Рассматривая особенности антенны Харченко , мы с вами, уважаемый аноним, отмечали что на западе эта антенна именуется "Trevor Marshall"s antenna" в честь того, кто одним из первых в 2001 году предложил ее использование в сетях Wi-Fi . Директор центра аутоиммунных болезней профессор Тревор Маршалл (США) является по совместительству квалифицированным радиолюбителем. На его персональном сайте можно найти описание этой самой конструкции , которую он использовал как облучатель для зеркальной антенны . Давайте рассмотрим ее и пересчитаем для 3G-4G сетей...
Маршалл использовал рефлектор 110x110 мм. Однако он отмечает, что если антенна будет использоваться самостоятельно, а не как облучатель тарелки, то рефлектор лучше сделать со сторонами 123x123 мм, т.е равными длине волны Wi-Fi диапазона. По краям рефлектор имеет "губки" высотой 30 мм, которые примерно на 6 dB уменьшают задний и боковые лепестки диаграммы направленности антенны. Антенна была рассчитана в программе 4NEC2 , файл модели для этой программы можно скачать у нас . Общий 3D-вид диаграммы направленности для Bi-Quad антенны, который выдает 4NEC2, можно видеть на рисунке. В авторской статье позади рефлектора припаяна трубка, которая выполняет исключительно роль крепежного элемента и не выполняет какой-то особой функции. Автор отмечает, что если конструкция собрана аккуратно, то симметрирующие устройства не требуются. Маршалл предлагает использовать провод диаметром 1,2 мм. В испытании антенны приняли участие большое количество радиолюбителей из разных стран и пришли к выводу, что диаметр провода для перекрытия всего Wi-Fi диапазона надо брать больше. Анализ показывает, что при увеличении диаметра с 1,2 до 1,6 мм КСВ на центральной частоте увеличивается с 1,14 до 1,22 что незначительно, а усиление антенны уменьшается на 1 dB, что также не много. При этом антенна перекрывает все 14 каналов Wi-Fi.
Расчетное усиление антенны около 10 dBi, входное сопротивление - 50 Ом. На основании NEC-модели нами создан онлайн калькулятор, с помощью которого можно пересчитать размеры антенны на другие частоты. Схематическое изображение антенны:
Сегодня собрал
один вариант самодельной 3G антенны
которую называют антенной Харченка
или по другому - "восьмеркой". Конечно, кто то натыкался в интернете на инструкцию по изготовлению этой антенны, ее в сети валом. За её основу взят дециметровый ромбический волновод Харченко, который и предложил использовать эту конструкцию для приема ТВ каналов в ДМВ диапазоне. Я решил протестировать варианты конструкций, которые предлагают в сети, и результаты пишу здесь. При постройке антенны для 3G модема я внес кое-какие изменения. Сразу скажу, что антенна неплохо работает, но ждать от неё супер результатов не стоит. Она помогает усилить сигнал, но если он у вас отсутствует совсем, то вряд ли она вам поможет. Если сигнала GSM нет, то лучше использовать вариант 3G антенны собранной на спутниковой антенне.
В принципе фотографии подробно иллюстрируют конструкцию антенны и как её собрать. Саму «восьмерку» делаем из медной монолитной проволоки сечением 4 мм2, её можно приобрести в любом электро магазине. С помощью плоскогубцев проволоку нужно согнуть по форме как на фото, обязательно соблюсти все размеры. Концы спаиваем вместе.
Далее нам понадобится алюминиевая пластина размером 140 х 140 мм и толщиной 2 мм. Она будет работать в качестве рефлектора. Такую пластину можно вырезать с помощью болгарки, например из старой кастрюли. Не забываем о мерах безопасности при работе с болгаркой — одеваем защитные очки! В центре пластины необходимо просверлить отверстие под кабель диаметром 8-10 мм. Теперь нужно закрепить антенну по центру рефлектора на расстоянии 36 мм. Крепёж делаем из диэлекрического материала, например пластмасс. Рефлектор с антенной ни в коем случае не должны иметь контакта.
Так как я планировал использовать антенну на улице, пришлось придумать для неё крепление. Просверлив в пластине отверстия под хомуты от польской антенны (полячки), я одел её на настенный кронштейн от спутниковой антенны. Далее нужно припаять кабель к «восьмерке» предварительно продев его через отверстие в рефлекторе.
Теперь подробнее о кабеле. В инструкции использовался коаксиальный кабель 75 Ом. Однако волновое сопротивление антенны ближе к 50 Ом, что показали замеры на осцилографе. Сам стандарт HSDPA в котором мы стремимся зарегистрироваться находится в диапазоне 2100 Мгц, токи, которые сгенерирует в системе волновым сопротивлением более 50 Ом такая волна, мгновенно затухает. Поэтому я все же использовал 50 Ом-й кабель.
К тому же проводник в таком кабеле полностью из меди и его не составит труда припаять.
Когда антенна собрана и установлена, на другом конце кабеля, который будет присоединен к модему, нужно спаять так называемое устройство согласования, с помощью его мы соединим модем с антенной. Для этого нам понадобится медная фольга, найти её можно в старых трансформаторах, или купить в радиомагазине, из такой фольги изготавливают печатные платы. Делаем из фольги то, что показано на фото, размеры желательно соблюдать.
Вырезать можно обычными ножницами, вырезав лоскутки, их нужно спаять, как показано на фото.
Фольга для оплётки должна быть размером 27х76 мм, для центральной жилы одна сторона 45 мм, вторая по размеру обхвата модема. Слишком плотно обматывать не стоит, конструкция на модеме должна только опоясать корпус модема. Фольга спаянная с оплёткой, должна как бы обволакивать по кругу модем, при этом, не касаясь центральной жили.
Если ваш модем имеет разъём для внешней антенны, то кабель можно подсоединить к нему, придумав какой-нибудь переходник, кстати, на инструкцию как можно спаять такой переходник я тоже пару раз натыкался в сети. Мой модем NOVATEL WIRELESS MC760 имеет гнездо под антенну, мне проще.
Настройка 3G антенны производится экспериментально, можно просто поворачивать её по оси кронштейна, пока не добьёмся четкого сигнала и регистрации в HSDPA или WCDMA, что будет соответствовать индикации в интерфейсе программы модема. О качестве сигнала можно судить по «палочкам». Конечно, следует сказать, что устанавливать и направлять антенну следует в сторону базовой станции, сигнал которой мы и хотим усилить.
Как я уже говорил, антенна проверенная и работает не плохо, и дает коэффициент усиления 6-8 децибел. Если ваш модем регистрировался только в GPRS/EDGE, то с помощью этой антенны вы получите четкий 3G. Вариант установки в комнате тоже рассматривается, можно придумать какую-нибудь подставку, и разместить её на подоконнике, или подвесить к потолку.
Если кто из вас, читавших, смастерил своими руками антенну Харченко для 3G , буду рад, если оставите отзывы в комментариях. Интересно узнать ваше мнение.
Иногда мне приходится выезжать далеко за город и оставаться там несколько дней. Да тут вот и окончательно переезжать поближе к природе задумал к осени. Интернета не то чтобы хочется, он просто необходим для работы. Покрытие сетью 3G в отдалённых районах нашей области постепенно улучшается, но до идеала всё ещё как до Китая очень далеко. Встроенные антенны USB-«свистков» работают категорически неудовлетворительно. Потому я начал по привычке «колхозить»…Краткий обзор ситуации с 3G
Подавляющее большинство готовых 3G-устройств работают только со своей встроенной антенной и никаких возможностей подключить внешнюю антенну не имеют. Тех, которые таковую имеют, во-первых, днём с огнём вечером разогнём не сыщешь, во-вторых, это подключение в подавляющем большинстве случаев ненадёжно и имеет плохие характеристики в плане ослабления/отражения сигнала и внесения дополнительных шумов. Название pigtail («поросячий хвостик»), принятое в отношении таких кабелей-переходников, очень точно описывает эту ситуацию.Качество встроенных антенн приемлемо для городской среды, где БСки натыканы через шаг. Для походных же условий такая условно-всенаправленная супер-укороченная антенна не годится совершенно.
Однако многие 3G-модемы, даже не имеющие видимого разъёма для подключения внешней антенны, имеют точку подключения для антенны на своей плате, видимо, для диагностики. Зачастую на этой точке даже распаян разъём.
Без «хирургического вмешательства», таким образом, не обойтись.
Под катом большие картинки.
«Хирургическое вмешательство» в 3G-модем
Модем может быть каким угодно. Мой выбор пал на Huawei E1550, ибо это старьё подвернулось мне у гопника в подворотне ныне можно купить с рук рублей за 100 - испортить не жалко. Подробности его модификации прекрасно находятся в интернете любой популярной поисковой системой. [напримеръ]В общем же случае надо:
- удалить или отключить встроенную антенну
- найти точку диагностического подключения, если на ней уже напаян разъём - удалить (хорошо получается феном)
- подпаять к ней кусочек подходящего коаксиального кабеля, не забывая, что это всё же СВЧ (оплётка припаивается двумя точками по обе стороны от центральной жилы, конфигурация контактов на плате это предусматривает).
Вот что получилось у меня (фото на фоне рефлектора описываемой далее антенны):
В дополнение ко всему прочему модем был «разлочен», чтобы имелась возможность протестировать различных операторов.
Почему антенна Харченко?
Диполь или GP здесь слабоваты. Волновой канал и логопериодическая помимо сложности ручного изготовления на таких частотах и, как следствие, «хрупкости», имеют очень узкий главный лепесток диаграммы направленности. В походных условиях точно «прицелиться» на базовую станцию (БС) и надёжно зафиксировать такую антенну очень сложно.Компромисс был найден в виде зигзагообразной антенны Харченко (о которой я упоминал - вот и настала пора её попробовать). Её главный лепесток диаграммы достаточно широк, чтобы не очень мучаться с нацеливанием на БС, при этом антенна достаточно проста в изготовлении и имеет относительно неплохой коэффициент усиления (6..9dB).
Модификация антенны
Антенна Харченко достаточно широкополосна, но при этом группы частот передачи «от МТ к БС» (1885..2025 МГц) и «от БС к МТ» (2110..2200 МГц) в стандарте UMTS разнесены достаточно далеко. Как я уже упоминал в комментариях к предыдущей статье, у БС практически всегда хватит мощности «докричаться» до мобильного терминала, но у мобильного терминала (МТ) мощности маловато (особенно у USB-«свистка»). Можно, конечно, изготовить антенну, оптимально работающую в группе частот передачи «от МТ к БС», и довольствоваться средней паршивости приёмом, но мне захотелось выжать из этой технологии максимум.Я узнал, что антенну Харченко можно сделать ещё более широкополосной, включив несколько вибраторов антенны параллельно в одной плоскости в точке «запитки». Однако рассчитанные размеры этих вибраторов для частотных групп UMTS в части «короткого плеча» различались менее чем на полмиллиметра при требуемой ширине проводника 0.8-0.9мм. То есть разнести «короткие плечи» при сохранении плоскости вибратора мне не представлялось возможным.
И я решил: сделаю «не по правилам» и посмотрю, что получится. Отсюда и некоторая небрежность при изготовлении первых вариантов антенны: я просто не верил, что это «взлетит».
Первый начерченный на бумаге вариант вибратора выглядел так:
Для «малого» контура центральная частота была выбрана равной 2145 МГц, для «большого» - 2010 МГц.
Данные расчётов
- Центральная частота f: 2010 МГц
Полоса пропускания при КСВ < 1.5: 126 МГц
Полоса пропускания при КСВ < 2: 234 МГц
- Длина волны λ: 149.25 мм
Размер L1 (внешняя сторона квадрата): 38.5 мм
Размер L2 (внутренняя сторона квадрата): 34.3 мм
Размер L3 (длина вибратора): 125 мм
Размер L4 (промежуток в месте подключения): 7.7 мм
Размер B (ширина рефлектора): 85 мм
Размер H (длина рефлектора): 146 мм
Диаметр проволоки: 0.9 мм
Общая длина проволоки: 303 мм
Расстояние вибратор-рефлектор D: 23.1 мм
Крайний угол ромба α: 65°
Антенна Харченко (зигзагообразная)
- Центральная частота f: 2145 МГц
Волновое сопротивление антенны ρ: 50 Ом
Полоса пропускания при КСВ < 1.5: 134 МГц
Полоса пропускания при КСВ < 2: 250 МГц
- Длина волны λ: 139.86 мм
Размер L1 (внешняя сторона квадрата): 36.1 мм
Размер L2 (внутренняя сторона квадрата): 32.1 мм
Размер L3 (длина вибратора): 117.2 мм
Размер L4 (промежуток в месте подключения): 7.2 мм
Размер B (ширина рефлектора): 80 мм
Размер H (длина рефлектора): 137 мм
Диаметр проволоки: 0.8 мм
Общая длина проволоки: 283 мм
Расстояние вибратор-рефлектор D: 21.7 мм
Крайний угол ромба α: 65°
Вибратор было решено изготовить из имевшегося в наличии фольгированного стеклотекстолита с последующим обильным лужением.
Изготовление пробной версии
Построение контуров вибратора антенны было повторено на текстолите:
Это вызовет священный ужас у многих студентов:
Впрочем, я тоже давненько не работал стеклянным рейсфедером, потому опущу промежуточные стадии:
Вообще, конечно, делать это можно хоть знаменитым фломастером Edding 404 при наличии сноровки, но мне почему-то захотелось вот так, по старинке, тёплым ламповым цапонлаком.
Впервые попробовал метод травления меди в растворе состава «Лимонная кислота+Поваренная соль+Перекись водорода». Сначала были сложности, связанные с некачественным (отсыревшим) гидроперитом. В чём было дело, я понял, бросив в раствор пару таблеток из новой пачки (отсыревшие таблетки гидроперита распухшие, рассыпавшиеся, зернистые - толку от них нет; кошерные таблетки плотные, имеют чёткие формы и не рассыпаются в руках). Травится медь и в самом деле быстро, аккуратно и экстремально дёшево.
Задумался теперь, куда девать несколько килограммов хлорного железа, купленного некогда «про запас»…
Готовый вибратор после лужения:
Припаиваю. Да-да, ножки - из мягкого пенопласта. Повторяю: я не верил, что это «взлетит» и оставлял пространство для манёвров в виде «регулируемого» расстояния между вибратором и рефлектором.
В сборе. USB-разъём приляпан двусторонним скотчем к рефлектору. Рефлектор вставлен в прорезь половины пластиковой бутылки - чтоб стояло без рук.
Результаты испытаний пробной версии
Чуть не выкинул всё в мусорку не разобравшись
Когда я включил модем в USB-порт, с ожидаемым прискорбием увидел «два зелёных свистка» (владельцы подобных девайсов поймут). Всё, думаю, модем капут («kaput» - «испорчен», «сломан» на немецком). Но на всякий случай запустил minicom и ввёл «AT+CSQ» (должно показать RSSI в попугаях). Ожидал нулей. Но модем ответил: "+CME ERROR: 13". Загуглил. Проблема оказалась в SIM-карте, была устранена и модем бодро замигал синеньким.
Параметры максимума приятно порадовали: со стандартной антенной модем больше 83% не показывал.
Speedtest неоднозначен, но это, судя по всему, проблема не радиоканала (тесты повторялись неоднократно, у каждого тест-сервера были свои «тараканы»):
(хорошая скорость, плохой пинг)
(не очень скорость, хороший пинг)
Ну хорошо, это город. На гвоздь ловить можно, как говорили когда-то. Я направлял эту антенну в пол и даже так ловил какие-то отголоски сигнала.
Но вот настало время выехать за город. Нахожусь в деревянном срубе с металлической крышей. Телефоны ловят так себе, интернет - на скоростях GPRS. Ловлю ближайшую БС.
Казалось бы, негусто. Но интернет есть, и он UMTS (да и попробовал бы он быть иным с такой-то антенной!) Попробуем-ка Speedtest…
Вот так! Практически мегабит!
На этом этапе я понял: антенна в данной конфигурации работает. Можно приступать к защите от механических воздействий, грязи и влаги.
Подготовка к походным условиям
Сначала я хотел поместить антенну в специализированный ящик для внешней электропроводки. Однако товарищ подсказал мне гораздо более простое, дешёвое и долговечное решение: полиэтиленовый контейнер для СВЧ-печи. И правда, полиэтилен более долговечен и уж точно прозрачен для интересующих нас частот. К тому же такие контейнеры имеются практически в любом хозяйственном магазине, а ящики с гермовводами надо искать по специализированным.Минус такого решения - надо колхозить. Но меня это, как все уже поняли, не пугает.
Для того, чтобы закончить конструкцию, мне даже не потребовалось возвращаться в город. Практически всё нужное для сборки я нашёл в местном сельпо, остальное (включая инструмент) у меня было с собой:
Для начала я ввёл USB-кабель внутрь контейнера (пришлось его разрезать и спаять заново, чтобы не делать огромных размеров дыру):
Затем я отложил паяльник и взял один из своих любимых инструментов: клей «горячие китайские сопли» клеевой пистолет. Герметизируем ввод кабеля:
Закрепляем антенну внутри, прихватываем капельками клея критичные места, чтобы ничего не болталось при переноске:
Наплавляем две уродливых кучки не очень аккуратных ножки, чтобы антенну можно было поставить на более-менее ровную поверхность:
После всех этих экзерсисов антенна, разумеется, работает по-прежнему, ведь в радиочастотной части ничего не поменялось, а USB - это
В этой статье мы рассмотрим, как можно собрать наружную антенну для 3G-интернета. Подобной информации в интернете мало, и все, что мне удалось найти стоящее, это антенна с усилением до 16.3 дБ. Быть может, у кого из читателей возникнет идея, как можно собрать по такому принципу антенну с усилением до 24 дБ и более.
Что касается материалов, то зачастую подобные антенны собирают из алюминия, но здесь автор заморачиваться не стал и собрал все из стали. По его словам, все прекрасно работает. Все узлы собираются при помощи сварки. Главное - соблюдать точность, от этого сильно зависит качество работы антенны.
Антенна имеет такие параметры:
Диаметр штанги 18 mm
Диаметр петлевого вирбатора равен 4 mm
Диаметр рефлектора/дефлектора составляет 4 mm
Рефлектор размещен от начала штанги на расстоянии 30 мм и имеет длину 81 мм
Длина волны = МГЦ 139 mm
Проектная частота = Yagi 2150,00
Материалы и инструменты для сборки 3G-антенны:
- сварка;
- сварочные электроды (для создания элементов);
- стальная труба диаметром 18 мм (это будет несущая штанга);
- соединитель труб из ПВХ (будет выступать в качестве держателя для вибратора);
- дрель;
- вешалка типа "плечики";
- саморезы;
- маркер;
- инструмент для разметки.
Приступаем к изготовлению антенны:
Шаг первый. Изготовление и установка вибратора
Вибратор изготавливается на основе указанной схемы. Устанавливать его нужно на расстоянии в 58 мм от начал штанги и в 28-ми мм от рефлектора.
Для крепления вибратора понадобится ПВХ-соединитель труб, он крепится к штанге при помощи саморезов. Что же касается фиксации вибратора, то для него в ПВХ сверлится сквозное отверстие, а затем он приклеивается при помощи эпоксидной смолы.
Шаг второй. Разметка штанги
Теперь нужно разметить штангу под установку элементов. Для этого на трубе нужно нарисовать линию, а затем накернить места для сверления в соответствии со схемой. Расстояние между элементами влияет на мощность антенны, здесь уже нужно выбирать параметры в соответствии с представленной таблицей.
Шаг третий. Установка элементов. Завершающий этап
Теперь в штанге можно сверлить отверстия под установку поперечных элементов. Отверстия должны быть просверлены очень точно, без наклона и смещения. Ну а потом можно подготавливать и устанавливать элементы, они изготавливаются из электродов. Длина также подбирается в соответствии с таблицей. Чтобы ровно установить элементы, нужно найти середину, а затем в каждую сторону прибавить по половине диаметра трубы. Затем в этих местах делаются отметки. По такой отметке после установки элемента легко определить, четко ли он стоит по центру трубы. Ну а когда элемент установлен, можно смело приваривать электроды к трубе.
Вот и все, 3G-антенная ЯГИ готова, можно переходить к испытаниям. Как видно на картинке, у автора скорость возросла с 0.11 Мбит/с до 3.21 Мбит/с, то есть до подключения антенны скорости фактически не было, не считая 10 Кбит/с.
Есть у меня еще один проверенный вариант антенны
под 3g модем
Украинского оператора Интертелеком
.
Антенна Харченко, как ее еще называют (она же би-квадрат), имеет вид двух квадратов по 87,25мм. на каждую сторону квадрата согнутым под углом 90 градусов. Медную жилу толщиной 4мм. и длинной 698мм. разделяем на 8 ровных частей и изгибаем как показано здесь:
Расчет можно было делать программой специальной, но я решил по старинке, калькулятором.
Рабочую частоту модема взял среднюю - 850мГц.+/-50мГц., Такие выводи сделал из того, что мне в интернетмагазине где покупал сам модем, предлагали антенну на частоту 800мГц. с усилением 25dBm. Вот и решил за два вечера собрать по этим цифрам антенну. И скажу вам, что антенна получилась вполне нормальной.
Рассчитываем длину волны, для этого разделяем скорость распространения радиоволн (300000 км/сек) на частоту: 300000 / 860000 = 0, 349м. Периметр рамки должен быть равен длине волны, то есть 349мм., тогда сторона квадрата будет составлять: 349 / 4 = 87,25мм. Во многих же источниках даны стороны разной длины - от 27 до 53 мм… . Очевидно, что такие антенны рассчитаны уже на другой диапазон частот (GSM или Wi-Fi или вообще неведомые мне) и хорошо работать будут только в этом диапазоне.
Скрин программы с показаниями без:
И с антенной:
Как видно из показаний, скорость интернета у меня не ахти сегодня (оператор жмот), но усиление значительно выросло и помех стало меньше. А может нужно по крыше побегать, найти место подходящее, днем замерял скорость, была значительно большей.
Сейчас немного о рефлекторе. Рефлектор можно сделать из любой металлической пластины или даже из сетки/решетки с мелкими ячейками. Можно также взять, например, фанеру или толстый картон и наклеить на него фольгу. Расстояние от рефлектора до антенны тоже важно, от этого зависит, например, входное сопротивление. Теоретически (из других источников) это расстояние должно составлять четверть длины волны, в нашем случае: 349 / 4 = 87,25 мм. Но у меня лично хорошо работает на расстоянии 40мм.
И еще, коаксиальный кабель брал сопротивлением 75 Ом, длиной 10м.
Обновлено на следующий день:
Как я говорил, нужно просто побегать по крыше поискать самое стабильное место для лучшего качества связи. Крутил влево и вправо пока не нашел нужное положение. Закрепил надежно так как наклон в какую либо сторону и сигнал сбивается.
Вот этому доказательство, сигнал вырос до 2.4576 Mbps.
Кажется все.
Удачи.
