Модуль пошуку не встановлено.
09.09.2007
Сергій Шершень
До того, як стати студентом технічного вузу, я тривалий час займався і до цього дня продовжую займатися дивно цікавим видом дозвілля - радіоспортом. Для тих, хто не знає, поясню. Є такий вид захоплення радіотехнікою, який полягає в будівництві власними руками приймально-передавальної апаратури, вихід на ній в ефір і встановленні зв'язків з такими ж захопленими фанатами, як і ти сам.
У практиці радіоспорту, після встановлення зв'язку, прийнято цікавитися у кореспондента про те, на чому він працює. Завжди з гордістю за своє дітище, вам розкажуть, що за передавач використовує радіоспортсмен, яку потужність сигналу він отримує на передачу, і обов'язково охарактеризує свою антену. У радіоспортсменів є навіть така приказка: "Скажи мені, що в тебе на даху за антена, і я скажу тобі, який ти радіоспортсмен".
Дивна річ, але чомусь в мобільній техніці такого правила не існує. Зайдіть в будь-який магазин. Почитайте опис телефонів, розпитайте продавців. У кращому випадку вам скажуть, що телефон має вбудовану або зовнішню антену. А охарактеризувати її довжину, спрямованість, ступінь узгодженості з високочастотним трактом, мабуть, не зможе навіть самий підготовлений менеджер.
З одного боку, зрозуміти такий стан речей можна. Мається на увазі використання телефону стільникового зв'язку в умовах міської межі. Зона покриття базовими станціями досить хороша. В таких умовах телефон буде працювати навіть на погану антену. Але ж ми все частіше беремо апарат з собою на дачу, в заміські поїздки, в ліс. Рівень сигналу в таких місцях далекий від міських умов. Як вчинити в такій ситуації? Що робити? Для початку розібратися хоча б в елементарних принципах роботи антенного пристрою апарату.
У стандарті стільникового зв'язку GSM-900 (саме він в основному використовується російськими операторами) для передачі інформації прямого каналу (від базової станції до телефону) використовується смуга частот від 935 до 960 МГц, а зворотного каналу (від телефону до базової станції) від 890 до 915 МГц. Рознос за частотою між прямим і зворотним каналом становить 45 МГц. Один розмовний канал з урахуванням захисних смуг по краях займає смугу частот 200 кГц. Таким чином, повний діапазон системи GSM можна розбити на 124 частотних каналу. Для каналу під номером N центральні частоти обчислюються з співвідношень:
Fобратний = 890,200 + 0,200 N, 1 ≤ N ≤ 124
Fпрямой = 935,200 + 0,200 N, 1 ≤ N ≤ 124.
Для зв'язку в стандарті GSM використовуються хвилі, що представляють собою комбінацію поширюються в просторі електричних і магнітних полів. Поля характеризується векторами напруженості Е і вектором магнітної індукції Н. Ці вектора взаємно перпендикулярні. Від того, під яким кутом до горизонту спрямований вектор Е, визначається поляризація хвилі. Вона або вертикальна, або горизонтальна. В радіозв'язку прийнято використовувати хвилі з вертикальною поляризацією. На поширення таких хвиль менше впливають будівельні конструкції і рослинність. Досягаючи антени, хвиля наводить в ній корисний сигнал. При цьому напруга сигналу обчислюється за формулою:
Uc = EЧ HЧcos ц,
де Е - напруженість електричного поля, Н - діюча висота антени, ц - кут між віссю антени і вектором Е, Ч - частота). Очевидно, якщо антена і вектор напруженості будуть паралельні один одному, то cos ц буде дорівнює 1. У такому випадку напруга сигналу стане максимальним. Не слід плутати діючу висоту антени з її реальними фізичними розмірами. Справа в тому, що під символом Н в наведеній вище формулі розуміється так звана електрична довжина антени. Наближено її можна обчислити за формулою Н = л / р, де л - довжина використовуваної в сеансі зв'язку хвилі. Зі шкільного курсу фізики відомо, що довжина хвилі л визначається зі співвідношення
л = с / f,
де с - швидкість світла 300 000 км / сек., f - частота хвилі в кілогерцах.
Які висновки можна зробити з наведених вище міркувань? Для ідеального якості зв'язку необхідно мати антену, за розмірами порівнянну з довжиною хвилі, що використовується системою GSM в даному місці (а в інший соте вона буде іншою) і тримати апарат так, щоб антена була строго вертикальною. А ще краще використовувати дві різні антени. Одна буде працювати на передачу, а інша на прийом.
Цілком зрозуміло, що реалізувати подібне не вийде. Тому виробники йдуть на компроміс. Ніхто не оснащує телефони двома антенами. Апарати, як правило, обзаводяться однієї антеною з усередненими характеристиками. Якщо взяти верхню частоту за вихідну, за наведеною вище формулою, одержимо, що для GSM-стандарту необхідна антена розміром приблизно 32 сантиметри. Уявити собі телефон з такою антеною важко. Тому на практиці використовуються чвертьхвильові відрізки. Таке рішення дає вже розмір в 8 сантиметрів. Все одно багато. Тоді відрізок додатково скручують в спіраль. В результаті антена телефону зменшується приблизно до 2 сантиметрів з урахуванням короткого прямолінійного відрізка, вкручені в корпус телефону. Але штирові антени - не єдиний вид антен, якими оснащуються сучасні телефони. Ще існують вбудовані пристрої. За зовнішнім виглядом вони нагадують плоску струмопровідну пластину, закріплену всередині на задній кришці корпусу апарату. З споживчої точки зору, таке рішення дуже зручно. Відсутня постійно стирчить штир. Антену складніше зламати. Для моєї дружини така антена єдино вірне рішення. З тих пір як у неї з'явилася "розкладачка" Siemens AF-51, я практично забув, що таке зламані антени.
Слід зупинитися ще на двох характеристиках антен, які цікаві з точки зору споживача. Це діаграма спрямованості і коефіцієнт посилення. Діаграма спрямованості характеризує здатність антени концентрувати випромінюється електромагнітну енергію в певному напрямку або, навпаки, приймати енергію з певного напряму. Коефіцієнтом посилення антени називається відношення сигналу, що розвивається на клемах антени, до напруги развиваемому в цій же точці простору звичайним напівхвильового вібратором. У штирьовий антени діаграма спрямованості має форму тороїда. Можна вважати, що така антена випромінює в усіх напрямках, і хвилі переважно поширюються уздовж поверхні землі. Вбудована антена має діаграму в формі витягнутого еліпса, де максимум направлений перпендикулярно задній стінці корпусу.
У продажу можна зустріти безліч зовнішніх антен. Умовно їх поділяють на ненаправлення і спрямовані. До перших відносяться різного роду штирові види. Особливо поширені автомобільні штирі для кріплення на корпусі автомобіля (рис. 1). До другого класу слід віднести антени типу "хвильовий канал" (рис. 2) і "логоперіодічеськие" (рис.3). Зовні такі антени нагадують поздовжню вісь з нанизаними на неї поперечними вібраторами.
У сукупності система "телефон - антена" є електричний ланцюг. Радіохвиля, досягаючи антени, наводить в ній високочастотний струм. Він протікає вздовж антени, проходить через вхідні пристрої, корпус телефону, тіло користувача і стікає в землю. Чим надійніше земляний контакт, тим краще працює антенна система.
Робимо практичні висновки. При встановленні зв'язку в місті слід дотримуватися двох простих правил. Тримати мобільник по можливості в вертикальному положенні і не торкатися пальцями антени (задньої кришки, де всередині корпусу розташована внутрішня антена). Тим самим ви не будете вносити спотворення в діаграму спрямованості. Телефон буде випромінювати оптимальну потужність сигналу. В іншому випадку йому доведеться збільшувати сигнал. Якщо апарат має вбудовану антену, то, по можливості, зорієнтуйте його на максимум сигналу. Робиться це так. Маєте в своєму розпорядженні апарат в вертикальному положенні на витягнутій руці і повільно починаєте обертатися навколо своєї осі. За свідченнями на дисплеї оцінюєте стан, в якому рівень сигналу максимальний. Фіксуєте своє положення в просторі і встановлюєте зв'язок. До речі, властивість спрямованості внутрішньої антени можна використовувати в екстремальних ситуаціях. Розповім один випадок, що стався зі мною. З друзями вирушили за грибами. Машину залишили на галявині, а самi заглибились у лiс. Коли добиралися до місця, я помітив на узбіччі дороги вишку базової станції. Машинально запам'ятав напрямок на неї. Гриби збирали, просуваючись уздовж натоптаний стежки. Однак, захопившись процесом, дуже скоро втратили її з поля зору. Зі мною була п'ятирічна дочка. Навіть вона стала розуміти, що ми заблукали. Спроби знайти дорогу за прикметами результату не дали. Ще трохи, і дитина розридався б у мене на руках. І тут я згадав про NOKIA 3310, що лежав у мене в кишені. Цей телефон має вбудовану антену. Використавши вищеописаний метод визначення максимуму сигналу, я, не розбираючи дороги, з дитиною на плечах пішов, як по компасу, зрідка зупиняючись і коректуючи напрям руху. Ми вийшли в десяти метрах від машини.
Перш за все, про використання мобільного телефону в складних з точки зору зв'язку умовах, слід замислюватися вже на етапі покупки апарату. При плануванні використовувати його за містом, на дачі та інших місцях з поганим покриттям слід звернути увагу на наявність в телефоні роз'єму для підключення зовнішньої антени. Зазвичай цей роз'єм знаходиться на задній панелі і закривається заглушкою. Не всі телефони їм оснащуються. Деякі виробники, наприклад NOKIA, категорично не ставлять їх на своїх апаратах. Мабуть, вони позиціонують свою продукцію виключно для зв'язку в умовах гарного покриття. Далі слід запитати продавця і при наявності придбати антенний перехідник (рис.4). Це шматочок високочастотного кабелю з двома штекерами. Один підключається до гнізда, інший до зовнішньої антени. На даному етапі слід бути обережним. Можна нарватися на дешеву підробку. Краще відразу перевірити перехідник. Виберіть місце, де рівень сигналу по індикації на дисплеї буде трохи менше повного. Наприклад, в кутку торгового залу або за металевою вітриною. Підключіть перехідник. Він повинен вставлятися щільно і не вискакувати. Приберіть руки від кабелю. У момент включення перехідника антена телефону відключається. Це повинно привести до погіршення сигналу. Далі сигнал може знову повернутися до колишнього рівня. Якщо сигнал пропав зовсім або при підключенні не змінився - відмовляйтеся від покупки перехідника.
Зрозуміло, вам також знадобиться і зовнішня антена. Можливі два варіанти. Купівля ненаправленного вібратора. Зазвичай це автомобільні антени, у вигляді четвертьволнового штиря з кабелем і роз'ємом на кінці. У підставі штиря може бути зроблена спіраль, що подовжує електричний розмір антени, і магнітне пристосування для кріплення на даху автомобіля, або пристосування для кріплення під гвинт. Такі антени дуже прості в установці і недорогі. Але вони ж, в силу кругової діаграми спрямованості, дають і найменший ефект від використання антени. Я рекомендую звернути увагу на спрямовані антени типу "хвильовий канал" або логоперіодічеськие. Вони мають більший коефіцієнт посилення і вузьку діаграму спрямованості, а значить, істотніше підвищують якість зв'язку. Оціночно перевірити антену в магазині можна, підключивши її через перехідник до телефону. Рівень сигналу повинен збільшитися. Я говорю оціночно, тому що повну перевірку варто проводити тільки в тих умовах, в яких ви збираєтеся експлуатувати антену. Не зайвим буде домовитися з продавцем про повернення вироби, якщо вона не дасть бажаного результату.
Істотним недоліком готових покупних антен є їх ціна. Особливо дороги логоперіодічеськие антени. Але є вихід. В Інтернеті є сайти з інформацією про виготовлення антени своїми руками. Ось деякі посилання:
- http://radko.at.tut.by/antenna/pin.htm ;
- http://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/gsm1.shtml ;
- http://gsm.net.ua/long.html ;
- http://gsm.net.ua/mobilenews.html.
Повірте, виготовити антену зможе будь-яка людина, яка хоча б раз в житті тримав в руках паяльник. У такого шляху є і ще одна перевага. Справа в тому, що готові антени виготовляються з урахуванням усереднених характеристик діапазону GSM. Ви ж можете підігнати розміри антени під ваші умови. Для цього необхідно дізнатися частоту або номер каналу тієї базової станції, з якої планується встановлювати зв'язок. Дізнатися її можна, скориставшись інженерною меню вашого телефону. Інженерні коди ви не знайдете в описі телефону. Зате їх легко можна знайти в Мережі.
При виготовленні антени слід врахувати ще два моменти. Кабель для зв'язку антени і телефону необхідний з хвильовим опором 50 Ом. Звичайний телевізійний не підійде. Довжину кабелю слід робити якомога коротше і збігається з парною кількістю довжин хвиль. У довгому кабелі будуть дуже великі втрати, що призведе до нуля результат використання саме антени.
Тепер про встановлення. За допомогою телефону визначте точку, де сигнал базової станції приймається. Зазвичай це найвища точка на місцевості. На дачній ділянці, швидше за все, доведеться залізти на дах дачного будиночка. Послідовно підключіть до телефону антенний перехідник і антену. Повільно обертаючи антену вправо - вліво по сектору, визначте напрямки максимального прийому. Запам'ятайте цей напрямок і закріпіть антену. До речі, про кріплення. Про нього варто подумати заздалегідь. Виробники антен в кращому випадку обладнають свою продукцію простим кільцем і затяжним гвинтом. Явно мало. Необхідно придумати щось на зразок щогли. Це завдання можна вирішити за допомогою кріплення для супутникових тарілок. Їх недорого можна придбати в спеціалізованих магазинах. Далі проводимо і закріплюємо кабель зниження в приміщення. Найчастіше кабель подається через просвердлений отвір у віконній рамі. Цей отвір слід добре загерметизувати віконної замазкою або силіконовим герметиком. Справа в тому, що оболонка кабелю робиться з матеріалів, дуже добре змочуваних водою. За нею, як по трубопроводу, в роз'єм перехідника може надходити волога, що утворилася від роси чи дощу. До речі, якщо кінець кабелю, підключеного до антени, не закрите, його також слід загерметизувати силіконом. Інакше вода буде просочуватися всередину кабелю.
Для поліпшення якості прийому телефон слід покласти на будь-якої об'ємний металевий предмет. Це покращує електричну зв'язок апарату з землею і підвищує якість зв'язку. У мене, наприклад, на дачі апарат лежить на металевій шафі. У самому крайньому випадку можна використовувати перевернуте догори дном відро. І ще один практичний рада з життя. Припустимо, ви їдете на машині і говорите по телефону (пам'ятаєте - це заборонено правилами дорожнього руху). Якість зв'язку погане. Що робити? Зупиніться. Вийдіть з машини і розташуйте телефон над дахом автомобіля. Ви не повірите - рівень сигналу збільшиться на два-три поділки по шкалі на дисплеї. З цієї ж причини слід встановлювати зовнішню антену на машині саме на даху. Тим самим ви вичавите з неї все, на що вона здатна.
Загалом, хочеться звернутися до людей, які бажають отримати від телефону максимально якісний зв'язок. У вирішенні цього завдання вам не допоможе гарний якісний дисплей або наявність мультимедійних пристроїв. Слід звернути пильну увагу саме на антенне господарство вашого апарату. Від цього простого і в той же час складного пристрою залежить, досягнете Ви бажаного результату чи ні.
Як вчинити в такій ситуації?
Що робити?
Які висновки можна зробити з наведених вище міркувань?
Що робити?
