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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena externa para celular GSM. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Telefonia O alcance de um telefone celular pode ser aumentado equipando-o com uma antena externa direcional remota. Como fazer essa antena você mesmo é descrito no artigo proposto. A antena pode ser usada com sucesso no campo, em uma casa de campo remota e até mesmo, devido ao seu pequeno tamanho, no campo. Novos e novos usuários de telefones celulares estão convencidos das vantagens da comunicação por telefone celular a partir de sua própria experiência. A capacidade de entrar em contato com o assinante desejado por telefone a qualquer momento e de praticamente qualquer lugar torna esse tipo de comunicação talvez o mais popular e atraente. Mas além das inúmeras e inegáveis vantagens da telefonia celular, como acontece com qualquer meio técnico, também existem algumas desvantagens. Lembre-se da necessidade de pagar por cada segundo da conversa. Além disso, a comunicação celular é caracterizada por fenômenos como a presença de zonas "mortas" e deterioração da qualidade da comunicação a uma distância significativa da antena da estação base mais próxima. Muitos usuários de telefones celulares provavelmente estão familiarizados com a situação em que precisam procurar por muito tempo um local onde o dispositivo possa estabelecer uma conexão estável com a rede. Além disso, tais situações surgem não apenas longe da antena da estação base da rede (o que é típico de locais remotos, por exemplo, em um jardim), mas também em uma cidade onde o sinal da estação base pode ser protegido por edifícios, elementos estruturais, etc. Uma antena externa conectada ao celular pode ajudar nesses casos. Claro que limita a mobilidade do assinante, "amarrando-o" a essa antena, mas essa limitação pode não ser um preço tão caro a se pagar por uma comunicação de alta qualidade. Ao desenvolver uma antena externa estacionária para um telefone celular, foi escolhido um design de antena em zigue-zague [1, 2], amplamente utilizado em comunicações profissionais e popular entre radioamadores e telespectadores. Antenas deste tipo na faixa de frequência utilizada em telefonia celular permitem obter boas características com pequenas dimensões, são bastante simples de fabricar e sintonizar e possuem boa repetibilidade de parâmetros em sua produção. A antena em zigue-zague consiste em oito condutores fechados de comprimento L, formando duas células em forma de diamante (ver figura). O projeto da antena é tal que seus condutores, excitados nos pontos a e b, formam uma espécie de arranjo de antenas em fase de quatro vibradores. Os antinodos (máximos) da corrente estão localizados nos pontos de alimentação e nos cantos indicados pelas letras P. A antena possui polarização linear, no caso mostrado na figura - vertical. O padrão da antena é mantido na faixa de frequência com uma sobreposição fmax/fmin = 2...2,5. A característica de diretividade da antena é simétrica em relação ao plano de localização de seus condutores. Para aumentar a diretividade de uma antena em zigue-zague, é utilizado um refletor que reflete parte da energia incidente sobre ela em direção à teia da antena. A fase do campo refletido pelo refletor no plano da teia da antena deve ser próxima da fase do campo emitido pela própria teia, então a soma dos campos em fase dos sinais emitidos e refletidos aumenta o coeficiente direcional (DRC) da antena. A fase do campo refletido depende da forma e tamanho da tela, mas principalmente da distância entre ela e a teia da antena. O padrão de comunicação celular GSM fornece a operação de sistemas de comunicação nas faixas de frequência de 890...960 MHz para GSM-900 e 1710...1880 MHz para GSM-1800 [3, p. 102], e nas frequências 935 ... 960 MHz e 1805 ... 1880 MHz, um canal direto é organizado e nas frequências 890 ... 915 MHz e 1710 ... 1785 MHz - um canal reverso. Na faixa de frequência de 890...960 MHz, a antena tem um coeficiente de onda progressiva (TWF) não inferior a 0,77 e um fator de eficiência inferior a 7 dB em comparação com um dipolo de meia onda. Na faixa de frequência de 1710 ... 1880 MHz, o KBV da antena não é pior que 0,5 e o fator de diretividade não é pior que 6 dB. O design da antena é claro na figura.
O principal parâmetro de projeto L determina a frequência de operação da antena. Para uma antena em ziguezague, o fator de diretividade depende da relação L/λ, e o ganho de diretividade é máximo em L/λ - 0,4. O máximo KBV - 0,8 é alcançado em L / λ - 0,3, e com proporções L / λ = 0,25 ... 0,5 KBV é de pelo menos 0,5. Portanto, para a frequência média da faixa de operação da antena, foi escolhido o valor L = 80 mm, enquanto L/λ é 0,37. Além de L, a largura dos vibradores da antena d e a distância da teia da antena ao refletor afetam o valor KBV. Geralmente é recomendado escolher d = 0,033λmax, onde λmax é o comprimento de onda máximo da faixa de operação da antena. No nosso caso, d = 10 mm. Do ponto de vista de aumentar a diretividade da antena, é desejável reduzir a distância até o refletor e, do ponto de vista da correspondência, aumentar. Neste projeto, é de 45 mm, o que fornece as características acima da antena. A folha de antena 1 e o refletor 2 são feitos de fibra de vidro de folha unilateral da marca SF-1 com espessura de 1 ... 1.5 mm. A folha da antena é formada por duas células quadradas simétricas, que são cortadas da folha de fibra de vidro do lado de fora ao longo do contorno da antena. O contorno interno da antena em zigue-zague é riscado com um cortador na lateral da folha, após o que a folha é removida do interior do contorno da antena. Para facilitar o processo de remoção da folha, ela pode ser pré-aquecida com um poderoso ferro de solda. Se desejar, você pode remover a maior parte do dielétrico dentro do circuito da antena. Em pontos próximos aos topos das células da folha da antena, são feitos furos para o parafuso M4 ou M2. Os mesmos furos são feitos no refletor 1 (tela). A folha da antena 2, por um lado, e o refletor 3, por outro, são aparafusados aos postes com 2,4 parafusos. Os racks são feitos de qualquer material dielétrico (fluoroplast, getinax, plexiglass, etc.), racks de metal também podem ser instalados. Dentro deles, furos com diâmetro de 3,2 ou 10 mm são feitos em cada lado a uma profundidade de cerca de 4 mm para parafusos com rosca M50 ou MXNUMX. A antena é alimentada por um cabo coaxial com impedância característica de XNUMX ohms. O condutor central do cabo, liberado da trança de blindagem, é soldado no ponto b, e a trança (tela) é soldada no ponto a. O cabo é colocado ao longo dos vibradores que formam um dos lados da célula da antena, e é conduzido para fora pelo ponto de potencial zero da folha da antena P. Para fixar o cabo, pode-se soldá-lo com arame estanhado ao vibrador da antena. Em seguida, o cabo é fixado no suporte e conduzido para fora pelo orifício na tela da antena. Na extremidade do alimentador é soldado um conector FME 740, ao qual é aparafusado um adaptador (adaptador de antena, pode ser adquirido em lojas de celulares) sob o conector externo da antena do celular. Deve-se notar que o valor de KBV depende fortemente do tipo de cabo coaxial usado. Via de regra, quanto mais fino o cabo, maior sua atenuação, o que degrada o desempenho da antena. Ao mesmo tempo, um cabo fino, quando conectado a um aparelho telefônico, atrapalha menos os movimentos do assinante, é mais conveniente conectar esse cabo a um adaptador de antena. Em geral, se a distância do ponto em que a antena fornece uma qualidade de sinal aceitável até o local do telefone não for superior a 2 ... 4 m (por exemplo, a antena está localizada dentro de casa perto da janela), então você pode usar um cabo mais fino com dielétrico de polietileno (por exemplo, RK 50-1,5-11). Se, no entanto, para garantir um sinal aceitável, a antena precisa ser movida para uma distância maior, os requisitos para o alimentador são mais rígidos. Boas características para este gabinete são os cabos PK 50-2-21, PK 50-2-2. No projeto descrito, como alimentador de 2,5 m de comprimento, foi utilizado um cabo coaxial de alta frequência RK 50-2-21 com coeficiente de atenuação na frequência de 900 MHz não superior a 0,6 dB / m, na frequência de 2 GHz - 0,8 dB/m. Se for planejado usar a antena ao ar livre, para reduzir o vento da estrutura, o refletor pode ser feito na forma de uma treliça de barras ou tubos de metal localizados a uma distância de 0,05 λmin um do outro, aqui λmin é o mínimo comprimento de onda da faixa de frequência operacional. Os elementos refletores são orientados paralelamente à linha a-b, ou seja, no plano de polarização. Para o aterramento, as antenas são conectadas aos pontos P-P da folha de antena com a tela com racks de metal, e a própria tela é fixada com segurança ao barramento de aterramento (mastro, suporte). Dentro da folha da antena, a fibra de vidro liberada da folha é removida e os elementos dos vibradores da folha da antena são protegidos por um revestimento resistente à corrosão com baixas perdas dielétricas. Durante o teste, a antena possibilitou aumentar o sinal de duas gradações da escala do indicador de celular Motorola M3788 para quatro, o que garantiu uma comunicação telefônica de alta qualidade. Se o ganho de antena resultante não for suficiente, ele pode ser aumentado construindo um arranjo de antenas, por exemplo, de duas ou quatro antenas em zigue-zague, ou usando um refletor de corneta "truncado" [2, p. 77]. Mas essas soluções complicam significativamente a fabricação e o ajuste da antena e, portanto, não foram testadas pelo autor. Os dados sobre frequências e comprimentos de onda de vários padrões de comunicação celular são fornecidos na tabela. Usando-os e recalculando as dimensões lineares, é possível projetar antenas semelhantes para outras faixas.
Literatura
Autor: V.Vasilevsky, Dzerzhinsky, região de Moscou.
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