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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne externe pour téléphone portable GSM. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Téléphonie La portée d'un téléphone portable peut être augmentée en l'équipant d'une antenne directionnelle externe à distance. Comment fabriquer soi-même une telle antenne est décrit dans cet article. L'antenne peut être utilisée avec succès à la datcha, dans une maison de campagne isolée et même, compte tenu de sa petite taille, sur le terrain. De plus en plus de nouveaux utilisateurs de téléphones portables sont convaincus par leur propre expérience des avantages de la communication par téléphone portable. La possibilité de contacter l'abonné souhaité par téléphone à tout moment et de presque n'importe où fait de ce type de communication peut-être le plus populaire et le plus attractif. Mais outre les avantages nombreux et indéniables de la téléphonie cellulaire, comme tout moyen technique, il existe également certains inconvénients. Rappelons-nous la nécessité de payer pour chaque seconde de conversation. De plus, les communications cellulaires se caractérisent par des phénomènes tels que la présence de zones « mortes » et une détérioration de la qualité de la communication à une distance importante de l'antenne de la station de base la plus proche. De nombreux utilisateurs de téléphones portables connaissent probablement la situation dans laquelle ils doivent rechercher pendant longtemps un endroit où l'appareil peut établir une connexion stable au réseau. De plus, de telles situations surviennent non seulement loin de l'antenne de la station de base du réseau (ce qui est typique des endroits éloignés, par exemple dans un jardin), mais également en ville, où le signal de la station de base peut être masqué par des bâtiments, éléments de structures de bâtiment, etc. Une antenne externe connectée à un téléphone mobile peut être utile dans ces cas-là. Bien entendu, cela limite la mobilité de l'abonné et le « lie » à cette antenne, mais cette limitation n'est peut-être pas un prix si élevé à payer pour une communication de haute qualité. Lors du développement d'une antenne externe fixe pour téléphone portable, une conception d'antenne en zigzag a été choisie [1, 2], largement utilisée dans les communications professionnelles et populaire parmi les radioamateurs et les téléspectateurs. Les antennes de ce type dans la gamme de fréquences utilisée en téléphonie cellulaire permettent de bonnes performances avec de petites dimensions, sont assez simples à fabriquer et à configurer et présentent une bonne répétabilité des paramètres lors de leur production. L'antenne en zigzag est constituée de huit conducteurs fermés de longueur L, formant deux cellules en forme de losange (voir figure). La conception de l'antenne est telle que ses conducteurs, excités aux points a et b, forment une sorte de réseau d'antennes en phase de quatre vibrateurs. Les ventres (maximas) du courant sont situés aux points d'alimentation et dans les coins indiqués par les lettres P. L'antenne a une polarisation linéaire, dans le cas montré sur la figure - verticale. Le diagramme de rayonnement de l'antenne est maintenu dans la plage de fréquences avec un chevauchement fmax/fmin = 2...2,5. La caractéristique de directivité de l'antenne est symétrique par rapport au plan de ses conducteurs. Pour augmenter la directivité d'une antenne en zigzag, on utilise un réflecteur qui réfléchit une partie de l'énergie incidente sur celle-ci vers la bande d'antenne. La phase du champ réfléchi par le réflecteur dans le plan du tissu d'antenne doit être proche de la phase du champ émis par le tissu lui-même, puis l'ajout des champs en phase des signaux émis et réfléchis augmente le coefficient de directivité. (DA) de l'antenne. La phase du champ réfléchi dépend de la forme et de la taille de l'écran, mais principalement de la distance qui le sépare de la surface de l'antenne. La norme de communication cellulaire GSM prévoit le fonctionnement de systèmes de communication dans les gammes de fréquences 890...960 MHz pour le GSM-900 et 1710 1880...1800 3 MHz pour le GSM-102 [935, p. 960], et un canal aller est organisé aux fréquences 1805...1880 MHz et 890...915 MHz, et un canal inverse est organisé aux fréquences 1710...1785 MHz et 890...960 MHz. Dans la gamme de fréquences 0,77...7 MHz, l'antenne a un coefficient d'onde progressive (TWC) non pire que 1710 et un gain non pire que 1880 dB par rapport à un dipôle demi-onde. Dans la gamme de fréquences 0,5 6...XNUMX XNUMX MHz, le BEF de l'antenne n'est pas pire que XNUMX et le facteur d'efficacité n'est pas pire que XNUMX dB. La conception de l'antenne ressort clairement de la figure.
Le principal paramètre calculé L détermine la fréquence de fonctionnement de l'antenne. Pour une antenne en zigzag, le coefficient de directivité dépend du rapport L/λ, la directivité étant maximale à L/λ - 0,4. Le BEF maximum - 0,8 est atteint à L/λ - 0,3, et avec des rapports L/λ = 0,25...0,5, le BEF est d'au moins 0,5. Par conséquent, pour la fréquence moyenne de la plage de fonctionnement de l'antenne, la valeur L = 80 mm a été choisie, avec L/λ - 0,37. En plus de L, la largeur des vibrateurs d'antenne d et la distance entre la bande d'antenne et le réflecteur influencent l'amplitude du BEF. Il est généralement recommandé de choisir d = 0,033λmax, où λmax est la longueur d'onde maximale de la plage de fonctionnement de l'antenne. Dans notre cas d = 10 mm. Du point de vue de l'augmentation de l'efficacité de l'antenne, il est souhaitable de réduire la distance au réflecteur, et du point de vue de l'adaptation, de l'augmenter. Dans cette conception, il est de 45 mm, ce qui garantit les caractéristiques d'antenne ci-dessus. La feuille d'antenne 1 et le réflecteur 2 sont constitués d'un stratifié de fibre de verre recouvert d'une feuille sur une face de la marque SF-1 d'une épaisseur de 1 à 1.5 mm. La feuille d'antenne est formée de deux cellules carrées symétriques, découpées de l'extérieur dans une feuille de fibre de verre le long du contour de l'antenne. Le contour intérieur de l'antenne en zigzag est gratté avec un cutter du côté de la feuille, après quoi la feuille de l'intérieur du contour de l'antenne est retirée. Pour faciliter le processus de retrait du film, vous pouvez le préchauffer avec un fer à souder puissant. Si vous le souhaitez, vous pouvez également retirer la majeure partie du diélectrique à l'intérieur du circuit d'antenne. Aux points proches du sommet des cellules du tissu d'antenne, des trous sont percés pour la vis M4 ou M2. Les mêmes trous sont percés dans le réflecteur 1 (écran). La tôle d'antenne 2, d'un côté, et le réflecteur 3, de l'autre, sont vissés aux poteaux à l'aide de 2,4 vis. Les racks sont réalisés en n'importe quel matériau diélectrique (plastique fluoré, getinax, plexiglas, etc.), des racks métalliques peuvent également être fournis. À l'intérieur d'eux, des trous d'un diamètre de 3,2 ou 10 mm sont percés de chaque côté sur une profondeur d'environ 4 mm pour les vis à filetage M50 ou MXNUMX. L'antenne est alimentée par un câble coaxial d'une impédance caractéristique de XNUMX Ohms. Le conducteur central du câble, débarrassé de la tresse de blindage, est soudé au point b, et la tresse (écran) est soudée au point a. Le câble est posé le long des vibrateurs qui forment l'un des côtés de la cellule d'antenne et ressort à travers le point de potentiel zéro du tissu d'antenne P. Pour fixer le câble, il peut être soudé avec du fil étamé au vibrateur d'antenne. Ensuite, le câble est fixé au support et acheminé à travers le trou de l'écran de l'antenne. À l'extrémité du chargeur est soudé un connecteur FME 740, sur lequel est vissé un adaptateur (adaptateur d'antenne, il peut être acheté dans les magasins de téléphonie mobile) pour le connecteur d'antenne externe d'un téléphone portable. Il est à noter que la valeur du BVC dépend fortement du type de câble coaxial utilisé. Généralement, plus le câble est fin, plus l'atténuation est importante, ce qui dégrade les performances de l'antenne. Dans le même temps, un câble fin, lors de sa connexion à un poste téléphonique, gêne moins les mouvements de l'abonné ; un tel câble est plus pratique à connecter à un adaptateur d'antenne. En général, si la distance entre le point où l'antenne fournit une qualité de signal acceptable et l'emplacement du téléphone n'est pas supérieure à 2...4 m (par exemple, l'antenne est située à l'intérieur près d'une fenêtre), alors vous pouvez utilisez un câble plus fin avec un diélectrique en polyéthylène (par exemple, RK 50-1,5-11). Si, pour garantir un signal acceptable, l'antenne doit être déplacée sur une plus grande distance, les exigences relatives au chargeur deviennent plus strictes. Les câbles RK 50-2-21 et RK 50-2-2 ont de bonnes caractéristiques pour ce cas. Dans la conception décrite, un câble coaxial haute fréquence RK 2,5-50-2 a été utilisé comme alimentation de 21 m de long avec un coefficient d'atténuation à une fréquence de 900 MHz ne dépassant pas 0,6 dB/m, à une fréquence de 2 GHz. - 0,8 dB/m. Si vous envisagez d'utiliser l'antenne à l'extérieur, pour réduire le vent de la structure, le réflecteur peut être réalisé sous la forme d'une grille de tiges ou de tubes métalliques situés à une distance de 0,05 λmin les uns des autres, ici λmin est la longueur d'onde minimale de la gamme de fréquences de fonctionnement. Les éléments réflecteurs sont orientés parallèlement à la ligne a-b, c'est-à-dire dans le plan de polarisation. Pour mettre l'antenne à la terre, les points P-P de la tôle d'antenne sont connectés à l'écran avec des supports métalliques, et l'écran lui-même est solidement fixé au bus de mise à la terre (mât, support). À l'intérieur de la feuille d'antenne, le stratifié de fibre de verre est retiré, libéré de la feuille, et les éléments des vibrateurs de la feuille d'antenne sont protégés par un revêtement anticorrosion à faibles pertes diélectriques. Lors des tests, l'antenne a permis d'augmenter le signal de deux gradations de l'échelle indicatrice du téléphone portable Motorola M3788 à quatre, ce qui a assuré une communication téléphonique de haute qualité. Si le gain d'antenne obtenu n'est pas suffisant, il peut être augmenté en construisant un réseau d'antennes, par exemple de deux ou quatre antennes en zigzag, ou en utilisant un réflecteur de type cornet « tronqué » [2, p. 77]. Mais ces solutions compliquent considérablement la fabrication et la configuration de l'antenne et n'ont donc pas été testées par l'auteur. Les données sur les fréquences et les longueurs d'onde de diverses normes de communication cellulaire sont présentées dans le tableau. En les utilisant et en recalculant les dimensions linéaires, vous pouvez concevoir des antennes similaires pour d'autres bandes.
littérature
Auteur : V.Vasilevsky, Dzerzhinsky, région de Moscou.
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