自制Wi-Fi无线信号放大器（罐形）全教程

■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，也就是我们熟悉的波导原理。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，下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，我们拿TE11模式做个例子（这种模式在圆形波导中占据优势地位），下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。一旦它离罐底1/4驻波波长，就会激发出TE11模式：图中电场用红色画出，磁场用蓝色。

　　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，这就叫做TM11模式。

■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。
　　考虑到我们的WiFi频率大多数在802.11网络，比如808.11b/g的2.4GHz频段，808.11n的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。
　　那么，到底罐子的直径和馈线位置到底如何计算，往下看吧。
■罐子直径和馈线位置
　　首先是罐子的合适直径。
　　TE11模式会在f = 2.412GHz > f_cutoff = 2*c/(3.41*D)时被激发 　　TM01模式则在f = 2.462GHz
　　所以我们需要计算f_cutoffTE11，由此解出罐子直径2.87英寸（约合7.29厘米）。
　　接下来我们需要计算馈线的位置。
　　一般来说这里的直径下限比较重要。罐子需要比7.29厘米大才能在2.4G下有效工作，而上限虽然有些影响，但并不是天线能否工作的硬性限制。
　　之前提到过，为了激发TE11模式，馈线应该安放在1/4波长的位置，而整个罐形天线的长度是3/4波长。在开放空间里，只需要将光速c除以频率就可以得到电磁波的波长，但是罐形天线内部情况有些变化，这里的驻波波长需要按照下式计算：

　　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，这就是之前给出的结果。
　　最后，当我们从罐壁引入馈线时，伸入罐内的金属导体需要的长度Lo为1/4波长.
■所需材料
　　·一小段粗铜线

 　　·一些螺丝和螺母

 　　·带有外接天线接口的路由器（这次用的其实是一张无线网卡）

 　　·合适大小的金属罐（尺寸的选择已经在上面说了）

 　　·将路由器连接到金属罐的馈线，以及相应的连接座

 　　·一些固定工具（比如三脚架，用来固定天线的朝向）

■组装天线
　　·在粗铜线上切下一段长度为1/4 ，约1.23英寸（约合3.12厘米）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。

■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。