Антенны GSM, для встроенных устройств беспроводной связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Антенны GSM, для встроенных устройств беспроводной связи



1. Определение антенны

Антенну можно определить как проводник, используемый для излучения или улавливания электромагнитной энергии из пространства. Для передачи сигнала радиочастотные электрические импульсы передатчика с помощью антенны преобразуются в электромагнитную энергию, которая излучается в окружающее пространство. При получении сигнала энергия электромагнитных волн, поступающих на антенну, преобразуется в радиочастотные электрические импульсы, после чего подаётся на приёмник.

Как правило, при двусторонней связи одна и та же антенна используется как для приёма, так и для передачи сигнала. Такой подход возможен, потому что любая антенна с равной эффективностью поставляет энергию из окружающей среды к принимающим терминалам и от передающих терминалов в окружающую среду.



2. Классификация антенн радиосвязи

В Таблице 1 приведены диапазоны рабочих частот:

Таблица 1

		Диапазон частот
		Прямой канал (от	Обратный канал (к
		базы), МГц	базе), МГц
	Транкинговые		138-174
	системы
Профессиональная радиосвязь	(SmarTrunk 11,
	MPT-1327,		860-865
	SMRLink)
Радиотелефонные системы большой			250-385
дальности (Senao, Sanyo, Лес, Алтай)
Домашние радиотелефоны	СТ-1	904-905	814-815
	NMT-450	453-457,5	463-467,5
	CDMA	828-831	873-876
Сотовая связь	DAMPS	869-894	824-849
	GSM-900	935-960	890-915
	GSM-1800	1805-1880	1710-1785
Беспроводной абонентский доступ	СТ-2 (Tangara)		864-868,2
	DECT		1880-1900
		2400-2483,5
Беспроводная передача данных	IEEE 802.11		5150-5250
			5250-5350
			5725-5850

Для функционирования всех без исключения систем радиосвязи необходимы те или иные антенно-фидерные устройства, от самых простых штыревых и низкопрофильных антенн, устанавливаемых в радиотелефонных трубках, до сложных антенных систем базовых станций и ретрансляторов. В отличие от приёмных либо передающих радиовещательных и телевизионных антенных устройств, антенны для систем связи являются приёмопередающими.

Общая упрощённая классификация антенн для систем связи представлена на Рис.1.

Рис.1



3. Виды антенн

антенна радиосвязь телефон сигнал

3.1 Эффективность встроенных антенн сотовых телефонов

Дискуссии о качестве работы сотовых телефонов с различными типами антенн довольно регулярно появляются в форумах, посвящённых мобильной связи, однако, как правило, все обсуждения заканчиваются ничем. Всё дело в том, что теория малогабаритных антенн очень сложна и сих пор не до конца изучена, несмотря на свой уже более чем полувековой возраст, и попытаться прийти к какому-либо однозначному выводу, не имея хотя бы поверхностного представления о фундаментальных основах проектирования антенн, совершенно нереально

В этом документе сделана попытка обрисовать основные аспекты использования и различные технологии изготовления антенн для абонентского оборудования сотовой связи.

Эта информация, безусловно, будет полезна тем, кто интересуется вопросами качества связи на более серьёзном уровне, нежели подсчёт количества сегментов на индикаторе силы сигнала в мобильном телефоне. Понимание некоторых терминов потребуют начальных знаний в области антенн, помощь можно поискать в разделе ссылок.

3.1.1 Встроенные антенны - технологии

Первые классические работы по дизайну малогабаритных антенн датированы концом пятидесятых годов прошлого века. Тем не менее, встроенные антенны для гигагерцевого диапазона - это очень молодое направление практических инженерных разработок. Резкое увеличение популярности таких антенн связано не столько с сотовой связью, сколько с беспроводными компьютерными технологиями.

Встраивание Bluetooth и различных модификаций радиоэзернета в ноутбуки и PDA инициировало начало активной разработки маленьких антенн. Помимо внутренних технологических групп крупных корпораций (Motorola, Siemens, различные разработчики Wi-Fi оборудования), которые имеют большие финансовые возможности для R&D и разрабатывают технологии в основном для использования в собственных продуктах, за последние несколько лет появлись несколько независимых компаний, занимающихся аутсорсинговыми разработками встраиваемых антенн, в частности Centurion Wireless Technologies (http://www.centurion.com), SkyCross (http://www.skycross.com) и Ethertronics (http://www.ethertronics.com).

В отличие от крупных компаний, которые не очень афишируют характеристики своих разработок, молодые фирмы вовсю воюют на фронте пиара, хвалясь высокой эффективностью антенн и военным прошлым разработок. К сожалению статистики по использованию таких антенн пока нет, поскольку применения их в серийных моделях телефонов ещё не видно, а лабораторные исследования самого разработчика, представленные в рекламных материалах - это крайне ненадёжный источник информации. Исходя из вышесказанного, рассмотрим только те антенны, которые уже ставятся в мобильные телефоны сегодняшнего поколения.

Сейчас в сотовых аппаратах используются всего несколько типов встроенных антенн. Наиболее простые из них имеют эффективность (отношение между излучаемой и подводимой мощностью) около 30-40 процентов. Наиболее совершенные - так называемые PIFA (Planar Inverted-F Antenna) - около 65 процентов (для сравнения - обычная антенна часто имеет эффективность более 90 процентов). Заметим, что имеется в виду эффективность в свободном пространстве (часто называемая FS - Free Space, т.е. в идеальных условиях, без человека, держащего трубку в руках). Антенны класса PIFA при этом применять в малогабаритных телефонах довольно проблематично, поскольку конструктив имеет достаточно большую толщину и площадь. В реальных условиях (TP - Talk Position, когда человек держит телефон рукой) характеристики антенн могут ухудшиться в несколько раз.

Любые встроенные антенны имеют несколько фундаментальных проблем, которые для обычных спиральных не столь актуальны, и которые вынуждены решать все разработчики в равной мере.

Прежде всего это - сложность моделирования под конкретный корпус и внутренний конструктив телефона. Влияние внутренней компоновки на встроенную антенну может быть очень значительным, не говоря уж о том, что часто телефон держат при разговоре почти в кулаке, закрывая рукой всю его заднюю часть.

Вторая проблема - это использование специальных диэлектрических материалов для регулировки коэффициента укорочения (при плотном контакте проводника с диэлектриком длина волны в нём меняется в зависимости от коэффициента диэлектрической проницаемости последнего - этот эффект используется для уменьшения физических размеров резонатора). Подобная методика приводит к появлению паразитных утечек (в спиральных антеннах эта проблема гораздо менее критична - там излучающая часть находится почти в свободном пространстве). Все встроенные антенны имеют проблемы с ёмкостью и индуктивностью излучателя - согласование с выходом усилителя является непростой задачей и также неизбежно ведёт к потерям мощности.

Крайне сложной является проблема эффективности при работе в нескольких частотных полосах. Не вдаваясь в подробности, отметим, что на данный момент развития технологии встроенных антенн приходится делать несколько антенн на разные диапазоны, а не одну, если аппарату необходимо работать с приемлемой эффективностью более, чем в двух диапазонах.

Ещё одной проблемой встроенных антенн является их направленность. С одной стороны это хорошо - максимум излучения всегда направлено от головы разговаривающего, если он говорит не по гарнитуре (как уже говорилось выше - это очень хорошее маркетинговое подспорье для телефонов со встроенной антенной). С другой стороны, при не очень хорошем покрытии и при неодинаковом качестве связи с базовыми станциями во всех направлениях (в городах, к примеру в Москве, таких мест достаточно много, по крайней мере - пока) это часто приводит к выпадению голоса разговаривающего по сотовому аппарату с встроенной антенной для абонента на другом конце линии. Самое забавное, что в обратную сторону эффект почти незаметен (ибо передатчики базовых станций значительно мощнее и антенны, используемые в них, достаточно эффективны), поэтому, как правило, все говорят о нормальном качестве работы своего аппарата, поскольку сами собеседника слышат почти всегда без проблем.

Но, несмотря на всё вышесказанное, у встроенных антенн есть одно большое достоинство - они нравятся покупателям.

3.1.2 Коммерческие аспекты проектирования сотовых телефонов

Немного отвлечёмся от разговора непосредственно о сотовых телефонах и поговорим о современной высокотехнологичной индустрии вообще. Необходимо признать, что уже около десяти лет основополагающим фактором, который необходимо учитывать производителю при проектировке высокотехнологичных изделий, является не качество конкретного изделия, а возможность быстрой разработки, дешёвой сборки и высокой частоты смены моделей.

Это касается не только сотовых телефонов, но и любой другой непрофессиональной аудиоаппаратуры - аудиотехники, видеотехники и т. п. Лишь очень немногие фирмы в состоянии оплачивать разработку высококачественной бытовой радиоаппаратуры, как, к примеру, Matsushita Electric (торговые марки Panasonic и Technics), Kenwood, Pioneer, Aiwa, которые полностью или почти полностью прекратили выпуск качественных бытовых звуковоспроизводящих и радиоприёмных аппаратов за последние десять лет, заняв более коммерчески выгодную нишу аппаратуры на год-два эксплуатации с очень дешёвой схемотехникой и комплектацией и это при том, что аппараты этих фирм восьмидесятых годов являются достаточно совершенными инженерными разработками. Заметим, что фирма Sony, которая помимо бытовой техники выпускает очень много профессиональной студийной аппаратуры, в состоянии оплачивать разработку и выпускать грамотные конструкции (в частности часть аппаратуры серии ES), но даже у этой фирмы просматривается тенденция к сильному упрощению своих изделий. Спасает только общий высокий уровень разработки собственной используемой в конструкциях элементной базы.

На рынке сотовых телефонов всё то же самое. Базовый набор компонентов для сотовых телефонов даёт возможность спроектировать основную часть конструкции очень быстро, высокая степень интеграции позволяет собрать аппарат буквально из десятка микросхем с несколькими десятками дискретных элементов. Удешевление производства уже дошло до критического минимума. В конце двадцатого века можно было наблюдать уход с рынка, смену приоритетов и объединения компаний-производителей сотовых телефонов - конкурентная борьба привела к катастрофическому снижению цен и те, кто выжили, сделали это за счёт двух факторов: либо максимальное удешевление конструкций телефонов (Siemens, Motorola) или удачное позиционирование своих телефонов как имиджевых (все корейские фирмы) с призывом менять телефоны как можно чаще.

В первом случае снижение себестоимости достигается крайней дешевизной корпусов, стандартизацией электроники для всего модельного ряда и экономией на разработке радиочасти, ибо последнее - наиболее сложная и дорогостоящая часть проектирования сотового телефона после написания firmware. Во втором случае основная часть стоимости аппарата - это камера, цветной дисплей, гонорары дизайнерам и т.п. и качество радиочасти в подавляющем большинстве случаев просто не интересует потенциального покупателя, поэтому тратиться на это нет никакого смысла. При завоевании покупательского спроса рекламой играют роль лишь те характеристики изделия, которые понятны среднестатистическому потенциальному его пользователю, а параметры радиочасти никак не входят в их число. Эргономическое же удобство телефона со встроенной антенной очевидно, поэтому Nokia, по словам одного пожелавшего остаться неизвестным сотрудника компании, приняла стратегическое решение вообще не делать сотовых аппаратов с внешними антеннами, несмотря на явный технический проигрыш по характеристикам.

3.2 Встроенные антенны переносных устройств

3.2.1 PIFA антенна

Планарные `повёрнутые'F антенны (PIFA) обычно состоит из планарных полосковых прямоугольных элементов, расположенных выше по отношению к горизонту плоскости `земли', с коротким завитком-отводом или `пином' замыкания, и ещё один питающий планарный отвод-ответвление. Планарная `Повёрнутая'F антенна является вариантом монополя, где верхняя часть антенны расположена так, чтобы быть параллельной к полигону `земли'. Это сделано затем, чтобы уменьшить высоту антенны, сохраняя при этом резонансную длину её трассы. Параллельные входные планары добавляют емкость к входному сопротивлению антенны, которая компенсируется путем осуществления короткого замыкания ответвления. Конец ответвления подсоединен к полигону `земли' с добавлением переходного отверстия.

Полигон `земли' антенны играет важную роль в её функционировании. Возбуждение тока на планарном входе е IFA является причиной возбуждения тока в плоскости полигона `земли'. В результате на IFA формируется электромагнитное поле и далее его отражение на полигоне `земли'. Такое идеальное поведение полигона `земли', как отражателя энергии, возможно, когда плоскости земли бесконечна, либо гораздо большая по своим размерам, чем сам монополь. На практике размер металлического слоя монополя сравним с другой частью антенны, выступающей в качестве диполя.

комбинация антенна/земля будет вести себя как асимметричный диполь, при этом различия в распределении тока по двум частям диполя отвечает за некоторое искажение диаграммы направленности;

в общем случае, требуется `земли' PCB-плоскости длиной примерно на одну четверть (л/4) рабочей длины волны;

если длина PCB-плоскости земли гораздо больше, чем л/4, диаграмма направленности будет становиться все более многолепестковая;

с другой стороны, если длина PCB-плоскости земли значительно меньше, чем л / 4, то настройка антенны становится все труднее и, в общем, снижается эффективность;

оптимальное расположение PIFA, с целью достижения всенаправленности диаграммы и 50Щ импеданса, оказалось на краю печатной платы.

miter's используются, чтобы избежать прямоугольных изгибов планарных микрополосок антенны, что приводит к плохому току на ответвлении.

конусность (taper) необходима для того, чтобы компенсировать шаг резкого перехода между 50Щ-ной микрополосковой линии от модема и антенны.

Всенаправленное поведение антенны PIFA с усилением значения обеспечивают достаточную производительность для обычных помещений, с учетом стандартных значений выходной мощности и чувствительности приёмников устройств с коротковолновым радиодиапазоном.

Поляризация антенны скорее эллиптическая, чем линейная, с осевым отношением редко достигающим 20 дБ.

Таким образом, антенна имеет возможность получать и вертикально и горизонтально поляризованные электромагнитные волны, которые могут быть оказаться в помещениях, где деполяризация является доминирующим событием, а выбор лучшей поляризации затруднён.

В настоящее время, многие беспроводные системы вертикально поляризованы. Хотя было доказано, что при использовании горизонтально поляризованых антенн, как на приёмнике так и на передатчике, результаты передачи энергии на 10 дБ больше, чем в среднем по сравнению с мощностью, принятой на вертикально поляризованые антенны на обоих концах соединения.

полоса пропускания PIFA увеличивается с её толщиной;

входное сопротивление PIFA может быть урегулировано, чтобы иметь соответствие значению сопротивления нагрузки без использования дополнительных цепей.

PIFA можно рассматривать как вид, своего рода, линейной `повёрнутой' Fантенны (IFA) с элементом проводного излучателя, расположенного на плате для расширения полосы пропускания.

во-первых, преимуществом PIFA является то, что её можно скрыть в мобильном корпусе, по сравнению с антеннами со шнуром / стерженем / спиралью;

o во-вторых, преимуществом PIFA является снижение излучения к голове пользователя, сведения к минимуму поглощения мощности электромагнитных волн (SAR) и повышения этим эффективности антенны;

в-третьих, преимуществом является то, что PIFA демонстрирует умеренный или высокий выигрыш в вертикальной и горизонтальной состояниях поляризации. Эта функция очень полезна в определённых беспроводных сетях связи, где ориентации антенны не является фиксированной и отражения присутствуют с разных сторон окружающей среды. В этих случаях, важным параметром становится общее поле, то есть векторная сумма горизонтальных и вертикальных состояний поляризации.

Узкополосная характеристика PIFA является одним из ограничений своих коммерческих приложений для беспроводных систем.

а) Методы повышения полосы пропускания PIFA

ширина пропускания полосы очень во многом зависит от размера полигона `земли'. Изменяя этот размер, полоса пропускания PIFA может быть скорректирована. Например, сокращение полигона `земли' может эффективно расширить полосу пропускания антенной системы. Чтобы уменьшить добротность структуры (и увеличить полосу пропускания), могут быть вставлены (реализованы) несколько щелей на краях полигона;

использование воздушных промежутков подложки антенны для низкой добротности и увеличения полосы пропускания;

использование паразитарных резонаторов (с резонансом рядом с главной резонансной частотой);

подбор расположения и расстояния между терминалами (input IFA и ответвления);

возбуждение несколько режимов, разработанных для ближней или дальней связи в зависимости от требований;

использование накопительных элементов для увеличения полосы пропускания.

б) Размеры PIFA

Один из методов понижения размеров антенны PIFA есть просто укорачивание антенны. Однако, этот подход влияет на импеданс терминалов антенны, так что появляется реактивная составляющая. Это может быть компенсировано емкостями, установленными в верхнем слое. На практике, отсутствие высоты антенны заменяется эквивалентной схемой, которая улучшает эффективность и согласование импеданса.

Емкостная нагрузка снижает резонанс на длине л/4 меньше, чем на л/8 за счет полосы пропускания и хорошего согласования. Емкостная нагрузка может быть получена путем добавления пластины (параллельно земле), образующей параллельно плате конденсатор.

Рис.10 PIFA. Резонансная частота.

Резонансная частота PIFA может быть определена из формулы:

L1 + L2 = л/4,

когда W/L1 = 1, тогда L1 + H = л/4

когда W = 0, тогда L1 + L2 + H = л/4

Введение открытых слотов снижает частоту. Это обусловлено тем фактом, что токи текут по краю фигурного паза слота, поэтому емкость, нагружающая слот, снижает частоту и, следовательно, резко размеры антенны. Тот же принцип создания слотов в планарном элементе также может применяться при двухчастотной работе.

Изменения в ширину плоских элементов также может влиять на выбор резонансной частоты.

Ширина завитка ответвления антенны PIFA играет очень важную роль в выборе своей резонансной частоты. Резонансная частота кратно уменьшается с уменьшением ширина пластины-проводника цепи - W.

В отличие от проводника микрополосы (microstrip) к антенне, которая условно сделана размером в полдлины волны, PIFA's сделаны точно в четверть длины волны.

Анализ характеристик резонансной частоты и полосы пропускания антенны легко можно сделать путем определения месторасположения точки питания (feed point), для которой должен быть получен минимальный коэффициент отражения.

в) Согласование импеданса

Согласование импеданса PIFA достигается позиционированием однократного питания пина (вывода) в пазе слота, и за счет оптимизации пространства между питающим и короткозамкнутыми пинами (выводами).

Основной идеей при проектировании PIFA является отказ от каких-либо дополнительно сосредоточенных компонентов для согласования сети, и таким образом избежать потерь из-за этого.

г) Диаграмма направленности

Диаграммой направленности PIFA является относительное распределение излучаемой мощности в зависимости от направления в пространстве.

В обычном случае диаграмма направленности определяется в дальней зоне и представляется в зависимости от направленности координат. Излучающие свойства включают в себя плотность потока мощности, силы поля, фазы и поляризации.

д) Распределения электрических полей

Доминирующая составляющая электрического поля ЕZ равна нулю на короткозамкнутом краю платы, в то время как напряженность этого поля на противоположном краю планарного элемента значительно больше. Для полей EX и ЕY есть заостренная часть, которая соединяется с источником питания. Это означает, что силовая электрическая линия направлена от источника питания (feed) на землю (ground plane).

В тех местах, где ширина короткозамкнутой полосы уже, чем планарный элемент, электрические поля EX и ЕY начинают генериться на всех открытых контурах планарного элемента.

Эти поля рассеяния являются излучающими источниками в PIFA.

е) Распределение тока

PIFA имеет очень большой ток на нижней поверхности планарных элементов и горизонтальной плоскости по сравнению с полем на верхней поверхности элемента. В связи с этим, PIFA лучший объект для влияния на неё внешних факторов, которые влияют на характеристики антенны (например, руки оператора мобильной связи / голова).

PIFA поверхности распределения тока различаются для разной ширины короткозамыкнутых пластин. Максимальное распределение тока ближе к короткому выводу и снижается при удалении от него.

Волны поверхности земли может произвести ложные излучений или пара энергии на разрывах, приводит к искажениям в основной шаблон, или нежелательные потери мощности. Эффектами поверхностной волны можно управлять с помощью фотонной запрещенной зоны структуры (или просто зазором в диэлектрике). Это снимает ограничение с низкой эффективности, вместе с определённой степенью влияния величины аксессуара, который будет обсуждать выше.

ж) Эффекты субстратов на параметры

Пропускная способность PIFA обратно пропорциональна добротности - Q, определённой для резонатора: Q = запасенная энергия / потери мощности;

В подложке с высокой диэлектрической постоянной (ER), как правило, сохраняется энергии больше, чем излучается. При моделировании PIFA, как конденсатора с потерями и высокой ER, это приводит к высокой добротности и, очевидно, снижению пропускной способности. Аналогично, когда толщина подложки увеличивается, обратно пропорционально толщине уменьшается энергия, запасенная в PIFA и также добротность.

В целом, увеличение роста и снижение ER могут быть использованы для увеличения пропускной способности PIFA.

з) Эффективность

Эффективность антенны PIFA в окружающей среде понижается в соответствии с понесенными ею потерями, в том числе: омическими потерями, несоответствием потерь, потерями в фидерной линии передачи, потерями края власти, внешних паразитных резонансов и т. д.

Следует отметить, что процессы расчета и моделирования PIFA антенны довольно сложны и проводятся с помощью мощных пакетов специализированных программ. Производство этих антенн обеспечивается современным, высокотехнологичным оборудованием. Как правило, такая антенна предназначена для работы в конкретной конструкции определённого сотового телефона (или модельного ряда) и не работает, как универсальная, в устройствах встроенного беспроводного оборудования.

3.2.2 PCB антенна

Примерами такого вида антенн являются PCB-антенна P/N #1513165-1 производства фирмы Tyco Electronics (Рис.1а), довольно доступная для приобретения сегодня, или антенна ANT-916-SP (Рис.1б),производства компании Linx Technologies, Inc.

Рис.1а Рис.1б

PCB-антенны просты, имеют низкую стоимость. Они удобны для применения в носимой аппаратуре, построенной на базе встраиваемых беспроводных устройств.

Рис.2

На рисунке 2 приведен пример PCB-антенны диапазонов GSM900 и GSM1800, которая предлагается для использования в разработках встраиваемого беспроводного оборудования компанией Siera Wireless (Канада). Подробное описание антенны, с рекомендациями и техническими данными, приведено в документе Tuneable PCB Antenna на сайте компании http://www.sierrawireless.com/.

3.3 Простейшие внешние антенны для встроенных устройств

В простейшем случае в качестве внешней антенны используется металлический штырь, длина которого равна 1/4 длины волны (около 8см в GSM900 и 4см и GSM1800).

Рис.3



Длина волны л может быть измерена между любыми двумя точками волны с одинаковой фазой, максимумами, минимумами или узлами волны.

где частота f в МГц, а длина волны л в метрах.

1/4·л900=300/900=0,0833 м или 8,33 см,

или для высоты штыря:

h(см)=7500/900=8,33 см

Для диапазона EGSM-900 частоты передачи с 880 МГц до 915 МГц, а приёма с 925 МГц до 960 МГц (разнос между частотами приёма и передачи 10 МГц). Средняя частота середины диапазона равна 920 МГц.

1/4·л920=300/920=0,0815 м или 8,15 см

Для увеличения эффективности внешней антенны рекомендуется при её изготовлении и настройке в качестве рабочей частоты брать не среднюю между частотами приёма (Rx) и передачи (Тх), а частоту передачи (Тх). Это более обосновано, так как максимальная мощность передатчика модема пользователя, безусловно, меньше чем у базовой станции, и при худших условиях модем просто не будет услышан.

1/4·л915=300/915=0,082 м или 8,2 см

При этом коэффициент усиления такой антенны полагается равным 0 дБ, то есть антенна как бы не обладает никаким усилением.

Другой простейший вид - дипольная антенна (рис.4), которую можно изготовить буквально за 15 минут. Берем коаксиальный кабель , например RG6U, срезаем с одного конца верхнюю изоляцию и "разделываем" его. Получаем центральный проводник и оплетку кабеля. К центральному проводнику припаиваем медный провод диаметром 1…2,5 мм и длиной 82 мм (для диапазона 900 МГц). К оплетке припаиваем второй кусок провода такой же длины. Другой конец кабеля подключаем к модему (через разъем или переходник). Располагаем “рога" вертикально (один вверх, другой вниз) и получаем нечто похожее на букву "Т", положенную набок (в GSM используется вертикальная поляризация, поэтому требуется именно такое расположение диполя).

Рис.4

Простейшие антенны (в том числе и штыревые с магнитным основанием) имеют коэффициент усиления до 3 dBm, и в зонах неуверенной радиосвязи могут вести себя неустойчиво.

Выносные (внешние) антенны для встроенных устройств

Существуют и двух-трехдиапазонные, и комбинированные антенны. В пригородных условиях необязательно использовать двухдиапазонные антенны, поскольку обычно они имеют меньшее усиление, чем однодиапазонные, а покрытие за городом и на краю зоны всегда обеспечивается в диапазоне GSM 900. Внешняя антенна используется, как правило, для улучшения качества связи в зданиях и подвальных помещениях, а также для обеспечения связью вне зоны приёма в пригороде. Такая антенна устанавливается на улице.

Существуют следующие ситуации, в которых внешние антенны просто необходимы:

Неустойчивая связь на границе зоны покрытия из-за предельной удаленности от ближайшей базовой станции;

Работа внутри зоны покрытия, но в местах радиотени (складки рельефа, экранировка крупными естественными или искусственными сооружениями);

Связь внутри помещения с высокой степенью ослабления сигнала (подвалы и полуподвалы, металлические сооружения, здания, обшитые металлом и т.д.).

Антенна - пассивный элемент! Она лишь "работает" с энергией электромагнитных волн из эфира, а дальше дело за кабелем фидера и переходниками, обеспечивающих вынос антенны наружу - в зону уверенного покрытия сигналом базовой станции GSM.

Использование внешней антенны в большинстве случаев увеличивает срок работы модема (устройства) от аккумулятора, так как в зависимости от уровня сигнала варьируется и мощность передатчика модема, а в случае применения внешней антенны она меньше.

Специалисты, руководствуются правилом: применение внешней антенны дает выигрыш, только если затухание на используемой длине кабеля и разъемах не будет больше 50% от подаваемого сигнала. В противном случае, установка внешней антенны не даст выигрыша за счет слишком большого ослабления подаваемого сигнала.

Таблице 5 приводится зависимость величины ослабления радиосигнала от различных материалов конструкций зданий объектов, внутренних и внешних преград.

Таблица 5

Наименование	Ед.изм.	Значение
Деревянная или пенобетонная стена	дБ	3-4
Кирпичная стена	дБ	3-4
Бетоная стена	дБ	10
Железобетонная стена	дБ	18-20
Железобетонная стена с объемным армированием	дБ	до 30
Окно в кирпичной стене	дБ	от 2
Стекло в металлической раме	дБ	от 3
Железная дверь в офисной стене	дБ	7
Железная дверь в кирпичной стене	дБ	12,4
Стекловолокно	дБ	0,5-1
Стекло	дБ	3-20
Дождь, туман	дБ	0,02-0,05
Деревья	дБ	0,35

3.4 Выносные штыревые антенны

GSM антенна Erisson - штыревая антенна с магнитным держателем для установки на горизонтальную поверхность. Используется совместно с GSM устройством для усиления радиосигнала и обеспечения надежной связи.

Рис.5 GSM Антенна Erisson

3.5 Штыревые выносные коллинеарные антенны с высоким усилением

Конструкции более сложных антен называются коллинеарными и состоят из двух и более штырей, соединенных между собой фазосдвигающими катушками индуктивности. Такие антенны могут иметь коэффициент усиления (3-12dBm) и обеспечивают более надежную связь.

Внимание! Большинство антенн выпускаются заводами с разъемом типа FME-female. Это своего рода стандарт.

GSM-антенны от компании ADACTUS предназначена для усиления слабого GSM сигнала в условиях затруднённого приёма. GSM-антенны ADACUTS хорошо себя зарекомендовали как в условиях многократного переотражённого сигнала, так и в условиях недостаточного приёма (тоннели, подземные переходы, подвальные помещения).



3.5.1 GSM антенна ADACTUS ADA-0071

GSM антенна ADACTUS ADA-0071 обладает коэффициентом усиления до ~ 7 dB.

Антенна ADACTUS ADA-0071 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM-сигнала.

GSM Антенна ADACTUS ADA-0071 обладает коэффициентом усиления до ~ 7 dB.

Антенна ADACTUS ADA-0071 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Рис.6

Технические параметры GSM антенны ADACTUS ADA-0071 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 7 dB

длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male).

3.5.2 GSM антенна ADACTUS ADA-0071-13

GSM антенна ADACTUS ADA-0071 обладает коэффициентом усиления до ~ 14 dB Антенна ADACTUS ADA-0071 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Технические параметры GSM антенны ADACTUS ADA-0071-13 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 14 dB

Длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ-Разъем: FME-female или SMA (male)

3.5.3 GSM антенна ANTEY 914

GSM антенна от компании АНТЕЙ предназначена для установки на вертикальные поверхности. Антенна ANTEY 914 имеет коэффициент усиления ~ 5,5 dB. GSM антенна АНТЕЙ 914 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Технические параметры GSM антенны АНТЕЙ 914 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 5,5 dB

длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male)

3.5.4 GSM антенна ANTEY 901

GSM антенна ANTEY 901 FME\SMA от компании АНТЕЙ предназначена для установки на вертикальные поверхности. Коэффициент усиления GSM антенны ANTEY 901 ~ 7 dB. Антенна обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Технические параметры GSM антенны АНТЕЙ 901 FME/SMA:

Рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

Волновое сопротивление: 50 Ом

Коэффициент усиления: 7 dB

Длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male).

3.5.5 GSM антенна ANTEY 902 FME/SMA

GSM антенна от компании АНТЕЙ предназначена для установки на вертикальные поверхности. Антенна ANTEY 902 имеет коэффициент усиления ~ 9 dB. GSM антенна АНТЕЙ 902 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Технические параметры GSM антенны АНТЕЙ 902 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 9 dB

длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male).

3.5.6 GSM антенна ANTEY 904

GSM антенна от компании АНТЕЙ предназначена для установки на вертикальные поверхности. Антенна ANTEY 904 имеет коэффициент усиления ~ 9.0 dB. GSM антенна АНТЕЙ 904 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.



Технические параметры GSM антенны АНТЕЙ 904 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 9,0 dB

длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male).

3.5.7 GSM антенна ANTEY 906 FME/SMA

GSM антенна от компании Антей предназначена для установки на вертикальные поверхности. Антенна ANTEY 906 имеет коэффициент усиления ~ 13,5 dB. GSM антенна АНТЕЙ 904 FME\SMA обычно применяется совместно с GSM модемами или GPRS терминалами в условиях плохого приёма GSM сигнала.

Технические параметры GSM антенны АНТЕЙ 906 FME/SMA:

рабочий GSM диапазон: 850/900/1900/1800 МГц

волновое сопротивление: 50 Ом

коэффициент усиления: 13,5 dB

длина кабеля RG-58: 2,5 м / 3 м

ВЧ Разъем: FME-female или SMA (male).

3.6 Внешние стационарные антенны

Для наружной установки так же используются внешние стационарные штыревые антенны, логопериодические и антенны типа "волновой канал". Наружная штыревая антенна дает усиление до 3…7 дБ, излучая волны по кругу. Антенны типа "волновой канал" и логопериодические внешне выглядят как дециметровая телевизионная антенна и дают усиление до 7…15 дБ в одном направлении.

Внешняя стационарная антенна устанавливается на кронштейне или мачте на стене или крыше и направляется в сторону базовой станции, сигнал которой принимается устойчиво. "База" совсем необязательно должна быть ближайшей, так как все зависит от расположения антенны и рельефа местности. (Возможен и вариант, что база с самым сильным уровнем сигнала, возможно, не будет с вами работать, так как находится хоть и на прямой видимости, но на расстоянии, которое больше теоретического предела дальности для стандартного режима работы 35 км в GSM900).

3.7 Установка выносных и внешних стационарных антенн

Необходимо определить место расположения антенны. Правила здесь просты и понятны. Антенна должна быть установлена как можно выше. Если известно направление на ближайшую базовую станцию, располагать антенну целесообразно именно с той стороны строения, которая выходит на это направление.

Ориентацию антенны необходимо выполнять очень внимательно, медленно вращая антенну "по горизонту" и наблюдая за индикацией уровня сигнала. Так как изменение напряженности поля отображается индикацией не сразу, а через 5…10 секунд , - вращать антенну при этом нужно очень медленно, чтобы не проскочить направление на самый сильный сигнал.

Рис.13

Размещено на Allbest.ru

...