АНТЕНИ ДЛЯ 3G МОДЕМОВ
На тему додаткових зовнішніх антен для мереж 3G є багато суперечливої інформації на різних сайтах. Мається на увазі як конструкція самих антен, так і розміри її складових елементів. Я і сам зіткнувся з такою проблемою, як вкрай незадовільна якість роботи 3G модема і низька швидкість з'єднання при віддаленості від найближчої антени стільникового оператора. Тому довелося перепробувати безліч різних варіантів, пропонованих, зокрема, в інтернеті. Варіанти з виносом самого модему «на вулицю» за допомогою USB подовжувача відпали одразу. По-перше, при великій довжині такого подовжувача модем може просто не працювати (падіння напруги живлення, неякісні дроти і екранування), а по-друге - модем в принципі не призначений для роботи в вуличних умовах. Волога і перепади температур навряд чи дозволяти йому працювати нормально довгий час. Тому стояло завдання знайти прийнятний кімнатний варіант спрямованої антени і, судячи з численних позитивних відгуків, таким варіантом може бути «зигзаг Харченко» (або «Бі-квадрат»).
Варіантів виготовлення такої антени безліч, в тому числі і на зарубіжних сайтах. Конструкція і розміри при цьому відрізняються, так що довелося зробити більше десятка різних пропонованих варіантів, щоб знайти найбільш прийнятний і реально діючий на практиці.
Є спеціальні програми для розрахунку 3G антен. можна скористатися ними, але в даному випадку розміри антени можна легко підрахувати, знаючи потрібну нам робочу частоту - 2100 МГц (для 3G сигналу). Розраховуємо довжину хвилі, для цього потрібно розділити швидкість поширення радіохвиль (300000 км / сек) на частоту: 300000/2100000 = 0, 143 м. Периметр рамки повинен бути рівний довжині хвилі, тобто 143 мм, тоді сторона квадрата становитиме. 143/4 = 35,75 мм. У багатьох же джерелах дані зовсім різні довжини сторін - від 27 до 53 мм ... Очевидно, що такі антени розраховані вже на інший діапазон частот (GSM або Wi-Fi або взагалі невідомі мені) і добре працювати будуть тільки в цьому діапазоні. Для випадку з 3G сигналом антена буде виглядати так:
Для її виготовлення буде потрібно мідний дріт діаметром 2,5 ... 4 мм (можна використовувати алюмінієвий або сталевий, але їх складно паяти, а сталевий ще і згинати). Провід потрібного діаметру можна взяти, наприклад, з силового кабелю NUM 3х2,5 (2х2,5) або подібного. Периметр кожного квадрата дорівнює довжині хвилі - 143 мм. Оскільки антена у нас складається з двох квадратів, то знадобиться відрізок проводу, рівний 2 х143 мм = 286 мм.
Коефіцієнт посилення антени приблизно 6 дБ. При її виготовленні всі розміри потрібно дотримуватися якомога точніше, від якості її виготовлення сильно залежить і якість роботи. Слід зауважити, що будь-яка антена (без підсилювача) не посилює сигнал як такої, а виділяє його на тлі інших сигналів і різних перешкод (якщо антена не широкосмугова). За рахунок цього ми і отримуємо потрібний нам сигнал, рівень якого набагато вище рівня перешкод. Тому дотримання розмірів антени важливо. Щоб збільшити посилення до 9 дБ, можна застосувати рефлектор - металеву пластину розмірами на 10% більше площі антени (в різних джерелах наводяться різні розміри рефлекторів. На практиці збільшення розмірів рефлектора не критично, тобто він може бути більше).
Рефлектор можна зробити з будь-якої металевої пластини або навіть з сітки / решітки з невеликими осередками. Можна також взяти, наприклад, фанеру або товстий картон і наклеїти на нього фольгу. Відстань від рефлектора до антени теж важливо, від цього залежить, наприклад, вхідний опір. Теоретично (з різних джерел) ця відстань повинна становити чверть довжини хвилі, в нашому випадку: 143/4 = 35,75 мм. Але моя антена, наприклад, краще працює при відстані 18 мм (це виходить 1/8 довжини хвилі). Мабуть так вона краще узгоджується з опору з використовуваним мною з'єднувальним кабелем (звичайний «совдепівський» телевізійний антенний кабель).
Трохи про кабелях. Вони бувають, по-перше, різної якості, по-друге - хвильовий опір може бути 50 або 75 Ом, це потрібно враховувати. Опір бездротових модемів, наскільки мені відомо, дорівнює 75 Ом. Тому краще, звичайно, використовувати 75-омний кабель. Судячи з численних рекомендацій, краще використовувати кабель марки 10D-FB, 8D-FB, 5D-FB (в порядку погіршення якості) через малі затуханий. Гірше кабель RG-8X, RG-6. Тому при великій довжині кабелю вибирайте більш якісний варіант, інакше можна втратити все те «посилення», яке отримаємо від саморобної 3G антени. Пропоную робити варіант антени з можливістю змінювати відстань від антени до рефлектора і підбирати оптимальну відстань при налаштуванні. Для цього беремо відрізок мідної трубки відповідного діаметру (туди повинен входити наш кабель), можна взяти від телескопічної антени для приймачів / телевізорів:
В пластині рефлектора свердлимо отвір в центрі, щоб туди щільно входила ця трубка. Вона не повинна вільно бовтатися, тоді її можна не припаювати до рефлектора і при налаштуванні зрушувати, регулюючи відстань до площини антени.
Крізь цю трубку пропускаємо кабель, кінець якого очищений від ізоляції і екрану:
Вставляємо трубку з кабелем в отвір рефлектора і припаюємо антену:
У різних джерелах присутній і різна інформація про те, чи повинен бути контакт трубки з рефлектором, або ж її треба ізолювати. Пробував робити і так, і сяк - різниці ніякої немає. При точно витриманих розмірах і правильно встановленому відстані від рефлектора до антени все працює нормально.
Площина 3G антени повинна бути строго паралельна площині рефлектора. Таким чином ми отримаємо конструкцію, яка дозволити нам рухати трубку, збільшуючи або зменшуючи відстань від антени до рефлектора. Вага антени невеликий і в принципі вона нормально тримається на пайку. Але для більшої міцності після настройки краще все ж використовувати «підкладки» з діелектрика (пластик, шматочки текстоліту та ін.) По краях антени, як показано на фото нижче:
Тому що навіть невеликий перекіс і не паралельність можуть сильно знизити рівень сигналу. Кабель найкраще припаяти безпосередньо до антени, але можна зробити і роз'ємну конструкцію, закріпивши ВЧ роз'єм на зворотному боці рефлектора або на невеликому відрізку кабелю:
У своєму варіанті використовував антенний роз'єм від ДМВ блоку телевізора, але для таких частот звичайно краще застосувати спеціальні ВЧ роз'єми, як на фото нижче:
Ну і тепер з'єднуємо антену з модемом. Якщо на вашому модемі є зовнішнє антенне гніздо, то вам пощастило) і потрібно тільки купити у відповідь відповідного роз'єм і підпаяти його до кабелю. Якщо ж антенного роз'єму немає, як, наприклад, у мене, то потрібно зробити своєрідний адаптер, який просто надівається на модем зовні і передає сигнал на вбудовану антену модема методом переизлучения. На одному з сайтів недавно бачив таку ось конструкцію.
- з мідної фольги вирізаємо смугу шириною 45 мм, обворачіваем нею модем і запаює кінці. Виходить «кільце» висотою 45 мм, яке щільно надівається на модем. Припаюємо до нього центральний провідник кабелю. Потім вирізаємо з такою ж фольги смугу довжиною 76 мм і шириною 27 мм, згинаємо в вигляді «півкільця» і припаюємо його до оплетке (екрану) кабелю (всі розміри даю такі, як бачив на сайті, не пам'ятаю що за сайт був. І виходячи з чого вони розраховувалися не знаю, там не було це описано на жаль). Виходить в результаті щось подібне:
Вся ця конструкція може зніматися / вдягатися на модем і переміщатися по самому модему.
Це потрібно для того, щоб знайти оптимальне положення на модемі коли зв'язок між внутрішньою антеною модему і ці адаптером виявиться оптимальною. У модемах МТС, наприклад, внутрішня антена розташована поруч з USB роз'ємом, тому адаптер на фото зрушать до цього краю. У модемах Мегафон і Білайн навпаки - антена з іншого кінця, тому треба зрушувати туди. Чесно кажучи, є спосіб простіше - просто обмотати оголену центральну жилу кабелю навколо модему в районі його антени декількома витками:
- кількість витків 2 - 5, підбирається експериментально, по максимальному рівню сигналу.
Тепер можна увіткнути модем в роз'єм компа і налаштовувати антену. Розташувати її треба у вікна або навпроти нього в напрямку на найближчу до вас передавальну вишку. У мене, наприклад, пряме напрямок на вишку закрито стоїть навпроти будинком, тому направив антену нема на вишку, а між будинками і зловив таким чином відбитий сигнал:
- такий сигнал звичайно значно слабкіше ніж якщо був би прямий, проте цього достатньо для значного поліпшення роботи модему! Якщо, наприклад, винести антену і підняти, скажімо, на дах, то знадобиться метрів 15 кабелю і втрати в ньому теж будуть не маленькі. Тому такий варіант мене особисто цілком влаштовує.
Розташувавши антену відрегулюйте відстань від антену до рефлектора, зрушуючи трубку. Орієнтуватися треба за рівнем сигналу і для цього краще використовувати спеціальні програми, наприклад програму «MDMA» (можна скачати в інтернеті), де є шкала рівня сигналу в децибелах. Орієнтуватися можна і в стандартній програмі-коннекте для вашого модема за рівнем антени, але це не дуже зручно, тому що там якась запізніла реакція - ви повертаєте антену щоб зловити максимальний сигнал, а програма реагує на це з запізненням в декілька секунд. Крім програми MDMA є й інші подібні, але, наприклад з моїм модемом вони працювати чомусь не хочуть (модем МТС MF-192 +). Тому при налаштуванні орієнтувався все ж за кількістю антенних «палиць». При цьому зовсім не обов'язково, щоб рівень сигналу склав повну шкалу палиць! У моєму випадку без антени сигнал НЕ ловився взагалі, або ж з'являвся короткочасно на пару хвилин і зв'язок потім йшла в режим EDGE / GPRS, де сигнал сильніший. З антеною рівень сигналу теж «не зашкалюють» звичайно, з огляду на що сигнал ловлю все-таки відбитий, а не прямий. На значку антени дві «палиці», іноді три, в залежності від погодних умов. Іноді навіть падає до однієї, однак при цьому зв'язок завжди стійка і швидкість вище, ніж без антени в десятки разів! Щоб не бути голослівним, наведу скріншоти з рівнями сигналу без антени і з антенами різних конструкцій, які відчував (фото всіх варіантів антен є на початку статті).
ВИПРОБУВАННЯ РІЗНИХ АНТЕН ДЛЯ 3G
1. З антеною «бі-квадрат», де розмір сторони ромба 53 мм:
2. З антеною «подвійний бі-квадрат» (де 4 ромба) і розмір сторони ромба 35 мм:
3. З антеною «потрійний бі-квадрат» (де 6 ромбів) і розмір сторони ромба 35 мм:
4. З антеною «бі-квадрат», де розмір сторони ромба 35,75 мм (та, виготовлення якої і описано в даній статті):
У «рідний» програмі коннект-менеджера МТС це виглядає так:
Без антени швидкість з'єднання була на рівні 30 - 70 кбіт / сек. Так що різниця очевидна. Зовсім не стану стверджувати, що інші антени, які я відчував, менш ефективні ніж ця. Швидше за все там були дані розміри не для сигналу 3G, а для інших сигналів - GPRS, Wi-Fi ... Хоча в описах до них і вказувалося, що це конструкції саме для 3 G. В Умовах прийому прямого, а не відбитого, як у мене , сигналу, можливо вони працювали б краще. Але все одно розрахунки показують, що там якийсь інший діапазон частот. Найбільший коефіцієнт посилення можна отримати при боці ромба, що дорівнює довжині хвилі, помноженої на коефіцієнт 0,375 (143 мм х 0,375 = 53,6 мм). Але у мене чомусь така антена працювала гірше (див. 1.скріншот). Також є рекомендації «стиснути» ромби по ширині до кута 120о, це зменшить внутрішній опір антени і буде краще узгодження з 75-омним кабелем:
Є ще варіанти виготовлення такої антени з кільцями замість ромбів (з такого ж відрізка проводу вигинаються два кільця). Цей варіант не пробував і сказати тому нічого не можу. Поки зупинився на варіанті, який тут описав. Так, ще один момент - в залежності від поляризації сигналу антену потрібно розташовувати відповідно - горизонтально чи вертикально. У мене вона стоїть горизонтально. Крім того, таку антену можна розташувати в фокусі антени-тарілки (рефлектором від тарілки), що значно збільшить якість сигналу. У цій статті надав вам всю наявну в мене на даний момент інформацію. З вами був Баришев Андрій.