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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenna GSM fai da te. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica /Mobile Communications Di recente, l'area di copertura delle reti GSM 900 è notevolmente aumentata in Russia, ma la situazione è tutt'altro che ideale. Se nei paesi europei il problema della ricezione incerta è praticamente assente, la maggior parte degli utenti domestici lo incontra spesso - nelle case di campagna, nei cottage estivi, ecc. E quanto sarebbe bello andare a pescare, a cacciare, al villaggio senza perdere i contatti con il mondo esterno! La chiave per risolvere questo problema sono le antenne direzionali o non direzionali esterne. È vero, l'acquisto di un'antenna non è sufficiente: è necessario installarla e configurarla correttamente. I lettori che hanno familiarità con l'elettronica radio saranno in grado di produrre e configurare autonomamente un'antenna operante nello standard GSM. Oggi parleremo dei tipi di antenne e di come installarle e configurarle. Certificato Per dirla semplicemente, un telefono cellulare è una radio a due vie che trasmette su frequenze diverse. In totale, ci sono 900 frequenze nello standard GSM 124. Il telefono, come la stazione base, può funzionare su qualsiasi frequenza determinata dall'operatore. La stazione base (BS) trasmette e il telefono (MS) riceve sulle frequenze 935,2 - 959,8 MHz. Il telefono cellulare trasmette e la stazione base riceve a frequenze di 890,2 - 914,8 MHz. Il canale da BS a MS è chiamato Down Link, da MS a BS - Up Link. La maggior parte degli operatori utilizza una limitazione alla portata di un telefono cellulare da una stazione base - 35 km, dovuta alle peculiarità dello standard. Spieghiamo che in una rete di configurazione standard, in un canale di frequenza si formano 8 intervalli di tempo (fasce orarie): uno è di servizio e sette sono conversazionali. È in questo caso che la portata massima di comunicazione su ciascun canale è di 35 km. Tuttavia, GSM fornisce anche una configurazione della cella non standard, in cui il raggio di comunicazione è aumentato di 70 - 100 km (configurazione della cella estesa). Sfortunatamente, con questa configurazione, il numero di canali parlati viene ridotto a 2 - 3, il che riduce la capacità della rete. L'utilizzo di questa modalità in città e vicino all'operatore non è redditizio. Questa modalità viene talvolta utilizzata sulla costa per creare una copertura costiera. Pertanto, se si dispone di un telefono GSM 900, non tentare di stabilire una connessione a più di 35 km dalla stazione base più vicina. La portata massima di comunicazione da me raggiunta è di 34 km. Raggio di comunicazione I seguenti fattori influenzano la portata radio:
In genere, le stazioni base hanno una potenza di 20 - 30 watt. Le antenne sono a frusta o direzionali. La sensibilità delle stazioni base è -100 dB - 115 dB. Naturalmente, l'utente non può modificare o influenzare tutti questi parametri. La potenza di uscita del telefono è 0,3 - 2 W, la sensibilità è 90 - 105 dB. La sensibilità di un telefono è determinata principalmente dalle tecnologie utilizzate per creare dispositivi di input a basso rumore. Se nelle aree di ricezione affidabile la differenza di sensibilità e potenza tra i modelli è quasi impercettibile, nell'area di ricezione incerta può diventare critica. Spesso il portatile mostra un livello del segnale dalla stazione base di 1 - 2 cubi (su una scala), ma non riesce a stabilire una connessione: non c'è abbastanza potenza. E sebbene la standardizzazione ETSI regoli le potenze di uscita standard per ciascuna classe di telefoni, il valore effettivo potrebbe variare leggermente. I tubi SAGEM, Alcatel, Motorola si distinguono per una buona sensibilità. E in termini di potenza, tutti i vecchi telefoni passano, in particolare Motorola. Tutti i telefoni di fase 2 hanno all'incirca la stessa potenza. Per quanto riguarda il rilievo, le onde si diffondono meglio in pianura e lungo il fiume. Più alto sei (entro limiti ragionevoli), migliore è il segnale. La foresta a volte "spegne" le onde più dello sviluppo urbano. Ricerca del segnale Quindi, sei uscito dalla città e vuoi fornirti una connessione. Sali sul tetto, sulla soffitta o sul punto più alto vicino alla casa o al luogo di cui hai bisogno. Se il telefono intercetta la rete, ma al limite (o instabile), hai tutte le possibilità di sistemare le cose utilizzando un'antenna esterna. Se la distanza dalla stazione è inferiore a 30 km e la rete non viene rilevata, provare anche a utilizzare un'antenna. In quest'ultimo caso, prova a negoziare con i venditori sulla restituzione dell'antenna se l'esperimento fallisce. Se il segnale, anche se molto debole, è stato ancora catturato, componi un numero di città qualsiasi per controllare. Se durante una conversazione l'udibilità è normale e l'interlocutore non si lamenta della perdita di brani del tuo discorso, allora l'energia di entrambe le linee (UL e DL) è bilanciata e puoi utilizzare un'antenna standard sintonizzata sulla frequenza media tra le ricevere e trasmettere frequenze. Se l'interlocutore scompare di tanto in tanto, è necessario "rafforzare" la direzione discendente dalla stazione base al telefono. Potrebbe valere la pena cercare un telefono con una sensibilità migliore. Ma se è difficile sentirti, dovresti amplificare la direzione dal tuo telefono alla stazione base. Già in questa fase è chiaro che nella scelta del tipo di antenna e dei suoi parametri è opportuno tenere conto dei dati dell'operatore e delle condizioni di ricezione. Nelle aree di scarsa ricezione, si osserva spesso interferenza (interferenza) tra i canali con la stessa frequenza e quelli adiacenti. Sfortunatamente, la risorsa di frequenza assegnata agli operatori GSM 900 in Russia è limitata, motivo per cui le frequenze di diverse stazioni base con livelli di segnale uguali o vicini sono spesso "visibili" nella zona di ricezione incerta. Tali frequenze creano interferenze reciproche che interferiscono con la comunicazione e, a determinati livelli di segnale, la comunicazione diventa completamente impossibile. Se un segnale forte dalla stazione base è fisso sullo schermo del telefono e la connessione non può essere stabilita o è possibile, ma il discorso scompare continuamente, allora ti trovi di fronte a "estranei". È tutt'altro che sempre possibile "forzare" il telefono a selezionare una frequenza diversa, ma una funzione speciale dei telefoni Nokia - Netmonitor - consente di farlo. Ho riscontrato un problema simile in una dacia, che è separata da una grande città da uno spazio piuttosto aperto. Il telefono riceveva canali di frequenza adiacenti con livelli di 70 dB, 73 dB e 72 dB, ma la qualità della chiamata lasciava molto a desiderare. L'unica cosa che mi ha salvato è stata la selezione forzata di un altro canale di frequenza con un livello più basso - 80 dB. Tuttavia, con una risorsa di frequenza limitata, anche la riprogrammazione della frequenza della rete non sempre aiuta. Tuttavia, se il telefono non dispone di Netmonitor, è possibile utilizzare un'antenna direzionale esterna con un buon diagramma di radiazione. Resta solo da fare la scelta giusta. Selezione dell'antenna Come già accennato, sono le antenne esterne che consentono di aumentare la portata e la qualità della comunicazione. Per i telefoni vengono utilizzate principalmente antenne a frusta e log-periodiche esterne, nonché antenne a canale d'onda. Ripetiamo che nell'Europa occidentale non esistono zone di ricezione incerta. Pertanto, le antenne direzionali per terminali GSM 900 non vengono praticamente prodotte. Se il produttore offre un'antenna direzionale GSM 900 proprietaria, di solito è progettata per funzionare con ripetitori (ripetitori) di operatori. Nella CSI e nell'Europa orientale, le antenne direzionali sono realizzate in modo artigianale. Inoltre, ci sono piccole fabbriche nella Repubblica Ceca, in Polonia e negli Stati baltici. Una semplice antenna magnetica per auto ha un guadagno di 1 - 3 dB (1 - 2 cubi sulla scala del telefono), un canale d'onda - 7 - 15 dB (a seconda del numero di elementi, della qualità costruttiva e delle impostazioni dell'antenna), che è già 2 - 3 cubi sulla scala e antenna log-periodica - 7 - 12 dB. Un'antenna per auto è un polo verticale di lunghezza d'onda di 3/4, 1/2 o 5/8. Anche una semplice antenna per auto, sollevata più in alto, può correggere la situazione con una connessione incerta. Il fatto è che quando si parla al telefono, circa il 10 - 20% dell'energia viene assorbita dal corpo dell'utente, quindi, alzando l'antenna a frusta, si riduce l'influenza degli oggetti circostanti su di essa. Io stesso ho osservato come i dipoli casalinghi, a semionda e verticali, sollevati di 5 m, risolvessero il problema della comunicazione. Spieghiamo come è fatto un tale dipolo.
Puliamo da un'estremità il cavo televisivo bianco RG6U. Otteniamo il conduttore centrale e la treccia del cavo. Saldiamo un filo di rame di qualsiasi spessore lungo circa 8,2 cm (per la banda 900 MHz) al conduttore centrale e lo fissiamo verticalmente verso l'alto. Saldiamo un secondo pezzo di filo della stessa lunghezza alla treccia e lo fissiamo verticalmente verso il basso (Fig. 1). Otteniamo qualcosa di simile alla lettera "T", adagiata su un lato. (La televisione usa la polarizzazione orizzontale, mentre il GSM usa la polarizzazione verticale, quindi è richiesto proprio un dipolo del genere.) Colleghiamo l'altra estremità del cavo tramite un adattatore al telefono. Fare attenzione a non cortocircuitare il filo centrale intrecciato, altrimenti il telefono potrebbe bruciarsi. Bene, in 5 minuti abbiamo costruito un'antenna primitiva che non ha parametri inferiori a quelli delle automobili cinesi. Lascia che ti racconti una storia della mia vita. Arrivando la scorsa estate in vacanza in Crimea, ho scoperto che non esiste una copertura affidabile sulla base dell'operatore promesso. Ciò significava che avrei perso una chiamata molto importante. Un segnale sicuro è stato trovato sul tetto del cottage, ma la prospettiva di rimanere lì seduto per due settimane non mi ha ispirato. In 5 minuti ho trovato un pezzo del filo giusto (ho usato l'alluminio al posto del rame). Ci sono voluti altri 10 minuti per trovare un cavo televisivo di 5 metri dai vicini. Il Nokia 7110 ha un interruttore meccanico per l'antenna esterna, quindi ho semplicemente collegato il conduttore centrale del cavo direttamente al jack del telefono e ho collegato la guaina del cavo al bordo metallico del jack esterno del telefono. Rafforzò l'antenna sul tetto di casa e dopo 10 minuti, per la gioia della famiglia e per l'invidia dei vicini, parlò liberamente al telefono. Come si suol dire, torniamo alle nostre pecore. Per prima cosa, useremo un'antenna a frusta per auto ($ 5 - 10). La cosa principale qui è non imbattersi in una qualità troppo scadente. Con Netmonitor, controllare l'antenna è molto più semplice. Con un'antenna per auto collegata al telefono, il livello del segnale dovrebbe aumentare da 1 a 3 dB (ad esempio, da -60 dB a -57 dB). Come ultima risorsa, il segnale dovrebbe rimanere lo stesso. Se, quando si collega l'antenna, il segnale diminuisce di 5 dB o più, è meglio rifiutarsi di acquistare. Voglio notare che una buona antenna per auto di marca costa $ 40 e oltre. Tuttavia, anche tra i prodotti asiatici da 10 dollari, a volte ci sono piccole cose buone. Installata sul tetto della tua "casa in campagna", un'antenna per auto può risolvere un problema di comunicazione. Se il guadagno dell'antenna dell'auto non è sufficiente, puoi rivolgerti ad altri, ad esempio a un'antenna direzionale comune, un canale d'onda. Sembra una normale antenna televisiva montata sul tetto di una casa. Il canale d'onda consente di ottenere un guadagno reale fino a 7 - 15 dB con un pattern di direttività ottimale. Ma ha uno svantaggio: banda stretta. La differenza tra la frequenza di ricezione e di trasmissione in GSM 900 è di 45 MHz e l'intera gamma operativa è di 890 - 960 MHz (larghezza di banda di 70 MHz). È difficile ottenere una risposta lineare o quasi lineare su un intervallo così ampio. Pertanto, è desiderabile rendere il canale d'onda in base alla frequenza dell'operatore e alla posizione specifica e, a seconda della situazione, spostare la risonanza sulla frequenza delle direzioni ascendente o discendente. Per una maggiore larghezza di banda, dovrebbe essere utilizzato solo un vibratore ad anello, abbinandolo al cavo, ad esempio con un anello di bilanciamento; dovresti anche limitarti a un piccolo numero di elementi, diciamo 3 - 12, poiché se ce ne sono più, sarà difficile sintonizzare l'antenna senza attrezzatura, inoltre, il raggio operativo dell'antenna si restringe. Ho avuto a che fare con molti canali d'onda artigianali. Premetto: nella maggior parte delle antenne il guadagno era inferiore a 7 dB, alcune avevano una risonanza a frequenze di 700 - 800 MHz al posto della banda GSM e un rapporto d'onda stazionaria maggiore di 3 (durante la trasmissione questo può facilmente danneggiare l'uscita del telefono palcoscenico). Le antenne fatte in casa realizzate e sintonizzate professionalmente erano rare. Ora le prossime in linea sono le antenne log-periodiche (si possono trovare anche sul mercato radiofonico). Rispetto al canale d'onda, hanno una gamma operativa più ampia. Pertanto, tali antenne sono meno critiche per l'accuratezza della produzione e della messa a punto. Il guadagno reale qui raggiunge 10 - 14 dB. In teoria, se necessario, puoi collegare 2 canali d'onda, uno sintonizzato sulla frequenza di ricezione, l'altro sulla frequenza di trasmissione, ma questo è già un sistema troppo complicato. Adattatori per cavo e antenna Nella banda dei 900 MHz la scelta del cavo diventa fondamentale. I cavi coassiali televisivi domestici possono essere utilizzati solo in misura limitata (l'attenuazione di oltre 30 dB a 100 m è troppo elevata). Dei campioni importati disponibili, RG6 è un cavo coassiale a doppia treccia. Puoi trovarlo in qualsiasi negozio. L'attenuazione è di 20 - 24 dB per 100 m (testato sperimentalmente). Le antenne a frusta industriali in genere includono un cavo RG59 con un'attenuazione di 28 dB a 100 m Un'antenna a canale d'onda da 12 dB e 10 m di cavo RG6U danno un guadagno totale di 9,6 dB e a 20 m 7 dB. La maggior parte dei telefoni dispone di un connettore per un'antenna esterna. Inoltre, per ogni tipo di telefono è presente un cosiddetto adattatore per antenna (circa $ 5), si collega al connettore specificato ed è un breve pezzo di cavo, su un lato del quale è presente uno specifico connettore telefonico ad alta frequenza e dall'altro - un connettore RF standard. In genere, l'attenuazione nell'adattatore dell'antenna non supera 1 dB. Quando acquisti un adattatore per antenna, assicurati che funzioni. Quando l'adattatore è collegato al telefono, l'antenna incorporata nel telefono viene disattivata e lo stadio di uscita passa all'adattatore. In altre parole, se colleghi semplicemente l'adattatore al telefono, il segnale sulla bilancia del telefono dovrebbe diminuire leggermente. Quindi si collega un'antenna esterna all'adattatore e il segnale aumenta. Se tutto va in questo modo, l'adattatore funziona. Installazione dell'antenna a terra Quindi, hai comprato un'antenna e l'hai collegata al cavo e al telefono. Siamo saliti su un punto più alto e abbiamo provveduto a sintonizzare l'antenna. Posizionare il telefono in modo che lo schermo sia visibile. Come già accennato, quando si configura l'antenna con i dispositivi Nokia, è meglio utilizzare la funzione Netmonitor. Nella maggior parte degli altri telefoni, puoi inserire un codice speciale e aprire un menu di servizio che ti consente di vedere il livello di ricezione di 6 - 8 frequenze ricevute dal telefono in ordine decrescente, numeri di frequenza, distanza dalla stazione base, percentuale di errori in il canale, ecc. (Per una descrizione di molti menu di servizio, vedere . su: 3ton.com/gsm.) Se è presente un Netmonitor, ci concentreremo sul livello del segnale in decibel (ricordiamo che il segnale è più forte quando il livello valore in decibel è inferiore). Se è assente, regoleremo in base alla scala del segnale standard. Poiché le antenne della stazione base GSM 900 sono polarizzate verticalmente, il canale d'onda deve essere posizionato verticalmente. Quando si allineano le antenne, tenere presente che il livello del segnale di ricezione visualizzato sul telefono cambia con un ritardo fino a diversi secondi, quindi l'antenna deve essere ruotata lentamente e in modo discreto. Se conosci la direzione per la città più vicina, inizia da lì. Ruotare lentamente l'antenna in orizzontale. Se il segnale viene trovato, il tuo compito è trovare la direzione da cui proviene il segnale con il livello massimo. Se non c'è segnale, inclinare lentamente l'antenna orizzontalmente finché non appare. Ricorda che ogni metro di altezza di installazione dell'antenna può essere determinante. Se non viene trovato alcun segnale, prova a spostarti di qualche metro di lato e a guardare di nuovo. Forse sarai fortunato. Non è consigliabile utilizzare un cavo tra l'antenna e il telefono con una lunghezza superiore a 30 m: in questo caso, nel cavo viene perso quasi l'intero segnale. Infine, diamo le dimensioni di un'antenna log-periodica fatta in casa per la gamma di 850 - 950 MHz (Fig. 2). Le dimensioni sono tratte dal sito atnn.ru. Il programma per il calcolo del canale d'onda dell'antenna è nuovamente disponibile su: 3ton.com/gsm.
Parametri: guadagno - 8,3 dB, impedenza - 60 ohm.
Pubblicazione: cxem.net
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