Антенна логопериодическая самодельная

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

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 мобильных устройств 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, диаграмма направленности 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 диапазоне частот 800...900 МГц 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 использованиявибраторных 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 базовыестанции.

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.

Антенна СкайлинкВ 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 используютсячетвертьволновые вибраторы разных форм, в которых сама конструкция аппарата служит дляантенны нижней частью излучающей структуры - какбы противовесом. Измеренная плотность потока излучения мобильного телефона может составлятьнесколько десятков процентов от номинальноймощности и зависит от того, как расположена рукапользователя с аппаратом у уха (рабочееположение 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 наединицу массы тела пользователя и, естественно, что у абонента крупных размеров потери ближнейзоны больше. Находясь вдали от городов, пользователи сотовой связи нередко сталкиваютсяс неуверенным приемом базовых станций. Выходом из данной ситуации является использование для работы телефона внешней антенны. Рассмотримнекоторые особенности радиосвязи в широко распространенном стандарте GSM. В стандарте GSM-900всего 124 частотных канала. Сотовый телефон, как и базовая станция, могут работать на любой частоте,определенной оператором. Передача от базовой станции (BS) на телефон (MS) ведется на однихчастотах (935,2...959,8 МГц), в то время как передача отсотового телефона на базовую станцию - на другихна частотах (890,2...914,8 МГц). Канал от базовойстанции (BS) к мобильной станции (MS) носит названиеDown Link, а от MS к BS - Up Link.

Операторы обычно используют ограничениедальности работы мобильного телефона от базовойстанции до 35 км, что обусловлено особенностямистандарта. Если в сети стандартной конфигурациив одном частотном канале формируется 8 временныхинтервалов (тайм-слотов): один служебный, а семь -разговорных, то в этом случае максимальнаядальность связи на каждом канале составляет 35 км.В GSM можно пользоваться инестандартной конфигурацией соты. В этом случаедальность связи увеличивается до 70... 100 км(конфигурация Extended Cell), а емкость сетиуменьшается до 2-3 каналов.

Такой режим работы является неприемлемым длягородских условий, так как уменьшаетсяколичество абонентов сотовой сети. Этот режимработы сотовой связи иногда используется наморском побережье для создания прибрежной зоны,покрытия.

Резюмируя высказанное, можно сделать вывод, чтопри наличии телефона стандарта GSM-900 длянормальной работы сотового телефона не следуетудаляться от ближайшей базовой станции нарасстояние более 35 км, в противном случае связь сней будет затруднена или просто невозможна.

На дальность радиосвязи, как известно, влияюттакие факторы: Местоположение BS и MS и рельефместности. Мощность и чувствительность сотовоготелефона (MS). Мощность и чувствительность базовойсотовой станции (BS). Антенны, установленные на MS иBS. Время года и погодные условия.

Обычно базовые станции имеют мощность 20...30 Вт.Антенны применяются либо штыревые, либонаправленные. Чувствительность базовых станцийсоставляет минус (100... 115) дБ, в то время каквыходная мощность телефона составляет 0,3...2 Вт, ачувствительность - минус (90...105) дБ.Чувствительность телефона в основномопределяется технологиями, используемыми присоздании малошумящих входных устройств.

Если в зонах уверенного приема разница вчувствительности и мощности между различнымимоделями сотовых телефонов практическинезаметна, то в зоне неуверенного приема онаможет стать критической. Зачастую трубкапоказывает уровень сигнала от базовой станции 1-2кубика (по шкале), а установить соединение неможет: не хватает мощности. И хотя стандартизацияETSI регламентирует стандартные выходные мощностидля каждого класса телефонов, реальное значениеможет незначительно колебаться. Хорошейчувствительностью отличаются трубки Sagem, Alcatel,Motorola. А по мощности проходят все старые телефоны,особенно Motorola. Все телефоны фазы 2 имеют примерноодинаковую мощность.

Во время установки сеанса радиосвязи следуетучитывать, что радиоволны распространяютсялучше на ровной местности и по поверхности реки,в то время как в лесу прохождение волн хуже, чем вгороде. Радиосигнал распространяется илипринимается лучше, если вы находитесь на высоте,господствующей над окружающей местностью.Бывает так, что во время сеанса связи вас слышатхорошо, в то время как собеседник время отвремени пропадает. Для исправления ситуацииследует заменить ваш телефон на аппарат сбольшей чувствительностью. Если же вы находитесьна таком расстоянии от базовой станции, чтотелефон ловит сигнал сети на пределе илинестабильно, то для улучшения радиосвязи следуетпопробовать подключить к телефону внешнююантенну.

В зонах неуверенного приема между каналами содинаковыми и соседними частотами частонаблюдаются интерференционные помехи. Этосвязано с ограниченностью частотного ресурса,выделенного операторам GSM-900. И в связис этим, в зоне неуверенного приема частофиксируются сигналы от разных базовых станций,имеющие одинаковые или соседние значениячастоты сигнала.

Такие сигналы создают взаимные помехи,мешающие связи, а при определенных уровняхсигналов связь становится и вовсе невозможной.Если на экране телефона фиксируется сильныйсигнал от базовой станции, а установитьсоединение не удается или удается, но речь всевремя пропадает, значит, вы столкнулись с"чужаками". В такой ситуации телефон невсегда способен выбрать другую частоту, поэтомуесли у вас телефон Nokia, то можно попытатьсявоспользоваться функцией "NetMonitor". Приотсутствии в телефоне функции NetMonitor следуетприменить внешнюю направленную антенну схорошей диаграммой направленности.

ВЫБОР ВНЕШНИХ АНТЕНН

Все стационарные антенны можно разделить надва типа: направленные и ненаправленные. Вкачестве ненаправленных стационарных антенн восновном применяются полуволновые, коллинеарныеи солинейные антенны. Ненаправленные антенны посравнению с направленными антеннами обладают,как правило, меньшим усилением и применяются восновном там, где возможен прием сигнала отнескольких базовых станций. По конструкции ихарактеристикам они очень похожи наавтомобильные антенны.

Существует много типов направленных антенн,которые отличаются только конструктивнымисполнением. В основном используютсянаправленные антенны типа волновой канал,логопериодические и плоские печатные, Антеннатипа волновой канал имеет больший коэффициентусиления и проста в изготовлении.Логопериодическая антенна имеет более сложнуюконструкцию при тех же габаритах, что и антеннатипа "волновой канал".

Хотя логопериодическая антенна и имеет меньшийкоэффициент усиления, но она широкополоснее, чтопозволяет ее использовать в большем интервалерадиочастот. Для сравнения приведемкоэффициенты усиления наиболеераспространенных внешних антенных для сотовыхтелефонов. Простая автомобильная антенна имеетусиление 1...3 дБ (1-2 кубика по шкале телефона),волновой канал - 7...15 дБ (в зависимости отколичества элементов, качества сборки инастройки антенны), что составляет уже 2-3 кубикапо шкале, а логопериодическая антенна - 7...12 дБ.

АНТЕННЫ ТИПА ВОЛНОВОЙ КАНАЛ

В сотовой связи в качестве стационарных антеннполучила широкое распространение антенна типаУда-Яги (или "волновой канал"). Эта антеннаимеет много разновидностей, которые различаютсямежду собой числом элементов, плоскостямиполяризации и конструкцией отдельных элементов.Антенна для сотовой связи имеет вертикальнуюполяризацию, и поэтому ее активные вибраторы,рефлекторы и директора устанавливаютсявертикально. "Волновой канал" до настоящеговремени является одной из лучших антенн длярадиосвязи на УКВ, а также приема телевидения.Применение такой антенны позволяет значительноувеличить дальность действия сотового телефона,позволяя вести связь из мест значительноудаленных от зоны обслуживания вашего оператора.

Выбор внешней антенны производится, исходя изее основных параметров: рабочий диапазон (frequencyrange); коэффициент усиления (gain); импедансантенны (impedance); КСВ - коэффициентстоячей волны (SWR).

Рабочий диапазон антенны долженсоответствовать диапазону частот, в которомработает ваш сотовый телефон. Коэффициентусиления следует выбирать по возможностинаибольший, импеданс антенны (волновоесопротивление) должен быть равен 50 Ом, акоэффициент стоячей волны - не превышать двух.Все вышеперечисленные параметры антенны обычноуказываются в ее паспорте, а если такого нет, тонеобходимую информацию может дать продавецмагазина. В продаже есть антенны с аналогичнымирадиотехническими характеристиками и другихфирм, которые по стоимости меньше указанных вышетипов антенн. Это объясняется их низкоймеханической надежностью и плохой коррозийнойстойкостью. Заметим, что в Западной Европеотсутствуют зоны неуверенного приема, и поэтомунаправленных антенн для терминалов GSM-900практически не выпускается. В продаже естьтолько направленные фирменные антенны GSM-900 дляработы с ретрансляторами (репитерами)операторов.

ТипНазваниеЧисло элементовРабочий диапазон (Мгц)Стандарт связиУсиление (дБ)Волновое сопротивлениеКСВ
YAGI10 Polaris 900-10 10 890...960 GSM-900 15

50

меньше 2
ACV Polaris 900 - 890...960 NMT-450 5
ABV9 CARANT 9 800...960 GSM-900, AMPS 11
YAGI7 Polaris 450-7 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 или ретранслятор. 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.

Ретранслятор GSMРепитер 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 репитером 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 ), 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.

Источник: В.М. Пестриков "Азбука сотового телефона


Закрыть ... [X]

Внешние антенны для увеличения дальности Рисовать поэтапно ариэль поэтапно карандашом

Антенна логопериодическая самодельная XADO Atomic Oil. Синтетические моторные масла. АвтоДела
Антенна логопериодическая самодельная Блог для детей и о детях
Антенна логопериодическая самодельная ВЯЗАНИЕ ПИНЕТОК - СХЕМЫ ВЯЗАНИЯ - Вязание крючком
Антенна логопериодическая самодельная Волшебные техники лоскутной мозаики / Лоскутное
Антенна логопериодическая самодельная Выкройка юбок для девочек, пошаговые инструкции с
Антенна логопериодическая самодельная Вышивка в открытках. Открытки. Форум Ручной Работы - Ручная работа
Антенна логопериодическая самодельная Вязание для девочек спицами и крючком, модели с описанием и
Антенна логопериодическая самодельная Декор мужской подарочной бутылки - Ярмарка Мастеров
Как вязать узор зигзаг крючком: схема и рекомендации Красивый узор вязание на вязальной машине на шарфы МК вязания складок спицами. - Страна Мам Минитрактор своими руками: самоделки из нивы, мотоблока Овуляция и все, что с ней связано - Планирующие - КосмоФорум