vendredi 9 mars 2012

Antenne hélice ( hélical antenna ) WiFi 2,4 GHz grand gain DIY


L'origine du projet est la réception d'un retour vidéo à 2,4 GHz d'un drone. S'il est facile de recevoir le signal vidéo d'un drone à quelques centaines de mètres, il est en revanche bien moins aisé de recevoir le même signal vidéo sur une distance de plusieurs kilomètres.
Me voila parti sur la construction d'une antenne hélice à polarisation circulaire droite offrant un gain très important.
Ma première antenne hélice DIY est ICI
A noter que mes antennes maison sont réglées avec mon SWR mètre maison qui se trouve ICI

  • En théorie :

le gain calculé est de 18 dBi pour un angle d'ouverture à -3 dB de 17 °
Pour respecter le calcul parfait il faudrait un tube de diamètre 38 mm. Je n'ai que du tube de 40 mm auquel il faut ajouter l'épaisseur de l'isolant du fil.


  • Le détail des tests.....

Déjà, on reçoit plus de réseaux WiFi qu'avec une bi-quad ou une bi-loop située ICI
Pour les mesures il faut prendre en compte le fait que si l'émetteur ne possède pas une antenne en polarisation circulaire nous allons perdre 3 dB. Effectivement les routeurs WiFi dont je me sers pour les tests émettent soit en polarisation verticale soit en polarisation horizontale.
Tous les tests sont comparés à l'antenne bi-loop.

Par rapport à cette antenne bi-loop je reçois, en périphérie de la ville, 10 % de plus de réseaux Wifi. Nous avons déjà là la preuve que l'antenne fonctionne.

J'ai réalisé un grand nombre de mesures, qui en moyenne, montrent que le niveau reçu est de 3dB au-dessus du niveau de réception de l'antenne bi-loop. Si on ajoute le fait que nous perdons 3 dB du fait de la polarisation circulaire de l'antenne hélice, nous pouvons déduire que le signal de réception est en moyenne de 6 dB au-dessus de l'antenne bi-loop.

Nous sommes donc en présence d'un gain de 15 dBi environ. Le gain calculé nous donnait 18 dBi.


  • Les raisons de cette différence entre théorie et pratique :

Tout d'abord le tube PVC, à 2,4 GHz n'est pas neutre. Il y a quelques % d'absorption.
Le diamètre des spires est de 6 mm trop grand. Je n'ai pas de tube de 38 mm.
Le fil de cuivre devrait être d'un diamètre de 3 à 4 mm. Je n'en ai pas, et le coût est assez important.


  • Simulation de bilan de liaison :

1-- Prenons un émetteur délivrant une puissance de 20 dBm (100 mW) étant connecté à une antenne de 1,5 dBi de gain de type PINWHEEL
2-- Prenons un récepteur de sensibilité maximale de -70 dBm étant connecté à mon antenne hélice de 15 dBi de gain.

Nous aurons une distance maximale de connexion de 2 km en espace libre. L'atténuation en espace libre à 2442 MHz sur une distance de 2 km est de 106 dB.
Si la puissance de l'émetteur passe de 20 dBm à 23 dBm (le double en puissance) nous pourrons établir la liaison sur 2,5 km.


NOTA :
Cette simulation ne prend pas en compte les pertes des connecteurs et coaxiaux.
A 2442 MHz l'ellipsoïde de Fresnel présente un diamètre en son centre de 32 m pour une liaison de 2 km.


  • Les formules :

Atténuation en espace libre en dB = 32,5 + 20 * Log(D en km) + 20 * Log(F en Mhz)
l'ellipsoïde de Fresnel en mètre = Racine carré de longueur d'onde * Distance de la liaison en m * 2
Longueur d'onde en mètre = 300 / Fréquence en MHz

  • Les tests réels de réception vidéo :
Première liaison le 4 mai 2014 entre drone et réception vidéo : 1,2 km avec l'antenne hélice faite maison version 29 spires, visible en bas de cette page.
Nous n'avons pas été plus loin car nous perdons la liaison 5,8 GHz de la télécommande.



  • Les photos de la réalisation :










38 spires espacées de 3 cm





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  • Une version plus soignée, plus réalisée dans les règles de l'art : 29 spires
--Plus légère, mais un peu plus courte, gain théoriquement diminué de 1,5 dB par rapport à la version ci-dessus
--Un support plus éloigné de l'antenne
--Angle d'ouverture à - 3 dB : 19 degrés
--29 spires
--Réflecteur complet, non percé pour le passage du tube et légèrement plus large
--Moins d’influence du tube PVC car plus ajouré
--Adaptation d'impédance réglable pour une meilleur optimisation avant fixation définitive
--Connecteur RP-SMA












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  • Exemple de calcul d'un bilan de liaison en espace libre



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  • Utilitaire de mesure de signal sous LINUX : wavemon




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Utilitaire de calcule d'atténuation en espace libre et calcul de l'ellipsoïde de Fresnel Le lien 

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  • Antenne PINWHEEL 2,4 GHz DIY , polarisation circulaire droite















dimanche 4 mars 2012

Créer un LINUX bootable sur cléf USB


INSTALLER UNE DISTRIBUTION LINUX SUR UNE CLEF USB BOOTABLE EN TOUTE SIMPLICITE
Version en ligne de commande en bas de cette page.
Version en mode graphique ci-dessous
  • La première des opérations est le téléchargement de l'image iso du CD de PartedMagic. 
          Ici : https://partedmagic.com/

Depuis fin 2013 la distribution Parted Magic n'est plus gratuite mais coûte presque 5 euros.

  • Ensuite il faut graver sur un CD l'image iso précédemment téléchargée.
  • Insérez le CD dans le lecteur de votre Pc,  puis,  redémarrez votre ordinateur.



Placez vous sur "Language" puis faites "ENTER"
Dans le menu suivant choisissez le langage de votre choix
  • Laisser le Pc démarrer jusqu'à ce que le CD soit éjecté. Votre ordinateur tourne maintenant sur un système LINUX mais rien n'a été installé sur le disque dur. Tout est en mémoire. Lorsque vous redémarrerez votre ordinateur, il sera comme avant.
  • Connectez votre cléf USB qui recevra votre distribution LINUX bootable.

A l'aide de l'icone "Network Manager" située sur le bureau, vous allez configurer votre connexion réseau si besoin. Si vous connectez votre ordinateur en Ethernet (câble réseau), vous pouvez sauter cette étape. Cette étape est nécessaire pour la connexion WiFi.


Par le menu situé en bas à gauche, allez chercher le sous-menu "UNetbootin"


L'application UNetbootin démarre. Dans les 2 menus déroulant supérieurs vous devez choisir la distribution que vous voulez installer sur votre cléf USB, puis la version.  (Ubuntu, Parted Magic... etc ...)
Vous avez également possibilité de choisir d'installer une image iso de votre choix, que vous auriez précédement téléchargée. Dans ce cas, cliquez sur la coche "Diskimage" et allez chercher le fichier de votre choix.
Dans mon cas j'ai choisi de cocher la case du haut pour que cet utilitaire puisse de lui-même télécharger la distribution de mon choix. J'ai choisi dans le menu déroulant la distribution Parted Magic en version 64 bits.
Vous devez choisir également la cléf USB qui recevra le système LINUX. Dans mon cas : sdc est ma cléf USB. Ne vous trompez pas de disque USB ou de cléf USB.
Dans cet exemple : choisir USB Drive et sdc1
ATTENTION, la clef USB montée en sdc sera totalement effacée.

JE CLIQUE SUR "OK"

L'utilitaire UNetbootin télécharge tout seul la distribution de mon choix.


Ensuite, l'installation sur la cléf USB se fait automatiquement.



VOILA, vous pouvez rebooter votre ordinateur et donc booter sur votre clef USB qui contient le système de votre choix.
Lorsque vous démarrerez votre ordinateur sur cette clef USB, la distribution de votre choix tournera en mémoire sans installer quoi que ce soit sur votre disque dur, donc de la même façon que le live CD mais plus rapidement.
Mon PC Boot en 34 secondes sur cette clef Parted Magic.

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VERSION CONSOLE (ligne de commande) depuis n'importe quel distribution linux.

On peut faire exactement la même chose en ligne de commande sans utiliser unetbootin.
Après avoir téléchargé une image ISO (par exemple de la distribution PartedMagic)
1-- Dans un terminal, tapez "su" puis faites "ENTER"
2-- Tapez ensuite votre mot de passe administrateur (le root, comme on l'appel)
Ensuite tapez :
3-- dd if=/le chemin du fichier iso/fichier.iso of=/dev/sdb (si votre clef USB est appelée sdb)

Exemple dans mon cas :
dd if=/home/bruno/Téléchargements/pmagic_2013_02_28.iso of=/dev/sdb

ATTENTION, la clef USB montée en sdb sera totalement effacée avant de contenir les fichiers de votre source en format iso
Voila, vous pouvez maintenant booter sur votre clef USB qui contient la distribution de votre choix.

NOTA : pour savoir sous quel label (sdb, sdc ...) est montée un disque dur ou un clef USB il faut taper dans un terminal : fdisk -l après s'être connecté en root