Зовнішня антена для мобільного телефону стандарту GSM. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Зовнішня антена для мобільного телефону стандарту GSM. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / телефонія

Коментарі до статті

Радіус дії мобільного телефону можна збільшити, оснастивши його зовнішньою виносною спрямованою антеною. Про те, як самостійно виготовити таку антену, і розказано у статті. Антену успішно можна використовувати на дачі, у віддаленому заміському будинку, і навіть, враховуючи її невеликі розміри, в польових умовах.

У перевагах мобільного зв'язку переконуються на власному досвіді нові і нові користувачі мобільних 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 найпопулярнішим і привабливим.

Але крім численних і незаперечних переваг стільникової телефонії, як і будь-якому технічному засобу, притаманні деякі недоліки. Згадаймо необхідність платити за кожну секунду розмови. Крім того, для стільникового зв'язку характерні такі явища, як наявність "мертвих" зон та погіршення якості зв'язку при значній відстані від антени найближчої базової станції.

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

Допомогти у 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 такою вже дорогою платою за якісний зв'язок.

При розробці стаціонарної зовнішньої антени для стільникового телефону була обрана конструкція зигзагоподібної антени [1, 2], що широко застосовується у професійному зв'язку та популярна у радіоаматорів та телеглядачів.

Антени цього типу в діапазоні частот, що використовуються в стільниковій телефонії, дозволяють реалізувати хороші характеристики при невеликих габаритах, досить прості у виготовленні та налаштуванні, мають хорошу повторюваність параметрів при їх виробництві.

Зигзагоподібна антена складається з восьми замкнутих провідників довжиною L, що утворюють два ромбоподібні осередки (див. рисунок). Конструкція антени така, що її провідники, що збуджуються в точках а і б, утворюють своєрідну синфазну решітку антенну з чотирьох вібраторів. Пучності (максимуми) струму розташовуються біля точок живлення й у кутах, позначених літерами П. Антена має лінійну поляризацію, у показаному малюнку випадку - вертикальну.

Діаграма спрямованості антени зберігається у діапазоні частот з перекриттям fmax/fmin = 2...2,5. Характеристика спрямованості антени симетрична щодо площини розташування її провідників.

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

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

Конструкція антени зрозуміла з малюнка.

Зовнішня антена для мобільного телефону стандарту GSM

Основний розрахунковий параметр L визначає робочу частоту антени. Для зигзагоподібної антени коефіцієнт спрямованої дії залежить від співвідношення L/λ причому КНД виявляється максимальним при L/λ - 0,4. Максимальний КБВ - 0,8 досягається при L/λ - 0,3, а при відносинах L/λ = 0,25...0,5 КБВ становить величину щонайменше 0,5. Тому для середньої частоти робочого діапазону антени було обрано величину L = 80 мм, при цьому L/λ - 0,37. Крім L, величину КБВ впливають ширина вібраторів антени d і відстань від полотна антени до рефлектора. Зазвичай рекомендується вибирати d = 0,033λmax, де λmах - максимальна довжина хвилі робочого діапазону антени. У разі d = 10 мм. З погляду підвищення КНД антени відстань до рефлектора бажано зменшувати, з погляду узгодження - збільшувати. У цій конструкції воно становить 45 мм, що забезпечує зазначені вище характеристики антени.

Полотно антени 1 і рефлектор 2 виготовлені з однобічно фольгованого склотекстоліту марки СФ-1 товщиною 1...1.5 мм. Полотно антени утворено двома симетричними квадратними осередками, які вирізаються з фольгованого склотекстоліту із зовнішнього боку по контуру антени. Внутрішній контур зигзагоподібної антени подряпується різаком з боку фольги, після чого фольга зсередини контуру антени видаляється. Для полегшення процесу видалення фольги можна попередньо прогріти потужним паяльником. За бажання можна видалити і більшу частину діелектрика всередині контуру антени.

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

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

Слід зазначити, що величина КБВ залежить від типу застосовуваного коаксіального кабелю. Як правило, чим тонший кабель, тим більше його згасання, що погіршує характеристики антени. У той же час тонкий кабель при підключенні його до телефону менше сковує рухи 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 всередині приміщення біля вікна), то можна використовувати тонший кабель з поліетиленовим діелектриком (наприклад, РК 50-1,5-11).

Якщо для забезпечення прийнятного сигналу антену потрібно виносити більшу відстань, вимоги до фідеру посилюються. Непоганими характеристиками для цього випадку мають кабелі РК 50-2-21, РК 50-2-2. В описуваній конструкції як фідер 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 λmin один від одного, тут λmin - мінімальна довжина хвилі робочого діапазону частот Елементи рефлектора орієнтують паралельно лінії а- б, тобто у площині поляризації. Для заземлення антени з'єднують точки П-П антенного полотна з екраном металевими стійками, а сам екран надійно кріплять до шини (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 із двох градацій шкали індикатора мобільного телефону Motorola M3788 до чотирьох, що забезпечило якісний телефонний зв'язок.

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

Дані частот і довжин хвиль різних стандартів стільникового зв'язку наведені в таблиці. Скориставшись ними та перерахувавши лінійні розміри, можна сконструювати подібні антени для інших діапазонів.

Зовнішня антена для мобільного телефону стандарту GSM

література

Харченко К. П. УКХ антени. - М.: ДТСААФ, 1969.
Харченко К. П. Антена діапазону ДЦВ: Сб: "На допомогу радіоаматору", вип. 94, с. 68-79. - М.: ДТСААФ, 1986.
Ратинекій М.В., Телегін А.В. Телефон у кишені. Путівник по стільниковому зв'язку. - М: Радіо і зв'язок, 2000.

Автор: В.Василевський, м.Дзержинський Московської обл.

Дивіться інші статті розділу телефонія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Мережевий BLE-співпроцесор 29.01.2021

Компанія STMicroelectronics представила сертифікований мережевий процесор BlueNRG-2N Bluetooth 5.0 з покращеним енергоспоживанням та підтримкою новітніх функцій Bluetooth, які збільшують пропускну здатність та підвищують конфіденційність та безпеку даних (рисунок 1).

Мережний співпроцесор BlueNRG-2N попередньо запрограмований та готовий до підключення до зовнішнього мікроконтролера для забезпечення зв'язку Bluetooth. Він може застосовуватися в інтелектуальних медичних портативних приладах, периферійних пристроях для ПК, пультах дистанційного керування, освітленні, промислової та домашньої автоматизації.

Мережевий процесор дозволяє оптимізувати вибір мікроконтролера відповідно до вимог конкретного виробу. Останні удосконалення Bluetooth, представлені в BlueNRG-2N, включають підтримку Data Length Extension, яка прискорює оновлення вбудованого ПЗ бездротової мережі (OTA) в 2,5 рази і збільшує швидкість передачі даних до 700 кбіт/с на рівні додатків. Крім того, завдяки підтримці Bluetooth LE Privacy 1.2, BlueNRG-2N часто змінює адресу без участі хост-процесора, щоб запобігти небажаному відстеженню з мінімальним впливом на енергоспоживання системи.

BlueNRG-2N запрограмований стеком Bluetooth LE із цифровим підписом, що скорочує виробничі витрати, зберігаючи при цьому гнучкість для оновлення OTA. Вбудована технологія аутентифікації образів Firmware підвищує кібербезпеку, завжди перевіряючи стек перед запуском, що дозволяє запускати лише підписані образи прошивки. Потужність, що споживається, стала нижчою в порівнянні з попередніми поколіннями BlueNRG, струм в режимі очікування становить всього 900 нА (при працюючому стеку BLE). У той же час пристрій підтримує стабільну та надійну роботу радіоканалу завдяки програмованій вихідній потужності до + 8 дБм та бюджету каналу зв'язку до 96 дБ.

Ключові особливості:

сертифіковано Bluetooth 5.0;
споживання струму в режимі сну до 900 нА;
споживання струму TX 6,8 мА (@ -2 дБм, 3,0 В);
RX-споживання струму 6,2 мА (@ 3,0 В);
потужність до +8 дБм на роз'єм антени;
чудовий бюджет каналу зв'язку до 96 дБ;
вбудований понижувальний перетворювач + LDO;
гарантований зв'язок між декількома майстрами та кількома відомими;
одночасна робота двох майстрів та до шести підлеглих;
підтримка до восьми одночасних з'єднань;
підвищена швидкість передачі (до 700 кбіт/с прикладному рівні);
швидкість оновлення прошивки по радіо збільшено у 2,5 рази.

Інші цікаві новини:

▪ Компактна версія електрозаправки Supercharger для міста

▪ Преміум клавіатура Keychron Lemokey L3

▪ Електровелосипед Zectron Electric Bike

▪ Вода у стратосфері формує клімат

▪ Під музику Вівальді

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Вузли радіоаматорської техніки. Добірка статей

▪ стаття Вікно до Європи. Крилатий вислів

▪ стаття Як ударник гурту ZZ Top спростовує своє прізвище? Детальна відповідь

▪ стаття Верстатник деревообробних верстатів, зайнятий обробкою заготовок на кромкофугувальних верстатах. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Вимірник індуктивності та ємності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Лабораторне джерело живлення з регулюванням струму обмеження, 0-30 вольт 3 ампери. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт