Антенна gsm 900 своими руками: Антенна GSM своими руками

Самостоятельное изготовление антенн для мобильной связи

Не ловит телефон? Собери антенну сам!

В статье мы расскажем, как самостоятельно рассчитать, спроектировать и изготовить логопериодическую антенну для дачного приема на диапазон GSM 900, которую можно выполнить из подручных материалов, не покупая дорогих трубок, без применения сварки и тому подобного. Такую антенну можно будет установить как на даче, так в городе, например, за окном.

Логопериодические антенны достаточно компактны и широкодиапазонные, и при достаточном количестве вибраторов коэффициент усиления может приближаться к антенне типа «волновой канал». В среднем, коэффициент усиления антенны составляет 6…7 дБ, а уровень побочных лепестков диаграммы направленности от -12 до -14 дБ, КБВ (коэффициент бегущей волны) – более 0,5.

Антенна состоит из двух рядов горизонтальных вибраторов, расположенных на рядах в шахматном порядке на траверсах. Длина вибраторов и расстояние между ними убывают в геометрической прогрессии в направление к точкам подключения кабеля.

8 м/с: λ_max≈0,345м=345мм и λ_min≈0,306м=306мм.

3. Основными геометрическими параметрами логопериодической антенны являются два параметра:
а) знаменатель геометрической прогрессии τ=0,8…0,9, характеризующего скорость убывания длин вибраторов. Примем τ=0,85.
б) угол α=10…30° при вершине треугольника, образованного краями вибраторов.В теории, чем ближе τ к 1 (lim τ=1) и чем меньше φ (lim φ=0), тем больше коэффициент усиления антенны, но при этом на практике возрастают габариты и масса антенны.

4. Также вводится параметр σ – относительный интервал, который объединяет в себе параметры α и τ: σ=d_n/(4*L_n)=0,25*(1- τ)*ctg(α/2), где L_n и d_n – длина любого вибратора и расстояние от предыдущего.
Экспериментальным путем определено, что оптимальным при заданном τ будет σ=0,243* τ -0,051=0,243*0,85-0,051≈0,15.

5. Определяем ctg(α/2)=4*σ/(1-τ)=4*0,15/(1-0,85)=4.

6. Определяем длину первого (самого длинного) вибратора l

1=(0,5…0,55)*λ_max=0,5*345≈173 мм.

7. Определяем длину второго вибратора l₂=τ*l₁=0,85*173≈147 мм.

8. Определяем расстояние от первого вибратора до второго: d₂=(l₁-l₂)*ctg(α/2)/2=(173-147)*4/2=52 мм.

9. Для остальных вибраторов проводим расчет аналогичный п.7 и п.8, согласно формулам:l_n= τ*l_n-1 и d_n=(l_n-l_n-1)*ctg(α/2)/2.

10. Результаты расчетов по п.9:

№ вибратора	l, мм	d, мм
1	173
2	147	52
3	125	44
4	106	38
5	90	32
6	77	26

 

11. Графически строим равнобедренный треугольник с длиной основания l₁=173 мм и углом при вершине φ=27° (ctg(α/2)=4).

 

12. Расстояние от первого вибратора до короткозамкнутой перемычки d₀=(0,125…0,18)*λ_max=0,125*345≈43 мм.

13. Расстояние между траверсами определяется из геометрии применяемых трубок и волнового сопротивления.

14. Коэффициент усиления антенны G_a=8,6…8,9 дБ определяем из таблицы по известным σ и τ:

		σ
		0,06	0,08	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18
τ	0,8	7	7,2	7,5	8	8,3	8	7,5
	0,82	7,2	7,4	7,7	8,2	8,4	8,3	7,9
	0,84	7,3	7,6	7,9	8,3	8,6	8,6	8,2
	0,86	7,6	7,8	8,2	8,4	8,8	8,9	8,6
	0,88	7,9	8,1	8,4	8,7	9	9,2	9,1
	0,9	8,3	8,6	8,8	9	9,3	9,6	9,5
	0,92	8,7	8,9	9,1	9,4	9,6	10	10
	0,94	9,1	9,3	9,5	9,8	10,2	10,7	10,9
	0,96	9,5	9,7	10	10,4	11	11,5	11,7
	0,98	10	10,4	10,6	11,1	11,6	12,3	13,2

В качестве траверс, к примеру, можно использовать, старые алюминиевые лыжные палки. А в качестве вибраторов использовать алюминиевый провод от старой электропроводки, как можно большего диаметра, который удастся найти, для обеспечения прочности и жесткости антенны. В трубке сверлятся отверстия, отрезки провода вставляются в отверстия трубки и запаиваются. Для пайки алюминия рекомендуем использовать специальный флюс, например, Ф61А.

Кабель снижения необходимо провести внутри верхней траверсы, а на выходе оплетку кабеля припаять к верхней траверсе, а центральную жилу к нижней. Допустимо кабель не проводить внутри траверсы, а прикрепить его пластиковыми стяжками (хомутами) к ней.

 

 

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 обычной 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. Антенны яги-уда хоть и эффективны, но хрупки и должны быть изготовлены очень аккуратно, чтобы улавливать сильные сигналы.

Статьи по теме

Ссылки

• 273k: Проектирование и изготовление антенны GSM
• virginia.edu: СПЕЦИФИКАЦИЯ АНТЕННЫ GSM
• PC Mag: Определение: GSM

Об авторе

Тайлер Лакома несколько лет работал писателем и редактором после окончания Университета Джорджа Фокса по специальности «управление бизнесом и писательство/литература».