О сайте

Всем доброго времени суток! Я, Вячеслав Юрьевич, или просто В.Ю. приглашаю Вас в свой блог. Почему блог так называется? Я дедушка и, как все деды, люблю поговорить о былом и поучить молодёжь. Читайте мои посты с советами обо всём, а особенно о здоровье.
До новых встреч!

среда, 6 июня 2018 г.

Самодельная патч-антенна GSM 900 для пассивного ретранслятора.


 Положение было безвыходным. Однообразный строевой сосновый лес колоннадой кружился вокруг меня. Через два часа я опять оказался на том же месте, где был раньше. Заблудился, запаниковал. Сотовая связь не работала. Решил найти место повыше в надежде поймать сигнал сотовой связи.  Рванул на просвет и выбежал на полянку с одинокой сосной. На дереве кормушка для птиц и заваренный в пластик листок с текстом: «Чтобы позвонить, положите телефон в домик кнопками вверх. Включите громкую связь или подключите гарнитуру». Далее были расписаны телефоны лесничества, полиции, администрации…

 Когда я уже вносил мобильник в домик-кормушку, то заметил, что на телефоне, рядом с символом, обозначающим антенну, вспыхнули ромбики уровня сигнала сотовой связи. Оживший телефон освежил рассудок, и домиком оказалась антенна, защищенная крышей от дождя и снега, а идущий от неё вверх коаксиальный кабель на высоте 5 метров соединялся с другой направленной антенной. Самодельный ретранслятор GSM сигнала, как я сразу не догадался. Ему не нужно никакого источника питания и усилителя, поэтому он называется пассивным. В самом мобильном телефоне нет необходимости искать высокочастотный разъём для подключения внешней антенны, так как его встроенная антенна дополняет конструкцию антенны ретранслятора.
 Максимальная дальность связи на этой частоте в условиях прямой видимости, когда холма, дома и деревья не загораживают трассу между антеннами, достигает 35 километров. Вряд ли я так далеко мог уйти, мелькнула в голове мысль, ведь не напрямую же телефон связан с антенной, наверняка в пассивном ретрансляторе есть потери, и радовала надежда, что от цивилизации я оторван, на какие ни будь 10 км.
 - Нашёлся! Тут уже всех на ноги поставили. «Урочище чёрта», оттуда без помощи не выбраться, болота кругом, трясина. Стойте на месте, никуда не ходите, через 1,5 часа Муся приведёт меня туда. Муся - это лошадь моя, она знает, как туда добраться.
У меня было уйма времени, чтобы изучить устройство пассивного ретранслятора.
                                                                  Стандарт GSM 900.
 Антенна должна работать как на приём, так и передачу, поэтому её диапазон составляет от 890 (880) до 960 МГц, где в диапазоне 890 – 915 МГц обеспечивается передача от сотового телефона до базовой станции, а в пределах 935 – 960 МГц идёт передача сигнала от базовой станции до телефона.
                                                              Вот конструкция антенны.

фото 1.

                                                      
Направленная
GSM 900 патч-антенна.

Подвесная пластинчатая патч-антенна является аналогом микрополосковой антенны. Её достоинство маленькие габариты и простота в изготовлении.
Это две пластинки и L- вибратор.  Элементы антенны могут быть  выполнены из меди, латуни, алюминия.
 Пластина большего размера – рефлектор, он отражает радиоволны. С рефлектором соединяется оплётка коаксиального кабеля. Для удобства соединения коаксиального кабеля, распайки и крепления L-образного вибратора я использовал высокочастотный разъём типа SMA. Если кабель крепить без разъёма, то отверстие сверлить не надо, но необходимо предусмотреть диэлектрическое крепление L-вибратора.
Рис. 1. Рефлектор.
 Тонкая пластинка – активный L-образный вибратор, он соединён с центральной жилой коаксиального кабеля. Я распаял его на разъём и использовал дополнительное крепление его по центру с помощью изолятора.
Рис. 2.  Эскиз L-вибратора.


Фото 3.  L-вибратор и его крепление.
 Плоская пластина меньшего размера по аналогии с антенной «волновой канал» называется директором, и ни с чем электрически не соединяется, а крепится на диэлектрических опорах - стойках.
Рис. 3. Директор.
 Опорные стойки могут быть выполнены из пластика, пенопласта, дерева.
 Покупные (заводские) антенны на эту частоту имеют волновое сопротивление 50 Ом, соответственно комплектуются кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Так, для самодельного пассивного ретранслятора тоже целесообразно придерживаться волнового сопротивления 50 Ом, что связано с меньшими потерями по сравнению с 75 Ом-ным стандартом.
Рис . 4. Эскиз сборки антенны. 1 - вибратор. 2 - Разъём SMA. 3 - рефлектор. 4 - директор.

                                                                  Параметры.
 В сравнении с усилением четвертьволнового штыря, сделанная антенна обеспечила усиление на 5 дБ больше.
На центральной частоте КСВ = 1,2. По краям диапазона КСВ = 1,5
                                 Антенна в качестве пассивного ретранслятора.
 Такую антенну удобно использовать как подставку для мобильного телефона при устройстве пассивного ретранслятора, в котором сотовый телефон с его встроенной антенной будет директором.
  Напомню, что ретранслятор состоит из двух антенн, соединённых коаксиальным кабелем. Одна антенна приподнята над землёй и направлена на базовую станцию, а вторая антенна находится в непосредственной близости мобильного телефона. У нижней настольной антенны, директор я сделал из пластика, не меняя высоты его крепления, а на постамент положил телефон.

Рис. 5. Эскиз пассивного ретранслятора. 1 - направленная антенна. 2 - коаксиальный кабель. 3 - мобильный телефон. 4 - патч-антенна. 5 - подставка, полка, поверхность стола.

 Когда я проделал такой опыт за городом, то мобильник к одной риске уровня добавил четыре. Вдобавок пришла SMS-ка, что я выехал из домашнего региона. Обычно такие сообщения приходят после 15 км пути от места испытания, которое находится на границе двух областей. В этом случае  телефон уверенно принял сигналы базовой станции из соседнего региона.
 В качестве направленной антенны использовалась заводская антенна «Радант 911».

Фото 4.  Направленная антенна "Радант 911".
 Диапазон частот 890 – 960 МГц, входное сопротивление 50 Ом, ширина диаграммы 45 градусов, вертикальная поляризация, коэффициент усиления 11 dBi.  Она была подвешена под крышей беседки, на высоте трёх метров от земли. Двухметровым 50 Ом кабелем соединялась с патч-антенной на столе. В патч-антенне вместо директора на пластиковом постаменте находился мобильный телефон.

Фото 5. Телефон на диэлектрическом постаменте.
 В своём опыте с ретранслятором я умышлено предусматриваю дополнительные потери, устанавливая антенну под крышей беседки (1 см дерева, плюс мягкая кровля), чтобы убедиться в работоспособности пассивного ретранслятора.



3 комментария:

  1. Анонимный7 июня 2018 г., 13:41

    Здравствуйте. В.Ю. а есть ли формулы расчета патч-антенны на другой диапазон частот.

    ОтветитьУдалить
  2. Здравствуйте. Я так думаю, что по формулам сейчас антенны не считают. Есть программы по расчёту антенн и онлайн калькуляторы. Я пользуюсь эмпирическими формулами, которые привязаны к длине волны. В данном случае эту антенну можно рассматривать как двух щелевую, где длина щелей, по бокам от вибратора равна половине длины волны, а вибратор равен четвёртой части волны. Длина волны (м) = 300 \ частоту (МГц). Рефлектор больше директора. Резонансную частоту определяю в процессе настройки по минимальному значению КСВ, укорачивая вибратор и директор. Высоты вибратора от рефлектора и директора от рефлектора влияют как на КСВ, так и на усиление антенны по сравнению её с четвертьволновым штырём с противовесом.

    ОтветитьУдалить
  3. Анонимный7 июня 2018 г., 22:58

    Спасибо за ответ. Жаль, что в настройке под себя оказалась достаточно не простой антенной.

    ОтветитьУдалить