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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena GSM faça você mesmo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica /A telefonia móvel Recentemente, a área de cobertura das redes GSM 900 aumentou significativamente na Rússia. No entanto, a situação está longe de ser ideal. Se nos países europeus o problema da recepção incerta está praticamente ausente, a maioria dos usuários domésticos o encontra com frequência - em casas de campo, em casas de veraneio etc. o mundo exterior! A chave para resolver este problema são as antenas direcionais ou não direcionais externas. É verdade que comprar uma antena não é suficiente - você precisa instalá-la e configurá-la corretamente. Os leitores familiarizados com a eletrônica de rádio poderão fabricar e configurar de forma independente uma antena operando no padrão GSM. Hoje falaremos sobre os tipos de antenas e como instalá-las e configurá-las. Certidão Para simplificar, um telefone celular é um rádio bidirecional que transmite em diferentes frequências. No total, existem 900 frequências no padrão GSM 124. O telefone, como a estação base, pode operar em qualquer frequência determinada pela operadora. A estação base (BS) transmite e o telefone (MS) recebe nas frequências 935,2 - 959,8 MHz. O telefone móvel transmite e a estação base recebe em frequências de 890,2 - 914,8 MHz. O canal de BS para MS é chamado de Down Link, de MS para BS - Up Link. A maioria das operadoras usa uma limitação no alcance de um telefone celular de uma estação base - 35 km, devido às peculiaridades do padrão. Vamos explicar que em uma rede de configuração padrão, 8 intervalos de tempo (time slots) são formados em um canal de frequência: um é serviço e sete são conversacionais. É neste caso que o alcance máximo de comunicação em cada canal é de 35 km. No entanto, o GSM também oferece uma configuração de célula não padrão, na qual o alcance de comunicação é aumentado em 70 - 100 km (configuração de célula estendida). Infelizmente, com esta configuração, o número de canais falados é reduzido para 2 - 3, o que reduz a capacidade da rede. Usar este modo na cidade e perto do operador não é lucrativo. Este modo às vezes é usado na costa para criar cobertura costeira. Assim, se tiver um telefone GSM 900, não tente estabelecer uma ligação a mais de 35 km da estação base mais próxima. O alcance máximo de comunicação alcançado por mim é de 34 km. Faixa de comunicação Os seguintes fatores afetam o alcance do rádio:
Normalmente, as estações base têm uma potência de 20 a 30 watts. As antenas são chicote ou direcionais. A sensibilidade das estações base é de -100 dB - 115 dB. Obviamente, o usuário não pode alterar ou influenciar todos esses parâmetros. A potência de saída do telefone é de 0,3 a 2 W, a sensibilidade é de 90 a 105 dB. A sensibilidade de um telefone é determinada principalmente pelas tecnologias usadas para criar dispositivos de entrada de baixo ruído. Se nas áreas de recepção confiável a diferença de sensibilidade e potência entre os modelos é quase imperceptível, na área de recepção incerta ela pode se tornar crítica. Muitas vezes, o aparelho mostra um nível de sinal da estação base de 1 a 2 cubos (em uma escala), mas não consegue estabelecer uma conexão: não há energia suficiente. E embora a padronização ETSI regule as potências de saída padrão para cada classe de telefones, o valor real pode flutuar um pouco. As válvulas SAGEM, Alcatel, Motorola distinguem-se pela boa sensibilidade. E em termos de potência, todos os telefones antigos passam, principalmente o Motorola. Todos os telefones da fase 2 têm aproximadamente a mesma potência. Quanto ao relevo, as ondas se espalham melhor em terreno plano e ao longo do rio. Quanto mais alto você estiver (dentro do razoável), melhor será o sinal. A floresta às vezes "extingue" as ondas mais do que o desenvolvimento urbano. Pesquisa de sinal Então, você saiu da cidade e quer se conectar. Suba ao telhado, sótão ou ao ponto mais alto perto da casa ou do lugar que você precisa. Se o telefone pegar a rede, mas no limite (ou instável), você tem todas as chances de consertar as coisas usando uma antena externa. Se a distância até a estação for inferior a 30 km e a rede não for capturada, tente também usar uma antena. Neste último caso, tente negociar com os vendedores a devolução da antena caso o experimento falhe. Se o sinal, embora muito fraco, ainda foi capturado, disque qualquer número da cidade - para verificar. Se durante uma conversa a audibilidade estiver normal e o interlocutor não reclamar da perda de trechos de sua fala, então a energia de ambas as linhas (UL e DL) é balanceada e você pode usar uma antena padrão sintonizada na frequência média entre os receber e transmitir frequências. Se o interlocutor desaparecer de vez em quando, é necessário "reforçar" a direção descendente da estação base para o telefone. Pode valer a pena procurar um telefone com melhor sensibilidade. Mas se for difícil ouvi-lo, você deve amplificar a direção do seu telefone para a estação base. Já nesta fase, fica claro que ao escolher o tipo de antena e seus parâmetros, é desejável levar em consideração os dados do operador e as condições de recepção. Em áreas de má recepção, a interferência (interferência) é frequentemente observada entre canais com a mesma frequência e frequências adjacentes. Infelizmente, o recurso de frequência alocado para operadoras GSM 900 na Rússia é limitado, razão pela qual frequências de diferentes estações base com os mesmos níveis de sinal ou vizinhos são frequentemente "visíveis" na zona de recepção incerta. Essas frequências criam interferência mútua que interfere na comunicação e, em certos níveis de sinal, a comunicação se torna completamente impossível. Se um sinal forte da estação base for fixado na tela do telefone e a conexão não puder ser estabelecida ou for possível, mas a fala desaparecer o tempo todo, você será confrontado com "estranhos". Está longe de ser sempre possível "forçar" o telefone a selecionar uma frequência diferente, mas uma função especial dos telefones Nokia - Netmonitor - permite que você faça isso. Encontrei um problema semelhante em uma dacha, que é separada de uma grande cidade por um espaço bastante aberto. O telefone recebeu canais de frequência adjacentes com níveis de 70 dB, 73 dB e 72 dB, mas a qualidade da chamada deixou muito a desejar. A única coisa que me salvou foi a seleção forçada de outro canal de frequência com um nível mais baixo - 80 dB. No entanto, com um recurso de frequência limitado, mesmo o reescalonamento de frequência da rede nem sempre ajuda. No entanto, se o seu telefone não tiver Netmonitor, você pode usar uma antena direcional externa com um bom padrão de radiação. Resta apenas fazer a escolha certa. Seleção de antena Como já mencionado, são as antenas externas que permitem aumentar o alcance e a qualidade da comunicação. Para telefones, são usadas principalmente antenas chicote externas e log-periódicas, bem como antenas de canal de onda. Repetimos que na Europa Ocidental não existem zonas de recepção incerta. Portanto, antenas direcionais para terminais GSM 900 praticamente não são produzidas. Caso o fabricante ofereça uma antena direcional proprietária GSM 900, normalmente ela é projetada para trabalhar com repetidores (repetidores) de operadoras. Na CEI e na Europa Oriental, as antenas direcionais são feitas de forma artesanal. Além disso, existem pequenas fábricas na República Checa, Polónia e Estados Bálticos. Uma antena magnética de carro simples tem um ganho de 1 - 3 dB (1 - 2 cubos na escala do telefone), um canal de onda - 7 - 15 dB (dependendo do número de elementos, qualidade de construção e configurações da antena), que já é 2 - 3 cubos na escala e antena log-periódica - 7 - 12 dB. Uma antena de carro é um pólo vertical de comprimento de onda de 3/4, 1/2 ou 5/8. Mesmo uma simples antena de carro, levantada mais alto, pode corrigir a situação com uma conexão incerta. O fato é que, ao falar ao telefone, cerca de 10 a 20% da energia é absorvida pelo corpo do usuário, portanto, ao levantar a antena chicote, você reduz a influência dos objetos ao redor sobre ela. Eu mesmo observei como dipolos caseiros, de meia onda e verticais, levantados 5 m, resolveram o problema da comunicação. Vamos explicar como esse dipolo é feito.
Limpamos de uma extremidade o cabo de televisão branco RG6U. Obtemos o condutor central e a trança do cabo. Soldamos um fio de cobre de qualquer espessura com cerca de 8,2 cm de comprimento (para a banda de 900 MHz) ao condutor central e o prendemos verticalmente para cima. Soldamos um segundo pedaço de fio do mesmo comprimento à trança e prendemos verticalmente para baixo (Fig. 1). Obtemos algo semelhante à letra "T", colocada de lado. (A televisão usa a polarização horizontal, enquanto o GSM usa a polarização vertical, portanto, apenas esse dipolo é necessário.) Conectamos a outra extremidade do cabo por meio de um adaptador ao telefone. Tenha cuidado para não curto-circuitar o fio central trançado, caso contrário o telefone pode queimar. Bem, em 5 minutos construímos uma antena primitiva que não é inferior em parâmetros às de automóveis chineses. Deixe-me contar uma história da minha vida. Chegando no verão passado de férias na Crimeia, descobri que não há cobertura confiável com base no operador prometido. Isso significava que eu perderia uma ligação muito importante. Um sinal seguro foi encontrado no telhado do chalé, mas a perspectiva de ficar sentado lá por duas semanas não me inspirou. Em 5 minutos encontrei um pedaço do fio certo (usei alumínio em vez de cobre). Demorou mais 10 minutos para encontrar um pedaço de 5 metros de cabo de televisão dos vizinhos. O Nokia 7110 tem um interruptor mecânico para a antena externa, então eu apenas conectei o condutor central do cabo diretamente na tomada do telefone e conectei a bainha do cabo à borda de metal da tomada externa do telefone. Fixei a antena no telhado da casa e depois de 10 minutos, para alegria da família e inveja dos vizinhos, falei livremente ao telefone. Como se costuma dizer, de volta às nossas ovelhas. Primeiro, usaremos uma antena de chicote de carro ($ 5 - 10). O principal aqui é não se deparar com uma qualidade muito ruim. Com o Netmonitor, verificar a antena é muito mais fácil. Com uma antena de carro conectada ao telefone, o nível do sinal deve aumentar de 1 a 3 dB (por exemplo, de -60 dB a -57 dB). Como último recurso, o sinal deve permanecer o mesmo. Se, ao conectar a antena, o sinal diminuir em 5 dB ou mais, é melhor recusar a compra. Quero observar que uma boa antena de carro de marca custa US $ 40 ou mais. No entanto, mesmo entre os produtos asiáticos de 10 dólares, às vezes há pequenas coisas boas. Instalada no telhado da sua "casa de campo", uma antena de carro pode resolver um problema de comunicação. Se o ganho da antena do carro não for suficiente, você pode recorrer a outros - por exemplo, a uma antena direcional comum - um canal de onda. Parece uma antena de televisão comum montada no telhado de uma casa. O canal de onda permite obter um ganho real de até 7 - 15 dB com um padrão de diretividade ideal. Mas tem uma desvantagem - banda estreita. A diferença entre a frequência de recepção e transmissão no GSM 900 é de 45 MHz e toda a faixa de operação é de 890 - 960 MHz (largura de banda de 70 MHz). É difícil obter uma resposta linear ou próxima a linear em uma faixa tão ampla. Portanto, é desejável fazer o canal de onda dependendo da frequência do operador e da localização específica e, dependendo da situação, deslocar a ressonância para a frequência das direções ascendentes ou descendentes. Para maior largura de banda, deve-se usar apenas um vibrador de loop, combinando-o com o cabo - por exemplo, com um loop de balanceamento; você também deve limitar-se a um pequeno número de elementos, digamos 3 - 12, pois se houver mais deles, será difícil sintonizar a antena sem equipamento, além disso, o alcance operacional da antena diminui. Eu tive que lidar com muitos canais de ondas artesanais. Afirmo: na maioria das antenas, o ganho foi inferior a 7 dB, algumas tiveram ressonância nas frequências de 700 - 800 MHz em vez da banda GSM e uma relação de onda estacionária superior a 3 (durante a transmissão, isso pode danificar facilmente a saída do telefone palco). Antenas caseiras feitas e sintonizadas profissionalmente eram raras. Agora, as próximas na fila são as antenas log-periódicas (elas também podem ser encontradas no mercado de rádio). Em comparação com o canal de onda, eles têm uma faixa de operação mais ampla. Portanto, essas antenas são menos críticas para a precisão de fabricação e ajuste. O ganho real aqui atinge 10 - 14 dB. Teoricamente, se necessário, você pode conectar 2 canais de onda, um sintonizado na frequência de recepção e outro na frequência de transmissão, mas isso já é um sistema muito complicado. Adaptadores de cabos e antenas Na faixa de 900 MHz, a escolha do cabo torna-se primordial. Os cabos coaxiais de televisão doméstica só podem ser usados de forma limitada (a atenuação de mais de 30 dB a 100 m é muito alta). Das amostras importadas disponíveis, o RG6 é um cabo coaxial trançado duplo. Você encontra em qualquer loja. A atenuação é de 20 - 24 dB por 100 m (testado experimentalmente). As antenas chicote industriais normalmente incluem cabo RG59 com uma atenuação de 28dB a 100m. Uma antena de canal de onda de 12dB e 10m de cabo RG6U fornecem um ganho total de 9,6dB e 20m 7dB. A maioria dos telefones tem um conector para uma antena externa. Além disso, para cada tipo de telefone existe um chamado adaptador de antena (cerca de US $ 5), ele se conecta ao conector especificado e é um pequeno pedaço de cabo, em um lado do qual há um conector específico de telefone de alta frequência , e por outro - um conector RF padrão. Normalmente, a atenuação no adaptador de antena não excede 1 dB. Ao comprar um adaptador de antena, certifique-se de que funciona. Quando o adaptador é conectado ao telefone, a antena embutida no telefone é desligada e o estágio de saída muda para o adaptador. Em outras palavras, se você apenas conectar o adaptador ao telefone, o sinal na balança do telefone deve cair um pouco. Então você conecta uma antena externa ao adaptador e o sinal aumenta. Se tudo der certo, o adaptador está funcionando. Colocando a antena no chão Então, você comprou uma antena e conectou-a ao cabo e ao telefone. Subimos a um ponto alto e procedemos à afinação da antena. Posicione o telefone de forma que a tela fique visível. Como já mencionado, ao configurar a antena com dispositivos Nokia, é melhor usar a função Netmonitor. Na maioria dos outros telefones, você pode inserir um código especial e abrir um menu de serviço que permite ver o nível de recepção de 6 a 8 frequências recebidas pelo telefone em ordem decrescente, números de frequência, distância até a estação base, porcentagem de erros em o canal, etc. (Para uma descrição de muitos menus de serviço, veja . em: 3ton.com/gsm.) Se houver um Netmonitor, focaremos no nível do sinal em decibéis (lembre-se de que o sinal é mais forte quando o nível valor em decibéis é menor). Se estiver ausente, ajustaremos de acordo com a escala de sinal padrão. Como as antenas da estação base GSM 900 são polarizadas verticalmente, o canal de onda deve ser colocado verticalmente. Ao alinhar as antenas, observe que o nível do sinal de recepção exibido no telefone muda com um atraso de vários segundos, portanto, a antena deve ser girada lenta e discretamente. Se você sabe a direção para a cidade mais próxima, comece por aí. Gire lentamente a antena horizontalmente. Se o sinal for encontrado, sua tarefa é encontrar a direção de onde o sinal vem com o nível máximo. Se não houver sinal, incline lentamente a antena horizontalmente até que ela apareça. Lembre-se que cada metro de altura de instalação da antena pode ser decisivo. Se nenhum sinal for encontrado, tente mover alguns metros para o lado e olhar novamente. Talvez você tenha sorte. É indesejável usar um cabo entre a antena e o telefone com mais de 30 m de comprimento: nesse caso, quase todo o sinal é perdido no cabo. Finalmente, damos as dimensões de uma antena log-periódica caseira para a faixa de 850 - 950 MHz (Fig. 2). As dimensões são retiradas do site atnn.ru. O programa para calcular o canal da onda da antena pode ser encontrado novamente em: 3ton.com/gsm.
Parâmetros: ganho - 8,3 dB, impedância - 60 ohms.
Publicação: cxem.net
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