GSM 手机的外置天线。方案、说明

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GSM 手机的外部天线。无线电电子电气工程百科全书

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通过配备外部远程定向天线可以增加手机的覆盖范围。拟议的文章中描述了如何自己制作这样的天线。该天线可以成功地在乡村、偏远的乡间别墅中使用，由于其尺寸较小，甚至可以在野外使用。

手机的新用户从他们的亲身经历中确信蜂窝电话通信的优点。几乎可以在任何时间、任何地点通过电话联系所需订户的能力使得这种类型的通信可能是最受欢迎和最具吸引力的。

但与任何技术手段一样，蜂窝电话除了具有众多不可否认的优点之外，也存在一些缺点。回想一下需要为谈话的每一秒付费。此外，蜂窝通信的特点是存在“死区”以及距最近基站天线较远距离处通信质量恶化等现象。

许多手机用户可能都熟悉这种情况，他们必须长时间寻找设备可以与网络建立稳定连接的地方。此外，这种情况不仅会出现在远离网络基站天线的地方（这在偏远地方很常见，例如在花园里），而且也会出现在基站信号可能被建筑物、结构元件、 ETC。

连接到移动电话的外部天线可以在这些情况下提供帮助。当然，它限制了用户的移动性，将他“束缚”在这个天线上，但这种限制对于高质量通信来说可能并不是那么昂贵的代价。

在开发手机固定外置天线时，选择了锯齿形天线设计[1, 2]，这种设计广泛用于专业通信，并深受业余无线电爱好者和电视观众的欢迎。

在蜂窝电话中使用的频率范围内的这种类型的天线能够以小尺寸实现良好的特性，制造和调谐非常简单，并且在其生产中具有良好的参数可重复性。

之字形天线由八个长度为 L 的闭合导体组成，形成两个菱形单元（见图）。天线的设计是使其导体在 a 点和 b 点激励，形成一种由四个振动器组成的同相天线阵列。电流的波腹（最大值）位于馈电点和字母 P 指示的角处。天线具有线性极化，在图中所示的情况下是垂直的。

天线方向图保持在重叠 fmax/fmin = 2...2,5 的频率范围内。天线的方向性特性相对于其导体所在的平面是对称的。

为了增加锯齿形天线的方向性，使用反射器将入射到其上的部分能量反射向天线网。天线腹板平面内反射器反射的场的相位应接近于腹板本身发射的场的相位，则发射信号和反射信号的同相场相加会增加方向系数（DRC）的天线。反射场的相位取决于屏幕的形状和尺寸，但主要取决于屏幕与天线网之间的距离。

GSM 蜂窝通信标准规定通信系统的操作频率范围为 GSM-890 的 960...900 MHz 和 GSM-1710 的 1880...1800 MHz [3，第 102 页]。 935]，并且在频率960 ... 1805 MHz和1880 ... 890 MHz，组织直接信道，并且在频率915 ... 1710 MHz和1785 ... 890 MHz-组织反向信道。在960...0,77 MHz频率范围内，与半波偶极子相比，该天线的行波系数（TWF）不低于7，效率因数不低于1710 dB。在1880…0,5 MHz频率范围内，天线的KBV不低于6，方向性因子不低于XNUMX dB。

从图中可以清楚地看出天线的设计。

GSM手机外置天线

主要设计参数L决定了天线的工作频率。对于锯齿形天线，方向性因子取决于 L/λ 之比，方向性增益在 L/λ - 0,4 时最大。当 L / λ - 0,8 时，可实现最大 KBV - 0,3，当比率 L / λ = 0,25 ... 0,5 时，KBV 至少为 0,5。因此，对于天线工作范围的平均频率，选取L=80mm，L/λ为0,37。除了L之外，天线振子的宽度d和天线网到反射器的距离也会影响KBV值。通常建议选择d=0,033λmax，其中λmax是天线工作范围的最大波长。在我们的例子中，d = 10 毫米。从增加天线方向性的角度来看，希望减少到反射器的距离，从匹配的角度来看，希望增加。在本设计中，它是45毫米，这提供了天线的上述特性。

天线片 1 和反射器 2 由 SF-1 品牌的单面箔玻璃纤维制成，厚度为 1 ... 1.5 mm。天线片由两个对称的方形单元组成，这些方形单元是沿着天线的轮廓从外部用箔玻璃纤维切割而成。用刀具从箔片的侧面刮擦之字形天线的内部轮廓，然后将箔片从天线轮廓的内部去除。为了促进去除箔片的过程，可以使用强力烙铁对其进行预热。如果需要，您可以去除天线电路内的大部分电介质。

在靠近天线片单元顶部的点处，为 M4 或 M2 螺钉钻孔。在反射器 1（屏幕）上也钻有相同的孔。一方面是天线片 2，另一方面是反射器 3，用 2,4 个螺钉将其固定到柱上。机架由任何介电材料制成（氟塑料、getinax、有机玻璃等），也可以安装金属机架。在其内部，每侧钻直径为 3,2 或 10 毫米的孔，深度约为 4 毫米，用于 M50 或 MXNUMX 螺纹的螺钉。天线由特性阻抗为 XNUMX 欧姆的同轴电缆供电。没有屏蔽编织层的电缆中心导体被焊接到 b 点，编织层（屏蔽层）被焊接到 a 点。

电缆沿着形成天线单元一侧的振动器敷设，并通过天线片P的零电位点引出。为了固定电缆，可以用镀锡线将其焊接到天线振动器上。接下来，将电缆固定在支架上，并通过天线屏上的孔引出。 FME 740 连接器焊接到馈线的末端，适配器（天线适配器，可以在手机商店购买）拧到外部手机天线的连接器上。

应该注意的是，KBV 的值很大程度上取决于所使用的同轴电缆的类型。通常，电缆越细，衰减就越大，从而降低天线的性能。同时，细电缆在连接到电话机时对用户的移动的阻碍较小，将这样的电缆连接到天线适配器更加方便。一般来说，如果从天线提供可接受信号质量的点到电话所在位置的距离不超过 2 ... 4 m（例如，天线位于室内窗户旁边），那么您可以使用带有聚乙烯电介质的较细电缆（例如 RK 50-1,5-11）。

然而，如果为了确保可接受的信号，需要将天线移动到更远的距离，则对馈线的要求就更加严格。适合这种情况的电缆 PK 50-2-21、PK 50-2-2 具有良好的特性。在所述设计中，作为2,5 m长的馈线，使用高频同轴电缆RK 50-2-21，其在900 MHz频率下的衰减系数不大于0,6 dB/m，在2 GHz - 0,8 分贝/米。

如果计划在室外使用天线，为了减少结构的风阻，反射器可以制成金属棒或管的格子形式，彼此之间的距离为0,05 λmin，这里λmin是最小值工作频率范围的波长。反射器元件平行于线 a-b，即在偏振平面内。对于接地，天线通过金属架连接到带有屏幕的天线片的 P-P 点，并且屏幕本身牢固地连接到接地母线（桅杆、支架）。在天线片内部，去除了箔片上的玻璃纤维，并且天线片的振动器元件受到介电损耗低的耐腐蚀涂层的保护。

在测试过程中，该天线可以将信号从摩托罗拉M3788手机指示器的两个等级增加到四个等级，从而保证了高质量的电话通信。

如果由此产生的天线增益不够，可以通过构建天线阵列（例如，由两个或四个锯齿形天线组成）或使用“截断”喇叭反射器来增加增益[2，第 77 页]。 XNUMX]。但这些解决方案使天线的制造和调谐变得非常复杂，因此作者尚未进行测试。

表中给出了各种蜂窝通信标准的频率和波长数据。使用它们并重新计算线性尺寸，可以为其他范围设计类似的天线。

GSM手机外置天线

文学

Kharchenko K. P. VHF 天线。 - M.：DOSAAF，1969 年。
Kharchenko K. P. DTSV 系列天线：周六：“帮助业余无线电爱好者”，卷。 94，p。 68-79。 - M.：DOSAAF，1986 年。
Ratyneky M.V.、Telegin A.V. 手机在你的口袋里。蜂窝指南。 - M.：无线电和通信，2000 年。

作者：莫斯科地区捷尔任斯基的 V.Vasilevsky。

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