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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Беспроводной микроконтроллер TI CC1310F128RGZT 04.12.2015 Новая микросхема CC1310F128RGZT от Texas Instruments представляет собой многоядерную систему на кристалле, состоящую из: - высокопроизводительного микроконтроллера Cortex-M3 48 МГц; - радио 433/868 МГц со своим ядром Cortex-M0; - нанопотребляющего контроллера датчиков с отдельным 16-битным ядром; - подсистемы питания со встроенным DC/DС-преобразователем. Универсальное радио CC1310 позволяет реализовать практически любые фирменные протоколы и совместимо с приемопередатчиками CC1101, CC430, CC100L, CC1120, CC1200 и другими. Уникальной особенностью СС1310 является низкий ток потребления. В режиме непрерывного приема ток потребления составляет 5,5 мА, что в разы лучше, чем у многих конкурирующих решений. СС1310 позволяет создавать беспроводные датчики, способные до 10 лет работать от дискового элемента CR2032. Особенности CC1310: Cortex-M3 Up to 48-MHz Clock Speed; 128KB Flash, 20KB of Ultralow Leakage SRAM; Программно-определяемое радио Sub1GHz; Дальность до 20 км (-124 dBm @ 0,625 kbps ; +14 dBm); Лучшее в своем классе энергопотребление (5,5 mA RX); Потребление 600 нА при RTC с сохранением всей RAM-памяти; Совместим с CC1101, CC110L, CC430, СС112x, CC12xx; Сетевые протоколы: 6LoWPAN, 802.15.4g; EEMBC ULPBench Score: 158. Новая система на кристалле СС1310 является представителем новой платформы CC13xx/CC26xx, которая поддерживает 5 различных технологий на базе единой внутренней архитектуры чипов. Уникальная платформа включает в себя несколько совместимых по выводам микросхем, которые поддерживают технологии Bluetooth Smart, Sub1GHz, ZigBee, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4, RF4CE и фирменные протоколы передачи данных на скоростях до 4 мегабит в секунду. Микросхемы 2,4 GHz и Sub1GHz взаимозаменяемы с точки зрения совпадения выводов. Дополнительно, внутри расположен один и тот же процессор и полностью совпадающий набор периферии, что позволяет разработчику легко менять диапазон частот или используемый стандарт беспроводной связи без существенных затрат времени на редизайн изделия.

Другие интересные новости:

▪ Электрический горный велосипед Vitus E-Mythique LT

▪ Караоке от Apple

▪ Процессор Alibaba для искусственного интеллекта

▪ 1600W источники питания MeanWell

▪ Смарфоны ASUS Zenfone Series

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Организация привалов и ночлегов. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья В какой стране побег из тюрьмы как таковой не наказывается законом? Подробный ответ

▪ статья Документация по охране труда на рабочих местах

▪ статья Малогабаритный вольтомметр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стабилизатор на четыре напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025