Антенна gsm 900 своими руками: Антенна GSM своими руками

Антенна GSM своими руками

В последнее время в России значительно увеличилась зона покрытия сетями стандарта GSM 900. Тем не менее ситуация далека от идеальной. Если в европейских странах проблема неуверенного приема практически отсутствует, то большинство отечественных пользователей частенько с ней сталкиваются – в загородных домах, на дачах и т. д. А как было бы замечательно выехать на рыбалку, охоту, в деревню, не теряя связь с внешним миром!

Ключ к решению этой проблемы – внешние направленные или ненаправленные антенны. Правда, купить антенну мало – необходимо ее правильно установить и настроить. Читатели, знакомые с радиоэлектроникой, смогут самостоятельно изготовить и настроить антенну, работающую в стандарте GSM. Сегодня мы расскажем о типах антенн и о способах их установки и настройки.

Справка

Говоря совсем просто, мобильный телефон представляет собой дуплексную радиостанцию, ведущую радиообмен на разных частотах. Всего в стандарте GSM 900 124 частоты. Телефон, как и базовая станция, может работать на любой частоте, определяемой оператором.

Базовая станция (BS) передает, а телефон (MS) принимает на частотах 935,2 – 959,8 МГц. Мобильный телефон передает, а базовая станция принимает на частотах 890,2 – 914,8 МГц. Канал от BS к MS называется Down Link, от MS к BS – Up Link. Большинство операторов используют ограничение дальности работы мобильного телефона от базовой станции – 35 км, что обусловлено особенностями стандарта. Поясним, что в сети стандартной конфигурации в одном частотном канале формируется 8 временных интервалов (тайм-слотов): один служебный, а семь – разговорные. Именно в этом случае максимальная дальность связи на каждом канале составляет 35 км. Однако в GSM предусмотрена также нестандартная конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается на 70 – 100 км (конфигурация Extended Cell). К сожалению, при такой конфигурации количество разговорных каналов уменьшается до 2 – 3, что уменьшает емкость сети. Использовать такой режим в городе и около оператору не выгодно. Иногда этот режим используется на морском побережье для создания прибрежной зоны покрытия.

Таким образом, если у вас телефон стандарта GSM 900, не пытайтесь установить связь, удалившись от ближайшей базовой станции больше чем на 35 км. Максимальная дальность связи, достигнутая мной, – 34 км.

Дальность связи

На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:

1. Местоположение BS и MS и рельеф местности.

2. Мощность и чувствительность MS.

3. Мощность и чувствительность BS.

4. Используемые на MS и BS антенны.

5. Воля Господа Бога (опытные связисты шутят, что это – главное).

Обычно базовые станции имеют мощность 20 – 30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет -100 дБ – 115 дБ. Изменить или повлиять на все эти параметры пользователь, конечно, не может. Выходная мощность телефона составляет 0,3 – 2 Вт, чувствительность – 90 – 105 дБ. Чувствительность телефона в основном определяется технологиями, используемыми при создании малошумных входных устройств. Если в зонах уверенного приема разница в чувствительности и мощности между моделями 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 ETSI 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.

Что же касается рельефа, то на ровной местности и по реке волны распространяются лучше. Чем выше вы находитесь (в разумных пределах), тем лучше сигнал. Лес порой “гасит” волны сильнее, чем городская застройка.

Поиск сигнала

Итак, вы выбрались за город и хотите обеспечить себя связью. Поднимитесь на крышу, чердак или на самую высокую точку рядом с домом или нужным вам местом. Если телефон ловит сеть, но на пределе (или нестабильно), у вас есть все шансы поправить дело, используя внешнюю антенну. Если расстояние до станции меньше 30 км, а сеть не ловится, также попробуйте применить антенну. В последнем случае попытайтесь договориться с продавцов о возврате антенны, если эксперимент провалится.

Если сигнал, хоть и очень слабый, был все же пойман, наберите любой городской номер – для проверки. Если при разговоре слышимость нормальная и собеседник не жалуется на выпадение кусков вашей речи, значит, энергетика обеих линий (UL и DL) сбалансирована и можно использовать стандартную антенну, настроенную на среднюю частоту между частотами приема и передачи. Если же собеседник время от времени пропадает, необходимо “усиливать” нисходящее направление от базовой станции к вашему телефону. Возможно, стоит поискать телефон с лучшей чувствительностью. Но если плохо слышно вас, следует усиливать направление от вашего телефона до базовой станции. Уже на данном этапе понятно, что при выборе типа антенны и ее параметров желательно учитывать данные оператора и условия приема.

В зонах неуверенного приема часто наблюдается интерференция (помехи) между каналами с одинаковыми и соседними частотами. К сожалению, частотный ресурс, выделенный операторам GSM 900 в России, ограничен, из-за чего в зоне неуверенного приема часто “видны” частоты от разных базовых станций с одинаковыми или соседними значениями уровня сигнала. Такие частоты 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”. “Заставить” телефон выбрать другую частоту получается далеко не всегда, однако специальная функция телефонов Nokia – Netmonitor – это сделать позволяет.

С подобной проблемой я столкнулся на даче, которая отделяется от крупного города довольно-таки открытым пространством. Телефон принимал соседние частотные каналы с уровнями 70 дБ, 73 дБ и 72 дБ, но качество связи оставляло желать лучшего. Спас меня только принудительный выбор другого частотного канала с меньшим уровнем – 80 дБ. Однако при ограниченном частотном ресурсе даже частотное перепланирование сети выручает далеко не всегда. Тем не менее, если в вашем телефоне отсутствует Netmonitor, можно использовать внешнюю направленную антенну с хорошей диаграммой направленности. Остается только сделать правильный выбор.

Выбор антенны

Как уже говорилось, увеличить дальность и качество связи позволяют именно внешние антенны. Для телефонов в основном используются внешние штыревые и логопериодические антенны, а также антенны типа волновой канал. Повторим, что в Западной Европе отсутствуют зоны неуверенного приема. Поэтому направленные антенны для терминалов GSM 900 практически не выпускаются. Если производитель и предлагает направленную фирменную антенну GSM 900, она, как правило, предназначена для работы с ретрансляторами (репитерами) операторов.

В СНГ и Восточной Европе направленные антенны изготавливаются кустарным способом. Кроме того, есть не- большие заводики в Чехии, Польше и Прибалтике. Простая автомобильная магнитная 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. Автомобильная антенна представляет собой вертикальный штырь в 3/4, 1/2 или 5/8 длины волны. Даже простая автомобильная антенна, поднятая повыше, может поправить ситуацию с неуверенной связью. Дело в том, что при разговоре по телефону около 10 – 20% энергии поглощается телом пользователя, поэтому, поднимая штыревую антенну вверх, вы уменьшаете влияние на нее окружающих предметов. Я сам наблюдал, как самодельные, полуволновые и вертикальные диполя, поднятые на 5 м, решали проблему связи. Поясним, как такой диполь изготавливается.

Рис. 1. Вертикальный диполь

Зачищаем c одного конца белый телевизионный кабель RG6U. Получаем центральный проводник и оплетку кабеля. К центральному проводнику припаиваем медный провод любой толщины длиной около 8,2 см (для диапазона 900 МГц) и крепим его вертикально вверх. К оплетке припаиваем второй кусок провода такой же длины и крепим его вертикально вниз (рис. 1). Получаем нечто похожее на букву “Т”, положенную набок. (В телевидении используется горизонтальная поляризация, а в GSM – вертикальная, поэтому требуется именно такой диполь.) Другой конец кабеля подключаем через переходник к телефону. Будьте внимательны и не замкните центральную жилу с оплеткой, иначе телефон может сгореть. Ну вот, за 5 минут мы соорудили примитивную антенну, не уступающую по параметрам китайским автомобильным.

Приведу историю из жизни. Приехав прошлым летом на отдых в Крым, я обнаружил, что на базе обещанного оператором уверенного покрытия нет. Это означало, что я пропущу очень важный звонок. Уверенный сигнал обнаружился на крыше коттеджа, но перспектива просидеть там две недели меня не вдохновила. За 5 минут я нашел кусок нужного провода (вместо медного использовал алюминиевый). Еще 10 минут ушло на то, чтобы отыскать у соседей 5-метровый кусок телевизионного кабеля. Nokia 7110 имеет механический коммутатор для внешней антенны, поэтому я просто воткнул центральный проводник кабеля прямо в разъем телефона, а оплетку кабеля соединил с металлическим ободком внешнего разъема телефона. Укрепил антенну на крыше домика и уже через 10 минут на радость семье и на зависть соседям свободно общался по телефону.

Как говорится, вернемся к нашим баранам. Сначала воспользуемся автомобильной штыревой антенной ($5 – 10).

Здесь главное – не нарваться на слишком скверное качество. Имея Netmonitor, проверить антенну гораздо легче. При подключенной к телефону автомобильной антенне уровень сигнала должен увеличиться на 1 – 3 дБ (например, с -60 дБ до -57 дБ). В крайнем случае, сигнал должен остаться прежним. Если при подключении антенны сигнал уменьшится на 5 дБ и больше, лучше отказаться от покупки. Хочу заметить, что хорошая фирменная автомобильная антенна стоит от $40 и выше. Впрочем, и среди азиатских 10-долларовых изделий иногда встречаются неплохие вещицы.

Установленная на крышу вашего “домика в деревне”, автомобильная антенна способна решить проблему со связью. Если усиления автомобильной антенны не хватает, можно обратиться к другим – например, к распространенной направленной антенне – волновому каналу. Он выглядит, как обычная телевизионная антенна, установленная на крыше дома.

Волновой канал позволяет получить реальное усиление до 7 – 15 дБ с оптимальной диаграммой направленности. Но у него есть недостаток – узкополосность. Разница между частотой приема и частотой передачи в GSM 900 составляет 45 МГц, а весь рабочий диапазон – 890 – 960 МГц (полоса в 70 МГц). Добиться линейной или близкой к линейной характеристики в таком широком диапазоне затруднительно. Поэтому желательно изготавливать волновой канал в зависимости от частоты оператора и конкретного места и в зависимости от ситуации сдвигать резонанс к частоте восходящего или нисходящего направлений. Для большей широкополосности следует использовать только петлевой вибратор, согласовывая его с кабелем – например, с симметрирующей петлей; также следует ограничиться небольшим количеством элементов, скажем, 3 – 12, так как если их будет больше, настроить антенну без оборудования будет трудно, кроме того, рабочий диапазон антенны сужается.

Мне приходилось иметь дело с множеством волновых каналов, изготовленных кустарно. Констатирую: в большинстве антенн коэффициент усиления составлял менее 7 дБ, некоторые имели резонанс на частотах 700 – 800 МГц вместо GSM-диапазона и коэффициент стоячей волны больше 3 (при передаче это может легко вывести из строя выходной каскад телефона). Профессионально изготовленные и настроенные самодельные антенны встречались редко.

Теперь на очереди – логопериодические антенны (их тоже можно отыскать на радиорынке). По сравнению с волновым каналом они имеют более широкий рабочий диапазон. Поэтому такие антенны менее критичны к точности изготовления и настройки. Реальный коэффициент усиления здесь достигает 10 – 14 дБ.

Теоретически при необходимости можно соединить 2 волновых канала, один – настроенный на частоту приема, другой – на частоту передачи, но это уже слишком сложная система.

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 RG6 – коаксиальный кабель с двойной оплеткой. Его вы найдете в любом магазине. Затухание составляет 20 – 24 дБ на 100 м (проверял экспериментально). Промышленные штыревые автомобильные антенны обычно включают в себя кабель RG59 с затуханием 28 дБ на 100 м. Антенна типа волновой канал с коэффициентом усиления 12 дБ и 10 м кабеля RG6U дают общее усиление 9,6 дБ, а при 20 м – 7 дБ.

На большинстве 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. Покупая антенный переходник, убедитесь в его дееспособности. При включении переходника в телефон встроенная в телефон антенна отключается и выходной каскад переключается на переходник. Иными словами, если вы просто подключаете переходник к телефону, сигнал на шкале телефона должен немного упасть. Потом вы подключаете внешнюю антенну к переходнику, и сигнал увеличивается. Если все идет именно так, значит, переходник работает.

Настройка антенны на местности

Итак, вы купили антенну и подключили ее к кабелю и к телефону. Поднялись на высокую точку и приступили к настройке антенны. Разместите телефон так, чтобы был виден экран. Как уже говорилось, при настройке антенны с аппаратами Nokia лучше всего использовать функцию Netmonitor. В большинстве других телефонов можно ввести специальный код и открыть служебное меню, которое позволяет увидеть приемный уровень 6 – 8 частот, принимаемых телефоном в порядке убывания, номера частот, расстояние до базовой станции, процент ошибок в канале и др.

(Описание многих сервисных меню см. на: www.3ton.com/gsm.) Если Netmonitor есть, будем ориентироваться по уровню сигнала в децибелах (напоминаем, что сигнал сильнее, когда значение уровня в децибелах меньше). Если он отсутствует, будем настраиваться по стандартной шкале сигнала.

Так как антенны базовых станций GSM 900 имеют вертикальную поляризацию, волновой канал следует размещать вертикально. При юстировке антенн обратите внимание на то, что приемный уровень сигнала, отображаемый в телефоне, изменяется с задержкой до нескольких секунд, поэтому антенну следует поворачивать медленно и дискретно. Если вам известно направление на ближайший город, начните с него. Медленно поворачивайте антенну по горизонту. Если сигнал найден, ваша задача найти направление, откуда сигнал приходит с максимальным уровнем. Если сигнала нет, медленно поворачивайте антенну по горизонту, пока он не появится. Помните, что каждый метр высоты установки антенны может оказаться решающим. Если сигнал не найден, попробуйте переместиться на несколько метров в сторону и поискать снова.

Может быть, вам повезет.

Нежелательно использовать кабель между антенной и телефоном длиной более 30 м: в этом случаи практически весь сигнал теряется в кабеле.

Напоследок приведем размеры самодельной логопериодической антенны для диапазона 850 – 950 МГц (рис. 2). Размеры взяты с сайта www.atnn.ru. Программу для расчета антенны-волновой канал опять-таки можно найти на: www.3ton.com/gsm.

Номер элемента	Общая длина вибраторов (мм)	Расстояние от предыдущего элемента (мм)	Расстояние от конца бума (мм)
5	176	0	44
4	141	51	95
3	113	40	135
2	60	32	168
1	72	26	194

Параметры: коэффициент усиления – 8,3 дБ, волновое сопротивление – 60 Ом.

Рис. 2. Логопериодическая антенна

Антенна GSM своими руками: особенности, стандарты и виды

Содержание

• 1 Развитие стандарта GSM, антенн GSM
• 2 Изготовление GSM антенны
• 3 Разновидности GSM антенн

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.

Проектирование и изготовление антенны GSM

Проектирование и изготовление антенны GSM GSM Pages – GSM Books – Проект программного обеспечения GSM (внешний) – Digg it Монопольный дизайн – Yagi Design

Введение

Использование подходящей антенны может значительно увеличить ваши шансы на успех при обнаружении слабых радиосигналов. К сожалению, диапазон подходящих антенн для диапазонов GSM очень ограничен и/или очень дорог. Ранее я экспериментировал с созданием самодельных беспроводных (WiFi) антенн, я решил, что сделать то же самое для антенны GSM не должно быть проблемой.

Первым делом нужно было поискать в Google уже существующие проекты, которые я мог бы построить. Оказывается, изготовление GSM-антенн не так популярно, как изготовление беспроводных антенн. Я нашел некоторую информацию на американских радиолюбительских сайтах о диапазоне 33 сантиметра (902–928 МГц), но ничего такого размера, который я искал, не нашел.

Поэтому мне пришлось стиснуть зубы и самому разработать подходящую антенну.

Требования

Первым шагом к созданию антенны является установление некоторых базовых требований к антенне:

Диапазон частот

Антенна должна охватывать весь диапазон стандартных и расширенных диапазонов GSM-900 (от 880 МГц до 960 МГц). Диапазоны GSM-1800 были бы хороши, но это необязательно, я могу разработать другую антенну для этих диапазонов.

Размер

Антенна должна быть маленькой и компактной, чтобы ее можно было легко поместить в сумку для ноутбука.

Усиление

Антенна должна иметь разумное усиление, я надеялся на что-то около 8 дБи.

Сборка

Антенна должна быть простой в изготовлении, для ее изготовления потребуются инструменты и материалы, которые легко и дешево приобрести.

Немного математики

Важным измерением в радио является расстояние между одной и той же точкой на двух последовательных волновых циклах, это расстояние известно как длина волны и обозначается символом λ (лямбда).

Изображение 1: Длина волны.

Чтобы вычислить длину волны радиосигнала, мы берем скорость света в вакууме и делим ее на частоту в герцах (количество полных волновых циклов в секунду).

Длина волны (λ) = скорость света / частота

Центральная частота для моей конструкции антенны составляет 920 МГц, поэтому длина волны:

Длина волны (λ) = 299792458 / 920000000 = ~0,325861367 = ~0,326 метра

Длина волны сигнала 920 МГц составляет примерно 0,326 метра. Сигналы не будут проходить через вакуум, поэтому необходимо внести небольшую корректировку, нам нужно уменьшить длину волны примерно на 5%.

(Я хотел бы узнать больше об этом значении корректировки, если у вас есть дополнительная информация, мой адрес электронной почты указан в конце страницы.) Итак, после корректировки мы имеем длину волны 0,310 метра или 310 миллиметров.

Варианты конструкции антенны

Существует множество различных типов антенн, некоторые распространенные типы для домашнего строительства Диполь, Монополь, Яги-Уда (Яги), Кантенна (волновод) и Параболический. На Рисунке 2 показан пример того, как может выглядеть каждая из антенн: красные линии — это ведомый элемент, а черные линии — провода или поверхности, которые могут направлять или отражать радиосигнал.

Изображение 2: Различные типы антенн.

Для этого проекта я решил построить два разных типа антенн: монополь и яги.

Дизайн

Монопольная конструкция – вертикальная несимметричная антенна с длиной волны 1/4.
Yagi Design – 6-элементная антенна Yagi.

Выводы

Теперь я построил и протестировал две конструкции, и результаты оказались интересными (по крайней мере, для меня тоже ;).

Тестирование несимметричной конструкции было очень неожиданным, поскольку грубо нарезанный провод был предварительно сформирован, а также построенная несимметричная антенна. Я предполагаю, что небольшое улучшение уровня шума, скорее всего, было связано с заземлением, выступающим в качестве экрана для местных источников шума.

Я очень доволен результатами конструкции Yagi и думаю, что она соответствует требованиям, которые я установил для антенны. Кажется, что конструкция работает так, как ожидалось, ее легко собрать и она выглядит надежной. Единственная проблема с конструкциями заключается в том, что я не уверен в фактическом усилении антенн, что в основном связано с отсутствием оборудования/среды для проведения точных испытаний. Теоретическое моделирование показало несимметричную антенну с коэффициентом усиления 3 дБ и антенну типа “яги” с коэффициентом усиления 9 дБ.дБ, но эти модели представляют собой идеальную вселенную, и на практике реальность так не работает. Мысль, что усиление Yagi от 4 до 6 дБ по сравнению с монополем достаточно близко к значениям, показанным в моделях.

Дизайны требуют минимального количества инструментов и материалов, и я старался быть ясным и подробным в описаниях и фотографиях. Пожалуйста, дайте мне знать, если что-то нуждается в дополнительной работе или деталях.

Будущие задачи

Для конструкции монополя я рассмотрю возможность использования элементов разной длины (1/2 длины волны и т. д.), чтобы увидеть, будут ли они работать лучше.

Для конструкции Yagi я попытаюсь разработать версию с гораздо более высоким коэффициентом усиления, причина в том, что текущая конструкция имеет очень широкий луч (около 60 градусов). Попытка выделить одну BTS со слабым сигналом может быть затруднена, когда в пределах луча есть другие сильные сигналы BTS. Это будет еще более важно, если вы пытаетесь подобрать удаленный мобильный телефон.

Другая задача состоит в том, чтобы протестировать конструкции моей антенны в сравнении с некоторыми коммерчески разработанными и построенными антеннами, чтобы сравнить их.

Если у вас есть какие-либо комментарии или предложения, вы можете связаться со мной, используя адрес электронной почты в конце страницы.

GSM Pages – GSM Books – Проект GSM Scanner (Внешний)
Последнее обновление 24 июля 2007 г. Авторское право © 2007 Роберт Фицсаймонс. Робфитц в сети 273 тыс. точек

Самодельная антенна GSM | Наука

••• Hemera Technologies/AbleStock. com/Getty Images

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Тайлер Лакома

Антенна GSM предназначена для усиления сигналов некоторых типов сотовых телефонов и других беспроводных приемников данных. GSM, что означает Глобальная система мобильной связи, традиционно является типом технологии сотовой связи, используемой в основном в Европе, а также в Соединенных Штатах и ​​других странах. Сигналы и технология основаны на системе с коммутацией каналов, которая делит каждый канал шириной 200 кГц на восемь различных интервалов по 25 кГц.

Параметры

Антенна GSM должна иметь возможность принимать правильные частоты. Существует несколько различных диапазонов GSM, большинство из которых находится в диапазоне от 880 МГц до 9 МГц.60 МГц. Существуют также более высокие диапазоны GSM, используемые некоторыми приложениями, которые улавливают сигналы до GSM-1800, а сотовые телефоны с возможностями GSM оснащены тюнерами, способными улавливать эти сигналы, но для самодельной версии нижний диапазон обычно является единственным. такой, до которого можно добраться.

Также следует учитывать размер. Антенна должна быть достаточно маленькой, чтобы ее можно было легко носить с собой и устанавливать или снимать по мере необходимости, желательно, чтобы она легко помещалась в рюкзаке или портфеле. Антенна также должна быть простой в сборке и при этом иметь достаточное качество для разумного коэффициента усиления, предпочтительно до 8 дБи. В качестве материалов можно использовать различные металлические прутья, проволоку и листы. Лучшим типом металла для антенны обычно является сварочный стержень или алюминиевая трубка, но они встречаются реже, и вместо них часто можно использовать медный провод с нормальной изоляцией.

Чтобы узнать длину радиосигнала, который вы хотите принять, вам необходимо определить среднюю частоту для частоты GSM, которая обычно находится в диапазоне от 900 до 920 МГц. Затем она делится на скорость света в вакууме, константу, измеряемую в метрах и обозначаемую как «с». Это дает метрическое число, которое затем необходимо скорректировать с учетом реальных условий воздуха, обычно уменьшая его на пять процентов. Для 920 МГц итоговое число составляет около 310 миллиметров. Это номер, который вы будете использовать при конструировании антенны.

Дизайн

Существует несколько различных дизайнов, которые вы можете выбрать при создании антенны. Выбранный вами дизайн, вероятно, будет зависеть от того, насколько легко его собрать и разобрать, насколько легко вы сможете перемещать его с собой и насколько легко его сделать. Дипольная антенна, состоящая из двух прямых проволочных стержней, обращенных друг к другу, довольно проста в изготовлении и может быть сконструирована вертикально на 1/4 указанной длины волны, но она не будет столь же эффективной в качестве приемника, как другие модели. Параболическая антенна использует тарелку, и хотя она может быть эффективной, у вас может не быть материалов для ее создания.

Монопольные антенны, в которых используется металлическая плоскость, прикрепленная к одному концу дипольной антенны, эффективны и при правильном изготовлении могут складываться в довольно маленькое пространство.