Что может быть менее разочаровывающим, чем отсутствие стабильного сигнала сотовой связи, когда он так необходим. К счастью, имея под рукой нужные инструменты и материалы, может сделать усилитель сигнала сотовой связи, в том числе и для 3G-устройств, без особых усилий и каких-либо существенных затрат.

Зачем разбивать копилку ради покупки очередного дорогостоящего гаджета, когда приемлемых результатов можно достичь, используя подручные средства? Нужно лишь найти необходимые компоненты и соединить их вместе соответствующим образом. Конечно, если вам нужен гарантированный результат и для вас это действительно имеет первостепенное значение, то в таком случае вам стоит приобрести фирменный усилитель GSM сигнала в специальном магазине или через интернет, например в интернет-магазине MyAmplifiers .

1. Необходимые материалы

Для сборки простого усилителя сигнала понадобится всего шесть недорогих компонентов:

  1. Железная проволока (длиной 35-38 см., не используйте медь)
  2. Двойной соединительный блок для проводов
  3. Коаксиальный кабель (не длиннее 9,75 м.)
  4. Болты и гайки (достаточно длинные для крепления соединительных блоков)
  5. Отрезок пластиковой трубы (15-20 см.)
  6. Кусок пластика

И немного изоленты (она никогда не бывает лишней).

2. Сборка антенны усилителя

Используя плоскогубцы, сначала выпрямите железную проволоку, а затем согните ее на 90 градусов прямо по середине. От центрального сгиба отметьте примерно 9 см. в каждую сторону и сделайте еще два 90-градусных сгиба. В результате, у вас получится ромб. Для еще двух сгибов отметьте еще примерно по 8 см. и загните оставшиеся концы параллельно внутрь ромба. Прикрутите к этим концам соединительный блок для проводов таким образом, чтобы потом через него можно было подключить к ним два провода.

Разрежьте одну сторону трубы вдоль, а прямо напротив разреза просверлите отверстие и с помощью болта и гайки прикрепите к нему соединительный блок для проводов, к которому вы до этого прикрепили антенну.

3. Подключения коаксиального кабеля

Снимите с одного из концов кабеля внешнюю изоляцию, не повредив слой изоляции между внешним и внутренним проводниками. Внешний проводник подключите к одному контакту соединителя, а внутренний к другому, таким образом, чтобы каждый из них стал продолжением концов самой антенны. Присоедините созданную вами антенну к столбу, где висит ваша ТВ-антенна, обернув разрезанную ранее с одной стороны пластиковую трубу вокруг него. Убедитесь, что антенна усилителя направлена в том же направлении, что и телевизионная антенна.

После этого, заведите другой конец кабеля в помещение, очистите его от изоляции, как и в прошлый раз, только теперь вы можете избавиться от внешнего слоя проводника. Далее вырежете кусок пластика необходимой формы и проделайте в нем маленькое отверстие и проденьте в него провод. Теперь вам пригодится изолента для того, чтобы закрепить провод.

4. Протестируйте усилитель

Чтобы протестировать собранный вами усилитель GSM сигнала, просто поднесите пластиковую штуковину, к которой вы подсоединили выведенный кабель, к мобильному, смартфону, планшету или 3G-модему и индикатор сигнала должен мгновенно увеличиться на 2-3 деления.

Терпеть не могу ловить рыбу, ибо жалко потерянного времени. Но, тем не менее, я всю неделю готовился к рыбалке. Была поставлена задача ловлимобильного интернета и дополнительных рисок уровня принимаемого сигнала на экране сотового телефона или смартфона, причём поймать надо в полевых условиях без активных усилителей и батареек. Это можно сделать с помощью пассивного ретранслятора.

Такое, наверно,уже было, что для того, чтобы чего-нибудь посмотреть в интернете или позвонить по сотовому телефону, чуть ли не на крышу приходилось забираться или наполовину свешиваться из окна, ловя риску на экране сотового телефона или набив S МS -ку подкидывать телефон вверх, или поднимать вместе с флагом на флагштоке.


Попробуйте для начала сделать простейший пассивный ретранслятор 3G сигнала или сотового телефона. Две простые направленные антенны из проволочек, коаксиальный кабель, соединяющий их, вот и вся конструкция. С помощью такого простого мобильного устройства, не требующего питания, можно обеспечить связь в подвале, в металлическом ангаре или гараже, в обесточенном бомбоубежище или в другом месте, куда сигнал сотовой связи не доходит.

Размер самих антенн будет соответствовать выбранной частоте связи: для сотового телефона частоты 900 МГц и 1,8 ГГц, для мобильного интернета около 2 ГГц. Для эксперимента я сделал антенну на 900 МГц, но на практике она оказалась также работоспособнойот 1,8 до 2 ГГц. Последующие измерения самодельной антенны показали, что диапазон её отличного согласования практически дотянул до 2,080 ГГц, а иначе я бы не принял сигнал 3G интернета.

Если кто уже собирал из двух проволочных колец, легко справится с поставленной задачей. Всё делается аналогичным образом.
Диаметр оправки (рюмки) 4,3 см. Частота 1,9 - 2,2 ГГц.

Определяем длину волныв метрахL м = 300 / 900 МГц = 0,33 м

Диаметр витка (кольца) проводаD = L / 3,14 = 0,33 / 3,14 = 0,106 (м)

Расстояние между кольцами S = L / 4 = 0,33 / 4 = 0.08 (м)

Соответственно с ростом частоты - рамкибудут уменьшаться в размерах, потери в коаксиальном кабеле будут увеличиваться. Так же рассчитываться будут антенны на других частотах.

Как это работает. Одна направленная антенна, вынесенная из поглощающей железобетонной стены или приподнятая над металлической крышей загородного дома, или просто приподнятая над землёй - ориентируется на базовую станцию. Вторая антенна, будь это подвал, помещение загородного дома – должна быть направлена на мобильный телефон или смартфон или находиться рядом с ними.

Так как антенна направленная, то она обладает усилением, в конкретном случае равным 5 дБ. Часть этого усиления потеряется в кабеле. В кабеле РК 75 – 3. 7-35, длиной 6 метров на частоте 900 МГц у меня потерялось, как потом выяснилось 3 дБ, что, учитывая погрешность, совпадает с техническими характеристиками применяемогофидера.Эффективность антенны в свободном пространствес ростом высоты лучше. В ней больше наводится напряженность поля и улучшается прямая видимость с базовой станцией, обеспечивая устойчивую связь, так как дома и деревья уже не являются препятствием для радиоволн.

При необходимости использования нескольких частот потребуется несколько ретрансляторов с разным диаметром колец. Здесь, как и при ловле рыбы, нужна всякая наживка, поэтому я и подготавливал снасти как заядлый рыболов, загибая проволочки, словно крючки на разный диаметр. Всё будет зависеть от условий. Посмотрим, что удастся поймать.
Место испытания.

Осталось только попробовать. Вот и место ловли, старая беседка. Удилище из чудом сохранившейсяукороченной антенной мачты, которая спасла меня, когда я летел с крыши, а поэтому на дерево я точно не полезу, в моём возрасте кости плохо срастаются. Шест удлинил пластмассовыми трубками, в которых обычно прокладывают слаботочные провода. В ход пошёл даже деревянный штапик, ведь сама антенна весит мало. Поворачивая удочку, ориентирую кольца в сторону ближайшего городка, временно превращаясь в охотника на лис.Рядом с кольцами антенны, которая внизу, кладу мобильный телефон.

С помощью ретранслятора мобильник добавил три риски на дисплее, обеспечив 100-процентную связь, с ближайшей цивилизацией (базовой станцией), находящейся в 6-ти километрах за лесным массивом. Для любителей долго болтать по сотовому телефону за городом, такое устройство просто необходимо. Как правило, вдали от базовых станций телефон отдаёт полную мощность, что вредно для здоровья. Правильный телефон, (имеется в виду маленькое значение SAR - санитарной нормы), имея хорошую связь с базовой станцией, будет отдавать в антенну меньшую мощность, а это значит, что организм меньше облучатся полем СВЧ. Но об этом я уже говорил в статье

К вечеру желающих проверить свои мобильники и смартфоны становится всё больше. Вот ожил планшетник, медленно загружаясь, показывая отдельные картинки телевизионных программ. Смартфон стал перелистыватьстранички ДЕД КЛУБА …. От ретранслятора отошли на несколько метров, но странички интернета продолжают перелистываться.
Всё работает.

А может это розыгрыш, возможно 3G уже везде работает?

Я, обидевшись, заваливаю свою удочку на землю. По недовольным лицам видно, что всё зависло, чёрточки и символы слетели с дисплеев.

Терпеть не могу рыбалку, столько свободного времени пропадает зря!

Правда, не видел ещё рыбака, который бы не вернулся на старое место, чтобы попробовать другую наживку.Опробован только диаметр кружки (900 МГц), впереди ещё диаметр рюмок (2-2,2 ГГц).Ну а завершит улов приманка на спиральную антенну, заранее предвижу, что тяжелая конструкция получится, но для стационара то, что надо.

Да, кстати про поляризацию. В спешке, а может по рассеянности я совсем забыл про неё и уже когда рассматривал фотографии – вспомнил. Базовые мобильные станции сотовой связи имеют антенны с вертикальной поляризацией, а поэтому снасть на удочке необходимо было повернуть на 90 градусов, таким образом, чтобы разрез колец был не внизу, а сбоку, что соответствовало аналогичной поляризации. Тем не менее, радио сигнал удалось поймать даже с горизонтальной поляризацией колец на мачте, несмотря на минимальные потери в 6 дБ из-за несовпадений, опыт удался. А с другой стороны в лесу свои законы и прохождение сигнала с горизонтальной поляризацией в нём лучше.

P . S .

Прошло два года. Этим летом, в 2016 году, я готовился к приезду внуков на отдых от родителей или наоборот, и решил провести цифровое телевидение в беседку, мультики смотреть, да и чтобы самому отдышаться. Чтобы антенна не бросалась в глаза, сплёл её из проволочек и назвал антенной невидимкой. Получилось четыре кольца, которые при приёме цифрового телевидения проявили себя лучше, чем двух кольцевая конструкция. Подробно об этой конструкции я написал в статье

Аналогичные две антенны сплёл для пассивного ретранслятора мобильной связи на диапазон 900 МГц, так, на всякий случай, вдруг кому интернет понадобится. На сегодня пока нет в нашей низине интернета. Появляется значок «Н», но на загрузку годы уходят. Двойную восьмёрку, положив плашмя, приподнял до уровня крыши беседки, и стала она невидимой в кроне дикой яблони. Благодаря такой конструкции, мобильный телефон к двум рискам уровня добавил две. На этом, казалось, эксперимент закончился, но минута триумфа всё же была, когда молодым родителям срочно понадобился интернет. Не подвёл ретранслятор, поймал оператора Мегафона, довольно быстро загрузил нужную информацию. На тот момент я чувствовал себя волшебником, который с помощью проволочной рамки открывает новый родник.

Продолжение.

Выбирая телефон, мы редко когда обращаем внимание на характеристики установленной в нём антенны (да они обычно и не выносятся на первый план, прячась где-нибудь на предпоследней странице инструкции) – как правило, практически все телефоны способны обеспечить нормальный уровень связи в обычных городских условиях. Но всё меняется, когда приходится пользоваться телефоном в условиях неуверенного приёма – например, за городом. Иногда исправить положение можно, лишь подключив к телефону внешнюю антенну. Предлагаю вместе поговорить об антеннах сотовых телефонов, обсудить их виды, рассмотреть важнейшие характеристики и правила их использования.

Виды и особенности антенн

В первом приближении антенны для сотовых телефонов можно разделить на два вида – это антенны, встроенные в сотовый телефон и подключаемые антенны. Есть ещё один класс устройств – репитеры – комплексы из нескольких антенн (как минимум 2-х) и усилителя. Встроенные антенны делятся на внутренние, внешние штыревые и внешние выдвижные. Последние для современных GSM-аппаратов, которыми мы сегодня пользуемся, неактуальны, а на двух первых видах стоит остановиться подробнее.

Штыревые антенны

В недалёком прошлом основным видом антенн для мобильников были внешние штыревые антенны (Helical Antenna – спиральные антенны). Такие антенны можно встретить и сегодня, но ими оснащены считанные единицы телефонов. Эффективность у таких антенн может превышать 90%. В случае с антеннами эффективность – это отношение сопротивления излучения к общему сопротивлению антенной системы (эффективность можно рассчитать и как отношение излучаемой мощности к подводимой). Чем выше эффективность – тем меньше потери энергии в антенной системе – например, если эффективность антенны равна 70%, то 70% подводимой к ней мощности излучается, а 30% теряется в виде теплового излучения. Штыревые антенны имеют круговую диаграмму направленности (обычно она неравномерна, однако близка к идеальной). Диаграмма направленности – это графическое изображение излучения или чувствительности антенны, обычно – диаграмма с полярными координатами. При построении такой диаграммы предполагается, что антенна расположена в центре диаграммы. Как правило, диаграммы направленности строятся в горизонтальной плоскости. Они имеют характерные лепестки – обычно наиболее длинный лепесток (то есть тот, в направлении которого антенна излучает наибольшее количество энергии) называют главным.

Ещё одна важная характеристика антенн – это коэффициент усиления антенны. Он обычно измеряется в изотропных децибелах dBi. Чем выше коэффициент усиления – тем лучше. Пассивная антенна (это касается внешних подключаемых антенн), то есть антенна, не снабжённая специальным усилителем, не усиливает сигнал, а лишь перераспределяет его в пространстве, наиболее высок уровень усиления в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Среди современных моделей телефонов вряд ли можно найти аппарат, который позволяет менять антенны, а раньше это встречалось довольно часто.

Штыревая антенна сотового телефона

Обсудив внешние антенны, переходим к внутренним.

Внутренние антенны

Внутренние антенны (Planar, PIFA Antenna – планарные антенны, микрополосковые антенны) обычно встраивают внутрь корпуса телефона. Телефон с внутренней антенной не имеет выступающих частей – владельцы телефонов с выступающими антеннами обычно жаловались на то, что эти антенны рвут карманы джинсов, цепляются за всё, иногда ломаются. С косметической точки зрения отсутствие выступающих антенн делает телефон привлекательнее, хотя, некоторые считают, что у телефона должна быть выступающая антенна – это, обычно, дело привычки. Есть информация о том, что внутренние антенны обладают меньшей эффективностью (лучшие образцы не достигают и 70% эффективности) – однако, это довольно сложно проверить. Далее, внутренние антенны, в отличие от внешних, обычно – направленные антенны. Как правило, главный лепесток направленности такой антенны исходит из задней стенки аппарата, то есть направлен от головы разговаривающего по телефону человека. Это не мешает работе в зоне уверенного приёма, но когда вы находитесь слишком далеко от базовой станции, или что-то мешает нормальному прохождению сигнала, вы можете столкнуться с некоторыми странностями – например, если приложить телефон к правому уху – можно нормально разговаривать, если к левому – нет. Всё дело в направленности антенны – если главный лепесток направленности направлен на базовую станцию – приём оказывается уверенным, если нет – начинаются проблемы со связью.

Ещё один недостаток внутренних антенн в том, что для каждой модели (или для каждой группы моделей) телефона такую антенну приходится разрабатывать отдельно – с учётом особенностей расположения элементов внутри телефона, особенностей корпуса и так далее. Однако, судя по всему, этот вопрос успешно решается – по крайней мере количество новых сотовых телефонов, которые периодически появляются на прилавках магазинов, заставляет делать такой вывод.


недорогой , оснащённый встроенной антенной

Встроенные антенны могут располагаться в верхней части корпуса аппарата, однако, иногда они помещаются где-нибудь в центре телефона, а то и в нижней части (как, например, в известном телефоне ). При разговоре нежелательно прикрывать антенну рукой – это ведёт к ухудшению условий связи и телефон, для того, чтобы обеспечить нормальные условия разговора, вынужден повышать мощность передатчика. В результате быстрее садится батарея сотового, а его владелец подвергается усиленному облучению. И хотя вопрос о вреде или безвредности воздействия сотового излучения на организм человека пока открыт, нельзя забывать о том, что это воздействие есть и в наших интересах, чтобы оно было как можно слабее.


PIFA-антенна для GSM-диапазона от Antennovation

Внутренние планарные антенны так же используют, например, для реализации Bluetooth и Wi-Fi-связи.


Внутренняя Bluetooth-антенна

Особый класс устройств составляют внешние антенны для сотовых и другие устройства для улучшения качества связи.

Подключаемые антенны

Внешние антенны для сотовых распространены сравнительно слабо. Дело в том, что большинству пользователей хватает встроенных антенн. К тому же, всё меньше телефонов имеют разъём для подключения внешней антенны – производители не хотят тратиться на деталь, которой пользуются не особенно активно. Для связи внешней антенны с телефоном обычно используется коаксиальный кабель с соответствующим разъёмом. Как правило, внешние антенны – это направленные антенны, поэтому, например, устанавливая такую у себя на даче, надо точно найти направление антенны на базовую станцию.

Гораздо интереснее, нежели обычные внешние антенны, выглядят так называемые репитеры – устройства, которые состоят из внешней антенны (как правило, узконаправленной), принимающей сигнал с базовой станции и излучающей сигнал, устройства управления и усиления сигнала и одной или нескольких внутренних антенн (обычно – всенаправленных, хотя тут могут быть варианты) – то есть антенн, расположенных внутри помещения. С помощью репитеров можно организовать устойчивую мобильную связь в помещениях с неуверенным приёмом сигнала и даже там, где сотовые в обычных условиях не работают (например, в подвальных помещениях).

Преимущества систем с репитером перед подключаемыми антеннами заключаются в том, что они не ограничивают свободы передвижений человека с сотовым, не требуя подключения к телефону кабеля.


Внешняя антенна Yagi-10


Внутренняя антенна


«Домашний» репитер с двумя антеннами

Пожалуй, главный недостаток репитеров – сравнительно высокая цена. Так, в начальном варианте (внешняя антенна, репитер, внутренняя антенна) эта конструкция по цене сопоставима с хорошим сотовым телефоном, а более продвинутые решения могут стоить дороже – порядка нескольких тысяч долларов.

Выводы

Как видите, антенны для сотовых телефонов – это интересные и сложные устройства. Они постоянно развиваются, хотя в последнее время на них обращают очень мало внимания потребителей, акцентируя его на дополнительных возможностях мобильников. Тем не менее, антенна – это очень важно. Устойчивой вам связи.

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.

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.

Тип Название Число элементов Рабочий диапазон (Мгц) Стандарт связи Усиление (дБ) Волновое сопротивление КСВ
YAGI10 10 890...960 GSM-900 15 меньше 2
ACV Polaris 900 - 890...960 NMT-450 5
ABV9 CARANT 9 800...960 GSM-900, AMPS 11
YAGI7 7 450...470 NMT-450 11
ACV26 CARANT 26 800...960 GSM-900, AMPS 16
AGV10 CARANT - 1710...1990 GSM-1800, GSM-1900 8
WLP CARANT - 890...960 GSM-900 8

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.