Антена GSM своїми руками

Останнім часом в Україні значно збільшилася зона покриття мережами стандарту GSM 900 . Проте ситуація далека від ідеальної. Якщо в європейських країнах проблема невпевненого прийому практично відсутній , то більшість вітчизняних користувачів частенько з нею стикаються - в ​​заміських будинках , на дачах і т. д. А як було б чудово виїхати на рибалку, полювання , в село , не втрачаючи зв'язок із зовнішнім світом !

Ключ до вирішення цієї проблеми - зовнішні антенні пристрої направленниого дії . Правда , купити антену мало - необхідно її правильно встановити і налаштувати. Читачі , знайомі з радіоелектронікою , зможуть самостійно виготовити і налаштувати антену, що працює в стандарті GSM. Сьогодні ми розповімо про типи антен і про способи їх установки і налаштування.

Мобільний телефон являє собою дуплексну радіостанцію , провідну радіообмін на різних частотах. Всього в стандарті GSM 900 124 частоти. Телефон , як і базова станція , може працювати на будь-якій частоті , яка визначається оператором. Базова станція (BS ) передає , а телефон ( MS) приймає на частотах 935,2 - 959,8 МГц.

Мобільний телефон передає , а базова станція 890,2 - 914,8 МГц. Канал від BS до MS називається Down Link , від MS до BS - Up Link . Більшість операторів використовують обмеження дальності роботи мобільного телефону від базової станції - 35 км , що обумовлено особливостями стандарту .
 
 Пояснимо , що в мережі стандартної конфігурації в одному частотному каналі формується 8 тимчасових інтервалів ( тайм- слотів ): один службовий , а сім - розмовні . Саме в цьому випадку максимальна дальність зв'язку на кожному каналі становить 35 км . Однак в GSM передбачена також нестандартна конфігурація стільники , при якій дальність зв'язку збільшується на 70 - 100 км (конфігурація Extended Cell ) .

На жаль , при такій конфігурації кількість розмовних каналів зменшується до 2 - 3 , що зменшує ємність мережі . Використовувати такий режим в місті та близько оператору не вигідно. Іноді цей режим використовується на морському узбережжі для створення прибережної зони покриття. Таким чином , якщо у вас телефон стандарту GSM 900 , не намагайтеся встановити зв'язок , віддалившись від найближчої базової станції більше ніж на 35 км . Максимальна дальність зв'язку , досягнута мною , - 34 км .
 
GSM Антена направлена ​​для посилення сигналу На дальність радіозв'язку впливають такі чинники: • Місцезнаходження BS і MS і рельєф місцевості. • Потужність і чутливість MS. • Потужність і чутливість BS . • Використовувані на MS і BS антени.

Воля Господа Бога ( досвідчені зв'язківці жартують , що це - головне) . Зазвичай базові станції мають потужність 20 - 30 Вт. Антени застосовуються або штирові , або направлення . Чутливість базових станцій складає -100 дБ - 115 дБ. Змінити або вплинути на всі ці параметри користувач , звичайно , не може. Вихідна потужність телефону становить 0,3 - 2 Вт , чутливість - 90 - 105 дБ.
 
Чутливість телефону в основному визначається технологіями , використовуваними при створенні малошумних вхідних пристроїв . Якщо в зонах впевненого прийому різниця в чутливості і потужності між моделями практично непомітна , то в зоні невпевненого прийому вона може стати критичною. Найчастіше трубка показує рівень сигналу від базової станції 1 - 2 кубика ( за шкалою ) , а встановити з'єднання не може : не вистачає потужності. І хоча стандартизація ETSI регламентує стандартні вихідні потужності для кожного класу телефонів , реальне значення може незначно коливатися.

Гарною чутливістю відрізняються трубки SAGEM , Alcatel , Motorola. А за потужністю проходять всі старі телефони , особливо Motorola. Всі телефони фази 2 мають приблизно однакову потужність . Що ж до рельєфу , то на рівній місцевості і по річці хвилі поширюються краще. Чим вище ви знаходитеся (в розумних межах) , тим краще сигнал. Ліс часом " гасить " хвилі сильніше , ніж міська забудова.
 
 Отже, ви вибралися за місто і хочете забезпечити себе зв'язком. Підніміться на дах , горище або на найвищу точку поруч з будинком або потрібним вам місцем. Якщо телефон ловить мережу , але на межі ( або нестабільно ) , у вас є всі шанси поправити справу , використовуючи зовнішню GSM антену. Якщо відстань до станції менше 30 км , а мережа не ловиться , також спробуйте застосувати антену.

В останньому випадку спробуйте домовитися з продавців про повернення антени , якщо експеримент провалиться. Якщо сигнал , хоч і дуже слабкий , був все ж спійманий , наберіть будь-який міський номер - для перевірки. Якщо при розмові чутність нормальна і співрозмовник не скаржиться на випадання шматків вашої мови , значить , енергетика обох ліній (UL і DL ) збалансована і можна використовувати стандартну антену , налаштовану на середню частоту між частотами прийому і передачі .

Якщо ж співрозмовник час від часу пропадає , необхідно " підсилювати " зменшення від базової станції до вашого телефону . Можливо , варто пошукати телефон з кращою чутливістю . Але якщо погано чути вас , слід посилювати направлення від вашого телефону до базової станції.
 
Вже на даному етапі зрозуміло , що при виборі типу gsm антени і її параметрів бажано враховувати дані оператора і умови прийому . У зонах невпевненого прийому часто спостерігається інтерференція (перешкоди ) між каналами з однаковими і сусідніми частотами. На жаль , частотний ресурс , виділений стільниковим операторам GSM 900 в Україні , обмежений , через що в зоні невпевненого прийому часто " видно" частоти від різних базових станцій з однаковими або сусідніми значеннями рівня сигналу.

Такі частоти створюють взаємні перешкоди , що заважають зв'язку , а при певних рівнях сигналів зв'язок стає і зовсім неможливою. Якщо на екрані телефону фіксується сильний сигнал від базової станції , а з'єднання втрачено або вдається , але мова весь час пропадає , значить , ви зіткнулися з "чужинцями " . " Змусити " телефон вибрати іншу частоту виходить далеко не завжди , проте спеціальна функція телефонів Nokia - Netmonitor - це зробити дозволяє.
 
З подібною проблемою я зіткнувся на дачі , яка відділяється від великого міста досить- відкритим простором. Телефон брав сусідні частотні канали з рівнями 70 дБ , 73 дБ і 72 дБ , але якість зв'язку залишало бажати кращого. Спас мене тільки примусовий вибір іншого частотного каналу з меншим рівнем - 80 дБ.
 
Однак при обмеженому частотному ресурсі навіть частотне перепланування мережі виручає далеко не завжди. Проте , якщо у вашому телефоні відсутній Netmonitor , можна використовувати зовнішню спрямовану антену з гарною діаграмою спрямованості. Залишається тільки зробити правильний вибір. Вибір антени Як вже говорилося , збільшити дальність і якість зв'язку дозволяють саме зовнішні антени.
 
Для телефонів в основному використовуються зовнішні штирові і логоперіодічеськие антени , а також антени типу хвильовий канал. Повторимо , що в Західній Європі відсутні зони невпевненого прийому . Тому спрямовані антени для терміналів GSM 900 практично не випускаються. Якщо виробник і пропонує спрямовану фірмову антену GSM 900 , вона , як правило , призначена для роботи з ретрансляторами ( репітерами ) операторів.

У СНД і Східній Європі спрямовані антени виготовляються кустарним способом. Крім того , є не- великі заводики в Чехії , Польщі та Прибалтиці. Проста автомобільна магнітна антена має посилення 1 - 3 дБ ( 1 - 2 кубика за шкалою телефону ) , хвильовий канал - 7 - 15 дБ (залежно від кількості елементів , якості збірки і настройки антени) , що становить вже 2 - 3 кубика за шкалою , а логоперіодична антена - 7 - 12 дБ.
 
Автомобільна антена являє собою вертикальний штир в 3 / 4 , 1 /2 або 5 / 8 довжини хвилі. Навіть проста автомобільна антена , піднята вище , може поправити ситуацію з невпевненою зв'язком. Справа в тому , що при розмові по телефону близько 10 - 20 % енергії поглинається тілом користувача, тому , піднімаючи штирові антену вгору , ви зменшуєте вплив на неї навколишніх предметів. Я сам спостерігав , як саморобні , полуволновой і вертикальні диполя , підняті на 5 м , вирішували проблему зв'язку . Пояснимо , як такий диполь виготовляється .


виготовлення антени gsmЗачіщаем c одного кінця білий телевізійний кабель RG6U . Отримуємо центральний провідник і обплетення кабелю. До центрального провідника припаюємо мідний дріт будь-якої товщини довжиною близько 8,2 см ( для діапазону 900 МГц) і кріпимо його вертикально вгору. До оплетке припаюємо другий шматок дроту такої ж довжини і кріпимо його вертикально вниз (рис. 1 ) . Отримуємо щось схоже на букву " Т" , покладену набік. (В телебаченні використовується горизонтальна поляризація , а в GSM - вертикальна , тому потрібно саме такий диполь . )

Інший кінець кабелю підключаємо через перехідник до телефону. Будьте уважні і не замкніть центральну жилу з опліткою , інакше телефон може згоріти. Ну ось , за 5 хвилин ми спорудили примітивну антену , що не поступається за параметрами китайським автомобільним .

Наведу історію з життя. Приїхавши минулого літа на відпочинок до Криму , я виявив , що на базі обіцяного оператором впевненого покриття немає . Це означало , що я пропущу дуже важливий дзвінок . Впевнений сигнал виявився на даху котеджу , але перспектива просидіти там два тижні мене не надихнула . За 5 хвилин я знайшов шматок потрібного дроти (замість мідного використовував алюмінієвий ) .
 
Ще 10 хвилин пішло на те , щоб відшукати у сусідів 5 -метровий шматок телевізійного кабелю. Nokia 7110 має механічний комутатор для зовнішньої антени , тому я просто встромив центральний провідник кабелю прямо в роз'єм телефону , а обплетення кабелю з'єднав з металевим обідком зовнішнього роз'єму телефону.

Зміцнив антену на даху будиночка і вже через 10 хвилин на радість родині і на заздрість сусідам вільно спілкувався по телефону. Як кажуть, повернемося до наших баранів. Спочатку скористаємося автомобільної штирьовий антеною ($ 5 - 10 ) . Тут головне - не нарватися на занадто кепське якість . Маючи Netmonitor , перевірити антену набагато легше. При підключеної до телефону автомобільної антени рівень сигналу повинен збільшитися на 1 - 3 дБ ( наприклад , з -60 дБ до -57 дБ).
 
В крайньому випадку , сигнал повинен залишитися незмінним . Якщо при підключенні антени сигнал зменшиться на 5 дБ і більше , краще відмовитися від покупки. Хочу зауважити , що хороша фірмова автомобільна антена коштує від $ 40 і вище. Втім , і серед азіатських 10 - доларових виробів іноді зустрічаються непогані штучки. Встановлена ​​на дах вашого " будиночка в селі" , автомобільна антена здатна вирішити проблему зі зв'язком. Якщо посилення автомобільної антени не вистачає, можна звернутися до інших - наприклад , до поширеної спрямованої антени - хвильовому каналу.

Він виглядає , як звичайна телевізійна антена, встановлена ​​на даху будинку. Хвильовий канал дозволяє отримати реальне посилення до 7 - 15 дБ з оптимальною діаграмою спрямованості. Але у нього є недолік - узкополосность . Різниця між частотою прийому і частотою передачі в GSM 900 становить 45 МГц , а весь робочий діапазон - 890 - 960 МГц ( смуга в 70 МГц). Домогтися лінійної або близькою до лінійної характеристики в такому широкому діапазоні скрутно.

Тому бажано виготовляти хвильовий канал залежно від частоти оператора і конкретного місця і залежно від ситуації зрушувати резонанс до частоти висхідного або спадного напрямків . Для більшої широкополосности слід використовувати тільки петлевий вібратор , погоджуючи його з кабелем - наприклад , з сімметрірующей петлею ; також слід обмежитися невеликою кількістю елементів , скажімо , 3 - 12 , тому що якщо їх буде більше , налаштувати антену без обладнання буде важко , крім того , робочий діапазон антени звужується. Мені доводилося мати справу з безліччю хвильових каналів , виготовлених кустарно .
 
Констатую : у більшості антен коефіцієнт посилення становив менше 7 дБ , деякі мали резонанс на частотах 700 - 800 МГц замість GSM -діапазону і коефіцієнт стоячої хвилі більше 3 (при передачі це може легко вивести з ладу вихідний каскад телефону). Професійно виготовлені і налаштовані саморобні антени зустрічалися рідко. Тепер на черзі - логоперіодічеськие антени ( їх теж можна відшукати на радіоринку ) .
 
У порівнянні з хвильовим каналом вони мають більш широкий робочий діапазон. Тому такі антени менш критичні до точності виготовлення і налаштування. Реальний коефіцієнт посилення тут досягає 10 - 14 дБ. Теоретично при необхідності можна з'єднати 2 хвильових каналу , один - налаштований на частоту прийому , другий - на частоту передачі , але це вже занадто складна система . Кабель та антенні перехідники У діапазоні 900 МГц питання вибору кабелю набуває першорядну роль.

Вітчизняні телевізійні коаксіальні кабелі можна використовувати лише обмежено (загасання більше 30 дБ на 100 м занадто велике). З доступних імпортних зразків підійде RG6 - коаксіальний кабель з подвійною опліткою. Його ви знайдете в будь-якому магазині. Загасання складає 20 - 24 дБ на 100 м ( перевіряв експериментально) . Промислові штирові антени автомобільні зазвичай включають в себе кабель RG59 з загасанням 28 дБ на 100 м.
 
Антена типу хвильовий канал з коефіцієнтом посилення 12 дБ і 10 м кабелю RG6U дають загальне посилення 9,6 дБ , а при 20 м - 7 дБ. На більшості телефонів є роз'єм для зовнішньої антени. Крім того , для кожного типу телефону існує так званий антенний перехідник (близько $ 5 ) , він підключається до зазначеного роз'єму і являє собою короткий шматок кабелю , з одного боку якого знаходиться специфічний телефонний високочастотний роз'єм , а з іншого - стандартний ВЧ -роз'єм. Зазвичай загасання в антенному переходнике не перевищує 1 дБ.
 
Купуючи антенний перехідник , переконайтеся в його дієздатності . При включенні перехідника в телефон вбудована в телефон антена відключається і вихідний каскад перемикається на перехідник. Іншими словами , якщо ви просто підключаєте перехідник до телефону , сигнал на шкалі телефону повинен трохи впасти. Потім ви підключаєте зовнішню антену до перехідника , і сигнал збільшується. Якщо все йде саме так , значить , перехідник працює.

Налаштування антени на місцевості Отже, ви купили антену і підключили її до кабелю і до телефону. Піднялися на високу точку і приступили до налаштування антени. Додайте телефон так , щоб було видно екран. Як вже говорилося , при налаштуванні антени з апаратами Nokia найкраще використовувати функцію Netmonitor .
 
У більшості інших телефонів можна ввести спеціальний код і відкрити службове меню , яке дозволяє побачити приймальний рівень 6 - 8 частот , що приймаються телефоном в порядку убування, номери частот , відстань до базової станції , відсоток помилок в каналі та ін Якщо Netmonitor є, будемо орієнтуватися за рівнем сигналу в децибелах (нагадуємо , що сигнал сильніше , коли значення рівня в децибелах менше). Якщо він відсутній , будемо налаштовуватися за стандартною шкалою сигналу.
 
Так як антени базових станцій GSM 900 мають вертикальну поляризацію , хвильовий канал слід розміщувати вертикально. При юстировке антен зверніть увагу на те , що прийомний рівень сигналу , що відображається в телефоні , змінюється з затримкою до кількох секунд, тому антену слід повертати повільно і дискретно . Якщо вам відомо напрямок на найближче місто , почніть з нього . Повільно повертайте антену по горизонту . Якщо сигнал знайдений , ваше завдання знайти напрямок, звідки сигнал приходить з максимальним рівнем .
 
Якщо сигналу немає , повільно повертайте антену по горизонту , поки він не з'явиться. Пам'ятайте , що кожен метр висоти установки антени може виявитися вирішальним. Якщо сигнал не знайдений, спробуйте переміститися на кілька метрів убік і пошукати знову. Може бути , вам пощастить. Небажано використовувати кабель між антеною і телефоном довжиною понад 30 м: в цьому випадки практично весь сигнал втрачається в кабелі. Наостанок наведемо розміри саморобної логоперіодична антени для діапазону 850 - 950 МГц ( рис. 2 ) Параметри: коефіцієнт посилення - 8,3 дБ , хвильовий опір - 60 Ом.