АНТЕНА ДЛЯ СОТКА СТАНДАРТУ GSM зовнішня

 

Радіус дії стільникового телефону можна збільшити, оснастивши його зовнішньої виносної спрямованої антеною.
Про те, як самостійно виготовити таку антену, і розказано у пропонованій статті. Антену з успіхом можна використовувати на дачі, у віддаленому заміському будинку, і навіть, враховуючи її невеликі розміри, в польових умовах.

У перевагах стільникового телефонного зв'язку переконуються на власному досвіді нові і нові користувачі стільникових телефонів. Можливість у будь-який час і практично з будь-якого місця зв'язатися по телефону з потрібним абонентом робить цей вид зв'язку, можливо, самим популярним і привабливим

Але крім численних і незаперечних переваг стільникового телефонії, як і кожному технічному засобу, властиві й певні недоліки Згадаймо про необхідність платити за кожну секунду розмови Крім того, для стільникового зв'язку характерні такі явища, як наявність "мертвих" зон і погіршення якості зв'язку при значній відстані від антени найближчої базової станції

Багатьом користувачам стільникових телефонів, напевно, знайома ситуація, коли доводиться довго шукати місце, в якому апарат може здійснити стійке підключення до мережі. Причому такі ситуації виникають не тільки вдалині від антени базової станції мережі (що характерно для віддалених місць, наприклад, на садовій ділянці), а й у місті, де сигнал базової станції може екрануватися будівлями, елементами будівельних конструкцій і т.п.

Допомогти в цих випадках може зовнішня антена, підключена до мобільного телефону. Вона, звичайно, обмежує мобільність абонента, "прив'язує" його до цієї антени, але це обмеження може виявитися не настільки вже дорогою платою за якісний зв'язок

При розробці стаціонарної зовнішньої антени для стільникового телефону була обрана конструкція зигзагоподібної антени [1, 2], широко застосовувана в професійній зв'язку і популярна у радіоаматорів і телеглядачів

Антени цього типу в діапазоні частот, що використовуються у стільниковій телефонії, дозволяють реалізувати гарні характеристики при невеликих габаритах, досить прості у виготовленні і налаштуванні, мають хорошою повторюваністю параметрів при їх виробництві.

Конструкція антени ясна з малюнка.

 

Зигзагоподібна антена складається з восьми замкнених провідників довжиною L, утворюють два ромбовидні осередку (див. малюнок). Конструкція антени така, що її провідники, порушувані в точках А і Б, утворюють своєрідну синфазних антенну решітку з чотирьох вібраторів. Пучності (максимуми) струму розташовуються біля точок харчування і в кутах, позначених буквами П. Антена має лінійну поляризацію, в показаному на малюнку випадку – вертикальну

Діаграма спрямованості антени зберігається в діапазоні частот з перекриттям f max /f min = 2. 2,5 Характеристика спрямованості антени симетрична відносно площини розташування її провідників.

Для збільшення спрямованості зигзагоподібної антени застосовують рефлектор, що відображає падаючу на нього частину енергії у бік полотна антени Фаза поля, відбитого рефлектором, в площині полотна антени повинна бути близька до фази поля, випромінюваного самим полотном, тоді складання синфазних полів випромінюваного і відбитого сигналів збільшує коефіцієнт спрямованої дії (КНД) антени. Фаза відбитого поля залежить від форми і розмірів екрану, але, головним чином, і від відстані між ним і полотном антени.

Стандарт стільникового зв'язку GSM передбачає роботу систем зв'язку в діапазонах частот 890 960 МГц для GSM-900 і 1710. 1880 МГц для GSM-1800 [3, с 102], причому на частотах 935 … 960 МГц і 1805 … 1880 МГц організовується прямий канал, а на частотах 890 .915 МГц і 1710. 1785 МГц – зворотний канал. У діапазоні частот 890 .. 960 МГц антена має коефіцієнт біжучої хвилі (КБВ) не гірше 0,77 і КНД не гірше 7 дБ у порівнянні з півхвильових диполем. У діапазоні частот 1710 … 1880 МГц КБВ антени не гірше 0,5, а КНД – не гірше 6 дБ.

 

Основний розрахунковий параметр визначає робочу частоту антени. Для зигзагоподібної антени коефіцієнт спрямованої дії – КНД виявляється максимальним при = 0,4.

Максимальний КБВ = 0,8 досягається при відносинах = 0,25. .. 0,5 КБВ становить величину не менше ніж 0,5. Тому для середньої частоти робочого діапазону антени була обрана величина L = 80 мм, при цьому = L / /\ ~0.37.

Крім L, на величину КБВ впливають ширина вібраторів антени d і відстань від полотна антени до рефлектора. Зазвичай рекомендується вибирати d = 0,033 / \. Max,, де / \. Max – максимальна довжина хвилі робочого діапазону антени.

У нашому випадку d – 10 мм. З точки зору підвищення КНД антени відстань до рефлектора бажано зменшувати, а з точки зору узгодження – збільшувати. У даній конструкції воно становить 45 мм, що забезпечує зазначені вище характеристики антени.

Полотно антени 1 і рефлектор 2 виготовлені з односторонньо фольгированного стеклотекстолита марки СФ-1 товщиною 1 … 1.5 мм.

Полотно антени утворено двома симетричними квадратними осередками, які вирізаються з фольгированного стеклотекстолита з зовнішнього боку по контуру антени. Внутрішній контур зигзагоподібної антени продряпує різаком з боку фольги, після чого фольга зсередини контуру антени видаляється.

Для полегшення процесу видалення фольги її можна попередньо прогріти потужним паяльником. При бажанні можна видалити і більшу частину діелектрика всередині контуру антени.

У точках, близьких до вершин осередків антенного полотна, свердлити отвори під гвинт МОЗ або М4. Такі ж отвори свердляться в рефлекторі 2 (екрані). Полотно антени 1, з одного боку, і рефлектор 2, з іншого, пригвинчуються до стійок 3 гвинтами Стійки виготовляються з будь-якого діелектричного матеріалу (фторопласт, гетинакс, оргскло і т. п.), можна поставити і металеві стійки. Усередині них з кожного боку свердлити отвори діаметром 2,4 або 3,2 мм на глибину приблизно 10 мм під гвинти з різьбою МОЗ або М4. Антена харчується коаксіальним кабелем з хвильовим опором 50 Ом. До точки б припаюють центральний провідник кабелю, звільнений від екранує обплетення, а до точки А – оплітку (екран).

Кабель прокладають уздовж вібраторів, що утворюють одну зі сторін осередку антени, і виводять через точку нульового потенціалу антенного полотна П. Для кріплення кабелю його можна припаяти луджені проводом до вібратора антени. Далі кабель закріплюють на стійці і виводять через отвір в екрані антени. До кінця фідера припаюють роз'єм FME 740, до якого пригвинчується перехідник (антенний адаптер, його можна придбати а салонах стільникового зв'язку) під роз'єм зовнішньої антени стільникового телефону.

Слід зазначити, що величина КБВ сильно залежить від типу застосовуваного коаксіального кабелю. Як правило, чим тонше кабель, тим більше його загасання, що погіршує характеристики антени. У той же час тонкий кабель при приєднанні його до телефонного апарату менше сковує руху абонента, такий кабель зручніше підключати до антенного адаптера. У загальному випадку, якщо відстань від точки, в якій антена забезпечує прийнятну якість сигналу, до місця розташування телефонного апарату становить не більше 2 … 4 м (наприклад, антена розташовується усередині приміщення біля вікна), то можна використовувати більш тонкий кабель з поліетиленовим діелектриком (наприклад РК 50-1,5-11).

Якщо ж для забезпечення прийнятного сигналу антену потрібно виносити на більшу відстань, вимоги до фідера посилюються. Непоганими характеристиками для даного випадку мають кабелі РК 50-2-21, РК 50-2-2. У описуваної конструкції в якості фідера довжиною 2,5 м використовувався високочастотний коаксіальний кабель РК 50-2-21 з коефіцієнтом загасання на частоті 900 МГц не більше 0,6 дБ / м, на частоті 2 Ггц – 0,8 дБ / м.

Якщо передбачається використовувати антену поза приміщенням, для зниження парусності конструкції рефлектор можна зробити у вигляді решітки з металевих прутків або трубок, розташованих на відстані 0,05 / \-Min один від одного, тут / \ min, – мінімальна довжина хвилі робочого діапазону частот. Елементи рефлектора орієнтують паралельно лінії А-Б, тобто в площині поляризації. Для заземлення антени з'єднують точки П – П антенного полотна з екраном металевими стійками, а сам екран надійно кріплять до заземлюючої шині (щоглі, опорі). Усередині антенного полотна видаляють склотекстоліт, звільнений від фольги, а елементи вібраторів антенного полотна захищають антикорозійним покриттям з малими діелектричними втратами

При випробуванні антена дозволила збільшити сигнал з двох градацій шкали індикатора стільникового телефону Motorola M3788 до чотирьох, що забезпечило якісний телефонний зв'язок.

Якщо вийшло посилення антени недостатньо, збільшити його можна побудовою антеною решітки, наприклад, з двох або чотирьох зигзагоподібних антен, або використовуючи рефлектор типу "усічений" рупор [2, с. 77]. Але ці рішення значно ускладнюють виготовлення і настройку антени і тому автором не випробувані.

Дані по частотах і довжинам хвиль різних стандартів стільникового зв'язку наведено в таблиці.

Скориставшись ними і перерахувавши лінійні розміри, можна сконструювати подібні антени і для інших діапазонів.

В. ВАСИЛЕВСЬКИЙ

ЛІТЕРАТУРА

1. Харченко К. П. УКХ антени – М: ДОСААФ. 1969.

2 Харченко К. П. Антена діапазону ДЦВ 'Сб .- "На допомогу радіоаматорові", вип. 94, с. 68-79 – М.: ДОСААФ. 1986.

3. Ратинський М.В., Телегін А.В. Телефон у кишені. Путівник по стільниковому зв'язку. – М.: Радіо і зв'язок, 2000.

Р № 10/2002