Главная / Статьи / Самодельная антенна для мобильной связи

Самодельная антенна для мобильной связи

В статье мы расскажем, как самостоятельно рассчитать, спроектировать и изготовить логопериодическую антенну для дачного приема на диапазон GSM 900. Которую можно выполнить из подручных материалов, не покупая дорогих трубок, без применения сварки и т.п. Такую антенну можно будет установить как на даче, так в городе, например, за окном.

Логопериодические антенны достаточно компактны и широкодиапазонные, и при достаточном количестве вибраторов коэффициент усиления может приближаться к антенне типа «волновой канал». В среднем, коэффициент усиления антенны составляет 6…7 дБ, а уровень побочных лепестков диаграммы направленности от -12 до -14 дБ, КБВ (коэффициент бегущей волны) – более 0,5.

Антенна состоит из двух рядов горизонтальных вибраторов, расположенных на рядах в шахматном порядке на траверсах. Длина вибраторов и расстояние между ними убывают в геометрической прогрессии в направление к точкам подключения кабеля. Позади самого длинного вибратора устанавливается короткозамкнутая перемычка, улучшающая согласование антенны с кабелем снижения и обеспечивающая необходимое симметрирование антенны.

Составные часть антенны

Подчёркиваем, что представленный ниже расчет построен на эмпирических формулах.

1. Частота сигнала в стандарте GSM 900 по каналам передачи UpLink составляет 890…915 МГц (мобильный телефон – передатчик, базовая станция – приемник), а по каналам передачи DownLink - 935…960 МГц (мобильный телефон – приёмник, базовая станция – передатчик).
Следовательно, частота приема антенны будет от 890…960 МГц. Выбранный диапазон частот необходимо округлить, тем самым сделав его более широким, чем необходимо, для компенсации погрешностей расчета, построений и изготовления.

Принимаем диапазон шире на 20 МГц: fmin=870 МГц до fmax=980 МГц.

2. Определяем диапазон длин принимаемых волн λ=c/f, где с=3*10^8 м/с: λmax≈0,345м=345мм и λmin≈0,306м=306мм.

3. Основными геометрическими параметрами логопериодической антенны являются два параметра:
а) знаменатель геометрической прогрессии τ=0,8…0,9, характеризующего скорость убывания длин вибраторов. Примем τ=0,85.
б) угол α=10…30° при вершине треугольника, образованного краями вибраторов.В теории, чем ближе τ к 1 (lim τ=1) и чем меньше φ (lim φ=0), тем больше коэффициент усиления антенны, но при этом на практике возрастают габариты и масса антенны.

4. Также вводится параметр σ – относительный интервал, который объединяет в себе параметры α и τ: σ=dn/(4*Ln)=0,25*(1- τ)*ctg(α/2), где Ln и dn – длина любого вибратора и расстояние от предыдущего.
Экспериментальным путем определено, что оптимальным при заданном τ будет σ=0,243* τ -0,051=0,243*0,85-0,051≈0,15.

5. Определяем ctg(α/2)=4*σ/(1-τ)=4*0,15/(1-0,85)=4.

6. Определяем длину первого (самого длинного) вибратора l1=(0,5…0,55)*λmax=0,5*345≈173 мм.

7. Определяем длину второго вибратора l2=τ*l1=0,85*173≈147 мм.

8. Определяем расстояние от первого вибратора до второго: d2=(l1-l2)*ctg(α/2)/2=(173-147)*4/2=52 мм.

9. Для остальных вибраторов проводим расчет аналогичный п.7 и п.8, согласно формулам:ln= τ*ln-1 и dn=(ln-ln-1)*ctg(α/2)/2.

10. Результаты расчетов по п.9:


вибратора
l, мм d, мм
1 173
2 147 52
3 125 44
4 106 38
5 90 32
6 77 26

 

11. Графически строим равнобедренный треугольник с длиной основания l1=173 мм и углом при вершине φ=27° (ctg(α/2)=4).

Построение антенны

12. Расстояние от первого вибратора до короткозамкнутой перемычки d0=(0,125…0,18)*λmax=0,125*345≈43 мм.

13. Расстояние между траверсами определяется из геометрии применяемых трубок и волнового сопротивления.

14. Коэффициент усиления антенны Ga=8,6…8,9 дБ определяем из таблицы по известным σ и τ:

σ
0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
τ 0,8 7 7,2 7,5 8 8,3 8 7,5
0,82 7,2 7,4 7,7 8,2 8,4 8,3 7,9
0,84 7,3 7,6 7,9 8,3 8,6 8,6 8,2
0,86 7,6 7,8 8,2 8,4 8,8 8,9 8,6
0,88 7,9 8,1 8,4 8,7 9 9,2 9,1
0,9 8,3 8,6 8,8 9 9,3 9,6 9,5
0,92 8,7 8,9 9,1 9,4 9,6 10 10
0,94 9,1 9,3 9,5 9,8 10,2 10,7 10,9
0,96 9,5 9,7 10 10,4 11 11,5 11,7
0,98 10 10,4 10,6 11,1 11,6 12,3 13,2

В качестве траверс, к примеру, можно использовать, старые алюминиевые лыжные палки. А в качестве вибраторов использовать алюминиевый провод от старой электропроводки, как можно большего диаметра, который удастся найти, для обеспечения прочности и жесткости антенны. В трубке сверлятся отверстия, отрезки провода вставляются в отверстия трубки и запаиваются. Для пайки алюминия рекомендуем использовать специальный флюс, например, Ф61А.

Антенна - вид сверху Антенна - вид сбоку

Кабель снижения необходимо провести внутри верхней траверсы, а на выходе оплетку кабеля припаять к верхней траверсе, а центральную жилу к нижней. Допустимо кабель не проводить внутри траверсы, а прикрепить его пластиковыми стяжками (хомутами) к ней.