Самодельная внешняя антенна для стандарта CDMA2000/EVDO (операторы Intertelecom, PeopleNet)

Вступление и теория под катом. Внимательно прочитайте прежде, чем задавать вопросы и/или обвинять меня в некомпетентности.
В Интернете было перелопачено очень много информации по поводу самодельных внешних антенн для 3g модемов, но ничего путевого не нашел, потому и пишу эти строки. Очень умиляют люди, которые считают, что 3g это такой стандарт связи типа GSM, а на самом деле это всего лишь поколение. Эти же люди ищут чертежи антенн для 3g модема… Так вот этих чертежей нет, точнее они есть, но это то же самое, что придти на авторынок и упорно требовать карбюратор для легковой машины даже не уточнив ее модель. Так вот антенну будем конструировать для стандарта CDMA2000, у которого рабочие частоты лежат в пределах 821-894 МГц (а не 800 МГц как многие думают). Рассматриваемая здесь антенна не подойдет для операторов MTS Connect, Utel (Kyivstar). Конечно я встречал предложения ловить сигнал на «гвоздик»(он же четвертьволновой вибратор), сделать баночную антенну (вот только вся загвоздка в том, что по расчетам нужна уже не банка, а целое ведро), пресловутые антенны Харченко (хороший вариант, когда сигнал все же есть, но усиление оставляет желать лучшего) и т.д.

Я остановился на антенне типа «Волновой канал», она же Уда-Яги. Преимуществами является высокий коэффициент усиления, низкая парусность, узконаправленная ДНА, а вот недостаток крайне существенный — необходима очень высокая точность изготовления. Не по размерам изготовленный директор станет рефлектором, а активный вибратор не будет резонировать на нужной нам частоте. Чем точнее вы все сделаете, тем лучше будет результат.

Базовая станция находится всего в 3 км от моего дома, но окна выходят в другую сторону от вышки и сигнал оставляет желать лучшего. Сначала хотел изготовить антенну с 8-ю директорами, но оказалось, что здесь нужна сверхточность ибо уход на 1мм вместо усиления даст ослабление. 3-хдиректорная антенна не требует такой точности изготовления, но имеет недостаточное усиление. Потому я остановился на 5-тидиректорном волновом канале, посчитав его «золотой серединой». Приемный и передающий каналы достаточно сильно разнесены между собой, потому антенна рассчитывалась на середину приемного канала то бишь на 881 МГц. Сначала я хотел проектировать антенну на середину диапазона в целом (859 МГц), но так как Яги узкополосная антенна, то мы получим пик усиления в нерабочем диапазоне и меньшее усиление на рабочих частотах.

Для проектирования использовалась программа Yagi calculator.



Что же нам понадобится:
— алюминиевый квадратный профиль сечением 10 мм (куплен мною в эпицентре), подойдет и не алюминий, но все же он легче, но на характеристики антенны никак не влияет;
— алюминиевый стержень диаметром 5 мм и длинной 1 метр (подойдет и другой материал, в том числе и медь, что даже лучше, но алюминий это лучшее соотношение цена/качество);
— медная трубка диаметром 6 мм длинной полметра (указан внешний диаметр, толщина стенки не имеет значения);
— болты диаметром 3 мм 7 шт.;
— кабель волновым сопротивлением 50 Ом;
— переходники, разъемы — все индивидуально для каждого модема, как говорится «гугл в помощь».

Отдельно о кабеле. Вам не подойдет телевизионный кабель ввиду его сопротивления 75 Ом. Точнее его прицепить можно, но из-за несогласованности потери в кабеле с большой вероятностью будут больше, чем усиление антенны. Я брал 10 метров кабеля RG58, он довольно дешевый, но потери составляют 0,6 дБ на 1 метр кабеля, т.е. я лично потерял 6 дБ при том, что разница в сигнале с антенной и без нее составляет 20 дБ. Потому экономить на кабеле не стоит.

Из инструментов:
— пила по металлу;
— дрель;
— метчик на тройку;
— сверло 2.5; 5; 6;
— напильник плоский;
— штангенциркуль (на крайний случай линейка сойдет);
— руки.

Сначала чертежи:



Красным обозначен рефлектор, синим — активный вибратор, зеленым — директоры.

Чертеж активного вибратора (диполя):



Все размеры на чертежах указаны в миллиметрах. Расстояние между элементами указано по центрам.

Приступаем к изготовлению. Берем алюминиевый профиль, отступаем произвольное расстояние от его начала (это расстояние нужно для крепежа, я взял порядка 10 см) и делаем сквозное отверстие сверлом 5 мм. Рекомендую сразу сделать отверстие сверлом как можно меньшего диаметра, а потом разсверлить сверлом 5 мм. Это нужно для того чтобы не отклоняться от центровой оси профиля. Далее отступаем 68 мм (согласно чертежа) от центра сделанного ранее отверстия и делаем сквозное отверстие сверлом 6 мм (именно такого диаметра активный вибратор антенны). Далее все отверстия делаем сверлом 5 мм для размещения директоров.

Начинаем изготовлять рефлектор и директора. Собственно все размеры указаны на чертеже, просто хочу дать некоторые советы по резке. Режьте алюминиевый стержень по чертежу на 2-3 мм больше, после чего выставляем и фиксируем на штангенциркуле необходимую длину элемента. Подпиливаем стержни плоским напильником до нужной длины периодически контролируя размер штангенциркулем. Если элемент туго входит между губками для внутренних измерений, то можно приступать к изготовлению следующего элемента.

Достаточно сложное изготовление петлевого вибратора. Полость трубки лучше заполнить мелким сухим песком чтобы избежать переломов трубки (я обошелся без этого, но все же лучше не рисковать). Чтобы сделать окружность нужно найти близкую по диаметру трубу и перегнуть через нее медную трубку. Остальное согласно чертежа.

Для фиксации элементов в полости профиля предлагаю такой вариант. Вставив элемент в полость профиля перпендикулярно ему сверху профиля сверлим отверстие сверлом 2,5 мм и нарезаем метчиком М3 резьбу и небольшим болтом на тройку зажимаем сверху элемент (главное не перестараться ибо алюминий очень мягкий металл). Может кто-то придумает более простой или более надежный вариант, но мне показалось с моим набором инструментов это наиболее удачным способом крепления.

Все элементы необходимо отцентрировать и проверить перпендикулярность относительно траверсы (бума, как любят называть его буржуины).

Приступаем к подпайке кабеля снижения и петли согласования. Отрезаем кусок кабеля RG58 длиной 132 мм. Удаляем с каждой стороны куска кабеля 10 мм внешней изоляции стараясь не повредить оплетку. Затем оголяем внутреннюю изоляцию и скручиваем фольгу и оплетку в один пучок, сворачиваем кусок в петлю, соединяем оплетки с каждой стороны и хорошо пропаиваем. Внутреннюю изоляцию зачищаем на 8 мм. Остальное думаю понятно с рисунка:



Центральные жилы припаиваем к концам активного вибратора в месте его разрыва (15 мм на чертеже).

Некоторые пояснения. Прежде чем изменить или выкинуть из конструкции что-либо лучше спросите в комментах чтобы потом не было отзывов «а у мну не работает». Я изготовил все очень точно по расчетам, но все равно минимальный КСВ оказался не на частоте 881, а 885 МГц, что для таких частот было вполне приемлемо. Если же изготовить неточно, то эффект все равно будет, но не максимальный. На частоте передачи (средняя частота 824 МГц) антенна себя показала очень слабо, потому рекомендую все равно размещать модем в зоне наилучшего приема, потому что для передачи используется, по ощущениям, внутренняя, а не внешняя антенна.

Чуть не забыл про тесты. Для оценки результата использовалась программа AxesstelPst EvDO BSNL.
Модем просто воткнут в USB порт:


Подключаем антенну:



Что же мы имеем. Сигнал -62 дБ, для сравнения если вы стоите в 20 метрах от БС, то сигнал будет около -40 дБ, -105 дБ это почти полное отсутствие сигнала. Также интересен параметр DRC Requested. 3.072 Mbps означает, что модем запрашивает максимально возможную скорость и БС станция даст нам скорость в зависимости от загрузки сети. Конкретная же скорость зависит от загрузки базы, т.е. дальнейшее увеличение уровня сигнала улучшения скорости не даст. Скорость утром, вечером будет естественно хуже:



Удачи в изготовлении. Жду вопросов в комментариях.
Поделиться публикацией
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама
Комментарии 29
  • +5
    А где фотка готовой антенны?
    • 0
      Будет, писал вечером, на крышу лезть не охота. А раньше не сфоткал, потому что до конца не был уверен работает ли.
    • +2
      А почему Яги, а не логопериодика? Последняя устроена не намного сложнее, а полоса шире => настраивать легче, и можно захватить как передающий, так и приемный диапазоны.
      • +1
        Полоса шире, но коэффициент усиления оставляет желать лучшего. Рассматривался вариант антенной решетки и коллинеарки. Теперь попробую коллинеарку.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          ВО, ностальгия то какая! Такие антенны мы и клепали для телефонов стандарта NMT450 (с другими размерами) из лыжных палок. Счастливы были все, люди из тьмы-таракань где не было телефонов вообще, ну и мы конечно ведь оператор не мог получить этих клиентов и диктовать им любые условия))) Качеством кабеля и длинной конечно не стоит пренебрегать, еще использовал серебряные разъемы от советских осциллографов.
          • 0
            Интересно, а сильный ли будет выигрыш по КУ если сделать 7-директорную антенну и со смещением в сторону передающего канала?
            • +1
              Согласно расчетов КУ возрастет на 1.4 дБ. Но опять же — чем больше директоров тем уже полоса пропускания, тем больше цена ошибки. Если сместить расчетную частоту, то просто уйдет резонанс с частоты приема, а на частоте передачи возрастет крайне незначительно, что не имеет смысла. Была идея подключить синфазно обычный диполь на частоту передачи, но мне банально не хватает знаний как это сделать.
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                насчет сужения диаграммы направленности и полосы я в курсе :)) У нас был целый год был предмет «антенные устройства» все таки :)))))) И ещё интересно посмотреть низкоуровневую инфу по передающему и принимающему каналу — в каком месте там перепосылки при приеме-передаче и SNR хуже? Вот только чем…
                • 0
                  Если укажете где и чем эту инфу посмотреть, то могу предоставить. Просто согласно КСВ метру на частотах передачи моя антенна и не антенна вовсе… КБВ на частоте 824 МГц был немногим больше нуля.
                • 0
                  image
                  Имхо, «банка» в изготовлении проще, не нужно лепить четвертьволновый трансформатор, как у вас на яги, да и усиление не сильно меньше, чем у яги. См расчет «банки».
                  • +1
                    Я же говорю — этот вариант рассматривался, но ввиду довольно низкой рабочей частоты я его откинул. Согласно расчета нам нужна банка диаметром 25 см с длинной 42.3 см и четвертьволновым вибратором 14.1 см… пятилитровое ведерко и отвертка как вибратор самое то в общем. Ну и КУ такой антенны около 5-6 дБ, а между прочим 6 дБ (разность между «банкой» и моей Ягой) это разница в 4 раза!
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • 0
                      А вы уверены, что ваша яги правильно отстроена? 15 элементов требует сверхточности изготовления, как вы думаете ее кто-то настраивал? «Показометром» модема я пользовался уже после изготовления антенны. При испытании антенны использовался КСВметр и прибор Х1-50 (если вам что-то это говорит). Такое согласование пользовал ввиду того, что расчет петли уже есть в программе.
                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      • 0
                        Никто не запрещает купить посеребренный 50-омный кабель, я себе могу позволить такие потери ведь усиление антенны их с лихвой перекрыло. Конечно использовать 75 Омный кабель можно, но и Rвх антенны тогда нужно согласовать хотя бы с волновым сопротивлением кабеля.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        • 0
                          Эмм, я не совсем специалист. Учился на обслуживание радиолокационных и радионавигационных систем, так получилось, что работаю с проводной связью. Пробелов в знаниях довольно много, потому что почему-то в Министерстве образования считают, что философия и экономика предприятия важнее радиотехнику, чем профильные предметы… В общем я не о том, сейчас можно сказать я заново учусь. Написал этот пост, потому что ничего путевого в интернете так и не нашел на эту тему. Естественно для специалиста это все не нужно, а вот для тех, кто задумывается над тем как улучшить качество, но не имеет нужных знаний, я собрал эту информацию воедино.
                          P.S. Киевстар не работает на частоте 450 МГц. А антенна рассчитана под двух конкретных операторов, если кому-то интересно рассчитать антенну на другой диапазон, то ссылка на отличную программу вверху поста.
                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        • 0
                          Вот в закромах родного предприятия нашел логопериодичку, для интереса подпаял разъем и воткнул в модем — результат -54 дБ (с работы до базы около 1,5 км).

                          image

                          А это разъем с самолетной радиостанции Баклан-5РН, подходит тютелька в тютельку:

                          image
                          • 0
                            была у меня антенна телевизионна, забыл марку, с поворотным механизмом и «усилителем» в доме, поворот антенны осуществлялся пультом или пальцем к сенсорной кнопке на корпусе, да вот незадача — толи ветром толи еще как сломало антенну и она перестала правильно принимать сигнал, после чего отправилась собирать пиль в чулане. Но после покупки интертелекомовского «интерента» (модем pantech um150) встал вопрос про усиление сигнала. Хорошо изучив «маны» на сабж — оказалось, что диапазон на который настроена антенна перекрыват CDMA. Не долго думая был куплен переходник и антенна прикручена к модему. Удаление от базы — примерно 2-3 км, сигнал подгнялся с -87… -90 до -78… -72, по сути — моя антенка — разновидность логопериодики, но с более широким диапазоном (а значит и хуже добротность) — но результат дает «малой кровью» и не нужно «огород городить».
                            • 0
                              Вы достигнете того же или даже лучше эффекта если поместите сам модем на то же место где у вас размещена антенна. Кстати усилитель затыкает передатчик модема. Если в моей конструкции часть колебаний при передаче все же уходит через внешнюю антенну, то у вас все идет исключительно через внутреннюю антенну.
                            • 0
                              Нет, я включил аненну НЕ через усилитель, а напрямую прикрутил переходник к антенне. И сигнал идет все-таки через внешнюю антенну, т.к. при подключении переходника без антенны уровень сигнала падает ниже плинтуса, но при подключении внешней антенны — возвращается обратно. Было несколько раз — случайно сломал штекер переходника, в результате чего внешняя антенна отпадала. Да, знаю, такие фокусы могут обернуться смертью для приемопередающей части модема — но, «проснесло» как-то. Зато 100% знаю, что сигнал уходит через антенну. И да, вначале я прикрутил провода напрямую к директорам (или как они правильно), потом решил не испытывать судьбу на КСВ и вернул на место «родной» развязывающий трансформатор, который никоим боком не сказался на уровне сигнала…
                              • 0
                                И да, соедено все обычным телевизионным кабелем длинной до 2м. Но позолоченый коннектор в модем распян прямо на провод.
                              • 0
                                Сорри за некропост, но для тех кто попал сюда с гугла:

                                Receive Diversity — стоит отключить, если у вас не подключена 2-я внешняя антенна.
                                • 0
                                  Делал 2 самодельных антенны Харченко для CDMA-800 из фольгированного гетинакса.
                                  Вот модель и все параметры ypylypenko.livejournal.com/3338.html
                                  Подключение к 50 Ом кабелю без дополнительных согласующих устройств.
                                  Периметр 2х4х83 мм (по центральной оси полос), ширина полос 10 мм (внешний периметр будет 2х4х93 мм, внутренний 2х4х73 мм).
                                  Расстояние до рефлектора 45 мм. Рефлектор минимум чтобы покрывал весь вибратор, больше — лучше. Если сделать 1х1 лямбда и с бортиками 0.23 лямбда можно выжать ещё +1 dB и существенно ослабить излучение назад.

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.