Projekt Turris – pomozte nám vybrat antény

Velké úsilí věnujeme v rámci projektu Turris tomu, aby byl náš hardware co nejkvalitnější a co nejlépe sloužil jeho budoucím uživatelům. Pro domácí síť je jistě jednou z nejdůležitějších součástí Wifi, které šetří náklady na síťovou infrastrukturu, ale zejména umožňuje připojování mobilních zařízení jako jsou chytré telefony a tablety.

Abychom v této oblasti poskytli co nejlepší funkci, rozhodli jsme se pro řešení založené na velice kvalitním chipsetu od firmy Qualcomm Atheros, které nabízí 3×3 MIMO (multiple in, multiple out), laicky tři antény, a to jak v běžném pásmu 2,4 GHz (802.11b/g/n), tak v pásmu 5 GHz (802.11a/n), které není zdaleka tak zarušené. Uživatel si tak může podle vlastní potřeby vybrat, které pásmo mu z hlediska jeho vlastností a lokální situace lépe vyhovuje.

U Wifi ale kvalita spojení závisí nejen na použité elektronice, ale výrazně také na kvalitě použitých antén. Pokud uvažujeme běžné domácí použití, tak jsou nejpraktičtějším řešením všesměrové antény. Ty mají při běžných velikostech (do 20 cm) zisk mezi 2 a 5 dBi a pro běžný provoz v domácnosti jsou většinou naprosto dostačující.

Z výše zmíněných důvodů jsme plánovali dodávat s routerem Turris tři všesměrové antény, ideálně dvoupásmové, tedy schopné pracovat v pásmech 2,4 i 5 GHz. Tady jsme ale bohužel narazili na problém – nabídka dvoupásmových všesměrových antén je velice omezená a ceny dost vysoké. Je to pravděpodobně dané tím, že Wifi v pásmu 5 GHz zatím není příliš rozšířené a pro domácí použití, kde jsou vhodné všesměrové antény, není tak univerzálně použitelné (signál se hůře ohýbá a prostupuje stěnami, pro vnitřní použití je vhodnější ve velkých otevřených prostorách).

Z tohoto důvodu jsme se rozhodli obrátit na naše čtenáře s prosbou o pomoc. První prosba míří na případné výrobce nebo dodavatele antén, kteří by nám byli schopni nabídnout kvalitní antény odpovídající výše zmíněným parametrům. Budu rád, pokud se mi ozvete na adresu bedrich.kosata@nic.cz. Druhá prosba je určená širší veřejnosti, zejména již předregistrovaným zájemcům o router Turris. Pomocí Google Drive jsme připravili krátkou anktetu ohledně plánovaného použití Wifi a budeme rádi, pokud nám jejím vyplněním pomůžete vybrat nejlepší řešení.

Bedřich Košata

Perlička na závěr

Jako jeden z možných způsobů, jak obstarat vhodné antény za rozumnou cenu, jsme se obrátili přímo na několik čínských výrobců antén. Zatím se nám podařilo otestovat vzorky od jednoho z nich a výsledky byly tristní – v pásmu 5 GHz fungovala jejich „dvoupásmová“ anténa hůře, než anténa určená jen pro 2,4 GHz. Když jsme anténu rozebrali, zjistili jsme proč – v cca 15 cm těle je ukrytá maličká anténa konstrukcí podobná tomu, co se běžně používá jako interní anténa v levnějších Wifi routerech.

Na následujícím obrázku vidíte pro srovnání (zleva do prava) rozebranou standardní 2.4 GHz anténu, 5 GHz anténu, kvalitní dvoupásmouvou anténu (zde je bohužel vidět jen malá část, většina antény je součástí plastového krytu) a výše zmíněnou testovanou anténu. Je asi zřejmé, proč poslední uvedená v testech příliš neuspěla. (Obávám se, že pokud bychom si objednali místo 5 dBi verze 8 dBi, dostali bychom stejný produkt jen v delším plastovém obalu za vyšší cenu).

Ukázka rozebraných antén

Autor:

Komentáře (14)

  1. Stanislav Petr říká:

    A co takhle horni cast krytu vymenit za plastovej misto kovovyho a pod nej umistit plochou antenu pro pasmo 2.4Ghz a vyvody vzadu nechat pro 5Ghz… Ale znamenalo by to jeste upravu na VF casti… Ale kdyz uz by se menila VF cast, tak proc do toho nesahnout trosku vic a nevymenit ten atheros za neco podle mne vhodnejsiho pro tohle nasazeni. Napr. http://www.broadcom.com/products/Wireless-LAN/802.11-Wireless-LAN-Solutions/BCM4360 coz podporuje rovnou 802.11ac. Opravte me jestli se mylim (uz nejakou dobu nesleduju novinky atherosu) ale podle me jeste nemaji chipset ktery by umel podle vyse zminene normy pouzivat obe pasma najednou. Napr. pro nasi kancelar v extremne zarusene budove bylo 802.11ac (apple airport extreme) vysvobozenim…

  2. frr říká:

    K těm anténám… obecně je problém v tom, že neexistuje nějaká přirozená struktura, která by ladila v docela širokém pásmu 2.4 a zároveň v nesoudělném a taky docela širokém 5.něco GHz. Pomocí nějaké černé magie (kaskáda volně vázaných dipólů, sériové napájení, kompenzace mikropáskovými elementy) se dá navrhnout anténa, která má třeba širší pásmo a v celém pásmu rozumný zisk i PSV (jde o průběh impedance na napájecím portu antény, což je komplexní veličina), ale toto celé navíc ve dvou pásmech, a ještě aby to bylo výrobně nenákladné… nevoní to dálkami.

    Pokud byste uvítali konzultaci od někoho, kdo má praktické zkušenosti a anténami, mikrovlnný testovací polygon a zřejmě i know-how v oblasti mikropáskové černé magie, zkuste se obrátit na tuzemskou firmu Dcom: http://www.dcom.cz . Schválně, co Vám k tomu řeknou.
    Je tu pár dalších firem, které umí antény navrhovat a testovat (v Pardubicích a Kunovicích), ale jsou většinou z „radarové“ branže, wifi pásma nejsou jejich parketa a kromě toho se s Vámi asi otevřeně bavit nebudou.

    V zásadě je třeba si uvědomit, že základní fyzika platí pro každého. Osobně se snažím zatlačit základní fyziku do kouta tím, že používám antény pro jedno pásmo s potřebnou směrovostí (všesměrová/sektorová/směrová), co nejkratší svod atd. Ono i z neladící antény cosi leze, ale mimo užitečné pásmo má anténa nevhodnou impedanci, vysoké PSV, výkonový konec ve vysílači potenciálně trpí. Kvalitní dvoupásmová všesměrová anténa je fata morgána. Chápu, že na této fata morgáně závisí obecná potřeba „mít něco dvoupásmového a dostatečně kvalitního, aby lidi nemuseli věnovat anténám pozornost“.

    Díky za bezvadný přehled vnitřností prutových WiFi antének :-) Netušil jsem, že je to tak pestré. Přidám jeden obrázek do sbírky:
    http://martybugs.net/wireless/rubberducky.cgi

    Tady je jedno teoretické PDFko, sice o jiných pásmech, ale jsou z něj vidět základní zapojení všesměrových antén, vztah mezi směrovostí a ziskem apod.:
    http://www.kathrein.pl/down/BasicAntenna.pdf

    Chválím volbu čipsetu Atheros. A není třeba být za každou cenu „early adopter“ s draft-802.11ac (mimochodem i Atheros už snad má ACčkový čipset).

  3. Bedřich Košata říká:

    Díky všem za vaše komentáře. Na základě ohlasů v anketě se zdá, že bude nejvhodnější dodávat s routerem kvalitní antény pro 2.4 GHz, které si zájemci o 5 GHz pásmo budou moci vyměnit za vlastní.

    Každopádně budeme o zvoleném řešení informovat, ať už na webu nebo na listopadové konferenci Internet a Technologie (30. 11., Matfyz, Praha), která spustí příští týden registraci a kde bude Turrisu věnovaný samostatný blok.

  4. frr říká:

    @gdg (hwayotek): jo hezky pěkně :-) To je asi maximum možného.

    Na tom oboustranném tišťáku je vidět snaha, aby ta struktura měla dvě vlastní rezonanční frekvence. Škoda, že tam neudávají žádné parametry – nicméně pokud zagooglíte „dual-band rubber duck“ (případně mrknete na Google Images), najdete několik dalších antén podobného „pádlového“ tvaru, který naznačuje podobnou vnitřní konstrukci – a najdete i nějaké parametry.

    http://www.l-com.com/wireless-antenna-24-25-ghz-and-51-58-ghz-dual-band-rubber-duck-antenna-rp-sma-plug

    http://www.air802.com/dual-band-wifi-antenna-dipole-rubber-duck-5-dbi-2.4-5.1-5.8-ghz-sma-connector.html

    Udávané nejhorší PSV v obou pásmech je 2.0 až 2.1. Horší bývá v pásmu 5 GHz (tzn. kratší z obou vlnových délek). Mezi radioamatéry se obecně traduje, že cokoli s PSV nad 2 je odpad, teoretická nejlepší možná hodnota je 1.

    Ten štíhlý plošák mi připomněl některé obrazce dvoupásmových panelových antén, např. tento:

    http://www.digdice.com/wp-content/uploads/2009/02/5ghz-antenna-5.jpg
    http://www.digdice.com/2009/02/trendnet-dual-band-panel-wifi-antenna/
    (viděl jsem totéž i s násobně větším počtem opakování.)

    V našem případě je obrazec tišťáku naschvál „připažený“, aby ve vodorovné rovině vyzařoval pokud možno všesměrově. Anténa sice není dokonale „kolineární“ (souosá) jako základní rukávový design, ale protože má příčný rozměr výrazně menší, než je vlnová délka, tak to vodorovně nemusí být příliš směrové… viz ostatně diagramy udávané u „pádel“ výše.

    Závěrem pár nepraktických bastlířských žvástů:
    Je třeba si uvědomit, že jakákoli plastová izolace zhoršuje jakost (a potažmo zisk). Nejlíp hraje holý drát, kvůli skin efektu a oxidaci nejlépe zlacený. Pokud to má být zalité v plastu, tak relativně nižší útlum mají dielektrické materiály jako teflon nebo ještě polyetylen. V této souvislosti bych řekl, že ten plošák vypadá na obyčejný epoxidový sklolaminát… a plastová izolace běžných bičíků rozhodně není teflon, spíš bych tipoval ABS nebo polyuretan. Jakýkoli plast má nižší rychlost šíření el.mag. vln než vzduch, takže současná přítomnost plastové izolace i vzduchového okolního prostředí v těsné blízkosti zářiče (cca menší než lambda/2) způsobuje rozladění. Proto se v koaxech běžně používá pěnové nebo komůrkové (vzduchem plněné) dielektrikum – čím víc vzduchu, tím líp. Při vhodném tvaru se naopak špalkem vhodného dielektrika dá taky tvarovat vyzařovací charakteristika (jako optickým hranolem), vázat energie z vlnovodu do prostoru apod…

    Téměř dokonale kulovou vyzařovací charakteristiku má čtvrtvlnný pahýl (bičík) – ovšem ten má podle mých (možná nedokonalých) simulací neoptimální impedanci pro vazbu na 50-Ohmový koax. Dá se doladěním délky přizpůsobit buď na nulovou imaginární složku, ovšem s reálnou složkou tuším asi 35 Ohmů – nebo na 50 Ohmů reálných, ovšem s nenulovou imaginární složkou…
    Dokonalé přizpůsobení na 50 Ohmů může mít patrně 3/4-vlnný zářič (bič, pahýl) – ovšem ten má zase charakteristiku ve tvaru „dvou toroidů“: dva laloky, vykloněné o 45* nahoru a dolů od vodorovné roviny (ve vodorovné rovině má ostré minimum).
    Pokud máte vypracovaný nějaký postup a vybavení na měření/porovnání/hodnocení antén, zkuste pro srovnání zařadit do testu taky holý drát o délce 13 mm a 42 mm (1/4 a 3/4 lambda pro pásmo 5 GHz). Sežeňte si nějakou dutinku, která pasuje na středový trn RSMA konektoru z APčka, a zaletujte do něj holý měděný drátek bez izolace, třeba kus oholené žíly z CAT6 drátu (AWG24). Tenhle nasunutý pahýl má o výše zmíněné milimetry vyčuhovat z koaxového stínění RSMA konektoru. Delší z obou pahýlů by mohl něco ukázat i na 2.4 GHz (přibližně 1/3 lambda).

    Pokud Vám jde o skutečně optimální napájení antén, doporučoval bych vyvést z routeru zvlášť pásmo 2.4 a zvlášť 5 GHz a použít jednopásmové anténky. Já vím, je to otrava. Ono by to vyšlo na nějakých 5-6 konektorů a antének, což je už docela lesík, a blízko sebe umístěné antény se navzájem ovlivňují (a mají takřka shodný „výhled“ do prostoru). Kromě toho oddělené anténní porty pro 2.4 a 5 GHz by patrně znamenaly použít dvě WiFi rádia (čipy), protože moderní N-kové wifi čipsety obsahují 2-3 integrované dvoupásmové RX/TX chainy.

  5. gdg říká:

    Otazka je jestli v ankete reagovali ti, kteri budou router vyuzivat;-)

  6. Václav Pávek říká:

    Dobrý den, co jste vybrali za antény? Nyní řeším podobný problém

  7. Rebel říká:

    presne tak to je antena za 309kc AirLive WAI-101 z 12db :D a uvnitr kus dratu jako na prvni antene Tplink co je na tehle strance :)) antena je dlouha jako stozar a po dvou letech prestala fungovat :)) sila signalu ehm sla rapidne dolu

    sou to podvodnici zasrani skurveni poradna antena stoji desitky €

  8. Jarda říká:

    Dobrý den.
    A šlo by zveřejnit výsledky vašich testů ? Myslím že by to zajímalo spoustu lidí, a vneslo trochu světla….

  9. Bedřich Košata říká:

    Dobrý den,

    výsledky bohužel nejsou v podobě, u které bych byl ochoten je zveřejnit jako podklad pro něčí nákup. U nás byl navíc výběr antén ovlivněn potřebou dvoupásmové antény, takže jsme běžně prodávané jednopásmové antény měli spíše pro porovnání.

    Obecně se dá říci, že pokud víte, které pásmo (2,4 nebo 5 GHz) chcete používat, je levnější a jednodušší koupit si anténu pro dané pásmo. I poměrně levné běžně dodávané antény TP-Link se nám osvědčili. Pro mě osobně je další obecný závěr, že anténa je vlastně takový zajíc v pytli a tak pokud si jej člověk nemůže před koupí rozumně otestovat a změřit, je lepší nakupovat značkové zboží od solidního dodavatele.

    Snad to nebude bráno jako nemístná reklama, když uvedu, že pro Turris 1.1 jsme zůstali u stejných antén jako byly zmíněny výše a od stejného dodavatele.

  10. Daniel Beneš říká:

    Zdravím.

    Takže jste zatím lepší náhradu jak ty malé pendreky ze stránek sectron nenašli?
    Potřeboval bych teď domů také dual band anténu kvůli noťasu, takže by mi to usnadnilo dost práce s hledáním a hlavně peněz :)

    Díky

  11. Adam říká:

    Dobry den,

    odporucam Vam vyskusat nasledovne.
    Kupte si osobitne 2,4 GHZ a osobitne 5 GHZ, jednu odmontujte pri konektore a spojte s druhou. Teda na jednom povodnom konektore budu naraz pripjene dve anteny.

    Anderw Mcneil ma na youtube video kde mu to pekne funguje.

    V takom pripade potom uz len najst vyrobcu, kotry by to montoval.

    Tato vec mala byt najskor riesena, kupou, testovanim a rozobratim vstekych moznych dvojpasmovych anten na trhu.

Zanechte komentář