Самодельная внешняя антенна для стандарта CDMA2000/EVDO (операторы Intertelecom, PeopleNet)

Вступление и теория под катом. Внимательно прочитайте прежде, чем задавать вопросы и/или обвинять меня в некомпетентности.
В Интернете было перелопачено очень много информации по поводу самодельных внешних антенн для 3g модемов, но ничего путевого не нашел, потому и пишу эти строки. Очень умиляют люди, которые считают, что 3g это такой стандарт связи типа GSM, а на самом деле это всего лишь поколение. Эти же люди ищут чертежи антенн для 3g модема… Так вот этих чертежей нет, точнее они есть, но это то же самое, что придти на авторынок и упорно требовать карбюратор для легковой машины даже не уточнив ее модель. Так вот антенну будем конструировать для стандарта CDMA2000, у которого рабочие частоты лежат в пределах 821-894 МГц (а не 800 МГц как многие думают). Рассматриваемая здесь антенна не подойдет для операторов MTS Connect, Utel (Kyivstar). Конечно я встречал предложения ловить сигнал на «гвоздик»(он же четвертьволновой вибратор), сделать баночную антенну (вот только вся загвоздка в том, что по расчетам нужна уже не банка, а целое ведро), пресловутые антенны Харченко (хороший вариант, когда сигнал все же есть, но усиление оставляет желать лучшего) и т.д.

Я остановился на антенне типа «Волновой канал», она же Уда-Яги. Преимуществами является высокий коэффициент усиления, низкая парусность, узконаправленная ДНА, а вот недостаток крайне существенный — необходима очень высокая точность изготовления. Не по размерам изготовленный директор станет рефлектором, а активный вибратор не будет резонировать на нужной нам частоте. Чем точнее вы все сделаете, тем лучше будет результат.

Базовая станция находится всего в 3 км от моего дома, но окна выходят в другую сторону от вышки и сигнал оставляет желать лучшего. Сначала хотел изготовить антенну с 8-ю директорами, но оказалось, что здесь нужна сверхточность ибо уход на 1мм вместо усиления даст ослабление. 3-хдиректорная антенна не требует такой точности изготовления, но имеет недостаточное усиление. Потому я остановился на 5-тидиректорном волновом канале, посчитав его «золотой серединой». Приемный и передающий каналы достаточно сильно разнесены между собой, потому антенна рассчитывалась на середину приемного канала то бишь на 881 МГц. Сначала я хотел проектировать антенну на середину диапазона в целом (859 МГц), но так как Яги узкополосная антенна, то мы получим пик усиления в нерабочем диапазоне и меньшее усиление на рабочих частотах.

Для проектирования использовалась программа Yagi calculator.

Что же нам понадобится:
— алюминиевый квадратный профиль сечением 10 мм (куплен мною в эпицентре), подойдет и не алюминий, но все же он легче, но на характеристики антенны никак не влияет;
— алюминиевый стержень диаметром 5 мм и длинной 1 метр (подойдет и другой материал, в том числе и медь, что даже лучше, но алюминий это лучшее соотношение цена/качество);
— медная трубка диаметром 6 мм длинной полметра (указан внешний диаметр, толщина стенки не имеет значения);
— болты диаметром 3 мм 7 шт.;
— кабель волновым сопротивлением 50 Ом;
— переходники, разъемы — все индивидуально для каждого модема, как говорится «гугл в помощь».

Отдельно о кабеле. Вам не подойдет телевизионный кабель ввиду его сопротивления 75 Ом. Точнее его прицепить можно, но из-за несогласованности потери в кабеле с большой вероятностью будут больше, чем усиление антенны. Я брал 10 метров кабеля RG58, он довольно дешевый, но потери составляют 0,6 дБ на 1 метр кабеля, т.е. я лично потерял 6 дБ при том, что разница в сигнале с антенной и без нее составляет 20 дБ. Потому экономить на кабеле не стоит.

Из инструментов:
— пила по металлу;
— дрель;
— метчик на тройку;
— сверло 2.5; 5; 6;
— напильник плоский;
— штангенциркуль (на крайний случай линейка сойдет);
— руки.

Сначала чертежи:

Красным обозначен рефлектор, синим — активный вибратор, зеленым — директоры.

Чертеж активного вибратора (диполя):

Все размеры на чертежах указаны в миллиметрах. Расстояние между элементами указано по центрам.

Приступаем к изготовлению. Берем алюминиевый профиль, отступаем произвольное расстояние от его начала (это расстояние нужно для крепежа, я взял порядка 10 см) и делаем сквозное отверстие сверлом 5 мм. Рекомендую сразу сделать отверстие сверлом как можно меньшего диаметра, а потом разсверлить сверлом 5 мм. Это нужно для того чтобы не отклоняться от центровой оси профиля. Далее отступаем 68 мм (согласно чертежа) от центра сделанного ранее отверстия и делаем сквозное отверстие сверлом 6 мм (именно такого диаметра активный вибратор антенны). Далее все отверстия делаем сверлом 5 мм для размещения директоров.

Начинаем изготовлять рефлектор и директора. Собственно все размеры указаны на чертеже, просто хочу дать некоторые советы по резке. Режьте алюминиевый стержень по чертежу на 2-3 мм больше, после чего выставляем и фиксируем на штангенциркуле необходимую длину элемента. Подпиливаем стержни плоским напильником до нужной длины периодически контролируя размер штангенциркулем. Если элемент туго входит между губками для внутренних измерений, то можно приступать к изготовлению следующего элемента.

Достаточно сложное изготовление петлевого вибратора. Полость трубки лучше заполнить мелким сухим песком чтобы избежать переломов трубки (я обошелся без этого, но все же лучше не рисковать). Чтобы сделать окружность нужно найти близкую по диаметру трубу и перегнуть через нее медную трубку. Остальное согласно чертежа.

Для фиксации элементов в полости профиля предлагаю такой вариант. Вставив элемент в полость профиля перпендикулярно ему сверху профиля сверлим отверстие сверлом 2,5 мм и нарезаем метчиком М3 резьбу и небольшим болтом на тройку зажимаем сверху элемент (главное не перестараться ибо алюминий очень мягкий металл). Может кто-то придумает более простой или более надежный вариант, но мне показалось с моим набором инструментов это наиболее удачным способом крепления.

Все элементы необходимо отцентрировать и проверить перпендикулярность относительно траверсы (бума, как любят называть его буржуины).

Приступаем к подпайке кабеля снижения и петли согласования. Отрезаем кусок кабеля RG58 длиной 132 мм. Удаляем с каждой стороны куска кабеля 10 мм внешней изоляции стараясь не повредить оплетку. Затем оголяем внутреннюю изоляцию и скручиваем фольгу и оплетку в один пучок, сворачиваем кусок в петлю, соединяем оплетки с каждой стороны и хорошо пропаиваем. Внутреннюю изоляцию зачищаем на 8 мм. Остальное думаю понятно с рисунка:

Центральные жилы припаиваем к концам активного вибратора в месте его разрыва (15 мм на чертеже).

Некоторые пояснения. Прежде чем изменить или выкинуть из конструкции что-либо лучше спросите в комментах чтобы потом не было отзывов «а у мну не работает». Я изготовил все очень точно по расчетам, но все равно минимальный КСВ оказался не на частоте 881, а 885 МГц, что для таких частот было вполне приемлемо. Если же изготовить неточно, то эффект все равно будет, но не максимальный. На частоте передачи (средняя частота 824 МГц) антенна себя показала очень слабо, потому рекомендую все равно размещать модем в зоне наилучшего приема, потому что для передачи используется, по ощущениям, внутренняя, а не внешняя антенна.

Чуть не забыл про тесты. Для оценки результата использовалась программа AxesstelPst EvDO BSNL.
Модем просто воткнут в USB порт:

Подключаем антенну:

Что же мы имеем. Сигнал -62 дБ, для сравнения если вы стоите в 20 метрах от БС, то сигнал будет около -40 дБ, -105 дБ это почти полное отсутствие сигнала. Также интересен параметр DRC Requested. 3.072 Mbps означает, что модем запрашивает максимально возможную скорость и БС станция даст нам скорость в зависимости от загрузки сети. Конкретная же скорость зависит от загрузки базы, т.е. дальнейшее увеличение уровня сигнала улучшения скорости не даст. Статью пишу вечером, потому мерить скорость не вижу смысла, но утром после установки антенны имел ping 98 ms, upload 0.48 Mbps, download 1.72 Mbps.

Удачи в изготовлении. Жду вопросов в комментариях.

Автор: Tornight

Источник