Радіус дії стільникового телефону можна збільшити, оснастивши його зовнішньої виносний спрямованої антеною. Про те, як самостійно виготовити таку антену, і розповідається в пропонованій статті. Антену з успіхом можна використовувати на дачі, у віддаленому заміському будинку, і навіть, враховуючи її невеликі розміри, в польових умовах.
В перевагах стільникового телефонного зв'язку переконуються на власному досвіді нові і нові користувачі стільникових телефонів. Можливість в будь-який час і практично з будь-якого місця зв'язатися по телефону з потрібним абонентом робить цей вид зв'язку, можливо, самим популярним і привабливим.
Але крім численних і незаперечних переваг стільникового телефонії, як і кожному технічному засобу, властиві і деякі недоліки. Згадаймо про необхідність платити за кожну секунду розмови. Крім того, для стільникового зв'язку характерні такі явища, як наявність "мертвих" зон та погіршення якості зв'язку при значному видаленні від антени найближчої базової станції.
Багатьом користувачам стільникових телефонів, напевно, знайома ситуація, коли доводиться довго шукати місце, в якому апарат може здійснити сталий підключення до мережі. Причому такі ситуації виникають не тільки далеко від антени базової станції мережі (що характерно для віддалених місць, наприклад, на садовому ділянці), але і в місті, де сигнал базової станції може екрануватися будівлями, елементами будівельних конструкцій і т. п.
Допомогти в цих випадках може зовнішня антена, підключена до мобільного телефону. Вона, звичайно, обмежує мобільність абонента, "прив'язує" його до цієї антені, але це обмеження може виявитися не настільки вже дорогою платою за якісний зв'язок.
При розробці стаціонарної зовнішньої антени для стільникового телефону була обрана конструкція зигзагоподібної антени [1, 2], широко застосовувана в професійної зв'язку і популярна у радіоаматорів і телеглядачів.
Антени цього типу в діапазоні частот, що використовуються у стільниковій телефонії, дозволяють реалізувати гарні характеристики при невеликих габаритах, досить прості у виготовленні і налагодженні, володіють хорошою повторюваністю параметрів при їх виробництві.
Зигзагоподібна антена складається з восьми замкнених провідників довжиною L, утворюють дві ромбовидні осередки (див. малюнок). Конструкція антени така, що її провідники, виникаючи в точках а і б, утворюють своєрідну синфазную антенну решітку з чотирьох вібраторів. Пучности (максимуми) розташовуються струму у крапок харчування і в кутах, позначених буквами П. Антена має лінійну поляризацію, показаному на малюнку випадку - вертикальну.
Діаграма спрямованості антени зберігається в діапазоні частот з перекриттям fmax/fmin = 2...2,5. Характеристика спрямованості антени симетрична відносно площини розташування її провідників.
Для збільшення спрямованості зигзагоподібної антени застосовують рефлектор, відображає падаючу на нього частину енергії у бік полотна антени. Фаза поля, відбитого рефлектором, в площині полотна антени повинна бути близька до фази поля, випромінюваного самим полотном, тоді додавання синфазних полів випромінюваного і відбитого сигналів збільшує коефіцієнт спрямованої дії (КНД) антени. Фаза відбитого поля залежить від форми і розмірів екрану, але, головним чином, і від відстані між ним і полотном антени.
Стандарт стільникового зв'язку GSM передбачає роботу систем зв'язку в діапазонах частот 890...960 МГц стандарті GSM-900 і 1710...1880 МГц для GSM-1800 [3, с. 102], причому на частотах 935... 960 МГц і 1805...1880 МГц організується прямий канал, а на частотах 890...915 МГц і 1710...1785 МГц - зворотний канал. В діапазоні частот 890...960 МГц антена має коефіцієнт бігучої хвилі (КБВ) не гірше 0,77 і КНД не гірше 7 дБ у порівнянні з полуволновым диполем. У діапазоні частот 1710 1880... МГц КБВ антени не гірше 0,5, а КНД - не гірше 6 дБ.
Конструкція антени ясна з малюнка.
Основний розрахунковий параметр L визначає робочу частоту антени. Для зигзагоподібної антени коефіцієнт спрямованого дії залежить від співвідношення L/λ причому КНД виявляється максимальним при L/λ - 0,4. Максимальний КБВ - 0,8 досягається при L/λ - 0,3, а при відносинах L/λ = 0,25...0,5 КБВ становить величину не менше 0,5. Тому для середньої частоти робочого діапазону антени була обрана величина L = 80 мм, при цьому L/λ - 0,37. Крім L, на величину КБВ впливають ширина вібраторів антени d та відстань від полотна антени до рефлектора. Зазвичай рекомендується вибирати d = 0,033 λmax, де λmах - максимальна довжина хвилі робочого діапазону антени. У нашому випадку d = 10 мм. З точки зору підвищення КНД антени відстань до рефлектора бажано зменшувати, а з точки зору узгодження - збільшувати. У даній конструкції воно становить 45 мм, що забезпечує зазначені вище характеристики антени.
Полотно антени 1 і рефлектор 2 виготовлені з односторонньо фольгирован-ного склотекстоліти марки СФ-1 товщиною 1...1.5 мм. Полотно антени утворено двома симетричними квадратними осередками, які вирізаються з фоль-гированного склотекстоліти з зовнішньої сторони по контуру антени. Внутрішній контур зигзагоподібної антени продряпуєтся різаком з боку фольги, після чого фольга зсередини контуру антени видаляється. Для полегшення процесу видалення фольги її можна попередньо прогріти потужним паяльником. При бажанні можна видалити більшу частину діелектрика всередині контуру антени.
У точках, близьких до вершин осередків антенного полотна, свердляться отвори під гвинт МОЗ або М4. Такі ж отвори свердляться у рефлекторі 2 (екрані). Полотно антени 1, з одного боку, і рефлектор 2, з іншого, пригвинчуються до стійок 3 гвинтами. Стійки виготовляються з будь-якого діелектричного матеріалу (фторопласт, гетинакс, оргскло і т. п.), можна поставити і металеві стійки. Всередині них з кожної сторони свердлити отвори діаметром 2,4 або 3,2 мм на глибину приблизно 10 мм під гвинти з різьбою МОЗ або М4. Антена харчується коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом. До точці б припаюють центральний провідник кабелю, звільнений від екрануючого обплетення, а до точки а - оплітку (екран).
Кабель прокладають уздовж вібраторів, що утворюють одну з сторін клітинки антени, і виводять через точку нульового потенціалу антенного полотна П. Для кріплення кабелю можна припаяти лудженим дротом до вібратора антени. Далі кабель закріплюють на стійці і виводять через отвір в екрані антени. До кінця фідера припаюють роз'єм FME 740, до якого пригвинчується перехідник (антенний адаптер, його можна придбати в салонах стільникового зв'язку) під роз'єм зовнішньої антени стільникового телефону.
Слід зазначити, що величина КБВ сильно залежить від типу застосовуваного коаксіального кабелю. Як правило, чим тонше кабель, тим більше його загасання, що погіршує характеристики антени. В той же час тонкий кабель при приєднанні його до телефонного апарата менше сковує руху абонента, такий кабель зручніше підключати до антенного адаптера. У загальному випадку, якщо відстань від точки, в якій антена забезпечує прийнятну якість сигналу, до місця розташування телефонного апарата становить не більше 2...4 м (наприклад, антена розташовується усередині приміщення біля вікна ), то можна використовувати більш тонкий кабель з поліетиленовим діелектриком (наприклад, РК 50-1,5-11).
Якщо ж для забезпечення прийнятного сигналу антену потрібно виносити на більшу відстань, вимоги до фідеру посилюються. Непоганими характеристиками для даного випадку мають кабелі РК 50-2-21, РК 50-2-2. У описуваної конструкції як фідера довжиною 2,5 м використовувався високочастотний коаксіальний кабель РК 50-2-21 з коефіцієнтом загасання на частоті 900 МГц більше 0,6 дБ/м на частоті 2 ГГц - 0,8 дБ/м.
Якщо передбачається використовувати антену поза приміщення, для зниження парусності конструкції рефлектор можна зробити у вигляді решітки з металевих прутків або трубок, розташованих на відстані 0,05 λmin один від одного, тут λmin - мінімальна довжина хвилі робочого діапазону частот Елементи рефлектора орієнтують паралельно лінії а-б, тобто в площині поляризації. Для заземлення антени з'єднують точки П-П антенного полотна з екраном металевими стійками, а сам екран надійно кріплять до заземлювальної шини (щогли, опори). Всередині антенного полотна видаляють склотекстоліт, звільнений від фольги, а елементи вібраторів антенного полотна захищають антикорозійним покриттям з малими діелектричними втратами.
При випробуванні антена дозволила збільшити сигнал з двох градацій шкали індикатора стільникового телефону Motorola M3788 до чотирьох, що забезпечило якісний телефонний зв'язок.
Якщо отриманого підсилення антени недостатньо, можна збільшити його побудовою антенної решітки, наприклад, з двох або чотирьох зигзагоподібних антен, або використовуючи рефлектор типу "усічений" рупор [2, с. 77]. Але ці рішення значно ускладнюють виготовлення та налаштування антени і тому автором не випробувані.
Дані щодо частот і довжин хвиль різних стандартів стільникового зв'язку наведено в таблиці. Скориставшись ними і перерахувавши лінійні розміри, можна сконструювати подібні антени і для інших діапазонів.
Література
Автор: Ст. Василевський, р. Дзержинський Московської обл.