Внешняя антенна для сотового телефона стандарта GSM. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Телефония

Комментарии к статье

Радиус действия сотового телефона можно увеличить, оснастив его внешней выносной направленной антенной. О том, как самостоятельно изготовить такую антенну, и рассказано в предлагаемой статье. Антенну с успехом можно использовать на даче, в удаленном загородном доме, и даже, учитывая ее небольшие размеры, в полевых условиях.

В достоинствах сотовой телефонной связи убеждаются на собственном опыте новые и новые пользователи сотовых телефонов. Возможность в любое время и практически из любого места связаться по телефону с нужным абонентом делает этот вид связи, возможно, самым популярным и привлекательным.

Но помимо многочисленных и неоспоримых достоинств сотовой телефонии, как и всякому техническому средству, присущи и некоторые недостатки. Вспомним о необходимости платить за каждую секунду разговора. Кроме того, для сотовой связи характерны такие явления, как наличие "мертвых" зон и ухудшение качества связи при значительном удалении от антенны ближайшей базовой станции.

Многим пользователям сотовых телефонов, наверное, знакома ситуация, когда приходится долго искать место, в котором аппарат может осуществить устойчивое подключение к сети. Причем такие ситуации возникают не только вдали от антенны базовой станции сети (что характерно для удаленных мест, например, на садовом участке), но и в городе, где сигнал базовой станции может экранироваться зданиями, элементами строительных конструкций и т. п.

Помочь в этих случаях может внешняя антенна, подключенная к мобильному телефону. Она, конечно, ограничивает мобильность абонента, "привязывает" его к этой антенне, но это ограничение может оказаться не столь уж дорогой платой за качественную связь.

При разработке стационарной внешней антенны для сотового телефона была выбрана конструкция зигзагообразной антенны [1, 2], широко применяемая в профессиональной связи и популярная у радиолюбителей и телезрителей.

Антенны этого типа в диапазоне частот, используемых в сотовой телефонии, позволяют реализовать хорошие характеристики при небольших габаритах, достаточно просты в изготовлении и настройке, обладают хорошей повторяемостью параметров при их производстве.

Зигзагообразная антенна состоит из восьми замкнутых проводников длиной L, образующих две ромбовидные ячейки (см. рисунок). Конструкция антенны такова, что ее проводники, возбуждаемые в точках а и б, образуют своеобразную синфазную антенную решетку из четырех вибраторов. Пучности (максимумы) тока располагаются у точек питания и в углах, обозначенных буквами П. Антенна имеет линейную поляризацию, в показанном на рисунке случае - вертикальную.

Диаграмма направленности антенны сохраняется в диапазоне частот с перекрытием fmax/fmin = 2...2,5. Характеристика направленности антенны симметрична относительно плоскости расположения ее проводников.

Для увеличения направленности зигзагообразной антенны применяют рефлектор, отражающий падающую на него часть энергии в сторону полотна антенны. Фаза поля, отраженного рефлектором, в плоскости полотна антенны должна быть близка к фазе поля, излучаемого самим полотном, тогда сложение синфазных полей излучаемого и отраженного сигналов увеличивает коэффициент направленного действия (КНД) антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, но, главным образом, и от расстояния между ним и полотном антенны.

Стандарт сотовой связи GSM предусматривает работу систем связи в диапазонах частот 890...960 МГц для GSM-900 и 1710...1880 МГц для GSM-1800 [3, с. 102], причем на частотах 935... 960 МГц и 1805...1880 МГц организуется прямой канал, а на частотах 890...915 МГц и 1710...1785 МГц - обратный канал. В диапазоне частот 890...960 МГц антенна имеет коэффициент бегущей волны (КБВ) не хуже 0,77 и КНД не хуже 7 дБ по сравнению с полуволновым диполем. В диапазоне частот 1710...1880 МГц КБВ антенны не хуже 0,5, а КНД - не хуже 6 дБ.

Конструкция антенны ясна из рисунка.

Основной расчетный параметр L определяет рабочую частоту антенны. Для зигзагообразной антенны коэффициент направленного действия зависит от соотношения L/λ причем КНД оказывается максимальным при L/λ - 0,4. Максимальный КБВ - 0,8 достигается при L/λ - 0,3, а при отношениях L/λ = 0,25...0,5 КБВ составляет величину не менее 0,5. Поэтому для средней частоты рабочего диапазона антенны была выбрана величина L = 80 мм, при этом L/λ - 0,37. Помимо L, на величину КБВ влияют ширина вибраторов антенны d и расстояние от полотна антенны до рефлектора. Обычно рекомендуется выбирать d = 0,033λmax, где λmах - максимальная длина волны рабочего диапазона антенны. В нашем случае d = 10 мм. С точки зрения повышения КНД антенны расстояние до рефлектора желательно уменьшать, а с точки зрения согласования - увеличивать. В данной конструкции оно составляет 45 мм, что обеспечивает указанные выше характеристики антенны.

Полотно антенны 1 и рефлектор 2 изготовлены из односторонне фольгирован-ного стеклотекстолита марки СФ-1 толщиной 1...1.5 мм. Полотно антенны образовано двумя симметричными квадратными ячейками, которые вырезаются из фоль-гированного стеклотекстолита с внешней стороны по контуру антенны. Внутренний контур зигзагообразной антенны процарапывается резаком со стороны фольги, после чего фольга изнутри контура антенны удаляется. Для облегчения процесса удаления фольги ее можно предварительно прогреть мощным паяльником. При желании можно удалить и большую часть диэлектрика внутри контура антенны.

В точках, близких к вершинам ячеек антенного полотна, сверлятся отверстия под винт МЗ или М4. Такие же отверстия сверлятся в рефлекторе 2 (экране). Полотно антенны 1, с одной стороны, и рефлектор 2, с другой, привинчиваются к стойкам 3 винтами. Стойки изготавливаются из любого диэлектрического материала (фторопласт, гетинакс, оргстекло и т. п.), можно поставить и металлические стойки. Внутри них с каждой стороны сверлятся отверстия диаметром 2,4 или 3,2 мм на глубину примерно 10 мм под винты с резьбой МЗ или М4. Антенна питается коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. К точке б припаивают центральный проводник кабеля, освобожденный от экранирующей оплетки, а к точке а - оплетку (экран).

Кабель прокладывают вдоль вибраторов, образующих одну из сторон ячейки антенны, и выводят через точку нулевого потенциала антенного полотна П. Для крепления кабеля его можно припаять луженым проводом к вибратору антенны. Далее кабель закрепляют на стойке и выводят через отверстие в экране антенны. К концу фидера припаивают разъем FME 740, к которому привинчивается переходник (антенный адаптер, его можно приобрести в салонах сотовой связи) под разъем внешней антенны сотового телефона.

Следует отметить, что величина КБВ сильно зависит от типа применяемого коаксиального кабеля. Как правило, чем тоньше кабель, тем больше его затухание, что ухудшает характеристики антенны. В то же время тонкий кабель при подсоединении его к телефонному аппарату меньше сковывает движения абонента, такой кабель удобнее подключать к антенному адаптеру. В общем случае, если расстояние от точки, в которой антенна обеспечивает приемлемое качество сигнала, до места расположения телефонного аппарата составляет не более 2...4 м (например, антенна располагается внутри помещения у окна ), то можно использовать более тонкий кабель с полиэтиленовым диэлектриком (например, РК 50-1,5-11).

Если же для обеспечения приемлемого сигнала антенну требуется выносить на большее расстояние, требования к фидеру ужесточаются. Неплохими характеристиками для данного случая обладают кабели РК 50-2-21, РК 50-2-2. В описываемой конструкции в качестве фидера длиной 2,5 м использовался высокочастотный коаксиальный кабель РК 50-2-21 с коэффициентом затухания на частоте 900 МГц не более 0,6 дБ/м, на частоте 2 ГГц - 0,8 дБ/м.

Если предполагается использовать антенну вне помещения, для снижения парусности конструкции рефлектор можно сделать в виде решетки из металлических прутков или трубок, расположенных на расстоянии 0,05 λmin друг от друга, здесь λmin - минимальная длина волны рабочего диапазона частот Элементы рефлектора ориентируют параллельно линии а-б, т. е. в плоскости поляризации. Для заземления антенны соединяют точки П-П антенного полотна с экраном металлическими стойками, а сам экран надежно крепят к заземляющей шине (мачте, опоре). Внутри антенного полотна удаляют стеклотекстолит, освобожденный от фольги, а элементы вибраторов антенного полотна защищают антикоррозийным покрытием с малыми диэлектрическими потерями.

При испытании антенна позволила увеличить сигнал с двух градаций шкалы индикатора сотового телефона Motorola M3788 до четырех, что обеспечило качественную телефонную связь.

Если получившегося усиления антенны недостаточно, увеличить его можно построением антенной решетки, например, из двух или четырех зигзагообразных антенн, либо используя рефлектор типа "усеченный" рупор [2, с. 77]. Но эти решения значительно усложняют изготовление и настройку антенны и поэтому автором не опробованы.

Данные по частотам и длинам волн различных стандартов сотовой связи приведены в таблице. Воспользовавшись ими и пересчитав линейные размеры, можно сконструировать подобные антенны и для других диапазонов.

Литература

1. Харченко К. П. УКВ антенны. - М.: ДОСААФ, 1969.
2. Харченко К. П. Антенна диапазона ДЦВ: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 94, с. 68-79. - М.: ДОСААФ, 1986.
3. Ратынекий М.В., Телегин А.В. Телефон в кармане. Путеводитель по сотовой связи. - М.: Радио и связь, 2000.

Автор: В.Василевский, г.Дзержинский Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Телефония.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Статистика слизней 18.01.2020 Британские биологи бросили клич: срочно разыскиваются волонтеры для мониторинга растущего населения слизней. Исследование Королевского садоводческого общества (RHS) и Университета Ньюкасла продлится год и коснется только слизней - брюхоногих моллюсков, у которых нет наружной раковины. Чтобы принять участие в исследовании, нужны три фактора: любопытство, доступный сад и желание выходить из дома после наступления темноты. Участники исследовательского проекта изучат различные виды слизней, места их обитания. Также они подсчитают количество этих брюхоногих моллюсков и определят, что именно привлекает их в сады. Последнее подобное исследование проводилось в английских садах еще в 1940-х годах. Тогда выявили большое количество слизней, которые относились всего к девяти видам. Исследователям требуется около 60 волонтеров, которых научат находить слизней и аккуратно их собирать. Добровольцам нужно будет раз в месяц выходить на полчаса с факелом на ночную охоту. Какие-либо специальные знания волонтерам не понадобятся. Собранные ими образцы брюхоногих моллюсков отправят на анализ в Королевское садоводческое общество. Это исследование чрезвычайно важно для понимания того, какие слизни и в какое время года наиболее распространены в британских садах. Благодаря полученным данным можно будет лучше понять, какие виды и когда именно наносят ущерб растениям.

Другие интересные новости:

▪ Панорамная приставка для цифровой фотокамеры

▪ Новый полимер ускорит передачу данных

▪ По следам мусора

▪ Модульные роботы ElectroVoxel

▪ Рекорд скорости капсул Hyperloop

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Типовые инструкции по охране труда (ТОИ). Подборка статей

▪ статья Органическая химия. Шпаргалка

▪ статья Откуда произошло слово баг в значении неисправность? Подробный ответ

▪ статья Работа на станке для пробивки перфорации. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Принцип действия электронного стартера на микросхеме UBA2000T. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Компьютерный блок питания в радиолюбительских конструкциях. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025