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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne GSM à faire soi-même. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique /Les communications mobiles Récemment, la zone de couverture des réseaux GSM 900 a considérablement augmenté en Russie, mais la situation est loin d'être idéale. Si dans les pays européens le problème de la réception incertaine est pratiquement absent, la plupart des utilisateurs domestiques le rencontrent souvent - dans les maisons de campagne, dans les chalets d'été, etc. Et comme ce serait merveilleux d'aller pêcher, chasser, au village sans perdre le contact avec le monde extérieur ! La clé pour résoudre ce problème réside dans les antennes externes directionnelles ou non directionnelles. Certes, l'achat d'une antenne ne suffit pas - vous devez l'installer et la configurer correctement. Les lecteurs familiarisés avec l'électronique radio pourront fabriquer et configurer indépendamment une antenne fonctionnant dans la norme GSM. Aujourd'hui, nous allons parler des types d'antennes et de la façon de les installer et de les configurer. Certificat Pour faire simple, un téléphone mobile est une radio bidirectionnelle qui émet sur différentes fréquences. Au total, il y a 900 fréquences dans la norme GSM 124. Le téléphone, comme la station de base, peut fonctionner sur n'importe quelle fréquence déterminée par l'opérateur. La station de base (BS) transmet et le téléphone (MS) reçoit sur les fréquences 935,2 - 959,8 MHz. Le téléphone mobile transmet et la station de base reçoit à des fréquences de 890,2 à 914,8 MHz. Le canal de BS à MS est appelé Down Link, de MS à BS - Up Link. La plupart des opérateurs utilisent une limitation de la portée d'un téléphone mobile à partir d'une station de base - 35 km, ce qui est dû aux particularités de la norme. Expliquons que dans un réseau de configuration standard, 8 intervalles de temps (intervalles de temps) sont formés dans un canal de fréquence : l'un est de service et sept sont de conversation. C'est dans ce cas que la portée maximale de communication sur chaque canal est de 35 km. Cependant, le GSM fournit également une configuration de cellule non standard, dans laquelle la portée de communication est augmentée de 70 à 100 km (configuration de cellule étendue). Malheureusement, avec cette configuration, le nombre de canaux parlés est réduit à 2 - 3, ce qui réduit la capacité du réseau. Utiliser ce mode en ville et à proximité de l'opérateur n'est pas rentable. Ce mode est parfois utilisé sur la côte pour créer une couverture côtière. Ainsi, si vous possédez un téléphone GSM 900, n'essayez pas d'établir une connexion à plus de 35 km de la station de base la plus proche. La portée de communication maximale que j'ai atteinte est de 34 km. Gamme de communication Les facteurs suivants affectent la portée radio :
En règle générale, les stations de base ont une puissance de 20 à 30 watts. Les antennes sont fouet ou directionnelles. La sensibilité des stations de base est de -100 dB - 115 dB. Bien entendu, l'utilisateur ne peut pas modifier ou influencer tous ces paramètres. La puissance de sortie du téléphone est de 0,3 à 2 W, la sensibilité est de 90 à 105 dB. La sensibilité d'un téléphone est principalement déterminée par les technologies utilisées pour créer des périphériques d'entrée à faible bruit. Si dans les zones de réception fiable la différence de sensibilité et de puissance entre les modèles est presque imperceptible, alors dans la zone de réception incertaine elle peut devenir critique. Souvent, le combiné affiche un niveau de signal de la station de base de 1 à 2 cubes (sur une échelle), mais ne peut pas établir de connexion : il n'y a pas assez de puissance. Et bien que la normalisation ETSI réglemente les puissances de sortie standard pour chaque classe de téléphones, la valeur réelle peut légèrement fluctuer. Les tubes SAGEM, Alcatel, Motorola se distinguent par une bonne sensibilité. Et en termes de puissance, tous les anciens téléphones passent, notamment Motorola. Tous les téléphones de la phase 2 ont à peu près la même puissance. Quant au relief, les vagues se propagent mieux sur les terrains plats et le long de la rivière. Plus vous êtes haut (dans des limites raisonnables), meilleur est le signal. La forêt « éteint » parfois plus les vagues que le développement urbain. Recherche de signaux Donc, vous êtes sorti de la ville et souhaitez vous offrir une connexion. Montez sur le toit, le grenier ou le point le plus élevé près de la maison ou de l'endroit dont vous avez besoin. Si le téléphone capte le réseau, mais à la limite (ou instable), vous avez toutes les chances d'arranger les choses en utilisant une antenne externe. Si la distance jusqu'à la station est inférieure à 30 km et que le réseau n'est pas capté, essayez également d'utiliser une antenne. Dans ce dernier cas, essayez de négocier avec les vendeurs le retour de l'antenne si l'expérience échoue. Si le signal, bien que très faible, était toujours capté, composez n'importe quel numéro de ville - pour vérifier. Si au cours d'une conversation l'audibilité est normale et que l'interlocuteur ne se plaint pas de la perte de morceaux de votre discours, alors l'énergie des deux lignes (UL et DL) est équilibrée et vous pouvez utiliser une antenne standard réglée sur la fréquence moyenne entre le fréquences de réception et d'émission. Si l'interlocuteur disparaît de temps en temps, il faut "renforcer" la direction descendante de la station de base vers votre téléphone. Cela vaut peut-être la peine de chercher un téléphone avec une meilleure sensibilité. Mais si vous avez du mal à vous entendre, vous devez amplifier la direction de votre téléphone à la station de base. Déjà à ce stade, il est clair que lors du choix du type d'antenne et de ses paramètres, il est souhaitable de prendre en compte les données et les conditions de réception de l'opérateur. Dans les zones de mauvaise réception, des interférences (interférences) sont souvent observées entre des canaux de fréquences identiques et adjacentes. Malheureusement, la ressource en fréquences allouée aux opérateurs GSM 900 en Russie est limitée, c'est pourquoi les fréquences de différentes stations de base avec des niveaux de signal identiques ou voisins sont souvent "visibles" dans la zone de réception incertaine. De telles fréquences créent des interférences mutuelles qui interfèrent avec la communication, et à certains niveaux de signal, la communication devient complètement impossible. Si un signal fort de la station de base est fixé sur l'écran du téléphone et que la connexion ne peut pas être établie ou est possible, mais que la parole disparaît tout le temps, vous êtes alors confronté à des "étrangers". Il est loin d'être toujours possible de "forcer" le téléphone à sélectionner une fréquence différente, mais une fonction spéciale des téléphones Nokia - Netmonitor - vous permet de le faire. J'ai rencontré un problème similaire dans une datcha, qui est séparée d'une grande ville par un espace plutôt ouvert. Le téléphone recevait des canaux de fréquence adjacents avec des niveaux de 70 dB, 73 dB et 72 dB, mais la qualité de l'appel laissait beaucoup à désirer. La seule chose qui m'a sauvé a été la sélection forcée d'un autre canal de fréquence avec un niveau inférieur - 80 dB. Cependant, avec une ressource de fréquence limitée, même la reprogrammation de fréquence du réseau n'aide pas toujours. Cependant, si votre téléphone ne dispose pas de Netmonitor, vous pouvez utiliser une antenne directionnelle externe avec un bon diagramme de rayonnement. Il ne reste plus qu'à faire le bon choix. Sélection d'antenne Comme déjà mentionné, ce sont les antennes externes qui vous permettent d'augmenter la portée et la qualité de la communication. Pour les téléphones, les antennes externes fouet et log-périodiques, ainsi que les antennes à canal d'onde, sont principalement utilisées. Nous répétons qu'en Europe occidentale il n'y a pas de zones de réception incertaine. Par conséquent, les antennes directives pour les terminaux GSM 900 ne sont pratiquement pas produites. Si le fabricant propose une antenne propriétaire directionnelle GSM 900, elle est généralement conçue pour fonctionner avec des répéteurs (répéteurs) d'opérateurs. Dans la CEI et en Europe de l'Est, les antennes directionnelles sont fabriquées de manière artisanale. En outre, il existe de petites usines en République tchèque, en Pologne et dans les États baltes. Une simple antenne magnétique de voiture a un gain de 1 à 3 dB (1 à 2 cubes sur l'échelle du téléphone), un canal d'onde - 7 à 15 dB (selon le nombre d'éléments, la qualité de construction et les réglages de l'antenne), ce qui est déjà 2 - 3 cubes sur l'échelle et antenne log-périodique - 7 - 12 dB. Une antenne de voiture est un pôle vertical de longueur d'onde 3/4, 1/2 ou 5/8. Même une simple antenne de voiture, surélevée, peut corriger la situation avec une connexion incertaine. Le fait est que lorsque vous parlez au téléphone, environ 10 à 20% de l'énergie est absorbée par le corps de l'utilisateur. Par conséquent, en levant l'antenne fouet, vous réduisez l'influence des objets environnants sur celle-ci. J'ai moi-même observé comment des dipôles maison, demi-onde et verticaux, surélevés de 5 m, résolvaient le problème de la communication. Expliquons comment est réalisé un tel dipôle.
Nous nettoyons d'une extrémité le câble de télévision blanc RG6U. On obtient le conducteur central et la tresse du câble. Nous soudons un fil de cuivre de n'importe quelle épaisseur d'environ 8,2 cm de long (pour la bande 900 MHz) au conducteur central et le fixons verticalement vers le haut. Nous soudons un deuxième morceau de fil de même longueur à la tresse et le fixons verticalement vers le bas (Fig. 1). Nous obtenons quelque chose de similaire à la lettre "T", posée sur le côté. (La télévision utilise la polarisation horizontale, tandis que le GSM utilise la polarisation verticale, donc un tel dipôle est nécessaire.) Nous connectons l'autre extrémité du câble via un adaptateur au téléphone. Veillez à ne pas court-circuiter le fil central tressé, sinon le téléphone pourrait griller. Eh bien, en 5 minutes, nous avons construit une antenne primitive dont les paramètres ne sont pas inférieurs à ceux des automobiles chinoises. Laissez-moi vous raconter une histoire de ma vie. Arrivé l'été dernier en vacances en Crimée, j'ai constaté qu'il n'y avait pas de couverture fiable sur la base de l'opérateur promis. Cela signifiait que je manquerais un appel très important. Un signal sûr a été trouvé sur le toit du chalet, mais la perspective d'y rester deux semaines ne m'a pas inspiré. En 5 minutes, j'ai trouvé un morceau du bon fil (j'ai utilisé de l'aluminium au lieu du cuivre). Il a fallu encore 10 minutes pour trouver un morceau de câble de télévision de 5 mètres chez les voisins. Le Nokia 7110 dispose d'un interrupteur mécanique pour l'antenne externe. J'ai donc simplement branché le conducteur central du câble directement dans la prise téléphonique et connecté la gaine du câble au bord métallique de la prise externe du téléphone. J'ai fixé l'antenne sur le toit de la maison et au bout de 10 minutes, au grand plaisir de la famille et à l'envie des voisins, j'ai librement parlé au téléphone. Comme on dit, revenons à nos moutons. Tout d'abord, nous utiliserons une antenne fouet de voiture (5 $ - 10 $). L'essentiel ici est de ne pas tomber sur une trop mauvaise qualité. Avec Netmonitor, la vérification de l'antenne est beaucoup plus facile. Avec une antenne de voiture connectée au téléphone, le niveau du signal devrait augmenter de 1 à 3 dB (par exemple, de -60 dB à -57 dB). En dernier recours, le signal doit rester le même. Si, lors de la connexion de l'antenne, le signal diminue de 5 dB ou plus, il vaut mieux refuser d'acheter. Je tiens à noter qu'une bonne antenne de voiture de marque coûte 40 $ et plus. Cependant, même parmi les produits asiatiques à 10 dollars, il y a parfois de bonnes petites choses. Installée sur le toit de votre "maison à la campagne", une antenne de voiture peut résoudre un problème de communication. Si le gain de l'antenne de la voiture n'est pas suffisant, vous pouvez vous tourner vers d'autres - par exemple, vers une antenne directionnelle commune - un canal d'onde. Cela ressemble à une antenne de télévision ordinaire montée sur le toit d'une maison. Le canal d'onde vous permet d'obtenir un gain réel allant jusqu'à 7 - 15 dB avec un modèle de directivité optimal. Mais il a un inconvénient - bande étroite. La différence entre la fréquence de réception et de transmission dans le GSM 900 est de 45 MHz et la plage de fonctionnement complète est de 890 à 960 MHz (bande passante de 70 MHz). Il est difficile d'obtenir une réponse linéaire ou quasi linéaire sur une plage aussi large. Par conséquent, il est souhaitable de rendre le canal d'onde en fonction de la fréquence de l'opérateur et de l'emplacement spécifique, et en fonction de la situation, de déplacer la résonance vers la fréquence des directions ascendante ou descendante. Pour une plus grande bande passante, seul un vibrateur à boucle doit être utilisé, en l'associant au câble - par exemple, avec une boucle d'équilibrage ; vous devez également vous limiter à un petit nombre d'éléments, disons 3 à 12, car s'il y en a plus, il sera difficile de régler l'antenne sans équipement, de plus, la plage de fonctionnement de l'antenne se rétrécit. J'ai dû faire face à beaucoup de canaux d'ondes artisanaux. Je précise : dans la plupart des antennes, le gain était inférieur à 7 dB, certaines avaient une résonance à des fréquences de 700 - 800 MHz au lieu de la bande GSM et un taux d'onde stationnaire supérieur à 3 (pendant la transmission, cela peut facilement endommager la sortie du téléphone organiser). Les antennes artisanales fabriquées et réglées par des professionnels étaient rares. Viennent ensuite les antennes log-périodiques (elles peuvent également être trouvées sur le marché de la radio). Par rapport au canal d'onde, ils ont une plage de fonctionnement plus large. Par conséquent, de telles antennes sont moins critiques pour la précision de la fabrication et du réglage. Le gain réel atteint ici 10 - 14 dB. Théoriquement, si nécessaire, vous pouvez connecter 2 canaux d'onde, l'un accordé à la fréquence de réception, l'autre à la fréquence d'émission, mais c'est déjà un système trop compliqué. Adaptateurs de câble et d'antenne Dans la bande 900 MHz, le choix du câble devient primordial. Les câbles coaxiaux de télévision domestique ne peuvent être utilisés que dans une mesure limitée (une atténuation de plus de 30 dB à 100 m est trop élevée). Parmi les échantillons importés disponibles, RG6 est un câble coaxial à double tresse. Vous pouvez le trouver dans n'importe quel magasin. L'atténuation est de 20 à 24 dB par 100 m (testée expérimentalement). Les antennes fouets industrielles comprennent généralement un câble RG59 avec une atténuation de 28 dB à 100 m. Une antenne à canal d'onde de 12 dB et 10 m de câble RG6U donnent un gain total de 9,6 dB et à 20 m de 7 dB. La plupart des téléphones ont un connecteur pour une antenne externe. De plus, pour chaque type de téléphone, il existe un soi-disant adaptateur d'antenne (environ 5 $), il se connecte au connecteur spécifié et est un court morceau de câble, sur un côté duquel se trouve un connecteur téléphonique haute fréquence spécifique , et de l'autre - un connecteur RF standard. En règle générale, l'atténuation dans l'adaptateur d'antenne ne dépasse pas 1 dB. Lors de l'achat d'un adaptateur d'antenne, assurez-vous qu'il fonctionne. Lorsque l'adaptateur est branché sur le téléphone, l'antenne intégrée au téléphone est désactivée et l'étage de sortie bascule sur l'adaptateur. En d'autres termes, si vous connectez simplement l'adaptateur au téléphone, le signal sur la balance du téléphone devrait baisser un peu. Ensuite, vous connectez une antenne externe à l'adaptateur et le signal augmente. Si tout se passe comme ça, alors l'adaptateur fonctionne. Installation de l'antenne au sol Donc, vous avez acheté une antenne et l'avez connectée au câble et au téléphone. Nous avons grimpé jusqu'à un point élevé et procédé au réglage de l'antenne. Positionnez le téléphone de manière à ce que l'écran soit visible. Comme déjà mentionné, lors de la configuration de l'antenne avec des appareils Nokia, il est préférable d'utiliser la fonction Netmonitor. Dans la plupart des autres téléphones, vous pouvez entrer un code spécial et ouvrir un menu de service qui vous permet de voir le niveau de réception de 6 à 8 fréquences reçues par le téléphone dans l'ordre décroissant, les numéros de fréquence, la distance à la station de base, le pourcentage d'erreurs dans le canal, etc. (Pour une description de nombreux menus de service, voir . sur : 3ton.com/gsm.) S'il y a un Netmonitor, nous nous concentrerons sur le niveau du signal en décibels (rappelons que le signal est plus fort lorsque le niveau la valeur en décibels est inférieure). S'il est absent, nous ajusterons selon l'échelle de signal standard. Étant donné que les antennes de la station de base GSM 900 sont polarisées verticalement, le canal d'onde doit être placé verticalement. Lors de l'alignement des antennes, veuillez noter que le niveau du signal de réception affiché sur le téléphone change avec un délai pouvant aller jusqu'à plusieurs secondes, de sorte que l'antenne doit être tournée lentement et discrètement. Si vous connaissez la direction de la ville la plus proche, commencez par là. Tournez lentement l'antenne horizontalement. Si le signal est trouvé, votre tâche consiste à trouver la direction d'où provient le signal avec le niveau maximum. S'il n'y a pas de signal, inclinez lentement l'antenne horizontalement jusqu'à ce qu'il apparaisse. Rappelez-vous que chaque mètre de hauteur d'installation d'antenne peut être décisif. Si aucun signal n'est détecté, essayez de vous déplacer de quelques mètres sur le côté et de regarder à nouveau. Peut-être aurez-vous de la chance. Il n'est pas souhaitable d'utiliser un câble entre l'antenne et le téléphone d'une longueur supérieure à 30 m : dans ce cas, la quasi-totalité du signal est perdue dans le câble. Enfin, nous donnons les dimensions d'une antenne log-périodique faite maison pour la gamme 850 - 950 MHz (Fig. 2). Les dimensions sont tirées du site atnn.ru. Le programme de calcul du canal d'onde d'antenne se trouve à nouveau sur : 3ton.com/gsm.
Paramètres : gain - 8,3 dB, impédance - 60 ohms.
Publication : cxem.net
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