GSM 携帯電話用の外部アンテナ。スキーム、説明

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GSM携帯電話用の外部アンテナ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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携帯電話に外部リモート指向性アンテナを装備すると、携帯電話の通信範囲を広げることができます。このようなアンテナを自分で作成する方法については、この記事で説明します。このアンテナは、ダーチャ、人里離れた田舎の家、さらにはサイズが小さいため、現場でも問題なく使用できます。

ますます多くの新しい携帯電話ユーザーが、自身の経験から携帯電話通信の利点を確信しています。いつでも、ほぼどこからでも目的の加入者に電話で連絡できるため、このタイプの通信はおそらく最も人気があり、魅力的です。

しかし、他の技術的手段と同様に、携帯電話には数多くの否定できない利点があることに加えて、いくつかの欠点もあります。会話の XNUMX 秒ごとに料金を支払う必要があることを忘れないでください。さらに、セルラー通信には、「デッド」ゾーンの存在や、最寄りの基地局のアンテナからかなりの距離がある場合の通信品質の劣化などの現象が特徴です。

多くの携帯電話ユーザーは、デバイスがネットワークへの安定した接続を確立できる場所を長時間探しなければならない状況をよく知っているでしょう。さらに、このような状況は、ネットワーク基地局のアンテナから遠く離れた場所（庭先などの遠隔地によくあること）だけでなく、基地局の信号が建物によって遮蔽される可能性がある都市部でも発生します。建築構造物の要素など。

このような場合には、携帯電話に接続された外部アンテナが役に立ちます。もちろん、加入者の移動性が制限され、加入者をこのアンテナに「縛り付ける」ことになりますが、この制限は高品質の通信のために支払うそれほど高価な代償ではないかもしれません。

携帯電話用の固定外部アンテナを開発する場合、ジグザグアンテナ設計が選択されました [1、2]。これはプロの通信で広く使用され、アマチュア無線家やテレビ視聴者の間でも人気があります。

携帯電話で使用される周波数範囲におけるこのタイプのアンテナは、小さな寸法で優れた性能を実現し、製造および構成が非常に簡単で、製造中のパラメータの再現性が良好です。

ジグザグアンテナは、長さ L の XNUMX 本の閉じた導体で構成され、XNUMX つのダイヤモンド形のセルを形成します (図を参照)。アンテナの設計は、その導体が点 a と b で励起され、XNUMX つの振動子からなる一種の同相アンテナアレイを形成するように設計されています。電流の腹（最大値）は、給電点と文字 P で示される隅にあります。図に示す場合、アンテナは直線偏波、つまり垂直になります。

アンテナの放射パターンは、オーバーラップ fmax/fmin = 2...2,5 の周波数範囲で維持されます。アンテナの指向特性は導体の面に対して対称です。

ジグザグアンテナの指向性を高めるために、アンテナに入射するエネルギーの一部をアンテナウェブに向けて反射する反射板が使用されます。アンテナファブリックの平面内の反射体によって反射される場の位相は、ファブリック自体によって放射される場の位相に近い必要があります。その後、放射信号と反射信号の同相フィールドを加算すると、指向性係数が増加します。 (DA) アンテナの。反射場の位相は、スクリーンの形状とサイズによって決まりますが、主にスクリーンとアンテナ表面の間の距離によって決まります。

GSM セルラー通信規格は、GSM-890 の場合は 960 ～ 900 MHz、GSM-1710 の場合は 1880 ～ 1800 MHz の周波数範囲での通信システムの動作を規定しています [3、p. 102]。 935]、順方向チャネルは周波数 960 ～ 1805 MHz および 1880 ～ 890 MHz で構成され、逆方向チャネルは周波数 915 ～ 1710 MHz および 1785 ～ 890 MHz で構成されます。周波数範囲 960 ～ 0,77 MHz では、アンテナの進行波係数 (TWC) は 7 以下で、利得は半波長ダイポールと比較して 1710 dB 以下です。周波数範囲 1880 ～ 0,5 MHz では、アンテナ BEF は 6 より悪くなく、効率係数は XNUMX dB よりも悪くありません。

アンテナのデザインは図から明らかです。

GSM携帯電話用外部アンテナ

計算された主なパラメータ L は、アンテナの動作周波数を決定します。ジグザグアンテナの場合、指向性係数は L/λ 比に依存し、指向性は L/λ - 0,4 で最大になります。最大 BEF - 0,8 は L/λ - 0,3 で達成され、比 L/λ = 0,25...0,5 では BEF は少なくとも 0,5 になります。したがって、アンテナ動作範囲の平均周波数として、L/λ - 80 の値 L = 0,37 mm が選択されました。 L に加えて、アンテナ振動子の幅 d とアンテナウェブから反射板までの距離も BEF の大きさに影響します。通常は、d = 0,033λmax を選択することをお勧めします。ここで、λmax はアンテナ動作範囲の最大波長です。この場合、d = 10 mm です。アンテナ効率を高める観点からは反射板までの距離を短くすることが望ましく、整合の観点からは反射板までの距離を長くすることが望ましい。この設計では 45 mm となり、上記のアンテナ特性が確保されます。

アンテナシート 1 と反射板 2 は、厚さ 1 ～ 1 mm の SF-1.5 ブランドの片面箔コーティングされたガラス繊維積層板でできています。アンテナシートは、アンテナの輪郭に沿って外側からガラス繊維ホイルから切り取られた XNUMX つの対称的な正方形のセルで形成されます。ジグザグアンテナの内側輪郭をフォイル側からカッターで引っ掻き、その後アンテナ輪郭内側のフォイルを除去します。フォイルを剥がす作業を簡単にするために、強力なはんだごてでフォイルを予熱します。必要に応じて、アンテナ回路内の誘電体の大部分を除去することもできます。

アンテナファブリックセルの上部に近い点には、M4 または M2 ネジ用の穴が開けられています。リフレクター 1 (スクリーン) にも同じ穴が開けられます。片側のアンテナシート 2、もう一方の反射板 3 は 2,4 本のネジで支柱に固定されています。ラックは任意の誘電体材料 (フッ素樹脂、ゲティナックス、プレキシガラスなど) で作られており、金属ラックも供給できます。それらの内側には、M3,2 または M10 ネジのネジ用に、直径 4 または 50 mm の穴が両側に約 XNUMX mm の深さまで開けられています。アンテナには、特性インピーダンスが XNUMX オームの同軸ケーブルによって電力が供給されます。シールド編組から解放されたケーブルの中心導体は点 b にはんだ付けされ、編組 (スクリーン) は点 a にはんだ付けされます。

ケーブルは、アンテナセルの側面の 740 つを形成する振動子に沿って配置され、アンテナファブリック P のゼロ電位点を通して引き出されます。ケーブルを取り付けるには、ケーブルを錫メッキ線でアンテナ振動子にはんだ付けできます。次に、ケーブルをスタンドに固定し、アンテナスクリーンの穴に通します。 FME XNUMX コネクタはフィーダの端にはんだ付けされており、そこに携帯電話の外部アンテナコネクタ用のアダプタ (アンテナアダプタ。携帯電話店で購入できます) がねじ込まれています。

BVC の値は、使用する同軸ケーブルの種類に大きく依存することに注意してください。通常、ケーブルが細いほど減衰が大きくなり、アンテナの性能が低下します。同時に、細いケーブルは、電話機に接続するときに加入者の移動の妨げになりにくいため、アンテナアダプタに接続するのに便利です。一般に、アンテナが許容可能な信号品質を提供する点から電話の設置場所までの距離が 2 ～ 4 m 以内の場合 (たとえば、アンテナが屋内の窓の近くにある場合)、次のことが可能です。ポリエチレン誘電体を使用した細いケーブル (RK 50-1,5-11 など) を使用してください。

許容可能な信号を確保するためにアンテナを長距離移動する必要がある場合、フィーダの要件はさらに厳しくなります。ケーブル RK 50-2-21 および RK 50-2-2 は、この場合に優れた特性を備えています。記載された設計では、高周波同軸ケーブル RK 2,5-50-2 が、長さ 21 m のフィーダとして使用され、周波数 900 MHz、周波数 0,6 GHz での減衰係数が 2 dB/m 以下でした。 -0,8dB/m。

アンテナを屋外で使用する予定の場合、構造の風損を軽減するために、相互に 0,05 λmin の距離に配置された金属ロッドまたはチューブのグリッドの形で反射板を作成できます。ここで λmin は最小波長です。反射器要素は線 a-b に平行に、つまり偏光面に向けられています。アンテナを接地するには、アンテナシートのポイント P-P を金属スタンドでスクリーンに接続し、スクリーン自体を接地バス (マスト、サポート) にしっかりと取り付けます。アンテナシートの内部では、ガラス繊維ラミネートが除去されてフォイルから解放され、アンテナシート振動子の要素は誘電損失の低い耐食コーティングで保護されています。

テスト中、このアンテナにより、モトローラ M3788 携帯電話のインジケータスケールの XNUMX 段階から XNUMX 段階まで信号を増やすことができ、高品質の電話通信が保証されました。

結果として得られるアンテナ利得が十分でない場合は、たとえば 2 つまたは 77 つのジグザグアンテナでアンテナアレイを構成するか、「切頭」ホーンタイプの反射板を使用することによって利得を高めることができます [XNUMX、p.XNUMX]。 XNUMX]。しかし、これらの解決策はアンテナの製造と構成を大幅に複雑にするため、著者はまだテストしていません。

さまざまなセルラー通信規格の周波数と波長に関するデータを表に示します。これらを使用して直線寸法を再計算すると、他の帯域に対して同様のアンテナを設計できます。

GSM携帯電話用外部アンテナ

文学

Kharchenko K. P. VHF アンテナ。 - M.: DOSAAF、1969 年。
ハルチェンコ K.P. DCV シリーズのアンテナ: コレクション: 「アマチュア無線を支援するために」、vol. 94、p. 68-79。 - M.: DOSAAF、1986 年。
Ratyneky M.V.、Telegin A.V. ポケットに電話。セルラー通信のガイド。 - M.: ラジオと通信、2000 年。

著者: V.Vasilevsky、Dzerzhinsky、モスクワ地方。

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