맹그러 (Maker)

캔테나 DIY (깡통으로 Wifi 안테나 만들기)

일주일에 하루 정도 작업실에 머문다. 이를 위해서 인터넷을 가입하고 설치하기가 좀 아깝다는 생각이 든다. 밑에 카페에서 열어 놓은 채널이 있어서 이렇게 별 무리 없이 인터넷은 사용하지만, 어쩔 땐 Wifi 공유기를 꺼버리고 퇴근 할 때가 있어서 당황스러울 때가 가끔 있다. 그래서 집에서 작업실 까지 거리가 대략 150M 정도 되니 요즘 한참 유행인 캔테나 정도면 가볍게 집에 Wifi 를 끌어와서 연결 가능할 꺼라 생각하고 안테나 DIY 자료 수집에 열공을 해 봤다.

이 또한 신세계가 아닐 수 없다. 뭐 그리 많은 매니아들이 있는지 그리고 국내 다른 포털이나 블로그는 너무 어렵다. 이 페이지에 좀더 쉽게 이해될 만한 자료를 수집하고, 정리해서 실제 제작까지 해보려 한다.

* RF & 안테나 개념 잡기 :

http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/antenna.php3

* 무선 LAN 표준 알기 : 

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?id=371&m_temp1=2339&nav=2

  1. 무선 LAN의 주파수 현황

    ⓐ 2.4 ㎓ 대역 : 2.4~2.4835 GHz (802.11b/802.11g/802.11n)

        - 약 14개 중첩 채널(20 MHz) 중 동시 사용 가능 3개 채널

    ⓑ 5 ㎓ 대역   : 5.15~5.825 GHz (802.11a/802.11n/802.11ac)

        - 24개 비 중첩 채널(20 MHz)

    ⓒ 국내 할당 현황     

        - 기타 : 17.7 ㎓ 및 19.2 ㎓ 대역 (미사용)              ※ 관련참고용어 ☞ ISM 밴드, UNII 참조

  2. 무선 LAN 채널 번호 및 중심 주파수

    ⓐ (채널 중심 주파수) = (채널 시작 주파수) + 5 x (채널 번호) [MHz]

       - 2.4 GHz 대 : 13번 채널 중심 주파수 : 2472 MHz

         . 채널 시작 주파수 : 2407

         . 채널 번호 : 1,2,...,13

       - 5 GHz 대 : 36번 채널 중심 주파수 : 5180 MHz

         . 채널 시작 주파수 : 5000

         . 채널 번호 : 0,1,...,200

  3. 표준별 주파수 사용 특징

* 캔테나 제작 이론 : 

지금부터 만들려고 하는 안테나의 모습은 아래와 같다. 일명 깡통 안테나 라고 불리는 캔테나 비교적 제작이 간단다고 쉬워 보이지만 치밀한 계산과 정확한 치수에 의해 호불호가 갈리게 되는 어려운 DIY 임에 틀림 없다.

국내 블로그들로 부터 공유되고 있는, 치수를 자동계산 해 주는 URL 은 접속이 되지 않는다. 너무 많은 접속자가 몰려서 그런가 폐쇄 되 버린듯 하다.그러나 외국에 블로그들 중 여러가지 모양의 안테나를 제작 성공기를 보면 강한 매력이 끌리기도 한다.

Lo/Lg/파장/1/4파장/3/4파장 등 용어부터 와 닿지 않으니 뭐 공부해야지 별수 있나?

(캔테나 자동 치수 계산기 새로운 URL) : http://www.changpuak.ch/electronics/cantenna.php

여기에서 계산은 아래 URL 에서의 계산 값과 약간 차이가 있다. 그러나 Low/High 컷 주파수를 계산해주니 대역폭을 예상 할 수 있어 편하기는 하다.

사용 할 캔의 지름을 해당 칸에 입력하고 Calculate 버튼을 누르면 나오는 결과 값 으로 사용 가능 여부를 알 수 있다.

802.11b.g 무선 장비는 2.412 GHz 와 2.462 GHz 주파수 대역을 사용하므로 TE11 (Transverse Electric)의 컷오프 값은 2.412 GHz 보다 낮고 TM01 (Transverse Electric) 의 값은 2.462 GHz 보다 높아야 한다. 

또 캔의 길이는 가급적 3/4 관내 파장보다 긴 것이 효과적이다.

* TE11 모드 에서 의 일정 주파수 (컷오프 주파수) 값

* TM01 모드 에서 의 일정 주파수 (컷오프 주파수) 값

* 지름에 따른 관내 파장 (Guide Wavelength)

* 1/4 관내 파장 (1/4 Guide Wavelength)

* 3/4 관내 파장 (3/4 Guide Wavelength) 

(또 다른 캔테나 자동 치수 계산기 URL) : http://www.elepal.fi/antennit/antenna2calc.php

위에 자동계산 보다는 좀 더 이해하기 쉽고 소수점 이하는 과감하게 삭제해서 더 직관적인 듯 하다. 

* Lo : 대기 중 의 HF 대역 파장

  => 2.45 GHz 주파수 파장은 122mm 입니다.

* Lo/4 : 피더의 높이

* Lg/4 : 피더의 위치

* Lc : 깡통 직경에 의해 변동 되는 저주파 컷 오프 파장 입니다.

  => Lc = 1.708 X 100 = 170.6mm

* Lg : 관내의 파장 입니다. (Lg 의 값은 Lo 와 Lc의 함수 관계 이다)

  => Lo, Lc, Lg 의 역수를 취한 값은 피타고라스 함수와 같다.

  -> (1/Lo)2 = (1/Lc)2 + (1/Lg)2

  -> 위 식을 풀이 하면

  -> Lg = 1 / root [ (1/Lo)2) - (1/Lc)2 ]

  -> Lg = 1 / root [ (1/122)2 - (1/170.8)2]

  -> Lg = 176mm

* Lg / 4 = 176 / 4 = 44mm

* 3/4 Lg = 0.75 * 176 = 132 mm

(수식 해설)

1. 전파의 속도는 빛의 속도 (30만 Km / Sec) : 1초 당 30만Km 속도로 전달 된다는 가정 에서 주파수 길이가 나온다.

 - 파장은 전파의 한 사이클 길이. 주파수가 높으면 파장의 길이는 짧고 반대로 주파수가 낮으면 파장의 길이는 길다.

 - 결과적으로 내가 사용하려는 주파수는 2.45GHz 이므로 수식을 정리 해 보면 :

 => 파장(λ) = 빛 의 속도 300,000(Km) / 주파수(f)

2. 캔의 직경과 사용 주파수의 의해서 파장(Lo) 과 피더 길이(Lo/4) 가 결정 된다.

 - 캔의 직경은 2.4GHz 대역에서 대략 100mm 정도 가 가장 무난하게 제작된다. 직경은 90~110mm 사이여야 하며 측면과 바닥은 평탄하게 연결되어야 하고, 캔의 끝 부분에 약간 구부러져 있다면 망치로 부드럽게 펴 줘야 한다.

3. 파장 (Lg) 은 Lc, Lo에 따라서 변동 되므로 결국은 주파수와 깡통의 직경에 의해서 변동 된다.

 - 대략 일반적으로 사용되는 100mm 직경일 때, 길이(3/4 Lg)는 132mm 이상 요구 된다. 대략 직경보다 길이가 약간 더 긴 깡통이면 된다는 것이다. 그리고 직경이 100mm 보다 작으면 길이는 더 길어야 되고,  반대로 직경이 100mm 보다 크다면 길이는 더 짧아도 된다.

* 재료 구하기

- N 콘넥터의 가운데 탭은 직경 4mm 라고 하는데, 이상합니다. 보통은 철근이라고 하는게 맞는지 모르겠습니다. 추측 컨데 아마도 잘못 번역 했거나 잘못 환산을 했을거라 예상 합니다. 그래서 결론은 1~1.2mm 굵기의 구리선 이면 충분할 듯 합니다. 보통은 벽면 매립 콘센트 배선 용으로 사용되는 전원 용 단선이 그 정도 굵기에 해당 됩니다.

- 처음 구한 복숭아 캔은 직경 72mm / 길이 115mm 로 직경이 너무 작아서 길이가 1.5M 정도 되어야 공칭되는 계산결과 값이 나온다. 적용 못함 아쉽지만 버려야 한다.

- 두 번째 는 깡통 찾아 분리수거 함 이곳 저곳을 두리번 거리는 나를 보고 참다 못해 김여사 가입한 모현면 카페에 게시해서 얻어온 원두커피 캔 이다. 직경 /길이 모두 117mm 로 직경이 약간 넓어서 컷오프 주파수를 약간 벗어남, 그래두 못 쓸 정도는 아니고, 모양이 꽤나 이뻐서 합격..

- 어제 이마트 들렀다가 딱 맞는 캔 사이즈의 과자를 발견해서 너무 기분 좋았다. 직경 100mm / 길이 177mm 로 위에 자동 계산기에 나오는 수치와 절묘하게 딱 맞아 떨어진다. 복권에 맞은 듯한 기분~ㅋㅋ 나란 남자~

* 최종 제작 도면

* 제작 사진 (캔테나)

제작은 별로 어렵지 않네요, 캔 끝에서 44mm 치수 마킹하고, 드릴로 뚫어주면 작업은 끝, 미리 콘넥터에 케이블 길이를 31mm 로 붙이는 작업이 있는데, 사실 기존 SMA 콘넥터에 케이블이 작업 되 있어서 잘라내고 피복을 벗겨내는 것만으로 작업 완료, 다음은 공유기 내 안테나 뜯어내고, SMA 콘넥터 를 심어서 안테나 케이블 연결할 수 있도록 해야되겠네요~

* 제작 사진 (무선공유기)

우선 무선 공유기 안테나 3개중 한 개를 분리하고 내부에 BNC 콘넥터를 끼웁니다. 안테나를 뽑아내고 보니까 BNC 콘넥터 지름이 딱 맞아 떨어지는 건 우연인지 모르겠네요!

캔테나를 고정하기 위한 브라켓도 설치 할 곳이 정해지면 달아야 겠지만 우선 임시로 사용하기 위해 굴러다니던 욕실타일에 고정되는 샤워기 헤드 고정대를 사용했네요~

* 테스트 (속도 측정)

벤치마크 프로그램으로 인터넷 속도를 측정하고 싶은데, 그래프로 보여주는 기능은 무선 신호를 받을떄 이고 나처럼 멀티브릿지로 사용하면 그냥 유선인터넷 측정으로 밖에 못하네~ 그래두 전보다 체감적으로 무척 빨라졌다.

나머지 한개 캔테나를 집에 달아보고 집에서 작업실까지 성공하면 다시 내용 추가 합니다.

---투비콘티뉴---