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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena externa para celular GSM. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Telefonia El alcance de un teléfono celular se puede aumentar equipándolo con una antena direccional remota externa. En el artículo propuesto se describe cómo hacer una antena de este tipo. La antena se puede utilizar con éxito en el campo, en una casa de campo remota e incluso, dado su pequeño tamaño, en el campo. Nuevos y nuevos usuarios de teléfonos celulares están convencidos de las ventajas de la comunicación telefónica celular desde su propia experiencia. La posibilidad de contactar al suscriptor deseado por teléfono en cualquier momento y desde casi cualquier lugar hace que este tipo de comunicación sea quizás el más popular y atractivo. Pero además de las numerosas e innegables ventajas de la telefonía celular, como todo medio técnico, también existen algunas desventajas. Recuerda la necesidad de pagar por cada segundo de la conversación. Además, la comunicación celular se caracteriza por fenómenos como la presencia de zonas "muertas" y el deterioro de la calidad de la comunicación a una distancia significativa de la antena de la estación base más cercana. Muchos usuarios de teléfonos móviles probablemente estén familiarizados con la situación en la que tienen que buscar durante mucho tiempo un lugar donde el dispositivo pueda establecer una conexión estable a la red. Además, estas situaciones surgen no solo lejos de la antena de la estación base de la red (que es típica de lugares remotos, por ejemplo, en un jardín), sino también en una ciudad donde la señal de la estación base puede estar protegida por edificios, elementos estructurales, etc. etc. Una antena externa conectada al teléfono móvil puede ayudar en estos casos. Por supuesto, limita la movilidad del suscriptor, "atándolo" a esta antena, pero esta limitación puede no ser un precio tan alto a pagar por una comunicación de alta calidad. Al desarrollar una antena externa estacionaria para un teléfono celular, se eligió un diseño de antena en zigzag [1, 2], que se usa ampliamente en las comunicaciones profesionales y es popular entre los radioaficionados y los televidentes. Las antenas de este tipo en el rango de frecuencia utilizado en telefonía celular permiten realizar buenas características con pequeñas dimensiones, son bastante simples de fabricar y sintonizar, y tienen buena repetibilidad de parámetros en su producción. La antena en zigzag consta de ocho conductores cerrados de longitud L, formando dos celdas en forma de diamante (ver figura). El diseño de la antena es tal que sus conductores, excitados en los puntos ayb, forman una especie de conjunto de antenas en fase de cuatro vibradores. Los antinodos (máximos) de la corriente están ubicados en los puntos de alimentación y en las esquinas indicadas por las letras P. La antena tiene una polarización lineal, en el caso que se muestra en la figura, vertical. El patrón de antena se mantiene en el rango de frecuencia con una superposición fmax/fmin = 2...2,5. La característica de directividad de la antena es simétrica con respecto al plano de ubicación de sus conductores. Para aumentar la directividad de una antena en zigzag, se utiliza un reflector que refleja parte de la energía que incide sobre él hacia la red de la antena. La fase del campo reflejado por el reflector en el plano de la red de antena debe estar cerca de la fase del campo emitido por la propia red, luego la suma de los campos en fase de las señales emitidas y reflejadas aumenta el coeficiente direccional (DRC) de la antena. La fase del campo reflejado depende de la forma y el tamaño de la pantalla, pero principalmente de la distancia entre ésta y la red de antena. El estándar de comunicación celular GSM prevé la operación de sistemas de comunicación en los rangos de frecuencia de 890...960 MHz para GSM-900 y 1710...1880 MHz para GSM-1800 [3, p. 102], y en las frecuencias 935 ... 960 MHz y 1805 ... 1880 MHz, se organiza un canal directo, y en las frecuencias 890 ... 915 MHz y 1710 ... 1785 MHz, un canal inverso. En el rango de frecuencia de 890...960 MHz, la antena tiene un coeficiente de onda viajera (TWF) de no menos de 0,77 y un factor de eficiencia de no menos de 7 dB en comparación con un dipolo de media onda. En el rango de frecuencia de 1710 ... 1880 MHz, el KBV de la antena no es inferior a 0,5 y el factor de directividad no es inferior a 6 dB. El diseño de la antena queda claro en la figura.
El principal parámetro de diseño L determina la frecuencia de funcionamiento de la antena. Para una antena en zigzag, el factor de directividad depende de la relación L/λ, y la ganancia de directividad es máxima en L/λ - 0,4. El KBV máximo - 0,8 se logra en L / λ - 0,3, y con relaciones L / λ = 0,25 ... 0,5 KBV es al menos 0,5. Por lo tanto, para la frecuencia promedio del rango de operación de la antena se eligió el valor L = 80 mm, mientras que L/λ es 0,37. Además de L, el ancho de los vibradores de la antena d y la distancia desde la red de la antena hasta el reflector afectan el valor de KBV. Por lo general, se recomienda elegir d = 0,033λmax, donde λmax es la longitud de onda máxima del rango operativo de la antena. En nuestro caso, d = 10 mm. Desde el punto de vista de aumentar la directividad de la antena, es deseable reducir la distancia al reflector, y desde el punto de vista de la coincidencia, aumentarla. En este diseño, es de 45 mm, lo que proporciona las características anteriores de la antena. La hoja de antena 1 y el reflector 2 están hechos de lámina de fibra de vidrio de una cara de la marca SF-1 con un espesor de 1 ... 1.5 mm. La lámina de la antena está formada por dos celdas cuadradas simétricas, que están recortadas de fibra de vidrio desde el exterior a lo largo del contorno de la antena. El contorno interior de la antena en zigzag se rasca con un cortador desde el lado de la lámina, después de lo cual se retira la lámina del interior del contorno de la antena. Para facilitar el proceso de eliminación de la lámina, se puede precalentar con un soldador potente. Si lo desea, puede quitar la mayor parte del dieléctrico dentro del circuito de la antena. En los puntos cercanos a la parte superior de las celdas de la lámina de la antena, se perforan agujeros para el tornillo M4 o M2. Los mismos agujeros se perforan en el reflector 1 (pantalla). La chapa de antena 2, por un lado, y el reflector 3, por otro, se atornillan a los postes con 2,4 tornillos. Los bastidores están hechos de cualquier material dieléctrico (fluoroplasto, getinax, plexiglás, etc.), también se pueden instalar bastidores metálicos. En su interior, se perforan agujeros de 3,2 o 10 mm de diámetro a cada lado con una profundidad de unos 4 mm para tornillos con rosca M50 o MXNUMX. La antena está alimentada por un cable coaxial con una impedancia característica de XNUMX ohmios. El conductor central del cable, liberado de la malla de blindaje, se suelda al punto b, y la malla (pantalla) se suelda al punto a. El cable se coloca a lo largo de los vibradores que forman uno de los lados de la celda de la antena y se conduce a través del punto de potencial cero de la lámina de la antena P. Para fijar el cable, se puede soldar con alambre estañado al vibrador de la antena. Luego, el cable se fija en el soporte y se saca a través del orificio en la pantalla de la antena. En el extremo del alimentador se suelda un conector FME 740, al que se enrosca un adaptador (adaptador de antena, se puede adquirir en tiendas de telefonía móvil) debajo del conector de la antena externa del celular. Cabe señalar que el valor de KBV depende en gran medida del tipo de cable coaxial utilizado. Por regla general, cuanto más delgado es el cable, mayor es su atenuación, lo que degrada el rendimiento de la antena. Al mismo tiempo, un cable delgado, cuando se conecta a un teléfono, dificulta menos los movimientos del suscriptor, es más conveniente conectar dicho cable a un adaptador de antena. En general, si la distancia desde el punto en el que la antena proporciona una calidad de señal aceptable hasta la ubicación del teléfono no es más de 2 ... 4 m (por ejemplo, la antena está ubicada en el interior junto a la ventana), entonces usted puede usar un cable más delgado con polietileno dieléctrico (por ejemplo, RK 50-1,5-11). Sin embargo, si para garantizar una señal aceptable, la antena debe moverse a una distancia mayor, los requisitos para el alimentador son más estrictos. Las buenas características para este cuerpo tienen los cables PK 50-2-21, PK 50-2-2. En el diseño descrito se utilizó como alimentador un cable coaxial de alta frecuencia RK 2,5-50-2 de 21 m de largo con un coeficiente de atenuación a una frecuencia de 900 MHz no mayor a 0,6 dB/m, a una frecuencia de 2 GHz - 0,8dB/m. Si se planea usar la antena al aire libre, para reducir la resistencia al viento de la estructura, el reflector se puede hacer en forma de una red de barras o tubos metálicos ubicados a una distancia de 0,05 λmin entre sí, aquí λmin es el mínimo longitud de onda del rango de frecuencia de operación Los elementos reflectores están orientados paralelos a la línea a-b, es decir, en el plano de polarización. Para conectar a tierra las antenas, conecte los puntos P-P de la hoja de la antena con la pantalla con bastidores metálicos, y la pantalla en sí se fija de forma segura al bus de tierra (mástil, soporte). En el interior de la lámina de la antena, se retira la fibra de vidrio liberada de la lámina y los elementos de los vibradores de la lámina de la antena están protegidos por un revestimiento resistente a la corrosión con bajas pérdidas dieléctricas. Durante las pruebas, la antena permitió aumentar la señal de dos grados de la escala del indicador del teléfono celular Motorola M3788 a cuatro, lo que aseguró una comunicación telefónica de alta calidad. Si la ganancia de antena resultante no es suficiente, se puede aumentar construyendo un conjunto de antenas, por ejemplo, a partir de dos o cuatro antenas en zigzag, o utilizando un reflector de bocina "truncado" [2, p. 77]. Pero estas soluciones complican significativamente la fabricación y puesta a punto de la antena y, por tanto, no han sido probadas por el autor. En la tabla se proporcionan datos sobre frecuencias y longitudes de onda de varios estándares de comunicación celular. Usándolos y recalculando las dimensiones lineales, es posible diseñar antenas similares para otros rangos.
Literatura
Autor: V.Vasilevsky, Dzerzhinsky, región de Moscú.
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