Выносные антенны

6.3 Выносные антенны

Антенны в мобильной телефонии занимают особое место. Именно они связы­вают ваш телефонный аппарат с сотовой системой и обеспечивают соединение. У купленного вами телефона уже есть простая и удобная малогабаритная антен­на. В большинстве случаев она обеспечивает устойчивую связь. Но бывают си­туации, когда из телефона нужно «выжать» все, что только возможно.

Некоторые пользователи сотовых телефонов не знают, что даже в пределах зоны обслуживания почти каждой базовой станции, независимо от принадлежности к оператору сотовой связи (стандарту), бывают участки с негарантированным покрытием. Иногда встречаются «мертвые зоны», где для потери или восста­новления связи достаточно сделать 2—3 шага в сторону. Количество базовых стан­ций в разных районах города полностью эту проблему в отдельно взятом конк­ретном месте не решает. Это беда не только сотовой связи, но даже и телевидения (обладающего мощными передатчиками).

На качество соединения влияет множество факторов: конфигурация антенны, находящиеся в непосредственной близости от нее объекты, правильное зазем­ление, угол отклонения от вертикали, длина соединительного кабеля и т. д. К со­жалению, конструкция современного мобильного телефона не позволяет исполь­зовать высокоэффективную встроенную антенну, поэтому, для того чтобы обеспечить качественную связь в местах с недостаточным радиопокрытием, ей необходима помощь — дополнительная сменная антенна. Она особенно необ­ходима телефону в автомобиле, так как кузов последнего является своеобраз­ным экраном, препятствующим прохождению радиосигнала и искажающим его. Практически все типы телефонов допускают использование сменных антенн. Однако успех будет обеспечен лишь тогда, когда антенна используется правильно.

Сменные антенны имеет смысл применять в том случае, если уровень прини­маемого сигнала настолько мал, что связь становится неустойчивой. В против­ном случае связь может даже ухудшиться (!!!). Можно выделить несколько ситу­аций, когда целесообразно применение сменных антенн:

1. Разговор ведется из экранированного помещения или из автомобиля. Выне­сенная наружу антенна существенно улучшает качество связи. Причем, если за
пределами автомобиля (или здания) условия прохождения сигнала хорошие, нет
необходимости применять антенны с повышенным усилением. Однако нали­чие кабеля между антенной и телефонным аппаратом и в некоторых случаях до­
полнительных разъемов (особенно бесконтактных — емкостных и индуктивных)
приводит к некоторым потерям сигнала.

2.  Между говорящим по телефону и базовой станцией находятся массивные со­
оружения, складки местности или толстые стены. Сигнал может быть сильно
ослаблен и распространяться не горизонтально.

3.  Разговор ведется на большом удалении от ближайшей базовой станции — на
краю или за пределами зоны действия сотовой системы. Сигнал сильно ослаб­
лен, но распространяется горизонтально. Целесообразно применить антенну с
усилением не менее 7 дБ, предпочтительно штыревую.

При осуществлении связи со стационарных объектов (квартир, офисов, дач) це­лесообразно использовать направленные внешние антенны. Конечно, при этом телефон становится менее «мобильным», так как он будет подключен через спе­циальный адаптер к антенному кабелю, но качество связи во многих случаях становится даже выше, чем при движении рядом с базовой станцией.

Сейчас практически в каждом салоне связи можно купить самые разнообраз­ные автомобильные и стационарные антенны. Попробуем разобраться, нужна ли вообще дополнительная внешняя антенна, чем они отличаются друг от дру­га, как выбрать подходящую модель.

Начнем с наиболее часто встречающегося примера использования мобильного телефона — в движущемся автомобиле. В этом случае выносные антенны отводят излучение телефона от головы, а также увеличивают его чувствительность. Используя автомобильную антенну, вы улучшаете качество связи, продлеваете срок работы батареи телефона и ограждаете себя от электромагнитного излуче­ния. Можно просто поставить магнитную антенну на крышу автомобиля или закрепить ее на боковом стекле.

Почему же связь из автомобиля хуже, чем на открытом месте, и что же конкрет­но происходит?

Внутри автомобиля работоспособность телефонного аппарата резко понижается, поскольку в нем сигнал от базовой станции принимается намного хуже, чем снаружи.

Внутри автомобиля излучение от собственной антенны телефона многократно отражается, в результате чего все пассажиры оказываются сидящими как бы внут­ри микроволновой печи.

Принимая недостаточно сильный сигнал, аппарат получает от базовой станции команду повысить уровень мощности; следовательно, увеличивается уровень излучения и повышается расход электроэнергии.

Радиосигнал, излучаемый телефоном, может отразиться на работе электронных устройств и систем автомобиля.

Внешняя антенна не только помогает избежать вышеперечисленных неприят­ностей, но и улучшает качество связи. Достигается это в основном благодаря выведению сигнала за пределы автомобиля и более эффективному перераспре­делению диаграммы направленности антенны.

Ha сегодняшний день наибольшее распространение получили коллинеарные и планарные антенны. У каждой есть свои плюсы и минусы. Так, коллинеарные антенны способны усиливать сигнал вне зависимости оттого, в какой стороне от них расположена базовая станция, зато планарные располагаются внутри ав­томобиля и, как следствие, более защищены от атмосферных воздействий и любителей чужой собственности.

Согласно теории распространения электромагнитных волн, для оптимального функционирования в автомобиле антенна должна: равномерно излучать сигнал во все стороны в горизонтальной плоскости (имеет круговую диаграмму направ­ленности), иметь хорошее заземление, находиться как можно выше и на доста­точной площади заземленной поверхности. При этом, если антенна штыревая, угол отклонения от вертикали не должен превышать 15°. Из всего этого следует, что наилучшие показатели (для связи в автомобиле) будут обеспечиваться шты­ревой антенной, врезанной в центр крыши.

Обычно автомобильная антенна состоит из двух частей: внешней (штырь и внешняя часть базы) и внутренней (внутренняя часть базы или коробка связи, к которой подключается кабель). Надежное соединение внешней и внутренней частей жизненно важно для обеспечения эффективной работы антенны. Выбор места на автомобиле, где будет крепиться антенна, имеет значение не только с точки зрения удобства. Расположение антенны относительно металлического кузова автомобиля влияет на ее характеристики, из-за чего номинальное усиле­ние, указанное в паспорте антенны, может только приблизительно соответство­вать реальному. Лучше всего, если антенна установлена в сквозное отверстие в крыше автомобиля, поскольку в этом случае обеспечивается непосредственный контакт всех ее элементов. В этом положении усиление практически соответ­ствует номинальному, а диаграмма направленности — круговая. Но если кто-то не хочет сверлить отверстие в крыше, можно воспользоваться другими способа­ми установки: «сквозь стекло», на боковое стекло и на багажник.

Монтаж антенны на бампере существенно искажает ее диаграмму направлен­ности. Антенны с большим усилением так крепить не рекомендуется. Располо­жение антенны на багажнике или капоте даст промежуточный результат. При установке «сквозь стекло» антенна чаще всего размещается у верхнего края заднего стекла автомобиля. Внешняя часть базы антенны со штырем крепится снаружи, а коробка связи — внутри салона. Потери обычно не превышают 0,5-1 дБ. Однако следует помнить, что антенна не будет эффективно работать, если стекло, к которому она прикрепляется, тонированное. Нельзя ставить антенну и поверх проводников обогревателя. Кроме того, многие автомобили высшего класса имеют стекла с двойным покрытием и в этом случае устанавливать ан­тенну «сквозь стекло» тоже нельзя.

Временный способ установки антенны на крышу с помощью магнитного основа­ния имеет ряд очевидных преимуществ. Антенна может быть установлена в центре крыши, что обеспечивает круговую диаграмму направленности и не требует свер­ления отверстия. Однако такую антенну легко снять, а значит, легко и украсть.

Соединительный кабель от телефонного аппарата к антенне обычно выводится через дверь и может быть легко поврежден. Есть еще один способ временной установки антенны — на боковое стекло. В этом случае кабель проходит внутри салона, и ук­расть такую антенну сложнее. И хотя диаграмма направленности отнюдь не идеаль­на, качество связи будет вполне приемлемым. Существуют варианты крепления, позволяющие регулировать положение излучателя антенны по вертикали.

Кабель часто входит в комплект поставки антенны — обычно это неразъемное соеди­нение. Исходная длина кабеля, как правило, составляет 3 м; при монтаже антенны его обрезают, вследствии чего приходится устанавливать разъем на конце кабеля, об­ращенном к телефону. Эту операцию нужно делать тщательно — неправильно уста­новленный разъем способен нарушить работу всей системы. Соединение кабеля с телефоном бывает прямым и опосредованным — через устройство громкой связи.

В первом случае кабель присоединяется через дополнительный разъем телефон­ного аппарата. Во втором случае кабель присоединяется к устройству громкой связи, а телефон вставляется в гнездо этого устройства. Некоторые модели теле­фонов не имеют специального гнезда для сменной антенны, и поэтому их мож­но присоединять только через устройство громкой связи (иногда можно отсое­динить штатную антенну и подсоединить кабель вместо нее, но это неудобно).

Во втором случае можно устанавливать и использовать недорогие стационарные направленные антенны для мобильных телефонов в городах и селах, расположен­ных вокруг базовых станций операторов сотовой связи на удалении до 35 км (GSM-900), до 40-45 км (D-AMPS), до 55-60 км (CDMA), до 70 км (NMT-4501) в зависимости от рельефа местности.

Сотовый телефон с внешней антенной с успехом заменит обычный и сможет помочь не только передать важные новости, но и вызвать экстренную помощь и спасти жизнь человеку в критической ситуации.

Основными разновидностями направленных антенн являются антенны типа «волновой канал» и логопериодические. Наибольшее распространение получи­ли первые. Они обладают большим усилением и просты в изготовлении. Лого-периодические антенны более сложны и дороги, однако они имеют большую полосу частот и не требуют дополнительной настройки.

Антенна типа «волновой канал» состоит из ряда параллельных вибра­торов, расположенных в одной плоскости: полуволнового линейного или петлевого вибратора, к которому подключен кабель снижения (активный вибра­тор), рефлектора и директоров (пассивные вибраторы).

Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подобраны таким образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратном направлении и усиливает его в прямом направлении. Таким образом, рефлектор является своеобразным отражателем, обеспечивающим формирова­ние однонаправленной характеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектора используется система вибраторов или сетка. Усилению излучения в прямом направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием излучения активного вибратора. Следовательно, казалось бы, усиление антенны тем больше, чем больше у нее директоров. Од­нако чем больше количество директоров в антенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться со­гласованной работы всех директоров. Одновременно это ведет к сужению поло­сы пропускания антенны.

К достоинствам антенны типа «волновой канал» можно отнести сравнительно высокое усиление при простоте конструкции.

К недостаткам этой антенны следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Антенны, даже собранные по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают допол­нительной настройки. Таким образом, реальное усиление такой антенны значи­тельно ниже указанного (в среднем на 3—4 дБ). Кроме того, узкая полоса про­пускания ведет к резкому снижению усиления в тех системах связи, где используют дуплексные частоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты 824—840 и 869—894 МГц и использование антенны типа «волновой канал», настроенной на середину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на краях диапазона (то есть на рабочих частотах). То же самое относится к стандартам GSM-900, GSM-1800.

Логопериодические антенны — это один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности и постоянным усилением в широком диапазоне частот.

У такой антенны во всем диапазоне частот обеспечивается хорошее согласова­ние антенны с фидером. Логопериодическая антенна образована собиратель­ной линией в виде 2-х труб, расположенных параллельно, к которым поочеред­но через один крепятся вибраторы.

Рабочая полоса частот антенны со стороны нижней частоты зависит от разме­ров наиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты — от размеров наиболее коротких вибраторов. Усиление антенны определяется количеством вибраторов, каждый из которых является активным. Следовательно, задав по­лосу частот (размеры максимального и минимального вибраторов), можно по­лучить достаточно высокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет

увеличения количества вибраторов. Логопериодические антенны хорошо рабо­тают в широкополосных системах связи: DAMPS, GSM-900, GSM-1800 и, ко­нечно, в относительно узкополосных, например, в системе многостанционного доступа с кодовым разделением каналов CDMA (ширина полосы частот 1,5 МГц). Они не требуют дополнительной настройки, поскольку все вибраторы являют­ся активными и расстроены один относительно другого на постоянную величи­ну, являющуюся характеристикой антенны.

К. недостаткам этой антенны можно отнести ее более сложную конструкцию и повышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с антенной типа «вол­новой канал».

Таким образом, в системах сотовой связи стандартов CDMA, DAMPS, GSM-900/ 1800 целесообразно применять логопериодические антенны с необходимым для каждого конкретного случая усилением. На границе зоны покрытия наибо­лее эффективны антенны типа «волновой канал», однако настройка этих антенн должна выполняться специалистом. Также следует обратить внимание на мате­риал, из которого изготовлена антенна. На частотах 800—900 МГц, а тем более 1800 МГц, несколько лучший результат дает использование материалов с высо­кой проводимостью — таких, как медь, латунь. Это повышает добротность ан­тенны и сводит к минимуму потери.

Приложение

Плакаты:

- Структурная схема цифрового радио телефона

- Зона покрытия «Мегафон», построение сот для трех частот

Сотовый телефон:

- Samsung R620

Список используемой литературы

1. Андрианов В.И., Соколов А.В. Мобильные телефоны.- СПБ.: БХВ-Петербург;Арлит.2003.-384с.:ил.-(Техника в вашем доме).

2. Матtриалы сервера www.mobile.ru

Похожие работы

Сотовая связь. Плюсы и минусы мобильного телефона

Скачать

109876

4

1

... , в контрольной группе - 22%.". Австралийские ученые доказали, что существует прямая связь между ростом онкологических заболеваний и электромагнитным излучением мобильного телефона. Споры о воздействии электромагнитного излучения аппаратов сотовой связи на здоровье пользователей ведутся уже несколько лет, при этом самым главным аргументом защитников радиотелефона было отсутствие достоверных ...

Исследование рынка операторов сотовой связи

Скачать

67709

5

3

... странах. На сегодняшний день "Дельта Телеком" располагает самой широкой территорией охвата среди петербургских операторов сотовой связи (70 % Ленинградской области - охватывает 90% населенных территорий). Компания занимает 37% петербургского рынка сотовой связи и 28% среди операторов всех стандартов сотовой связи на Северо-Западе России. Осознавая свое превосходство по предоставлению ...

Комплексное исследование рынка сотовой связи на примере

Скачать

53507

7

11

... представление отчета о его результатах, который нередко сопровождается выступлением исполнителя с докладом перед представителями заказчика. 2 Маркетинговое исследование рынка сотовой связи на примере ОАО «Краснодарская Сотовая Связь» 2.1 Сотовая Связь – введение Сотовая связь одна из наиболее динамично развивающихся отраслей. С самого начала существования сотовых сетей в России (с 1991 г.) ...

Маркетинг на рынке услуг сотовой связи

Скачать

79862

8

0

... других услуг компании «Билайн», либо использовать, но через определенный промежуток времени (когда аудитория сайта расширится или изменится).Заключение В данной курсовой работе была рассмотрена тема «Маркетинг на рынке услуг сотовой связи». В первой главе рассмотрена история развития сотового бизнеса в России. Можно выделить следующие тенденции развития сотового рынка в России:1) Активный ...