciencia y leer todo hasta el finalCortar los directores, el reflector y fabricar el elemento radiante

 

Los elementos pasivos (reflector y directores) deben cortarse primero a groso modo es decir con uno o dos milímetros de más y luego llevarse a la medida especificada en la tabla a partir de limar los extremos.

 

Elem.

Largo (mm)

Distancia al Elem. Activo (mm)

Separación con el siguiente (mm) Tipo

1 55.6 -31,6 31.6 Reflector

244.1 x 19.6 0 24.6

Elem. Activo

3 49.2 24,6 26,1 Director

4 44.2 50,7 25,1 Director

5 47.7 75,8 23,7 Director

6 43.8 99,5 33,7 Director

7 47.5 133,2 27,9 Director

8 43.5 161,1 20,8 Director

9 48.7 181,9 33,7 Director

10 48.5 215,6 - Director

Nota: recomiendo que imprimas esta tabla ya que es necesaria para trabajar durante todo el proceso.

El elemento activo debe construirse según la imagen con un alambre de unos 15cm que deberá plegarse como se muestra. Puede imprimirse la ilustración que tiene relación de escala 1:1 de manera de poderse guiar con el papel impreso a medida que se dobla el alambre. Una vez plegado debe estañarse como se muestra, soldando un extremo al pin central del conector N y otro al chasis. Luego se puede colocar un trozo de plástico de aproximadamente 50mm x 25mm (con un orificio del diámetro del caño en el centro) al cual se le pega el elemento activo para sostenerlo alineado con el boom de PVC. 

Guardar Archivo CDR para imprimir

FASE 2 de 3 

Perforar el caño plástico para colocar los elementos 

Basándose en la tabla de la página anterior se deberá perforar el caño de plástico o PVC de 16mm efectuándole agujeros pasantes de manera de poder encastrar luego los elementos de la antena.

Dado que hacer los orificios de manera alineada no es una tarea fácil se sugiere construir un simple artefacto que facilitará la tarea. El cual se detalla a continuación.

Artefacto

 Este elemento consiste en un caño cuadrado de aluminio u otro material en cuyo interior se pueda colocar el caño de PVC para perforarlo cómodamente. Previamente en el caño cuadrado se han hecho los orificios pasantes para todos los elementos de la antena entonces lo único que resta es colocar el caño de PVC en el interior y usar los agujeros ya calibrados para perforar el caño de PVC sin tener que volver a medir para cada antena todas las distancias de nuevo. Además tiene la ventaja que mantendrá alineados todos los orificios que hagamos a lo largo del PVC.

Ya que es posible que hagamos varias antenas de prueba este artefacto puede hacerse en una tornería con las medidas perfectamente calibradas y luego podemos usarlo como matriz de antenas sucesivas.

 

Artefacto para guiar perforaciones

Insertando el caño en el artefacto

Efectuando perforaciones de prueba.

Efectuando perforaciones de prueba.

Como queda perforado el caño. Se ven 2 agujeros

pasantes que están alineados en el centro

Antena una vez pasados los elementos y su

coincidencia con los

del caño. orificios del artefacto

Diseño del artefacto 

FASE 3, final 

Protección Externa 

Cuando ya se tiene todo el conjunto armado puede colocarse dentro de un caño de PVC y sellar los extremos con dos tapas. 

Antena colocada en el interior del caño de PVC

Conector sobresaliendo por la parte inferior de la antena para permitir su conexión

Costo 

El costo de esta antena ronda los $25 (pesos Argentinos) o 7 dólares en el peor de los casos.

 

Parámetros 

Esta antena es muy direccional teniendo cuando está bien construida 15dbi de ganancia, impedancia de entrada de 50ohms y una ROE menor de 1.5. La polarización será horizontal si los elementos están horizontalmente y por lo tanto el conector queda para abajo o para arriba. En caso de colocarse de manera que los elementos queden verticalmente (conector hacia alguno de los lados) la polarización será vertical.

 

Construir una antena direccional de Wifi fácil, barata, sin soldar

tipo Patch 2x2 de 12dbi de Ganancia para 2.4Ghz

FASE 1 de 3

Esta antena es la más facil de construir, no necesitás soldador, ni estaño y los elementos para hacerla se consiguen en cualquier parte!

 

Además es muy pero muy barata de hacer (3 o 4 USD máximo)

Elementos Necesarios 

1. Una plancha de 20cm x 20cm de poliestireno expandido más conocido como telgopor de 5mm o 10mm de espesor

2. Dos planchas plásticas de 20cm x 20cm. Podés usar por ejemplo la tapa de helado de un pote de 2kg, o una base plástica para macetas

3. Una lámina de 50cm x 50cm de "contact" plástico transparente4. Unos cuatro precintos de 10 o 15cm5. Una lámina de 20cm x 50cm de papel aluminio (muy barato) o papel de cobre (más caro)

para "repujar" (se consigue en una librería o atelier)6. 50cm de cable coaxial RG587. Un conector acorde a la placa donde vas a enchufar tu antena. Normalmente son del tipo

SMA macho8. Herramientas: cutter, regla, "pistolita" plástica, adhesivo de contacto (ejemplo: pegamil),

una pc con impresora

9. Descargar el PDF con el diseño de la antena patch o bien descargar el diseño de la patch en formato XPS para imprimir (revisar que las dimensiones una vez impresas sean de 175x175mm para el cuadrado externo).

Imprimir la antena en contact y cortar el aluminio  Lo primero es cortar dos láminas de 175mm x 175mm (17,5cm x 17,5cm) del aluminio o

cobre para hacer el "plano de tierra" y los elementos. Luego podemos alisar las láminas con algún objeto que nos resulte cómodo, yo usé un potecito de plasticola.

Luego imprimir en el contact (del lado de la lámina adhesiva) el diseño de la antena

A continuación pegar el contact impreso sobre uno de los aluminios de 175mm x 175mm para poder luego hacer el "array de 2x2". Con el contact pegado al aluminio vamos a poder tener la referencia de donde hay que ir cortando con el cutter para obtener los "parches" listos. Una técnica para cortar puede ser la de recortar todas las lineas verticales primero (ayudándonos de una regla) y luego las horizontales para mantener lo mejor armado todo sin que se doble.

FASE 2 de 3 

Preparar el plano de tierra y el cable 

Tomamos el cable coaxil RG58 y le cortamos la vaina negra unos 2 o 3cm de manera que quede expuesta la malla y el conductor central. El conductor central que viene cubierto por un aislante deberá ser pelado unos 2cm para que luego pueda hacer contacto.

En el plástico de 20x20cm (en mi caso, la tapa de helado) hacemos una perforación de 3mm donde iría el punto de conexión para poder pasar a través de este orificio el cable RG58 que luego tiene que hacer contacto con el plano de tierra (malla externa) y con el patch de 2x2 (conductor central)

Hecho el orificio, pasamos el cable y luego de pasado dejamos la vaina negra en el límite de la tapa de helado y abrimos los "pelitos" de la malla externa del coaxil como una flor para maximizar el contacto con el plano de tierra que colocaremos a continuación.

Luego de esto, tomamos la plancha de aluminio (o cobre) de 175mm x 175mm, le hacemos un orificio para que pase a través de esta el conductor central del cable RG58 con su aislante: NO DEBE HACER CONTACTO EL CONDUCTOR CENTRAL CON EL ALUMINIO CUADRADO!!! El aluminio cuadrado debe solo hacer contacto con la malla externa del coaxil.

Luego de colocado el aluminio, colocamos la plancha de telgopor (poliestireno expandido) para que actúe de dieléctrio entre el plano de tierra y el arreglo de parches.

A continuación colocamos sobre este "sandwich" el aluminio con los parches que recortamos anteriormente asentándolo sobre el telgopor y cuidando que el conductor central del RG58 pase a través del orificio de conexión. Y luego doblamos el conductor central contra el aluminio para que haga buen contacto (nota: con un tester o con una pila y un cablecito conectado a un led puede verificarse que haya continuidad eléctrica entre el aluminio y el conductor central).

FASE 3 de 3 

Asegurar y cerrar la antena 

Si deseamos podemos aplicar contact sobre el aluminio para que quede más firmemente pegado contra el telgopor.

A continuación con la otra tapa plástica de 20cm x 20cm procedemos a "tapar" el arreglo cuidando que quede lo más apretado posible para mejorar el contacto de los elementos conductores.

Luego con la "pistolita plástica" aseguramos bien los contornos del conjunto para que queden firmemente sellados. Así como el cable RG58 en la parte posterior.

Por último para que ambas tapas queden bien presionadas contra el "sandwich" interno le pasamos dos precintos a través de las tapas (CUIDANDO DE NO PERFORAR LOS PARCHES, no hay problema de pasar a traves del plano de tierra). Los paretamos gentilmente sin "abollar" o deformar los plásticos, deben quedar firmes pero no hundidos. Podemos pegar en la tapa del helado el diseño de la antena impreso para tener de referencia por donde debemos atravesar las tapas para no dañar la antena.

Finalmente, colocamos el conector que corresponda para poderlo conectar a la placa WiFi (conector SMA).

 

Conclusiones y parámetros

 

El diseño de la antena tiene una performance calculada teórica de 14dbi con una impedancia de entrada de 50 Ohms y ROE menor a 1.5 - Debido a la simplificación que se ha efectuado en la construcción para facilitar su armado sin soldaduras la ganancia de esta antena va entre los 10 a 12dbi si se construye siguiendo los pasos indicados.

Si se dispone de más tiempo y recursos, el diseño de la antena provisto puede imprimirse en una placa para circuitos impresos, separarase del plano de tierra 6mm respecto del plano de los parches con pequeños tacos de telgopor o PVC para tener como dieléctrico el aire y soldarse un conector N chasis al plano de tierra por un lado y el pin central del conector al punto de conexión que se indica en el diseño.

Cómo construir una antena

OmnidireccionalTipo Colineal de 8dbi de Ganancia para

2.4Ghz (WiFi)Tutorial por Ing. Francisco Sanchez Clariá

FASE 1 de 4

Tu antena terminada se verá como la imagen de la derecha!

Puede parecerte "complicado" al principio pero en realidad es MUY SIMPLE DE HACER y es una antena

desarrollada con medidas específicas y probada para

funcionar con señales en 2.4Ghz para redes WiFi

El costo de fabricarla es sumamente bajo y los materiales se consiguen en cualquier lugar!

A continuación podés ver un video de cómo es la antena y como se ensamblan los elementos tras

completar la fase 2, 3 y 4 de este instructivo.

Elementos Necesarios 

1. 50cm de tubo de bronce hueco de 8mm de diámetro externo y de entre 5mm a 6mm de diámetro interno (idealmente 5,5mm diámetro interno)

2. 60cm de varilla de bronce de 2,3 a 2,5 de espesor (maciza, no hueca)3. Cinta aisladora o bien 15 tacos Fisher de 5,5mm (tacos o  tarugos plásticos)4. Cilindro de aluminio macizo de 12cm de largo y 2,5cm de diámetro5. 35cm de caño plástico para instalaciones eléctricas de 20mm de diámetro externo (17 o

18mm de diámetro interno)6. Conector N hembra para crimpear para cable RG58 (es posible que haga falta cortar

una pequeña porción del cabo de crimpeado para hacer encajar el tubo de bronce luego)

7. Soldadora y estaño8. Puede ser de utilidad disponer de una tabla de madera de 10x10cm y unos trozos

pequeños (un par de centímetros) de madera para construir una “morsa” casera o bien disponer de un par de morsas pequeñas para sostener las partes a soldar (ver fase 2)

9. Regla precisa o calibre Vernier

10. Descargar gráfico completo con el diseño de la antenaCortar los elementos

 

Cortar los tubos de bronce (o también podrían ser de aluminio) de la siguiente manera:

5 tubos a 48,9mm (en el gráfico indicados con la letra A)

1 tubo de 125mm (en el gráfico indicados con la letra B)

Cortar las varillas de bronce macizas en los siguientes tramos:

1 tramo de 70,3mm (indicado con el número 1 en el gráfico) 3 tramos de 81,9mm (indicado con los números 2, 3 y 4 en el gráfico) 1 tramo de 76,9mm (indicado con el número 5 en el gráfico) 1 tramo de 154mm (indicado con el número 7 en el gráfico). Este tramo puede acortarse

luego si es necesario para que encastre en el conector de coaxil

FASE 2 de 4 

Soldar las varillas a los tubos de bronce 

Soldar las varillas con los tubos como se muestra en el gráfico. El tubo más largo se usará en la fase siguiente con el conector N.

Descargar gráfico completo con el diseño de la antena

Soldar las varillas y los tubos es mucho más simple si se construye con un par de tacos (o morsas) una sujeción para ir soldando los tubos a las varillas como muestra la siguiente foto:

Aquí entran en acción los tacos Fisher. Con una sierrita o cuchillo los cortamos para dejar solo el extremo. Luego insertamos este extremo dentro del tubo y ahora pasamos las varillas por el interior del tubo a través del taco Fisher cortado, de esta manera las varillas se podrán mantener centradas. Otra alternativa es envolver a la varilla en cinta aisladora en un par de puntos, hasta lograr el diámetro del tubo de bronce y así mantenerlas centradas, pero es mejor hacerlo con los Fisher.

 Se sueldan todas las varillas a los tubos, excepto el tubo más largo que irá soldado al conector que se coloca recién al último.

FASE 3 de 4 

Armado del conector N 

Se calienta el pin central del conector N lo suficiente como para poderlo retirar de la ficha sin dañarla. Este pin se suelda al extremo de la varilla más larga para luego insertarla cuando se coloquen todas las partes juntas como se ve en el video

Luego soldar el tubo más largo al conector y cuidando de reducir cualquier resabio de estaño que sobre para que no exceda los 8,5mm de diámetro  y pueda luego encastrarse cómodamente en el aluminio.

  

FASE 4 de 4 

Bloque de aluminio 

El bloque de aluminio macizo deberá tornearse ya sea caseramente con un taladro, amoladora, lijadora/lima o bien llevándolo a un taller de mecanizado, centro de rectificado de máquinas o tornería. Las medidas del mismo deben ser como se indican en el gráfico

Descargar gráfico completo con el diseño de la antena

Con el aluminio listo se procede a “encajar” las partes, insertando como en el video el tubo con el conector por un extremo y el conjunto de varillas y tubos por el otro. Finalmente se suelta la última varilla corta al tubo de bronce que va hasta el conector

Ensamblado 

Con el conjunto ya firmemente colocado se procede a encastrar en el aluminio el tubo de plástico de protección (y si se desea un tapón en la punta) y la antena queda finalizada.

 

Costo de la antena 

Los elementos que constituyen esta antena son baratos. Lo más “caro” es el aluminio y su torneado que igualmente resulta accesible, por unos 15USD pueden hacer el torneado en caso que no lo hagan caseramente. 

Parámetros 

Esta antena es del tipo omnidireccional, es decir que colocada verticalmente irradia 360grados. Posee una ganancia de 8dbi aproximadamente y 50 Ohms de impedancia de entrada. Por su construcción sólida permite ser fijada en exteriores sujetándola por su parte de aluminio resistiendo muy bien las inclemencias climáticas.

MODELO DE ANTENAS