Антенны для мобильных телефонов. Как сделать усилитель сигнала сотовой связи

Антенна сотовой связи. Антенна для мобильного 2.

(Антенна может быть использована для приема цифрового телевидения )

Мы выяснили от чего зависит дальность приема

Рассмотрели вопрос выбора кабеля

Подключили антенну к телевизору с помощью штекера

Из чего делать антенну (и вибратор) мы выяснили

Какие бывают рефлекторы мы рассматривали

Выбрали метод крепления стрелы антенны

Сборка антенны. Крепление элементов антенны

Крепление антеннымы рассмотрели

Согласование вибратора промышленной антенны дециметрового диапазона

Все вопросы изготовления антенн и конструкции антенн смотрите

Антенна для сотовой связи своими руками. Размеры простой, логопериодической антенны.

Антенна для мобильного 2 из доступных материалов.

Комнатная антенна для мобильного 2

Основой для этой и других комнатных антенн для мобильного телефона будет конструкция описанная

Распайку логопериодической антенны смотрите .

Коэффициент усиления логопериодической антенны по отношению к полуволновому вибратору 9 ...9,5 дБ.

Входное сопротивление антенны 50 Ом.

Если Вам нужны программы для расчета

телефона , то их описание и

На рисунке антенна для мобильного телефона . В диапазоне 900 МГц работает много радиотелефонов и сотовых

телефонов. Система CDMA работает в этом же диапазоне. Полоса этого диапазона составляет 814 ...960 МГц. (Такая

антенна перекрывает и верхний диапазон цифрового телевидения.) Эта логопериодическая антенна для мобильного

телефона предназначена для такого диапазона. Из рисунка видим конструкцию антенны и ее размеры до оси стрелы

(до середины). Стрела, как и в предыдущих конструкциях, изготовлена из пластмассового короба. Все элементы

антенны подробно описаны и Все антенны смотрите

Схема логопериодической, цифровой антенны сотовой связи .

Рис.

Сейчас невозможно себе представить жизнь без мобильного телефона, но в некоторых случаях он становится бесполезен. Нет связи или очень слабый сигнал бывает в подвальных помещениях, в автомобилях, в местности, далеко расположенной от ретрансляционной антенны или в городе, где много высотных зданий, гасящих сигнал. В этих случаях можно воспользоваться готовым дополнительным устройством или узнать, как сделать и подключить антенну к мобильному телефону своими руками.

Прежде чем заняться поиском и реконструкцией внешних антенн для мобильного устройства необходимо понять, как устроен современный сотовый аппарат. А он представляет собой маленькую радиостанцию, работающую на разных частотах, определяемых сотовым оператором. Так, в соотношении «передача - приём»: базовая станция (BS) - телефон (MS) работает на 935,2–959,8 МГц, а телефон (MS) - базовая станция (BS) - на 890,2–914,8 МГц. Отношение канала от BS к MS называется Down Link, а MS к BS - Up Link.

Любые провайдеры ограничивают дальность связи мобильного телефона от базовой станции на расстоянии до 35 км. При этой конфигурации количество разговорных каналов достигает 8 и является стандартным режимом, используемым в городской зоне. Тогда как GSM предусматривает нестандартную конфигурацию с дальностью связи 70–100 км (Extended Cell), но при этом каналов становится меньше - максимум 3. Последний режим обычно используется в прибрежной зоне покрытия.

Какая внешняя антенна подходит для смартфона

На качество связи и силу сигнала также оказывают влияние местоположение, рельеф местности, погодные условия и время года, чувствительность и мощность сотового телефона и главной антенны. Автомобильная или стандартная устанавливается на улице, желательно на крыше здания или автомобиля. Как и телевизионную, её необходимо направить в сторону ближайшей базовой станции. Для этого устройство следует двигать и поворачивать, пока не усилится сигнал.

1. Волновая содержит траверсу с перпендикулярно расположенными рефлекторами. Их размеры зависят от частоты, прямо пропорциональной длине волны. Имеет явное преимущество усиления сигнала при довольно небольших габаритах. Недостатком является необходимость точного наведения на станцию.
2. Параболическая состоит из отражателя и облучателя. Такая конструкция достаточно сильно усиливает сигнал, но при этом установка требует определённых навыков. Минусом этой антенны является нулевая эффективность при неточной настройке.
3. Плоская панель представляет собой плоский небольшой квадрат с облучателем внутри рефлектора. Преимуществом устройства служит широкий спектр направленности, что не требует точной наводки, но при этом даёт средние показатели усиления сигнала.
4. Штыревая конструкция - это небольшой вертикальный стержень, одновременно являющийся и облучателем, и рефлектором. Плюсом антенны выступает круговая направленность, которая не требует точной установки на базовый распределитель провайдера. Но есть нюанс, размещать такую антенну следует так, чтобы между ней и базой не было экранизирующих конструкций. Она устанавливается там, где не требуется особого усиления сигнала.

Как подключить внешнюю антенну к мобильному телефону

Обычно сотовые телефоны настроены на высокие частоты. Поэтому для эффективности работы внешней конструкции огромное значение имеет качество кабеля и его соединения. Лучше всего использовать коаксиальный провод (RG-6 от известных производителей) и высокочастотный разъём. Если нет гнезда для крепления внешней антенны, можно использовать устройство громкой связи. В этом случае антенный провод присоединяется к устройству громкой связи, а мобильник вставляется в гнездо этого устройства. Также можно центральной жилой кабеля сделать 3–4 витка вокруг мобильника, вблизи встроенной антенны.

Конечно же, такой способ использования телефона не совсем удобен и ограничивается длиной провода. Но этих неудобств можно избежать, сделав мобильное устройство стационарным.

Как самому сделать антенну к сотовому телефону

Антенну «на скорую руку» можно сделать из того, что есть в доме

1. Взять медную проволоку и согнуть её в ромбовидную «восьмёрку» со стороной 8 см. Кабелем соединить антенну с телефоном, предварительно зачистив его концы. В горизонтальном положении прикрепить к потолку, где есть более сильный сигнал.
2. Использовать кулинарную фольгу, сделав из неё большой «кулёк» и вложив него мобильный телефон.
3. Можно использовать железный тазик подходящего размера, использовав его как параболическую антенну с мобильником в фокусе.

Домашняя антенна, которая подходит в основном для усиления сигнала . Для этого понадобятся: плоскогубцы, клещи или нож, коаксиальный кабель, паяльное оборудование, медный провод (8 см) и переходник для мобильного устройства (можно китайский).

1. Зачистить один конец высокочастотного кабеля так, чтобы не повредить центральную жилу, он будет подключён к антенне. Другой конец подсоединяется к телефону.
2. Медный провод припаять к сердечнику кабеля так, чтобы конструкция была крепкой и располагалась вертикально вверх. Такой же провод припаять к оплётке кабеля вертикально вниз.
3. Оба медных провода закрепить на небольшой деревянной доске, заизолировав в припаянных местах.
4. Закрепить эту конструкцию на крыше как можно выше, а другой конец антенного кабеля подсоединить к телефону с помощью адаптера.

ВАЖНО. Следует строго соблюдать вертикальное и горизонтальное соединение медного провода с кабелем.

Переносная антенна подходит даже в том случае, если сети, вообще, нет.

Это довольно простое приспособление, но довольно эффективное. Таким устройством можно пользоваться везде. Для этого потребуется: радиоантенна от старого магнитофона, тоненький провод (0,5 м), отвёртка, паяльник и маленькая шайба.

1. Радиоантенну разобрать у основания.
2. К шайбочке припаять проводок.
3. Собрать основание антенны, прикрепив шайбу с проводом.
4. Снять крышку с телефона и найти разъём для подключения дополнительной антенны.
5. Зачистить другой конец провода на 1–2 мм (не больше) и вставить в дырочку в центре этого разъёма.
6. Зафиксировать провод по телефону и посмотреть на шкалу сети. Индикатор должен показать 6 из 6 палочек.
7. Крышку от мобильного устройства можно не устанавливать.

Помимо самодельных антенн можно использовать покупные репитеры , позволяющие сделать устойчивую связь в любых помещениях и отдалённых местностях. Но стоимость такого оборудования довольно высока и сопоставима с ценой хорошего мобильного телефона, а более продвинутые решения достигают и 2–3 тысяч долларов. Поэтому в домашних условиях всегда можно воспользоваться более дешёвыми и подручными средствами усиления сигнала.

В первых конструкциях сотовых телефонов применялись телескопические антенны, а несколько позже - малогабаритные антенны. В сотовых телефонах можно встретить такие малогабаритные антенны: спиральные, вибраторные и низкопрофильные.

При соответствующем выборе параметров спиральной антенны она очень эффективна. Для используется режим ненаправленного излучения, который реализуется при диаметре спирали D значительно меньше длины волны. При этом в плоскости витков антенна равномерно излучает во всех направлениях, а в плоскости, совпадающей с осью спирали, имеет форму восьмерки.

Спиральные антенны представляют собой закрытую полимерной оболочкой спираль на диэлектрическом стержне. Существуют модели со спиралью, заключенной в резиновый корпус, "в гибком исполнении". Спиральные антенны имеют физическую длину 1/12 при четвертьволновой электрической длине. При дальнейшем уменьшении физической длины резко возрастают потери. Неудовлетворительная работа спиральной антенны в портативных радиотелефонах в 800...900 привела к тому, что разработчики усложнили ее, добившись выигрыша по сравнению с одиночной спиралью. Усложненная спиральная антенна состоит из двух спиралей: первичной, жестко установленной на корпусе, длиной приблизительно 2 см и вторичной, длиной приблизительно 10 см, которая размещена внутри корпуса радиотелефона. В выдвинутом состоянии вторичная спираль становится основным излучателем.

Уменьшение размеров сотовых телефонов заставило отказаться от использования вибраторных и спиральных излучателей и перейти к низкопрофильным конструкциям. Микрополосковые антенны и F-образные антенны известны как типичные низкопрофильные антенны и их широко применяют в радиотелефонах. Габариты носимого телефонного аппарата позволяют расположить антенну на лицевой или боковой стороне корпуса.

В современных аппаратах антенны выполнены в виде короткого стационарного штыря, который установлен внутри корпуса, и его почти не видно. Изменение конструкции применяемых антенн связано, в первую очередь, с ростом рабочей частоты, а также требованиями удобства их эксплуатации. Уменьшение размеров корпуса и соответственно размеров антенны приводит, как правило, к уменьшению эффективности ее работы во время передачи и приема. Поэтому применение небольших по размерам сотовых телефонов оправдано только там, где сотовая сеть мобильной связи достаточно развита и имеет мощные базовые станции.

Опыт показывает, что в большинстве случаев лучшая антенна - стандартная. При необходимости имеет смысл приобретать стационарную или автомобильную антенну. Стационарная направленная антенна устанавливается на улице так же, как телевизионная, и направляется на ближайшую базовую станцию. Такие антенны используют для улучшения качества связи в зданиях и подвальных помещениях, а также для обеспечения связью вне зоны приема в пригороде.

В сотовой связи классическую полуволновую антенну, не зависящую от потерь в ближней зоне, как правило, используют в качестве выносной антенны. В большей части современных мобильных телефонов используются четвертьволновые вибраторы разных форм, в которых сама конструкция аппарата служит для антенны нижней частью излучающей структуры - как бы . Измеренная плотность потока излучения мобильного телефона может составлять несколько десятков процентов от номинальной мощности и зависит от того, как расположена рука пользователя с аппаратом у уха (рабочее положение аппарата).

Основные потери эффективности антенны в рабочем положении аппарата носят название "потери ближней зоны". Эти потери определяются в основном двумя факторами: результирующей изрезанностью диаграммы направленности и потерями мощности излучения на единицу массы тела пользователя и, естественно, что у абонента крупных размеров потери ближней зоны больше. Находясь вдали от городов, пользователи сотовой связи нередко сталкиваются с неуверенным приемом базовых станций. Выходом из данной ситуации является использование для работы телефона внешней антенны. Рассмотрим некоторые особенности радиосвязи в широко распространенном стандарте . В стандарте GSM-900 всего . Сотовый телефон, как и базовая станция, могут работать на любой частоте, определенной оператором. Передача от базовой станции (BS) на телефон (MS) ведется на одних частотах (935,2...959,8 МГц), в то время как передача от сотового телефона на базовую станцию - на других на частотах (890,2...914,8 МГц). Канал от базовой станции (BS) к мобильной станции (MS) носит название Down Link, а от MS к BS - Up Link.

Операторы обычно используют ограничение дальности работы мобильного телефона от базовой станции до 35 км, что обусловлено особенностями стандарта. Если в сети стандартной конфигурации в одном частотном канале формируется 8 временных интервалов (тайм-слотов): один служебный, а семь - разговорных, то в этом случае максимальная дальность связи на каждом канале составляет 35 км. В GSM можно пользоваться и нестандартной конфигурацией соты. В этом случае дальность связи увеличивается до 70... 100 км (конфигурация Extended Cell), а емкость сети уменьшается до 2-3 каналов.

Такой режим работы является неприемлемым для городских условий, так как уменьшается количество абонентов сотовой сети. Этот режим работы сотовой связи иногда используется на морском побережье для создания прибрежной зоны, покрытия.

Резюмируя высказанное, можно сделать вывод, что при наличии телефона стандарта GSM-900 для нормальной работы сотового телефона не следует удаляться от ближайшей базовой станции на расстояние более 35 км, в противном случае связь с ней будет затруднена или просто невозможна.

На дальность радиосвязи, как известно, влияют такие факторы: Местоположение BS и MS и рельеф местности. Мощность и чувствительность сотового телефона (MS). Мощность и чувствительность базовой сотовой станции (BS). Антенны, установленные на MS и BS. Время года и погодные условия.

Обычно базовые станции имеют мощность 20...30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет минус (100... 115) дБ, в то время как выходная мощность телефона составляет 0,3...2 Вт, а чувствительность - минус (90...105) дБ. Чувствительность телефона в основном определяется технологиями, используемыми при создании малошумящих входных устройств.

Если в зонах уверенного приема разница в чувствительности и мощности между различными моделями сотовых телефонов практически незаметна, то в зоне неуверенного приема она может стать критической. Зачастую трубка показывает уровень сигнала от базовой станции 1-2 кубика (по шкале), а установить соединение не может: не хватает мощности. И хотя стандартизация регламентирует стандартные выходные мощности для каждого класса телефонов, реальное значение может незначительно колебаться. Хорошей чувствительностью отличаются трубки Sagem, Alcatel, Motorola. А по мощности проходят все старые телефоны, особенно Motorola. Все телефоны фазы 2 имеют примерно одинаковую мощность.

Во время установки сеанса радиосвязи следует учитывать, что радиоволны распространяются лучше на ровной местности и по поверхности реки, в то время как в лесу прохождение волн хуже, чем в городе. Радиосигнал распространяется или принимается лучше, если вы находитесь на высоте, господствующей над окружающей местностью. Бывает так, что во время сеанса связи вас слышат хорошо, в то время как собеседник время от времени пропадает. Для исправления ситуации следует заменить ваш телефон на аппарат с большей чувствительностью. Если же вы находитесь на таком расстоянии от базовой станции, что телефон ловит сигнал сети на пределе или нестабильно, то для улучшения радиосвязи следует попробовать подключить к телефону внешнюю антенну.

В зонах неуверенного приема между каналами с одинаковыми и соседними частотами часто наблюдаются интерференционные помехи. Это связано с ограниченностью частотного ресурса, выделенного операторам . И в связи с этим, в зоне неуверенного приема часто фиксируются сигналы от разных базовых станций, имеющие одинаковые или соседние значения частоты сигнала.

Такие сигналы создают взаимные помехи, мешающие связи, а при определенных уровнях сигналов связь становится и вовсе невозможной. Если на экране телефона фиксируется сильный сигнал от базовой станции, а установить соединение не удается или удается, но речь все время пропадает, значит, вы столкнулись с "чужаками". В такой ситуации телефон не всегда способен выбрать другую частоту, поэтому если у вас телефон Nokia, то можно попытаться воспользоваться функцией "NetMonitor". При отсутствии в телефоне функции NetMonitor следует применить внешнюю направленную антенну с хорошей диаграммой направленности.

ВЫБОР ВНЕШНИХ АНТЕНН

Все стационарные антенны можно разделить на два типа: направленные и ненаправленные. В качестве ненаправленных стационарных антенн в основном применяются полуволновые, коллинеарные и солинейные антенны. Ненаправленные антенны по сравнению с направленными антеннами обладают, как правило, меньшим усилением и применяются в основном там, где возможен прием сигнала от нескольких базовых станций. По конструкции и характеристикам они очень похожи на автомобильные антенны.

Существует много типов направленных антенн, которые отличаются только конструктивным исполнением. В основном используются направленные антенны типа волновой канал, логопериодические и плоские печатные, Антенна типа волновой канал имеет больший коэффициент усиления и проста в изготовлении. Логопериодическая антенна имеет более сложную конструкцию при тех же габаритах, что и антенна типа "волновой канал".

Хотя логопериодическая антенна и имеет меньший коэффициент усиления, но она широкополоснее, что позволяет ее использовать в большем интервале радиочастот. Для сравнения приведем коэффициенты усиления наиболее распространенных внешних антенных для сотовых телефонов. Простая автомобильная антенна имеет усиление 1...3 дБ (1-2 кубика по шкале телефона), волновой канал - 7...15 дБ (в зависимости от количества элементов, качества сборки и настройки антенны), что составляет уже 2-3 кубика по шкале, а логопериодическая антенна - 7...12 дБ.

АНТЕННЫ ТИПА ВОЛНОВОЙ КАНАЛ

В сотовой связи в качестве стационарных антенн получила широкое распространение антенна типа Уда-Яги (или "волновой канал"). Эта антенна имеет много разновидностей, которые различаются между собой числом элементов, плоскостями поляризации и конструкцией отдельных элементов. Антенна для сотовой связи имеет вертикальную , и поэтому ее активные вибраторы, рефлекторы и директора устанавливаются вертикально. "Волновой канал" до настоящего времени является одной из лучших антенн для радиосвязи на УКВ, а также приема телевидения. Применение такой антенны позволяет значительно увеличить дальность действия сотового телефона, позволяя вести связь из мест значительно удаленных от зоны обслуживания вашего оператора.

Выбор внешней антенны производится, исходя из ее основных параметров: рабочий диапазон (frequency range); коэффициент усиления (gain); ; .

Рабочий диапазон антенны должен соответствовать диапазону частот, в котором работает ваш сотовый телефон. Коэффициент усиления следует выбирать по возможности наибольший, импеданс антенны (волновое сопротивление) должен быть равен 50 Ом, а коэффициент стоячей волны - не превышать двух. Все вышеперечисленные параметры антенны обычно указываются в ее паспорте, а если такого нет, то необходимую информацию может дать продавец магазина. В продаже есть антенны с аналогичными радиотехническими характеристиками и других фирм, которые по стоимости меньше указанных выше типов антенн. Это объясняется их низкой механической надежностью и плохой коррозийной стойкостью. Заметим, что в Западной Европе отсутствуют зоны неуверенного приема, и поэтому направленных антенн для терминалов GSM-900 практически не выпускается. В продаже есть только направленные фирменные антенны GSM-900 для работы с ретрансляторами (репитерами) операторов.

Характеристики промышленных направленных антенн для сотовых телефонов

УСТАНОВКА АНТЕННЫ

После выбора внешней антенны следующим этапом является ее правильная установка. Проще всего антенну укрепить на вертикальной трубе высотой несколько метров и диаметром 30...50 мм, установленной на крыше дома или холме. Антенна крепится кронштейнами, скобами, болтами с гайками и другими крепежными деталями. При этом нужно помнить, что антенна должна быть направлена в сторону ближайшей базовой станции, а ее штыри располагаться вертикально. Направление на базовую станцию определяют следующим образом. Подключают сотовый телефон к антенне с помощью кабеля и антенного адаптера, а потом, вращая антенну в различных направлениях, производят фиксацию максимальных показаний индикатора уровня сигнала. При этом руки должны быть убраны с антенны. Измерение каждого показания должно длиться не менее 10...20 секунд.

Установка ненаправленной антенны несколько проще. Штырь антенны устанавливают в вертикальном положении, как можно выше. Длина соединительного антенного кабеля должна быть как можно меньше. Применяющийся обычно для этих целей кабель типа RG-58 длиной 5 м ослабляет сигнал почти вдвое. При длине соединительного кабеля до 10 м лучше использовать кабель типа RG-59, имеющий низкие потери (low loss). При большей длине лучше взять кабель типа RG-213, его диаметр примерно 10 мм.

При длине соединительного кабеля около 50 м для компенсации потерь в нем следует применить так называемый бустер. Бустер представляет собой пару антенных усилителей, один из которых работает на прием, а другой - на передачу сигнала.

Чтобы иметь возможность перемещаться по помещению и не быть привязанным к соединительному кабелю внешней антенны, обычно используют . Репитер состоит из антенного усилителя (50...60 дБ) и передатчиков, один из которых работает на передачу сигнала от оператора на сотовый телефон, а другой осуществляет передачу сигнала от телефона до базовой станции.

Репитер внешне представляет небольшой плоскую коробочку, на одной из малых граней которой имеется гнездо для подключения внешней антенны, а на другой - разъем с прикрепленной небольшой комнатной антенной, как правило, в виде гибкого штыря с усилением 3 дБ. Связь сотового телефона с репитером осуществляется на расстоянии до 30 м. Репитер создает как бы одну маленькую соту, в зоне действия которой можно свободно перемещаться. При покупке репитера нужно выбирать модель, которая работает в одном стандарте с вашим сотовым телефоном.

Следует заметить, что могут пользоваться несколько абонентов. Разговаривать одновременно по своим сотовым телефонам могут от 3 до 6 человек, в зависимости от стандарта и типа репитера, а вот в режиме ожидания может находиться неограниченное число пользователей. Таким образом, ваши друзья, пришедшие к вам в гости или клиенты в вашем офисе тоже могут воспользоваться репитером.

Бывают случаи, что даже применение направленной антенны с высоким коэффициентом усиления совместно с бустером или репитером не дает никаких результатов, и связи нет, что бы вы ни делали. Причин может быть несколько, но две основные такие: вы попали в зону так называемой радиотени или вы находитесь слишком далеко от зоны действия ближайшего сотового оператора. Сигнал высокочастотного диапазона сотовой связи представляет волны очень малой длины, которые распространяются в основном по прямой и, встречая на своем пути препятствие, они либо отражаются от него, либо затухают в его толще.

Для того, чтобы выйти из зоны радиотени, нудно поднять антенну как можно выше, то есть установить антенну на более высокую мачту. Отечественная промышленность выпускает мачты нескольких типов, высотой от 7 до 30 метров. Если же в этом случае связь с оператором так и не удастся установить, то тогда необходимо покупать спутниковый телефон.

КАБЕЛЬ И АНТЕННЫЕ ПЕРЕХОДНИКИ

В диапазоне 900 МГц вопрос выбора кабеля приобретает первостепенную роль. Отечественные телевизионные коаксиальные кабели можно использовать только ограниченно (затухание более 30 дБ на 100 м слишком велико). Из доступных импортных образцов подойдет RG-6 - коаксиальный кабель с двойной оплеткой. Его вы найдете в любом магазине. Затухание составляет 20...24 дБ на 100 м (проверено экспериментально). Длина кабеля между антенной и телефоном должна быть не более 30 м, чтобы были меньше потери сигнала.

Промышленные штыревые автомобильные антенны обычно включают в себя кабель RG-59 с затуханием 28 дБ на 100 м. Антенна типа волновой канал с коэффициентом усиления 12 дБ и Юм кабеля RG-6U дают общее усиление 9,6 дБ, а при 20 м - 7 дБ.

На большинстве сотовых телефонов есть разъем для внешней антенны. Кроме того, для каждого типа телефона существует так называемый антенный переходник (около $5), он подключается к указанному разъему и представляет собой короткий кусок кабеля, с одной стороны которого находится специфический телефонный высокочастотный разъем, а с другой - стандартный ВЧ-разъем. Обычно затухание в антенном переходнике не превышает 1 дБ.

При покупке антенного переходника необходимо убедиться в его работоспособности. При включении переходника в телефон встроенная в телефон антенна отключается, а выходной каскад переключается на переходник. Другими словами, на шкале телефона можно заметить, что при подключении к нему одного переходника происходит некоторое падение величины сигнала. Если же после этого подключить к переходнику внешнюю антенну, то сигнал должен возрасти. Все это говорит о том, что переходник работает.

НАСТРОЙКА АНТЕННЫ НА МЕСТНОСТИ

Установленную антенну с помощью кабеля подключают к сотовому телефону и производят ее настройку. Телефон следует разместить так, чтобы был виден его экран. При настройке антенны с аппаратами Nokia лучше всего использовать функцию NetMonitor. В этом случае ориентируются по уровню сигнала в децибелах: если значение уровня в децибелах больше, то сигнал сильнее. В противном случае настраиваются по стандартной шкале уровня сигнала.

В других типах телефонов можно ввести специальный код и открыть служебное меню. Меню позволяет увидеть приемный уровень 6...8 частот, принимаемых телефоном в порядке убывания, номер частоты, расстояние до базовой станции, процент ошибок в канале и др.

При настройке антенну поворачивают вокруг мачты медленно и с остановками, так как уровень принимаемого сигнала, отображаемый в телефоне, изменяется с задержкой до нескольких секунд. Если известно направление на ближайший город, то антенну можно вначале направить на него. Вращение антенны производят до того момента, пока не будет установлено направление, откуда приходит сигнал максимального уровня. Получив необходимый результат, производят фиксацию антенны. Бывает и так, что удается определить направление, откуда приходит сигнал, но его сила такова, что не позволяет установить качественную связь, тогда следует применить антенный усилитель.

Для практического изготовления можно взять на первый раз семиэлементную антенну волновой канал. Не стоит гнаться за «граблями» из десятков элементов. Уже девятиэлементная антенна требует настройки по приборам, так как, будучи ненастроенной работает хуже семиэлементной.

Антенна Яги так названа в честь Хидэцуго Яги, японского инженера, впервые опубликовавшего ее описание. Разработчиком антенны был Синтаро Уда, тоже японец и коллега Яги. Советским специалистам и радиолюбителям эта антенна известна под названием «волновой канал». Она очень широко использовалась в качестве коллективной антенны для приема телевидения на всех каналах (двумя антеннами). Для диапазонов сотовой связи эта антенна отличается особым удобством: все ее размеры очень небольшие, материалов при изготовлении уйдет немного. Ниже показано ее устройство.

Антенна состоит из нескольких параллельных вибраторов, лежащих в одной плоскости. Каждый вибратор изготовлен из металлической трубки диаметром 8 мм. На рисунке есть шкала для точной расстановки вибраторов на несущей стреле. Вибратор с координатой 0 называется рефлектором. За ним следует активный полуволновый вибратор. Следующие за активным вибратором элементы называются директорами (направляющими вибраторами).

Длина всех вибраторов и расстояния между ними должны выдерживаться с большой точностью, ведь цель антенны – выловить максимум мощности без потерь в условиях слабого сигнала. Из-за малой длины волны размеры всех активных элементов тоже становятся малыми. Диаметр трубок также выбран не случайно, от него зависит полоса пропускания антенны, а она достаточно велика для заданного диапазона. Антенну можно было бы «заточить» под одного определенного оператора: МТС, Мегафон и др., так как они делят между собой частоты, и взять трубки меньшей толщины, но в таком случае антенна становится менее универсальной.

Элементы антенны можно крепить как на металлической стреле, так и на диэлектрической. Приведенный выше вариант был рассчитан для квадратной стрелы из алюминиевого профиля сечением 15×15 мм. Если взять неметаллическую стрелу, например, сосновую рейку, то размеры и расстояния будут прежними, и возможно, антенну будет проще изготовить. Нужно только хорошо покрыть лаком деревянную часть.

Волновые сопротивления полуволнового вибратора и коаксиального кабеля довольно близки друг к другу. Но проблема состоит в несимметричности самого кабеля – центральная часть и коаксиальный цилиндр (оплетка) неодинаковы. Поэтому приходится использовать симметрирующее (согласующее) устройство. Обычно его делают из отрезков коаксиального кабеля, но в диапазоне СВЧ отрезки кабеля становятся такими короткими, что работать с ними очень неудобно. Выход может быть в использовании микрополосковых линий. Их можно вытравить на печатной плате.

Недостатком печатных линий является необходимость точно знать диэлектрическую проницаемость изоляции платы на рабочей частоте и очень точное соблюдение ширины дорожек. К счастью, теперь каждый имеет возможность создать или распечатать точнейшие графические документы и сделать из них трафарет. Раньше это было доступно только в НИИ или на крупных заводах. Ниже показан чертеж симметрирующего устройства для нашей антенны:

Размеры указаны в миллиметрах. Материал платы: фольгированный стеклотекстолит СТЭФ российского производства, толщина 1.5 мм, толщина меди 50 мкм. Металлизация с обратной стороны не удаляется, можно вытравить только участок, расположенный под трубками вибратора. Трубки крепятся к плате, но так, чтобы их не замыкало ни с чем. Со стороны согласующего устройства вибраторы (берутся медные трубки) припаиваются проводниками к луженым участкам дорожек. Кабель припаивают центральной жилой к отводу справа (его длина 5–10 мм), а оплетку кабеля припаивают к фольге с обратной стороны.

Правильно собранная антенна дает усиление не меньше 15 dBi. Кстати, и о том, что это такое. Децибел – это логарифмическая величина, десятичный логарифм десятой степени отношения каких-либо величин. Такими единицами пользуются в акустике и радиотехнике, где имеют дело с огромными динамическими диапазонами сигналов.

Буква i означает «изотропный» (одинаковый по всем направлениям, греч.). В изотропных децибелах оценивают усиление антенн относительно простого полуволнового вибратора, коэффициент усиления которого берется за единицу. Каждые 3 децибела означают удвоение мощности сигнала. Например, 6 dB – это уже 4 раза, 9 dB – 8 раз. Каждые 6 dB антенны «приближают» приемник и передатчик друг к другу в два раза (поток мощности распределяется по площади, так что тут соблюдается обратная пропорциональность квадрату).

В децибелах измеряют и затухание в кабелях. Например, для диапазона 2–3 ГГц затухание составляет -0.5 dB на погонный метр практически любого кабеля. Если наша антенна будет соединяться с модемом кабелем длиной 6 м, то за это придется заплатить -3 dB усиления, так что реально мы получим от антенны не больше 12 dB. Тем не менее мы приблизились к сотовой вышке в 4 раза. Если, допустим, фактическое расстояние до нее 20 км, то с антенной (электрически) будет всего 5 км. На таком расстоянии модему не потребовалось бы никакой антенны, кроме внутренней.

Для нашей антенны нужно брать кабель с волновым сопротивлением 75 Ом и полиэтиленовой полувоздушной изоляцией. Любую марку кабеля с такими параметрами. Антенну нужно расположить стрелой в направлении сотовой вышки и вибраторы расположить вертикально.

Зеркальная антенна – рефлектор

Еще один, очень неплохой способ забыть о том, как усилить сигнал, состоит в использовании рефлектора. Облучателем служит антенна самого модема. Размер рефлектора примерно 150х200 мм (здесь большая точность не нужна), а модем должен отстоять от рефлектора на расстояние в четверть волны. Здесь нужно немного поэкспериментировать, но в любом случае это расстояние лежит в пределах 30–40 мм.

Рефлектор делается из жести, тонкого алюминия, даже из фольги для мяса, наклеенной на картон, с сгибается приблизительно по форме параболоида, так, чтобы фокус был в точке расположения модема. Такая антенна дает усиление около 10–12 dB (реально 9–10). Между прочим, эта копеечная самоделка, ее полный аналог, ну, разве что красиво сделанный, продавался в магазинах за 900–1000 рублей!

Недостатком в случае такой антенны будет невозможность выставлять ее на улице – модем и сим-карта не рассчитаны на дожди и морозы. Лучшее место установки – возле окна, в направлении сотовой вышки. Величину сигнала можно оценить по «палкам» на индикаторе сигнала в программе для работы с модемом. Качество связи, однако, лучше оценивать по скорости приема и передачи на сайте speedtest.net Можно попытаться наклонить модем с рефлектором на угол примерно 45 градусов и снова посмотреть тест, чтобы лучше приспособиться к поляризации в месте приема. Таких тестов нужно сделать примерно три или больше, чтобы оценить способность антенны усиливать сигнал.

Защита от грозы

Напоследок об очень важной теме. Мобильные устройства носят в кармане и вопрос грозозащиты для них равносилен грозозащите для самого владельца. Нормальный человек не пойдет на высокое место в грозу, ни с телефоном, ни без него. Однако нормальная антенна – это совсем другое дело. При уличной установке ей грозит много чего: от прямого попадания молнии, до коронного разряда. В обеих случаях, аппаратура, подключенная к такой антенне, гарантированно отправляется в ремонт и – во многих случаях, – вообще, на свалку.

Даже безобидное зеркало, описанное в предыдущем разделе, совсем не подключенное к модему никакими проводами, способно его вывести в грозу из строя. При разрядах молний возникают радиоволны с очень широким спектром частот, и случайно такой спектр может содержать приличную мощность, сосредоточенную как раз в диапазоне частот антенны модема. Полупроводниковые элементы СВЧ в модеме могут легко выйти из строя. К сожалению, гражданская потребительская техника не защищена от грозы так, как защищено радиотехническое и электронное оборудование для научных или военных целей.

СОВЕТ! В случае грозы, отключайте все антенны, работающие с вашими устройствами, и удаляйте модемы, облучаемые рефлекторами. Это сбережет вам немало денег на покупку нового оборудования и снизит риск пропажи данных, что может быть дороже любых денег.

Стандарт GSM придуман Европой в 1982 году, наравне с несколькими, касающимися связи посредством радиотелефонов. Направление антенн было проблемным, передатчики находились близ головы человека. Вред заметили быстро, широко известно: работники предприятий, задействованные связью, получают надбавки заработной платы. Недолго думая, комитет по стандарту ввел новый вид модуляции, позволяющий понизить мощности. Антенны сперва изготавливали выдвижными, позже приобрели вид пеньков, выступавших из корпуса аппарата. Начинка стремительно уменьшалась в размерах вместе с блоками питания, направление малогабаритных антенн гигагерцового диапазона относительно молодое. Первые наработки касаются 50-х годов прошлого века. Антенна GSM своими руками: как сделать, где установить. Поговорим подробнее.

Развитие стандарта GSM, антенн GSM

Потрудившиеся заглянуть внутрь мобильного телефона, другого гаджета, бессильны увидеть конструкции, напоминающие привычную глазу антенну. Продуманный производитель конструирует, больше руководствуясь опытными соображениями, стройной теории лишены. Нет смысла думать, что обзором будут вскрыты корпоративные секреты компании. Начиная 3G, стандарты цифровые, постоянно идет борьба, чтобы вместить побольше информации, задействовав поменьше ресурсов. Упоминали вред, внутри сотового телефона излучатель расположен в области задней стенки, от пользователя отделен экраном-землей. Микрополосковая технология известна давно. Книга 80-х годов Веселова описывает третьей частью концепцию.

Эффективность антенны GSM сотового телефона низкая, достигает 40%. Обычные телевизионные иногда зашкаливают за 90. Однако людям безразлично, здоровью вред минимальный. Каждый болотный кулик нахваливает сотовый, отлично слышит собеседника, при обрыве связи у оппонента исчезает звук… Значит, сотовый плохой. Диаграмма направленности GSM антенны сотового телефона однобокая - не светит в сторону говорящего - сильно искажается. Пользователь рукой меняет расстановку сил, чего говорить о препятствиях! Антенна GSM своими руками изготавливается для улучшения приема стационарными объектами. Мобильность ограничивается применением автомастерскими.

GSM антенны передающих станций прекрасно обустроены, отлично излучают. Слышим собеседника (если не совершает резких передвижений), оппонент будет терять пакеты, на пробежке, в транспорте. Телефон принимает на пятерочку, передает гораздо хуже. Входящие пакеты с голосом оппонента исправно приходят, исходящие дают сбои.

Теперь читатели знают: самостоятельно сделать GSM антенну на микрополосках в домашних условиях не представляется возможным. Именитые фирмы бьются, решая проблему. На сборку, проектировку функционала времени уходит минимум, производство дешевое. Компоновка внутренностей (антенну нелегко уместить на скромном пространстве) много сложнее.

На территории РФ ходят следующие стандарты:

1. GSM 900: частота передачи 890 – 915 МГц, частота приема 935 – 960 МГц.
2. GSM 1800: частота передачи 1710 – 1785 МГц, частота приема 1805 – 1880 МГц.

Микрополосковая антенна состоит из излучателя, диэлектрической подложки, проводящего экрана. С ростом толщины излучателя повышается рабочий диапазон, десятая часть длины волны. Толщина диэлектрика меньше указанной величины. Рассказываем неспроста. В диапазоне Wi-Fi микрополоски объединяются решетками, запечатываются пластиковым корпусом, снабжаются единым экраном, действуют единой командой, позволяя получить хорошее усиление, следовательно, ловить более удаленный сигнал. Вышки неподвижные, находятся в прямой видимости. Если справедливо сказанное конкретной ситуации — решение пригодное.

Приводим рисунок (сайта http://www.carookee.net/) антенны 2,4 ГГц. Чтобы начала работать на частоте 1800 МГц, необходимо размеры увеличить пропорционально в отношении 4 к 3. Обратите внимание, касается всех линий, включая соединительные. Попробуйте вначале функционирование одного квадратика до низведения платы гетинакса в жертву нуждам мобильной связи. Масштаб портала ошибочен — смотрите рисунок, снабженный размерами, стрелками показаны. Изображение взято с сайта http://www.zero13wireless.net/. Цифры указаны в миллиметрах. Пропорционально снимите чертеж номер один, определите размеры. Площадки квадратные, если искажены, исправьте графическим редактором, подойдет даже Paint, входящий по-умолчанию в состав Windows.

Для других частот, смело экстраполируйте чертеж на все случаи жизни пропорционально отношению длин волн. Делите 2400 МГц на стандартный GSM-диапазон. Выше брали отношение 2400/1800. Действуя таким образом, читатели выберут нужное устройство GSM антенны. Содержащая квадраты 4х4 дает меньшее усиление (усиление сигнала GSM антенны), проще наводится. Прием размытый, непонятно, откуда приходит сигнал, конструкция к месту. В случае далекой вышки, отчетливо видимой на горизонте, уместными станут 9 квадратов. Учтите, фидер до телефона (другого приемного устройства) не должен быть длинным, сигнал затухнет по пути сюда, в кабеле. Хочется поместить устройство на крыше… соберите усилитель на микрополосках, купите готовый в магазине для нужной частоты. Нужную цифру узнавайте у сотового оператора. Создана государственная служба по частотам, испросите чиновников пообщаться с частниками.

Изготовление GSM антенны

Большинство читателей уловило, как самодельная GSM антенна может быть изготовлена. Поделка потребует платы гетинакса подходящего размера двухстороннего фольгирования. Медь нанесена с одного бока — необходимо будет добавить конструкции рефлектор из листа стали, другого металла, площадью превышающего излучатель. Затем медь расчерчивается будущим контуром антенны. Делают тщательнее, используя линейку и уголок. Затем:

• Площадь под антенну покрывается лаком, подойдет женский для ногтей. Состав не должен попасть на поверхность в других местах, на стыки, можно закрасить крупные островки, затем отдерете ножиком (для увеличения скорости обработки).
• Травление плат ведется медным купоросом. Фольгирование двухстороннее — тыл полностью закрашивается лаком. В противном случае экран не будет растворен! Просто травление не закончится за мыслимый срок. Медного купороса недостаточно. Вторая сторона не нужна — отдирают ножиком. Для сохранения экрана нужно покрасить лаком.
• Травление ведется, пока смоются ненужные участки меди, готовая GSM антенна промывается водой, сушится, ножиком зачищаются проблемные места.
• Изделие помещается внутрь герметичного пластикового корпуса, подходящего размерами на стойках, не затрагивающих металлическую часть. Экран нужно заземлить. Попробуйте посадить на оплетку коаксиального кабеля. Напоминаем: для WiFi используется провод волновым сопротивлением 50 Ом. Сколько взять для сотовой связи: 50 смотрится уместно потому, что телевидение 900 МГц заканчивается.

Разновидности GSM антенн

Много писали об антеннах для WiFi, читатели догадались: диапазоны очень похожи… просто берите чертежи, переносите на другие частоты, везде указаны размеры применительно к длине волны. Транспонируйте эскизы пропорционально. Порядок действий указан выше. В сети легко найти так называемую антенну Харченко (биквадрат), представляющую собой пару рамок с одной общей точкой. Приводили более продвинутые варианты решения, отличающиеся большим усилением.

У читателей появится выбор того, какая выносная GSM антенна будет изготовлена. Биквадратная конструкция Харченко выполняется радиолюбителями из полосок шириной 10 мм, стороной квадрата по центру 80 мм. Не проверяли размеры, габариты определены длиной волны, используемой стандартом GSM. Для 900, 1800 МГц разница составит два раза. Скрупулезно проверяйте размеры чертежей. Рамка должна быть пропорциональна четверти длины волны. Формула известна из курса физики, приводить четыре рисунка, отличающихся мелкими деталями, нет смысла. Нужно понять: внешняя GSM антенна сходна строением с WiFi, полагаем, любую из раздела можно перенести сюда. Разница ограничена частотой, модуляцией. Первая не влияет на прием, вторая определяет размеры GSM антенны.

При использовании удлинителя старайтесь разместить усилитель поближе к точке монтажа. Шумы провода сильно снижают чувствительность устройства.