Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками


Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками



На рисунке 1 видны три варианта полотна антенны. Стрелками показано распределение тока вдоль полотна антенны при e=0,25^ и e=0,375^ соответственно. Где ^ - это длина волны принимаемого сигнала, e - длина стороны ромбовидного элемента (РЭ). Точками обозначены места пучностей тока, а крестиками -  пучностей напряжения. Стрелками внутри РЭ показано направление вектора электрической составляющей электромагнитного поля Е. Точки питания антенны а и б (рис.1,а).

На рисунке 2, а и б показаны соответственно кривые зависимости коэффициента бегущей волны (КБД) при непосредственном подключении к точкам питания зигзагообразной антенны 75-омного фидера и коэффициента усиления G от отношений e/^ и e/d, где d - диаметр проводника, из которого выполнены РЭ. По графикам на рис.2 видно, что наибольший коэф. усиления (8 - 9дб) можно получить при e=0,375^. В нашем случае: длина волны -  ^=c/f=300/2100=0,143м=143мм (c - скорость света, f - частота принимаемого сигнала), e=0,375143мм=53мм. Но при этом КБД будет низким, что бы увеличить КБД до 0,5 рекомендую делать антенну из толстой проволоки диаметром 3,5 - 4мм (рис.2,а e/d=15). Однако при этом получится большое входное сопротивление антенны - 300 Ом (рис.2,в), такую антенну можно подключить к 75-омному фидеру при помощи полуволновой петли, которая уменьшает входное сопротивление антенны в четыре раза.  Я с петлей заморачиваться не стал (антенна маленького размера и размещать петлю некуда) и  увеличил угол а до 120 (рис.1,в), при этом входное сопротивление антенны уменьшилось (рис.2,г). Это практически не вызовет изменение коэффициента усиления G, а лишь повлияет на диаграмму направленности антенны: в горизонтальной плоскости она станет чуть уже, а в вертикальной - шире.

Коэффициент усиления антенны можно увеличить примерно на 3 дб, если снабдить её рефлектором, расположенным паралельно полотну антенны на расстоянии четверти длины волны. В нашем случае: 0,25143=36мм. Рефлектор изготавливается из листа железа. Его размеры должны быть на 10% больше размеров полотна антенны.

Полотно антенны также можно изготовить не из проволоки, а из листа железа. Я брал оцинкованную сталь толщиной 0,8мм и вырезал ножницами по металлу восьмерку. Оцинковку и паять легче. Чертеж такой антенны представлен на рисунке 3. Рефлектор и полотно  антенны  я скрепил двумя пластмассовыми  трубками,  посадив их на эпоксидный клей.

Также можно сделать антенну широкополосной, достигается это путем увеличения распределенной емкости проводников полотна антенны (Рис.4).

Повысить коэффициент усиления до 12 дб, можно объединив две антенны в одну (рис.6), расположив их друг от друга на расстоянии dc = 0,8^. Распределение энергии между ними осуществляется по широко используемой схеме Надененко (Рис.5). Отпайки от каждой антенны должны быть одинаковой длины и иметь одинаковое волновое сопротивление. Конструктивно тройник представляет собой металлическую коробку в форме куба. Я соединял вместе две антенны и сигнал действительно усиливался на 10%.

Остается последний вопрос: как подсоединить кабель к самому модему? 1.Можно , в салонах связи не ищите - их там нет. 2.Разобрать модем и припаяться напрямую к плате (это для тех кто любит рисковать). 3.Сделать антенный штекер самому, подобрав по диаметру проволоку и трубку (Рис.8).

Проволоку в трубке я закрепил, капнув внутрь трубки каплю эпоксидного клея, работа конечно микроскопичная, но сделать при желании можно.

Литература: Харченко К.П. - Радио №3, №4, №8 1961; №11, 1962; №4, 1966; №10, 1967;

Модем и кабельМодем и кабель

Здесь собраны некоторые калькуляторы наиболее часто применяемые для расчета антенн. Они помогут облегчить вам расчеты при различных экспериментах с антеннами. Приведенные калькуляторы взяты из различных источников и буду полезны тем, кто хочет сделать антенну своими руками. тут можно рассчитать, фактически, любой тип антенн, которые используются для усиления сигнала yota, skylink или gsm 3g.

Для расчета будет необходимо знать частоту работы мобильного оператора. Эти данные можно посмотреть на официальных сайтах операторов. Мы рекомендуем считать по частоте – это проще. Нам будет интересно ответить на ваши вопросы, касающиеся самостоятельного производства антенн, поэтому ветка комментариев открыта. По мере возможности мы будем выкладывать другие полезные материалы.

Также, вы можете ознакомиться с антеннами, представленными , иногда, проще купить, чем сделать антенну самому. Для тех же, кому нравится “сам процесс”, технические характеристики наших антенн будут являться примером для подражания.

_____________________________________________________________________________________

J-Антенна


схема j - антенны
Введите частоту
(МГц) A = (см) B = (см) C = (см)
(для Rвх=50 Ом) D = (см)

Калькулятор для диполя и штыря

Полуволновая антенна в свободном пространстве 15006/F (см) Реальная полуволновая антенна (до 30 МГц) 14274/F (см) Полуволновая антенна (от 50 до 144 МГц) 14030/F (см) Полуволновая антенна (свыше 144 МГц) 14233/F (см) Четверть волновая антенна 7137/F (см) Длина полноволновой антенны 30653/F (см) Введите частоту : (МГц)

Калькулятор для антенны "Двойной квадрат"

Антенна с настроечным шлейфом (вариант А)

Длина стороны каждой рамки = 7564/F(МГц)

(см)

Расстояния между рамками A= 3599/F(МГц)

(см)

Антенна с рефлектором в виде замкнутой петли (вариант Б)

Длина стороны вибратора = 7625/F(МГц)

(см)

Длина стороны рефлектора = 7869/F(МГц)

(см)

Расстояния между рамками A= 3599/F(МГц)

(см)

Введите частоту : (МГц)

Калькулятор для антенны YAGI

2-х элементная YAGI (вариант А)

Длина излучателя = 14518/F(МГц)

(см)

Длина директора = 13725/F(МГц)

(см)

Расстояние между элементами A = 3660/F(МГц)

(см)

3-х элементная YAGI (вариант Б)

Длина излучателя = 14426.5/F(МГц)

(см)

Длина рефлектора = 15280.5/F(МГц)

(см)

Длина директора = 13572.5/F(МГц)

(см)

Расстояние между элементами A = 7137/F(МГц)

(см)

Введите частоту : (МГц)

Y-образная схема согласования антенн YAGI

Диапазон, м

Длина L трубки схемы
согласования, см Расстояние А, см Максимальное значение емкости
переменного конденсатора C, пф 2

10

15

20

40

16,5

80

120

170

300

2

10

14

16

22

18

50

80

150

250

 

В таблице приведены приблизительные данные для y-образной схемы согласования. Указанные значения пригодны лишь в том случае, когда входное сопротивление антенны лежит в пределах от 15 до 30 Ом и согласование производится с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50…70 Ом.

 



На самом деле, сделать антенну типа 3G UMTS HSDPA W-CDMA для 1900-2100 мГц – проще простого.

«Конечно, профессионалам легко говорить!» – скажете на это Вы.

Но поверьте, создать простую антенну для модема может любой терпеливый и внимательный человек.

Сейчас мы не собираемся слишком нагружать Вас теорией, зато мы доступно расскажем Вам о том, как из подручных материалов построить антенну.

Просто соберитесь с духом и начинайте!

В интернете уже достаточно давно можно найти программу по расчёту разных видов антенн

С помощью этой программы мы сделали расчёт антенны биквадрат или «зигзаг». Для этой антенны существует много названий, но суть при этом не меняется.

Данная антенна, будучи эффективной в работе и простой в конструкции, помогает людям насладиться беспроводной связью.

Расчёт 3G антенны

Применив , пересчитываем антенну на частоты 1900-2100 МГц (средняя частота составляет 2000 МГц) и делаем чертёж антенны с такими же размерами, какие были в расчёте при помощи программы (только рефлектор будет больше).

Чертёж 3G антенны

Находим у себя в арсенале кусочек медной проволоки с диаметром 2 мм.

Изготовление 3G антенны

Его нужно выпрямить Изготовление 3G антенны

и согнуть по нужным размерам.

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Проверяем размеры нашей заготовки

Изготовление 3G антенны

И залуживаем места подпайки кабеля.

Изготовление 3G антенны

Теперь находим кабель H155 (который используется для WiFi с медным экраном) с затуханием 0,46 Дб/м . Более подробные характеристики таких кабелей здесь:

В общем, и с качественным RG6 кабелем (75 Ом, медный) можно делать то же самое. Затухание этого кабеля составляет примерно 0,32 – 0,38 Дб/м на частоте 2050 МГц. Нечто похожее есть на этой ссылке: .

Изготовление 3G антенны

Потом один угол ромба припаиваем к экрану кабеля, а второй – к центральной жиле.

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

Изготовление 3G антенны

В местах пайки заливаем термоклей для более прочного соединения.

Изготовление 3G антенны

После этого термоклей нагреваем для достижения монолитности. Влага больше никогда не окислит контакты и не попадёт в места пайки.

Изготовление 3G антенны

Антенну красим краской (из баллончика), что не влияет на ее радиочастотные свойства, цвет краски выбираем на свой вкус.

Вот и все!

Наша антенна готова и уже может работать. Проверяйте сами.

А на других страницах нашего сайта Вы можете найти информация о том, как подсоединить её к разным модемам.

показывают, что диаметр банки должен быть от 70 мм и 100 мм. Это не "железобетонные" пределы, а скорее отправные точки, так как усиление будет уменьшаться за пределами этих размеров все сильнее и сильнее.

Практика показала, что прочность конструкции – большое достоинство, и наличие пластиковой крышки является практически обязательным условием для защиты от непогоды. Смотрите со списком подходящих жестянок.

ARRL (Amateur Radio Relay League, лига радиолюбителей) пишут, что необходимая длина волновода для такой антенны должна быть как минимум в двое больше ведомой длины волны. В
или
длина ведомой волны обозначена как Lg и она зависит от диаметра банки. Чем меньше диаметр, тем больше длина ведомой волны. Из этого следует, что чем больше диаметр банки, тем короче она может быть. Также чем больше площадь горловины банки, тем больше энергии может быть перенесено, и следовательно тем больший уровень преданного и полученного сигнала.

значение 1/4Lg (четверть длины волны в банке), отмерили это расстояние от дна банки и просверлили в этом месте маленькое разметочное отверстие, затем рассверлили его до размера, достаточного для установки коннектора N-типа. В Великобритании не просто найти 16 мм сверло, так что мы купили 20 мм конусный резец . К центральному контакту коннектора N-типа мы припаяли ровный обрезок медной проволоки длиной около 50 мм и тощиной 1.5 мм. Затем мы аккуратно обрезали этот отрезок до размера 1/4Lo. Затем отшкурили края коннектора N-типа и банки вокруг отверстия при помощи стекляной шкурки. Коннектор N-типа затем был припаян к банке, со всех четырех сторон. Очень важно было обеспечить хороший электрический контакт между коннектором и банкой. Сейчас мы раздобыли N-коннектор, который не нужно монтировать к корпусу пайкой или винтами, а достаточно всего лишь завинтить гайку (куплен на деталь 112-0773).

Конусным резцом можно вырезать отличное 16 мм отверстие, если предварительно на него

надеть 16 мм шайбу с N-коннектора. Весь процесс в сумме занимает около 10 минут.

После пары лет опыта и изучения "баночных" антенн, мы пришли к выводу, что похоже имеет смысл просверлить маленькое отверстие в банке позади коннетора. В этом случае дождь или конденсат с легкостью вытекут из банки. Это отверстие не повлияет на характеристики антенны.

Монтаж

"Баночная" антенна, закрепленная на телевизионной антенной мачте

"Баночная" антенна, закрепленная на телевизионной антенной мачте.

Эта антенна имеет ширину луча около 30 градусов и ее нужно направлять в сторону второй антенны, обеспечивающей соединение. Также имеет значение поляризация: в зависимости от того, как расположен излучающий элемент, вертикально или горизонтально, нужно ориентировать и антенну на второй стороне. Мы монтировали её вокруг стандартной 25 мм телевизионной вышки используя U-образную скобу и регулируемое крепление из магазина по продаже телевизоров – это крепление позволило управлять антенной как в вертикальной, так и горизонтальной плоскости. Затем мы взяли короткий отрезок нержавеющей трубы, расклепали его с одной стороны, и прикрепили его к банке при помощи клея и изоленты, также для этого мы пробовали использовать кабельные стяжки. Ни тот, ни другой способ нам особо не понравился, так что еще есть над чем подумать…

Прежде чем полностью затянуть болты крепления, необходимо точно нацелить антенну и проверить поляризацию. Тут понадобиться кабель N-типа, присоединенный к PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) карте в ноутбуке или беспроводной сетевой карте в вашем персональном компьютере, и кто-нибудь внизу должен наблюдать за уровнем сигнала. Я же взял с собой на крышу ноутбук, но думаю это опрометчивый поступок, небезопасный для недешевого ноутбука. Идеальным решением для этой проблемы был бы наладонный компьютер с карточкой 802.11b (с выходом на внешнюю антенну) и пигтейл….

Примечание: Всегда направляйте антенно от себя, и никогда не заглядывайте в работающую антенну. Эта рекомендация продиктована скорее осторожностью, чем реальной опасностью, но надо учитывать, что человеческий глаз очень плохо охлаждается, и являются частью тела, которая поглощает, но не рассеивает, микроволновую энергию. Антенна же является концентрирующим микроволновым устройством, так что лучше перестраховаться, чем потом сожалеть.

Антенна, подключенная к кабелю

Антенна, подключенная к кабелю.

Мы увеличили сигнал, нацеливая антенну сначала грубо по ориентирам и компасу и затем осторожно подстраивая ее вертикальное и горизонтальное положение до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение сигнал/шум, либо же максимальное значение качества соединения. Для этого необходимо использовать измеряющее данные характеристики ПО на компьютере. Я использовал Wavemon для GNU/Linux, но большинство драйверов для беспроводных сетевых карт имеют свои средства для проверки качества соединения. В зависимости от того, как далеко от антенны расположен компьютер, возможно понадобятся еще люди или рации, или мобильные телефоны для того, чтобы сообщать человеку, который корректирует положение антенны результаты этих коррекций. При достижении максимума сигнала мы надежно закрутили болты в креплении и начали праздновать успешное окончание работы.

Стоимость

£5.50 за коннектор N-типа и банка, плюс маленький обрезок провода, и капельку припоя. Если вы потратите £20 за банку, то получите бесплатно бутылку виски. ;-)

Предупреждение

Не смотря на тот факт, что антенна работает действительно очень хорошо, никто не надевал свой лабораторный халат и не делал каких-либо заумных тестов с этой “самоделкой”, и конечно же производители оборудования рекомендуют не делать чего-либо, что они не рекомендуют. Или же подсоединять оборудование других производителей к их оборудованию. Ну конечно же.

Проверка дальности

Наша первая волноводная антенна 96 мм в диаметре, с длиной больше 3/4Lg и была сделанна из футляра от бутылки джина :-)

К антенне мы присоединили стандартный телевизионный 75 Ом коннектор (а не правильный N). Использованный тогда пигтейл был стеланн путем удаления провода от антенны Buffalo Extended Range Antenna подсоединения к нему 75 Ом’ного коннектора. Мы в курсе того, что сочетание 50 Ом коаксиального кабеля и 75 Ом коннекторов – это не лучшее согласование сопротивлений, которое можно придумать, и что это приводит к потерям мощности, но во время тестирования, в Португалии, это было все, что мы смогли раздобыть, и мы были увлечены.

Сравнение было сделанно с учётом встроенной антенны PCMCIA карточки Buffalo 802.11b. Мы использовали Wavemon (программа для измерения параметров беспроводной сети) на ноутбуке с установленным GNU/Linux для того, чтобы измерить силу принятого сигнала, шум и соотношение сигнал/шум.

Результаты

Наша первая банка, включая потери в кабеле, дала улушение силы сигнала в районе от +4 до +5 дБ (дециБелл), полученное улучшение соотношение сигнал/шум составило +10 дБ.

По данным таблиц мы оценили потери в используемом кабеле в 1.5 дБ.

Эта антенна позволила нам поддерживать 11-мегабитное соединение на расстоянии 200 метров от антенны Buffalo Airstation Extended Range Antenna. Мы не удалялись достаточно далеко по линии прямой видимости. Мы были впечатлены улучшениями в замерах, с учетом использования телевизионных коннекторов из супермаркета (которые имели неподходящее волновое сопротивление).

Первый горный тест

В конце-концов мы озаботились тем, чтобы получить несколько 50 Ом коннекторов N-типа. К сожалению ни у кого на складе не оказалось согласующихся между собой пар коннекторов, так что у нас не было другого выбора кроме как взять и чуть модифицировать BNC коннекторы. Это нас не сильно волновало, так как мы были увлечены.

Единственный кабель, который мы смогли найти, был RG58/U, дающий достаточно выские потери сигнала.

Мы подсоединили "баночную" антенну из футляра из-под джина к точке доступа Buffalo airstation при помощи 10 метров кабеля, и направили антенну их окна по направлению к холму.

Аян пошел на вершину холма с его ноутбуком, на котором был запущен Wavemon под GNU/Linux, и с "баночной" антенной, изготовленной из банки из-под корма для собак, подсоединенной к беспроводной сетевой карте двумя метрами кабеля. На вершине холма установлены две большие многосекторные антенны оператора сотовой связи, которые вещают в диапазоне около 800 МГц, как нам кажется. Аян расположился около 50 метром ниже них (медленно поджаривая его мозг!).

У нас была чистая (выше деревьев) линия видимости вниз к долине длиной 2200 метров от точки к точке, измеренная по военной карте.

Результаты

Мы достигли скорости соединения 2 Mbps, с запасом от 7 до 8 дБ, хотя хотя если говорить честно, это намного ниже того, что мы ожидали. Но важнее всего для нас было то, что антенна работает.

Посмотрев в спецификацию на используемый кабель, мы обнаружили, что он не расчитан на работу с такими высокими частотами, как 2.4 ГГц, самая высокая частота в спецификации была 1000 МГц, на которой кабель давал самое большое ослабление, 0.79 дБ/метр. Это означало, что используя кабель большой длины, изготовленный из неподходящего коаксиала, мы лишили себя от 9 до 10 дБ. Это было хорошей новостью для следующего гороного испытания с использованием подходящего кабеля, и предположительно позволяет сделать соединение на растоянии 5 км.

Антенна, показанная выше, дала в результате улучшение на 16-17 дБ по сравнению со встроенной в беспроводную сетевую карту Buffalo антенной. Нам удалось, результаты нас очень обрадовали.

Мы сейчас ждем, когда у нас появится немного свободного времени и мы найдем достаточно свободного пространства, чтобы провести дополнительные тесты. Мы ожидаем получить соединение на растоянии 10 км между антеннами.

Приложение

Список подходящих банок

  • Slimfast Double Chocolate – Англия – с пластиковой крышкой
  • The Simpsons Double choc cookies – Англия – с пластиковой крышкой
  • Douwe Egberts ground coffee – Англия – с пластиковой крышкой
  • Baby milk formula – Англия – с пластиковой крышкой
  • Furness Ginger Biscuits – Корнуэл и Англия
  • Golden Jubilee Beer, Robert Cain Brewery – Англия
  • Nestlé Coffee Mate 500g – Англия – с пластиковой крышкой
  • J&B Rare whiskey tin – Португалия
  • Larios Gin – Испания
  • из B&Q – очень мило (спасибо Роберту Кюррею (Robert Currey))
  • Любая большая банка из-под собачего корма, если вы не смогли найти чего-то более подходящего!

Некоторые красители в пластиковых крышках ослабляют сигнал, так что попробуйте протестировать антенну с и без крышки и замерить уровень сигнала. Если с установленной крышкой сигнал ослабевает, используйте антенну без нее.


Источник: http://amperspb.narod.ru/index/0-7


Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Расчет баночная антенна для 3g модема своими руками

Рекомендуем почитать: