Перейти к содержимому

Октябрь 20, 2010

Выбор антенны 3G

Выбираем 3G антенну

Не так давно зона покрытия сетями GSM 900 стандарта сильно увеличилась. Но, не смотря на это, ситуация оставляет желать лучшего. Тогда, как в странах Европы проблема плохого приема фактически отсутствует, многие наши пользователи сталкиваются с ней достаточно часто — на дачах, в своих загородных домах и т. п. А ведь как бы было чудесно поехать в деревню, на охоту, рыбалку, сохранив телефонную связь.

Решение этой проблемы – использование внешних ненаправленных или направленных антенн. Однако мало просто купить антенну, её ещё нужно правильно установить  и настроить. Те читатели, которые хорошо разбираются в радиоэлектронике, могут сами сконструировать и настроить такую антенну, которая будет работать в GSM стандарте. Сейчас мы расскажем Вам о видах антенн и о методах их настройки и установки.

Справка

Говоря простыми словами, мобильный телефон – это маленькая дуплексная радиостанция, которая обеспечивает радиообмен в разном диапазоне частот. В GSM стандарте всего 900 124 частоты. Как базовая станция, так и телефон, могут работать на каждой частоте, которая определяется операторами.

Базовая станция (БС) передает сигнал, а телефон (MС) принимает его на частотах 935,2 — 959,8 МГц. На частотах 890,2 — 914,8 МГц мобильный телефон передает сигнал, а базовая станция — его принимает. Канал от БС к МС — это Down Link, а от MС к БС — Up Link. Многие операторы ограничивают дальность работы телефона от станции в 35 км, так как это определено особенностями данного стандарта. Здесь нужно объяснить, что в одном частотном канале (сеть стандартной конфигурации) формируются 8 временных интервалов (тайм-слотов): из них один служебный, а остальные семь — разговорные. В таких случаях максимальная дальность связи каждого канала равна 35 км. Но в GSM также есть нестандартная конфигурация соты, дальность связи при которой растет на 70 — 100 км (Extended Cell). Но, увы, при этой конфигурации уменьшается число разговорных каналов до 2 — 3, а это снижает ёмкость сети. В городе и вокруг него этот режим оператору использовать не выгодно. Иногда для создания прибрежной зоны покрытия на морском побережье используется данный режим.

Итак, если Ваш телефон GSM 900 стандарта, можете даже не стараться установить связь, отдалившись от ближайшей станции более чем на 35 км. Достигнутая нами максимальная дальность связи составляла 34 км.

Дальность связи

Эти факторы влияют на дальность связи:

  1. Местонахождение МС и БС и ландшафт местности.
  2. Чувствительность и мощность БС.
  3. Антенны, используемые на БС и МС.
  4. Чувствительность и мощность МС.
  5. Божья Воля (некоторые связисты шутят, будто это – самое главное).

Базовые станции обычно имеют мощность от 20 до 30 Вт. Тут используются или направленные антенны или штыревые. Чувствительность станций составляет от 100 дБ до 115 дБ. Повлиять на параметры, или поменять их пользователь не сможет. Чувствительность телефона составляет от 90 до 105 дБ, а выходная мощность от 0,3 до 2 Вт. Обычно чувствительность телефона определяется технологиями, которые применяют для создания малошумных входных устройств. В том случае, если же разница в мощности и чувствительности в зонах хорошего приема между моделями почти неощутима, то в зоне слабого приема она может быть критической. Трубка обычно отображает уровень сигнала от станции 2 кубика, и не может установить коннект, потому что мощности не хватает. Хотя ETSI стандартизация регламентирует выходные мощности для разных классов телефонов, их реальное значение может немного изменятся. Высокой чувствительностью обладают трубки Alcatel, Motorola и SAGEM.  По мощности подходят любые старые телефоны. Почти одинаковую мощность имеют телефоны фазы 2.

Касательно ландшафта, по реке и на ровной местности волны лучше распространяются. Сигнал будет улучшаться с увеличением высоты. В лесу волны затухают сильнее, чем в черте города.

Ищем сигнал

Если  Вы выехали за город и Вам нужно сохранить связь, поднимитесь на чердак или крышу. Если сеть ловится, но нестабильно или на пределе, Вы можете исправить ситуацию при помощи внешней антенны. Если же до станции меньше 30 км, а телефон  все равно не ловит, попробуйте снова использовать антенну. В этом случае Вам стоит заранее договориться с продавцами о вероятном возврате антенны, если Ваш эксперимент не увенчается успехом.

Если же сигнал все-таки найден, наберите для проверки какой-нибудь городской номер. Если во время разговора слышимость хорошая, а Ваш собеседник не сетует на прерывистую речь, то значит, что обе линии (DL и UL) сбалансированы и можно применять стандартную антенну, которая настроена на среднее значение частоты между частотами передачи и приема. А если Ваш собеседник временами пропадает, надо «усилить» нисходящее направление от станции к телефону. Может быть, Вам лучше найти телефон с большей чувствительностью. Однако если это Вас плохо слышно, нужно усилить направление от телефона к станции. Итак, на этом этапе уже ясно, что выбирая антенну и ее параметры, стоит учитывать также условия приема и данные оператора.

Нередко в зонах слабого приема можно наблюдать интерференцию между каналами с близкими и одинаковыми частотами. Но, увы, выделенный операторам частотный ресурс ограничен, а в зоне плохого приема иногда из-за этого «пробиваются» частоты различных станций с одинаковым или близким уровнем сигнала. Эти частоты создают помехи, которые мешают связи, а при некоторых уровнях сигналов связь представляется невозможной. Если у Вас на экране мобильного виден хороший сигнал от станции, а соединение установить не получается, то значит, это «чужаки». Не всегда удается «заставить» Ваш телефон выбрать иную частоту, только у телефонов Nokia есть специальная опция — Netmonitor , которая разрешает это сделать.

Мы столкнулись с похожей проблемой на даче, которая от города отделяется открытым пространством. Близкие частотные каналы уровней 70 дБ, 73 дБ и 72 дБ телефон принимал, но связь была неудовлетворительной. И только выбор другого канала с меньшим уровнем в 80 дБ спас ситуацию. Но и частотное перепланирование сети в ограниченном частотном диапазоне помогает отнюдь не всегда. Однако, если у Вас в телефоне нет функции Netmonitor, то можно применить внешнюю направленную антенну с правильной диаграммой направленности. Далее Вам следует лишь сделать свой выбор.

Выбираем антенну

Как мы уже упоминали, качество и дальность связи разрешают увеличить именно внешние антенны. Обычно для телефонов используют внешние логопериодические и штыревые антенны, и еще антенны типа волновой канал. Зоны плохого приема в Западной Европе просто отсутствуют. По этой причине направленные антенны для GSM 900 терминалов фактически не выпускают. А если какой-то производитель предлагает фирменную направленную GSM 900 антенну, то она рассчитана на работу с ретрансляторами операторов.

А в Восточной Европе и СНГ направленные антенны производятся кустарными методами. К тому же, заводы есть в Прибалтике, Польше и Чехии. Усиление простой магнитной автомобильной антенны составляет от 1 до 3 дБ, волнового канала — от 7 до 15 дБ, что составляет 3 кубика по шкале, а логопериодической антенны – от 7 до12 дБ. Автомобильная антенна – это, по сути, вертикальный штырь в 3/4, 1/2 либо 5/8 длины волны. Но даже обычная автомобильная антенна, поднятая выше, может помочь с плохой связью. Причина в том, что в процессе телефонного разговора телом поглощается 10 — 20% энергии, поэтому, поднимая такую антенну вверх, Вы ограничиваете влияние окружающих предметов на нее. Мы и сами видели, как самодельные, вертикальные и полуволновые диполи, поднятые на высоту 5 м, решали проблему со связью. Теперь мы объясним Вам, как именно изготавливается такой диполь.

Антенна - вертикальный диполь

Рис. 1. Вертикальный диполь

Зачищаем один конец белого телевизионного кабеля RG6U. В результате мы получаем центральный проводник с оплеткой кабеля. Затем припаиваем к центральному проводнику медный провод длиной 8,2 см (для диапазона 900 МГц) и крепим его строго вертикально вверх. А второй кусок провода этой же длины припаиваем к оплетке и крепим вертикально вниз (см. рис. 1). Мы получаем что-то напоминающее букву «Т», лежащую на боку. Здесь нужен именно этот диполь, потому что в телевидении применяют горизонтальную поляризацию, а в GSM — вертикальную. Подключаем другой конец кабеля к телефону через переходник. Тут надо быть внимательными и не сделать замыкание центральной жилы с оплеткой, так как телефон может сгореть. Итак, всего за 5 минут мы сконструировали примитивную антенну, которая не уступает китайским автомобильным антеннам по своим параметрам.

Приведем в пример одну жизненную историю. Приехав в Крым летом, мы заметили, что на базе качественного покрытия, обещанного оператором, нет. Лишь на крыше коттеджа обнаружился хороший сигнал. Потом мы нашли нужный провод (применили алюминиевый вместо медного) и кусок телевизионного кабеля длиной в 5 метров. Телефон Nokia 7110 оснащен механическим коммутатором для внешней антенны, так что в разъем телефона мы просто втыкаем центральный проводник кабеля, а оплетку кабеля соединяем с металлическим ободком разъема телефона. Затем мы устанавливаем антенну на крыше и через 10 минут прекрасно общаемся по телефону.

На данном этапе воспользуемся штыревой автомобильной антенной.

Но тут важно не напороться на слишком низкое качество. Конечно, намного проще проверить антенну, имея Netmonitor. Уровень сигнала при автомобильной антенне, подключенной к телефону, увеличится на 1 — 3 дБ. Если же сигнал при подключении антенны уменьшается на 5 дБ и больше, то от покупки стоит отказаться. Надо отметить, что фирменная автомобильная антенна может стоить от $40. Но неплохие вещи встречаются и среди азиатских недорогих изделий.

Автомобильная антенна, закрепленная на крыше Вашего загородного дома, действительно решает проблемы связи. Но если усиления от антенны Вам не достаточно, надо воспользоваться другими (такими, как направленная антенна — волновой канал). Внешне он напоминает телевизионную антенну, которую Вы можете увидеть на крыше любого дома.

Волновой канал обеспечивает усиление сигнала до 7 — 15 дБ с идеальной диаграммой направленности. Однако узкополосность является его серьезным недостатком. Рабочий диапазон составляет от 890 до 960 МГц, а разница между частотой передачи и частотой приема в GSM 900 45 МГц. В этом широком диапазоне достичь линейной характеристики очень сложно. Поэтому волновой канал лучше производить зависимо от конкретного места и частоты оператора и смещать резонанс к частоте нисходящего или восходящего направлений зависимо от ситуации. Чтобы добиться большей широкополосности,  нужно применять исключительно петлевой вибратор, обязательно согласовывая его с кабелем (таким, как симметрирующая петля); следует также ограничиться малым количеством элементов, например, от 3 до 12, потому что, если будет больше, то без специального оборудования будет тяжело настроить антенну, к тому же, сужается рабочий диапазон антенны.

Мы имели дело с многими волновыми каналами, изготовленными кустарно. Нужно отметить, что коэффициент усиления в большинстве антенн составлял меньше 7 дБ, а у некоторых из них резонанс был на частотах 800 МГц вместо GSM диапазона и коэффициент стоячей волны свыше 3 (а это может вывести выходной каскад телефона при передаче из строя). Достаточно редко нам встречались самодельные профессионально настроенные и сделанные антенны.

Сейчас рассмотрим логопериодические антенны, которые также можно найти на радиорынке. Они, в сравнении с волновым каналом, имеют лучший рабочий диапазон, еще они не так чувствительны к точности настройки и изготовления, а также их реальный коэффициент усиления достигает от 10 до 14 дБ.

Если нужно, то можно соединить два волновых канала, причем, один из них должен быть настроен на частоту приема, а второй — на частоту передачи, однако это будет слишком сложно.

Кабель и антенные переходники

Очень важную роль играет проблема выбора кабеля в диапазоне GSM-900. Телевизионные коаксиальные кабели отечественного производства можно использовать лишь ограниченно (так как затухание больше 30 дБ на расстояние 100 м слишком велико). Среди импортных образцов нам больше всего подходит коаксиальный кабель с двойной оплеткой — RG6. Вы без труда найдете его в магазинах. Затухание составляет 24 дБ на расстояние 100 м. Обычно промышленные штыревые антенны включают кабель RG59 с затуханием 28 дБ на 100 м. А 10 м кабеля RG6U и антенна типа волновой канал с коэффициентом усиления 12 дБ вместе дают усиление 9,6 дБ, а при 20 м — 7 дБ.

Многие телефоны оснащены разъемом для внешней антенны. К тому же, для каждого вида телефона есть антенный переходник, который подключается к вышеуказанному разъему и является коротким кусочком кабеля, у которого с одной стороны находится высокочастотный телефонный разъем, с другой же — ВЧ-разъем. В антенном переходнике затухание обычно не выше 1 дБ. Когда покупаете антенный переходник, убедитесь обязательно в его дееспособности. Включая переходник в телефон, антенна, встроенная в телефон, выключается, а выходной каскад переключается на переходник. В общем, если вы подключаете к телефону переходник, то сигнал на телефонной шкале должен упасть. Затем Вы подключаете к переходнику внешнюю антенну, и сигнал растет. Если все происходит так, значит, переходник правильно работает.

Настраиваем антенну на местности

Итак, Вы приобрели себе антенну, подсоединили ее к кабелю и телефону, разместились на высокой точке и начали настраивать антенну. Телефон надо положить так, чтобы видно было экран. Лучше всего во время настройки антенны с телефонами фирмы Nokia использовать специальную функцию Netmonitor. В телефонах же других производителей надо ввести необходимый код и открыть меню, которое позволит увидеть номера частот, приемный уровень 8 частот, расстояние до станции, число канальных ошибок и т. д. Если есть опция Netmonitor, то Вам надо ориентироваться на уровень сигнала в децибелах. В том случае, если его нет, необходимо настраиваться по стандартной шкале.

Поскольку антенны GSM 900 станций имеют вертикальную поляризацию, нужно размещать волновой канал вертикально. Во время настройки антенн следует учесть тот факт, что отображаемый телефоном приемный уровень сигнала меняется с задержкой в пару секунд, поэтому мы поворачиваем антенну дискретно и медленно. Если Вы знаете направление на город, то с него и начните. Потом поворачивайте антенну по горизонту. Если нашелся сигнал, Вы должны найти именно то направление, откуда идёт сигнал максимального уровня. Если сигнал отсутствует, то поворачивайте антенну по горизонту до тех пор, пока он не появится. Каждое следующее увеличение высоты установки антенны на 1 метр при этом может стать решающим. Если Вы не нашли сигнала, переместитесь в сторону на несколько метров и продолжайте дальнейшие поиски.

Кабель между телефоном и антенной длиннее, чем 30 м, лучше не использовать, потому что почти весь сигнал в этом случае теряется в кабеле.

В конце нашего рассказа приведем Вам размеры самодельной логопериодической антенны для диапазона от 850 до 950 МГц (см. рис. 2). Все размеры взяты с сайта www.atnn.ru. Программу для расчета антенны типа волновой канал 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.

Логопериодическая 3G антенна

Рис. 2. Логопериодическая антенна

Нравится
Расскажите друзьям!:
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Мой Мир
  • Одноклассники
  • Facebook
  • Twitter
  • LiveJournal
  • Google Buzz
  • Live
  • Add to favorites
  • Блог Я.ру
Узнайте больше из Антенны, Сделай сам, Статьи
2 комментариев Один ВК комментарий Написать комментарий
  1. ВОВА
    Мар 18 2011

    МОЖНО ЛИ УСИЛИТЬ СИГНАЛ НА МОДЕМЕ НА КОТОРОМ НЕТУ ВЫХОДА ПОД СОЕДИНЕНИЯ АНТЕНЫ????

    Ответить

Поделитесь своими мыслями. Оставить комментарий.

(required)
(required)

Внимание: HTML не допускается. Ваш адрес электронной почты никогда не будет опубликован.

Подписаться на комментарии