Эффективность встроенных антенн сотовых телефонов

Что потребуется для работы?

Перед тем как усилить сигнал сотовой связи своими руками, необходимо собрать все, что потребуется для создания устройства. Необходимо найти или купить:

  • двойной блок для соединения проводов;
  • металлическую проволоку, но не медную (длина 350-400 мм);
  • отрезок пластиковой трубы (от 150 до 200 мм);
  • небольшой кусок пластика;
  • коаксиальный кабель;
  • болты и гайки;
  • плоскогубцы;
  • изоленту.

Что такое сотовый телефон

Прежде чем заняться поиском и реконструкцией внешних антенн для мобильного устройства необходимо понять, как устроен современный сотовый аппарат. А он представляет собой маленькую радиостанцию, работающую на разных частотах, определяемых сотовым оператором.

Любые провайдеры ограничивают дальность связи мобильного телефона от базовой станции на расстоянии до 35 км. При этой конфигурации количество разговорных каналов достигает 8 и является стандартным режимом, используемым в городской зоне. Тогда как GSM предусматривает нестандартную конфигурацию с дальностью связи 70–100 км (Extended Cell), но при этом каналов становится меньше — максимум 3. Последний режим обычно используется в прибрежной зоне покрытия.

Вина лежит на прошивке «тела»

Неправильная работа программных средств — частая причина некорректного функционирования телефонов. Перепрошивка — операция несложная, но ее используют только для тех смартфонов, срок гарантии которых уже истек. Для каждого производителя и модели в сети можно найти все необходимое: как заводскую прошивку, так и приложения для ее осуществления.

Чтобы не потерять все важные контакты и данные, сначала делают резервные копии. Однако данный способ не панацея: в этом случае владельцы нередко добиваются противоположного результата. Многие пользователи, решившиеся на такой «подвиг» отмечают, что качество сигнала, наоборот, ухудшилось. Если перепрошивка не помогла совсем, то надо использовать другие подсказки.

Если причина в дефекте антенны

Некорректно работающее устройство для приема и излучения волн в телефоне — еще одна из наиболее часто встречающихся причин. Этим нередко грешат недорогие китайские модели смартфонов, в которых соединение материнской платы с антенной очень далеко от идеала.

  1. Так как все устройства очень отличаются, то сначала хозяева ищут на просторах интернета видеоролики, показывающие, как правильно открывать его модель.
  2. Находят антенну. Обычно она располагается в верхней либо в нижней части корпуса. Если контакты неплотно прилегают к шлейфу, находящемуся с тыльной стороны, то их подправляют пинцетом.

Затем телефон собирают и проверяют сеть. Если результат так и остается нулевым, сигнал слабым, то действуют дальше.

Если причины — проблемы внутри

Так как способов усилить сигнал довольно много, начинать лучше с наиболее простых вариантов, постепенно переходя к более сложным методам.

Если слабый сигнал с базы

Самый простой ответ на вопрос, как усилить сигнал сотовой связи своими руками, — специальное оборудование. Однако чтобы обеспечить качество, лучше приобрести заводское изделие. Этот пассивный метод — установка GSM-антенны, ее подключают к телефону непосредственно через разъем. Такая конструкция будет успешно улавливать радиоволны, а затем без проблем передавать их на смартфон.

Для загородного дома или дачи самым практичным решением станет антенна, имеющая SMA-разъем, усиление 1-5 dBi. Ее цена — то 300 до 1000 рублей, поэтому по бюджету она ударит не слишком сильно. Крепят конструкцию на фасад либо на крышу. Но устройство будет эффективно, если местность позволяет принимать хотя бы минимальный сигнал: одного-двух делений хватит.

Минусов у способа несколько. Если нет роутера, то мобильник автоматически превращается в стационарный аппарат. Высокочастотный кабель, передающий сигналы от антенны, оснащен редким разъемом SMA, а он потребует переходника. Если кабель имеет максимальную длину, то качество сигнала будет не самым лучшим, так как он будет частично «теряться». Однако потери эти не так значительны, чтобы оказываться от этой возможности.

Как работает репитер?

Это электронное устройство — ретранслятор. Связь между базой сотового оператора и мобильным телефоном абонента происходит так: сигнал, который ловит внешняя антенна, по коаксиальному кабелю с разъемами поступает на репитер, являющийся усилителем и ретранслятором.

При звонке абонента все происходит наоборот. Сигнал от телефона перехватывают внутренние антенны, те через кабели отправляют его в репитер. Там он усиливается, а затем следует по кабелям к внешней антенне. Она — последнее звено цепи — передает сигнал на базовую станцию оператора.

В этом случае речь идет не только о том, как усилить сигнал сотовой связи своими руками. Помимо удобства и возможности беспроблемного общения система уменьшает негативное влияние электромагнитных полей, которые исходят от сотовых аппаратов. Слабый сигнал «заставляет» их рассеивать в пространство большую СВЧ-мощность, необходимую для преодоления расстояния до базовой станции.

Как самому сделать антенну к сотовому телефону

Антенну «на скорую руку» можно сделать из того, что есть в доме

  1. Взять медную проволоку и согнуть её в ромбовидную «восьмёрку» со стороной 8 см. Кабелем соединить антенну с телефоном, предварительно зачистив его концы. В горизонтальном положении прикрепить к потолку, где есть более сильный сигнал.
  2. Использовать кулинарную фольгу, сделав из неё большой «кулёк» и вложив него мобильный телефон.
  3. Можно использовать железный тазик подходящего размера, использовав его как параболическую антенну с мобильником в фокусе.

Домашняя антенна, которая подходит в основном для усиления сигнала. Для этого понадобятся: плоскогубцы, клещи или нож, коаксиальный кабель, паяльное оборудование, медный провод (8 см) и переходник для мобильного устройства (можно китайский).

  1. Зачистить один конец высокочастотного кабеля так, чтобы не повредить центральную жилу, он будет подключён к антенне. Другой конец подсоединяется к телефону.
  2. Медный провод припаять к сердечнику кабеля так, чтобы конструкция была крепкой и располагалась вертикально вверх. Такой же провод припаять к оплётке кабеля вертикально вниз.
  3. Оба медных провода закрепить на небольшой деревянной доске, заизолировав в припаянных местах.
  4. Закрепить эту конструкцию на крыше как можно выше, а другой конец антенного кабеля подсоединить к телефону с помощью адаптера.

ВАЖНО. Следует строго соблюдать вертикальное и горизонтальное соединение медного провода с кабелем.

Переносная антенна подходит даже в том случае, если сети, вообще, нет.

Это довольно простое приспособление, но довольно эффективное. Таким устройством можно пользоваться везде. Для этого потребуется: радиоантенна от старого магнитофона, тоненький провод (0,5 м), отвёртка, паяльник и маленькая шайба.

  1. Радиоантенну разобрать у основания.
  2. К шайбочке припаять проводок.
  3. Собрать основание антенны, прикрепив шайбу с проводом.
  4. Снять крышку с телефона и найти разъём для подключения дополнительной антенны.
  5. Зачистить другой конец провода на 1–2 мм (не больше) и вставить в дырочку в центре этого разъёма.
  6. Зафиксировать провод по телефону и посмотреть на шкалу сети. Индикатор должен показать 6 из 6 палочек.
  7. Крышку от мобильного устройства можно не устанавливать.

Помимо самодельных антенн можно использовать покупные репитеры, позволяющие сделать устойчивую связь в любых помещениях и отдалённых местностях. Но стоимость такого оборудования довольно высока и сопоставима с ценой хорошего мобильного телефона, а более продвинутые решения достигают и 2–3 тысяч долларов. Поэтому в домашних условиях всегда можно воспользоваться более дешёвыми и подручными средствами усиления сигнала.

Как усилить сигнал сотовой связи своими руками?

Самую простую антенну можно относительно быстро и легко собрать самостоятельно. Несмотря на элементарность конструкции, использование самодельного прибора дает возможность значительно повысить уровень сигнала там, где перебои на исключение, а правило. Более длительная эксплуатация аккумуляторных батарей телефонов — второе преимущество усиления.

Какая внешняя антенна подходит для смартфона

На качество связи и силу сигнала также оказывают влияние местоположение, рельеф местности, погодные условия и время года, чувствительность и мощность сотового телефона и главной антенны. Автомобильная или стандартная устанавливается на улице, желательно на крыше здания или автомобиля.

  1. Волновая содержит траверсу с перпендикулярно расположенными рефлекторами. Их размеры зависят от частоты, прямо пропорциональной длине волны. Имеет явное преимущество усиления сигнала при довольно небольших габаритах. Недостатком является необходимость точного наведения на станцию.
  2. Параболическая состоит из отражателя и облучателя. Такая конструкция достаточно сильно усиливает сигнал, но при этом установка требует определённых навыков. Минусом этой антенны является нулевая эффективность при неточной настройке.
  3. Плоская панель представляет собой плоский небольшой квадрат с облучателем внутри рефлектора. Преимуществом устройства служит широкий спектр направленности, что не требует точной наводки, но при этом даёт средние показатели усиления сигнала.
  4. Штыревая конструкция — это небольшой вертикальный стержень, одновременно являющийся и облучателем, и рефлектором. Плюсом антенны выступает круговая направленность, которая не требует точной установки на базовый распределитель провайдера. Но есть нюанс, размещать такую антенну следует так, чтобы между ней и базой не было экранизирующих конструкций. Она устанавливается там, где не требуется особого усиления сигнала.
Читайте про операторов:  Код 918 - какой оператор и регион сотовой связи? Номера на 7 918, Краснодар

Настройки в телефоне

Как усилить сигнал сотовой связи? Можно в первую очередь попробовать изменить настройки принимаемого сигнала. По умолчанию смартфон будет принимать мобильный интернет более высокого уровня. На данный момент есть:

  • 2G (900 – 1800 МГц).
  • 3G (900 – 2100 МГц).
  • 4G (2600 МГц).

Проблема в том, что чем больше частота волны, тем быстрее она затухает и бьет на меньшее расстояние. Также многие операторы при использовании 4G не используют частоту 2100 МГц. В общем можно поиграться с настройками интернета и вручную выставить приоритет сети.

  1. Зайдите в «Настройки» Андроида.
  1. Найдите раздел, связанный с сетью и интернетом.
  1.  Переходим в «Мобильную связь».
  1. Найдите пункт, где вы можете выставлять тип сети – если такого пункта нет, то откройте «Дополнительные настройки».
  1. По умолчанию будет стоять самая высокий тип сети – чаще всего это 4G. Но как мы уже и говорили, при этом связь может быть хуже. Как вариант можно попробовать выставить 3G или 2G интернет.

Причины слабого сигнала

Самые главные преграды для него — стены высоких зданий, деревья и низкий рельеф местности. Другие причины — мертвые зоны, дыры в покрытии — те места, где сигнал отсутствует, нестабилен либо всегда слабый. К таким зонам относятся:

  • места, находящиеся на большом отдалении от передающей станции;
  • низменности, подвалы, подземные парковки, куда сигнал попросту не может проникнуть;
  • здания из металлоконструкций, которые не могут пропустить сигнал;
  • последние этажи небоскребов, большие возвышенности.

Однако далеко не всегда проблемы со связью зависят от местности, от удаленности от базовой станции. Нередко причина кроется в самом телефоне. Даже на одинаковых устройствах, с тем же сотовым оператором бывают разные уровни сигнала. Объяснений этому непонятному факту есть несколько:

  1. Телефон имеет металлический корпус либо чехол. Такие надежные «доспехи» не дают устройству хорошо ловить сеть.
  2. Аппарат изначально имел дефект антенны. Это частая причина плохого сигнала недорогих моделей китайских производителей.
  3. Нормальному функционированию прибора мешает его прошивка, которую называют «корявой».
  4. Телефон получил какие-либо повреждения при контакте с жидкостью, либо во время падения.

Поэтому вопрос насчет того, как усилить сигнал сотовой связи своими руками, имеет довольно большой список ответов.

Реальное усиление сигнала

Как улучшить сигнал в реальных условиях?Давайте посмотрим, как вообще происходит связь со смартфоном. Мобильный оператор в крупных городах устанавливает сотовые вышки. Их не зря называют «соты» – ведь они устанавливаются на определенное расстоянии и тем самым покрывают свою территорию мобильной и интернет связи.

Схема, которую вы видите – идеальная, но в нашем мире такое бывает редкость. В некоторых зонах покрытие может не доставать до соседней вышки, и связь там может быть плохой. Передача данных идет с помощью радиоволн. Радиоволны, как и любые волны, имеют свойство затухать – то есть чем дальше вы будете находиться от вышки, тем хуже будет связь.

Также радиоволны затухают от любых препятствий: деревья, здания, стены, люди, и все то, что не является вакуумом. Даже банальное увеличение влажности или дождь ухудшает связь. В общем любое тело на пути волны увеличивает её затухание – вы это должны запомнить.

Поэтому тут есть также два варианта. Первый – вы можете физически подойти к окну, если находитесь дома, или выбрать такое расположение, при котором на пути волны будет как можно меньше препятствий. Ну также вы можете просто подойти ближе к самому передатчику. Второй вариант – это использовать антенну.

Покажу на примере мобильного интернета со свистком, а потом расскажу, как подключить подобную антенну к телефону.

В загородных домах, селах или деревнях чаще всего используют «флешки» с мобильным интернетом. Понятно дело вышек поблизости там нет, но усилить сигнал на таком большом расстоянии помогает специальные антенны. Подобную антенну выводят на улицу и с помощью коаксиального кабеля подключают к самому свистку.

Для телефона обычно используют другую схему: антенна (усилитель сигнала) и повторитель или репитер, который устанавливается дома или в офисе.

В подобных случаях антенну можно сделать своими руками об этом подробно рассказано в видео ниже.

Но также можно прикупить специальную антенну в магазине. Но в любом случае вам нужно знать две вещи. Первая – на какой частоте работают вышки, которые есть рядом с вами. Вторая – это частоты, которые при этом используются. Чаще всего 3G использует 2100 МГц, а 4G – 2600 МГц.

Из отличных моделей могу порекомендовать: DS-4G-5kit, РЭМО BAS-2003 LTE MiMo CRC9 или РЭМО BAS-2338 HIGHWAY. Если есть возможность ловить 4G интернет, то я бы взял с технологией MIMO, которая позволяет работать в многопоточном режиме.

Связь хорошая, но интернет работает плохо

Можно выполнить несколько простых действий:

  • Возможно интернетом активно пользуется какое-то приложение или программа. Я бы на вашем месте почистил телефон и удалил все ненужное и лишнее.
  • Установите любой антивирусник и проверьте ваш смартфон – возможно он заражен.
  • Зайдите в «Настройки» – «Система» – найдите раздел «Сброс настроек». Для начала можно выполнить сброс настроек мобильного интернета и Wi-Fi. Далее сброс приложений. Полный сброс стоит делать только если вы уже сделали резервную копию с системы, а также уверены, что проблема кроется именно в системе телефона.

Система «антенна к антенне»

Вышеописанные способы достойны внимание только в том случае, если вина за слабый сигнал лежит на самом устройстве. Когда проблема в удаленности от станции или в преградах, стоящих на его пути, рекомендуют усилить антенну куском провода.

  1. Сначала также разбирают смартфон: снимают заднюю крышку и ищут антенный разъем, предназначенный для подключения внешнего устройства GSM. Если их несколько (3G, 4G, wi-fi), то определяют нужный.
  2. Берут небольшой отрезок провода с изоляцией. Диаметр центральной жилы должен совпадать размером гнезда разъема. С одной стороны проводок оголяют. Этим концом его вставляют в разъем.
  3. Самодельную антенну сгибают в месте выхода из разъема, затем распределяют по аккумуляторной батарее, фиксируют небольшим кусочком скотча. Крышку крепят на место.

Чтобы телефон ловил сеть наилучшим образом, необходима определенная длина этой мини-антенны. Она должна составлять четверть длины волны. Ее вычисляют по рабочей частоте сотового телефона. Средние значение большинства моделей составляет 1,9 ГГц, однако есть исключения:

Альтернатива — вставление проволоки в разъем, предназначенный для наушников. Говорят, что иногда этот способ помогает. Однако и тот, и другой метод — скорее плацебо, а не возможность получить качественный сигнал. Некоторые утверждают, что антенна (или телефон) после первой операции может попросту отказаться работать.

Система для усиления сигнала

Перед тем как вы узнаете, как усилить сигнал сотовой связи своими руками, нужно понять, какое оборудование входит в типичный комплект для усиления связи.

Для того чтобы обеспечить бесперебойную связь в удаленных местах, со слабым сигналом требуется целый комплекс приборов. В качестве примера мы разберем пользующийся большим спросом у дачников комплект для усиления сотовой связи Titan-1800 (LED), который производит отечественная компания VEGATEL.

Только установив такой комплект можно добиться высокого качества сигнала и мобильного интернета, забыв о постоянных потерях телефоном сети. В усилитель сотовой связи Titan-1800 (LED) входит всё необходимое для усиления связи:

  • антенны (уличная и комнатная);
  • репитер — ретранслятор Titan-1800;
  • коаксиальный кабель;
  • разветвитель;
  • N-разъемы.

Антенны — самый простой вариант для усиления сигнала сотовой связи. Внешние конструкции, способные гарантировать покрытие больших площадей, устанавливают на крыше или на мачте. Такое устройство принимает сигнал, идущий от базовой станции, а затем передает его по кабелю к самому усилителю, который значительно его улучшает. Внутренние антенны, естественно, работают в помещении и соединяются кабелем с репитером.

Установка такого комплекта занимает не более 1 часа. Стоит заметить, что продукция компании VEGATEL сертифицирована Минкомсвязи и имеет гарантию 1 год от производителя.

Приборы, составляющие единую систему, делятся на активные и пассивные. Первым — репитеру и разъемам — нужен источник питания. Антенны, коаксиальный кабель и разветвитель (делитель мощности) относятся к пассивным элементам. Есть одно условие, которое обеспечивает эффективность работы системы: это минимальная длина кабеля.

Читайте про операторов:  Пакеты CSD-трафика от МТС - Подключить передачу данных между М2М устройствами от МТС | Официальный сайт МТС - Москва и Московская область

Создание антенны

Изготовление простейшего устройства не предвещает сложностей никому:

  1. Металлическую проволоку сначала распрямляют плоскогубцами, сгибают посередине под углом 90°. От этого сгиба в обе стороны отступают по 90 мм, снова так же загибают проводник.
  2. Для других сгибов отмеряют уже по 80 мм, а оставшиеся концы загибают параллельно внутрь ромба. К ним прикрепляют соединительный блок таким образом, чтобы была возможность подключить через него 2 проводника.
  3. Вдоль пластиковой трубы делают разрез, а напротив него сверлят отверстие. К нему болтом и гайкой крепят соединительный блок с зафиксированной антенной. С одного конца коаксиального кабеля снимают внешнюю изоляцию, но не нарушают защиту внутренних проводников.
  4. Внешний провод прикрепляют к одному контакту соединителя, внутренний — ко второму. Импровизированную антенну фиксируют на столбе с телевизионным устройством, обернув вокруг него разрезанную пластиковую трубу.
  5. Усилитель ориентируют в нужном направлении. Другой конец кабеля заводят в помещение, очищают его от изоляции, удаляют внешний проводник. В куске пластика делают отверстие для провода, затем продевают кабель. Его фиксируют изолентой.

Для проверки работоспособности усилителя GSM сигнала пластик с кабелем подносят к мобильному телефону (3G-модему, планшету). При качественно выполненной работе уровень сигнала должен увеличиться на 1 или 2 деления.

Не обязательно морально готовиться к неизбежным тратам, так как усилить сигнал сотовой связи своими руками вполне возможно одним из способов. Если эффект получился не тот, что ожидали хозяева, то без покупных устройств обойтись, увы, идеал недостижим.

Один из потенциальных вариантов можно увидеть в этом ролике:

Телефон побывал в экстремальных условиях

Нередко отказ от «ловли» сети появляется после каких-либо повреждений телефона. К наиболее серьезным и распространенным ЧП относится вынужденное «купание» аппарата, падение на твердую поверхность. Такие устройства лучше сразу нести в сервисный центр, так как сложность конструкции не дает возможности найти источник проблемы и устранить ее.

Улучшение сигнала модема

Считается, что этот метод дает шанс добиться большего эффекта. Сначала с телефона снимают корпус, затем вокруг встроенной антенны устройства наметывают тонкую медную проволоку. Будет достаточно 4-5 ее витков. Другой конец проводника присоединяют к самодельной антенне, изготовленной из алюминиевой банки: целой либо разрезанной так, чтобы она была похожа на ромашку.

Установка усилителя сотовой связи

Самый простой способ — покупка репитера. Еще понадобится коаксиальный кабель, блок питания, внешняя и внутренняя антенна.

Сначала собирают и монтируют на крыше внешнее устройство. Мачта высотой 15-2 метра будет идеальна. Перед установкой необходимо выяснить расположение ближайшей вышки оператора, чтобы развернуть антенну в ту сторону. Высокие преграды на пути радиоволн не приветствуются.

Коаксиальным кабелем внешнюю антенну подключают к репитеру, установленному в доме. Обычно довольно легкий прибор крепят к стене саморезами. Главные условия — отсутствие прямой видимости между элементами-улавливателями (наличие преград в виде стен). Оптимально большое расстояние между антеннами — минимум 10 метров. Промежуток этот можно уменьшить, если их разделяет бетонная стена.

Точно так же устанавливают внутреннюю антенну. Ее и усилитель сигнала крепят там, где хозяева чаще разговаривают по телефону. Последние этапы — присоединение системы к блоку питания, проверка корректности всех соединений, включение усилителя в сеть.

Недорогие ретрансляторы полностью готовы к работе. Более «продвинутые» модели имеют дисплеи, а также переключатели, предназначенные для настроек мощности, частоты приема. В этом случае самостоятельные работы не рекомендуются, так как тонкая настройка требует присутствия специалиста.

Фольга либо наклейка-стикер

Это еще один вид усовершенствования телефона. Наклейки, улучшающие сигнал, — «антенные усилители», «усилители сотовой связи», их рекомендуют приклеивать под аккумулятор. Производители заверяют, что они позволяют избавиться от помех, однако это изобретение считают одним из видов «лохотрона».

Некоторые говорят, что незначительное усиление сигнала возможно с помощью фольги. Ее кусочек также советуют расположить ближе к антенне, под крышкой устройства. Да, обычная фольга способна усилить прием, но чтобы достичь результата, придется развернуть стандартный рулон метров на десять, или более.

Эффективность встроенных антенн сотовых телефонов

Дискуссии о качестве работы сотовых телефонов с различными
типами антенн довольно регулярно появляются в форумах, посвящённых
мобильной связи, однако, как правило, все обсуждения заканчиваются
ничем. Всё дело в том, что теория малогабаритных антенн очень
сложна и сих пор не до конца изучена, несмотря на свой уже
более чем полувековой возраст, и попытаться прийти к какому-либо
выводу, не имея хотя бы поверхностного представления о фундаментальных
проблемах их проектирования, совершенно нереально. Хотелось
бы сделать попытку обрисовать основные аспекты использования
и различные технологии антенн для абонентского оборудования
сотовой связи. Возможно эта информация будет полезна тем,
кто интересуется вопросами качества связи на более серьёзном
уровне, нежели подсчёт количества сегментов на индикаторе
силы сигнала в мобильном телефоне. Понимание некоторых терминов
потребуют начальных знаний в области антенн, помощь можно
поискать в разделе ссылок.

1. Лёгкий экскурс в историю

Первые системы сотовой связи появилась в восьмидесятых
годах прошлого века. Это были европейские NMT (1981) и GSM
(1982) и штатовский AMPS (1983). Уровень технологии того времени
не позволял сделать телефонные аппараты достаточно компактными,
во-первых, из-за несовершенства элементной базы, а во-вторых
– из-за высокого энергопотребления и, соответственно, массивных
аккумуляторов. В качестве антенн использовались хорошо известные
и максимально эффективные полуволновые, а позже – и четвертьволновые
(менее эффективные, но более короткие) антенны, которые на
тот момент уже давно использовались в обычной связной технике.
Аналоговые стандарты связи нуждались в высоком качестве приёмопередающих
радиочастотных блоков, ибо покрытие площади базовыми станциями
часто было недостаточным для устойчивой работы аппаратов в
сложных условиях приёма.

Прошло совсем немного времени – и вот уже цифровая и аналоговая
части сотовых телефонов стали умещаться во вполне компактный
корпус и потреблять относительно немного энергии. К девяностым
годам цифровые системы сотовой связи (окончательно сформировавшийся
GSM и свежепоявившийся цифровой вариант AMPS – DAMPS) почти
вытеснили аналоговые стандарты и качество радиоприёмного тракта
стало несколько менее важным. Новые виды модуляции, предназначенные
для передачи цифрового сигнала были значительно экономичнее
обычной частотной и это привело к уменьшению требований к
ёмкости аккумуляторов. Габариты телефонов стали стремительно
уменьшаться. Антенны сначала стали выдвижными, а потом и вовсе
превратились в так называемые stubby-антенны (“пеньки”). Оба
этих типа отгносятся к классу спиральных антенн с поперечным
излучением (helical или NMHA – Normal-Mode Helical Antenna).
Диаграмма направленности подобных антенн – круговая, но почти
равна нулю по вертикали. Это наиболее подходящий вариант для
сотового телефона, ибо в рабочем режиме он практически всегда
находится в положении с вертикально расположенной антенной.

Конец девяностых годов был отмечен двумя значительными
нововведениями в области сотовой связи: началом активного
дискутирования о вреде сотовых телефонов и появлением телефонов
со встроенной антенной (в действительности эти два нововведения
были отчасти связаны между собой, почему – будет рассказано
ниже). Кроме того, сотовый телефон к этому времени уже перестал
быть дорогой, малодоступной вещью и появилось расслоение на
различные классы аппаратов – бюджетные, бизнес и имиджевые
модели. Инфраструктура базовых станций становилась всё более
и более совершенной, количество пользователей увеличивалось
и к качеству радиочасти телефонов стали относиться со всё
меньшим вниманием. Основной упор в разработке телефонов начал
делаться (да и по сей день делается) уже на функциональность,
дешевизну проектирования и изготовления, и эргономичность,
что привело к массовому распространению встроенных антенн.
Почти все новые модели телефонов крупнейших разработчиков
и брендов сотовых аппаратов уже снабжаются встроенной антенной.
Пока абстрагируемся от коммерческих аспектов дизайна мобильного
телефона без внешней антенны, рассмотрим плюсы и минусы встроенных
решений с технической точки зрения.

2. Встроенные антенны – технологии

Первые классические работы по дизайну малогабаритных антенн
датированы концом пятидесятых годов прошлого века (1, 2).
Тем не менее встроенные антенны для гигагерцевого диапазона
– это очень молодое направление практических инженерных разработок.
Резкое увеличение популярности таких антенн связано не столько
с сотовой связью, сколько с беспроводными компьютерными технологиями.
Встраивание Bluetooth и различных модификаций радиоэзернета
в ноутбуки и PDA инициировало начало активной разаработки
маленьких антенн. Помимо внутренних технологических групп
крупных корпораций (Motorola, Siemens, различные разработчики
Wi-Fi оборудования), которые имеют большие финансовые возможности
для R&D и разрабатывают технологии в основном для использования
в собственных продуктах, за последние несколько лет появлись
несколько независимых компаний, занимающихся аутсорсинговыми
разработками встраиваемых антенн, в частности Centurion Wireless
Technologies (http://www.centurion.com),
SkyCross (http://www.skycross.com)
и Ethertronics (http://www.ethertronics.com).
В отличие от крупных компаний, которые не очень афишируют
характеристики своих разработок, молодые фирмы вовсю воюют
на фронте пиара, хвалясь высокой эффективностью антенн и военным
прошлым разработок. К сожалению статистики по использованию
таких антенн пока нет, поскольку применения их в серийных
моделях телефонов ещё не видно, а лабораторные исследования
самого разработчика, представленные в рекламных материалах
– это крайне ненадёжный источник информации. Исходя из вышесказанного
рассмотрим только те антенны, которые уже ставятся в мобильные
телефоны сегодняшнего поколения.

Читайте про операторов:  Мобильные операторы в Крыму – список тарифов

Сейчас в сотовых аппаратах используются всего несколько
типов встроенных антенн. Наиболее простые из них имеют эффективность
(отношение между излучаемой и подводимой мощностью) около
30-40 процентов. Наиболее совершенные – так называемые PIFA
(Planar Inverted-F Antenna) – около 65 процентов (для сравнения
– обычная антенна часто имеет эффективность более 90 процентов).
Замечу, что имеется в виду эффективность в свободном пространстве
(часто называемая FS – Free Space, т.е. в идеальных условиях,
без человека, держащего трубку в руках). Антенны класса PIFA
при этом применять в малогабаритных телефонах довольно проблематично,
поскольку конструктив имеет достаточно большую толщину и площадь.
В реальных условиях (TP – Talk Position, когда человек держит
телефон рукой) характеристики антенн могут ухудшиться в несколько
раз.

Любые встроенные антенны имеют несколько фундаментальных
проблем, которые для обычных спиральных не столь актуальны,
и которые вынуждены решать все разработчики в равной мере.
Прежде всего это – сложность моделирования под конкретный
корпус и внутренний конструктив телефона. Влияние внутренней
компоновки на встроенную антенну может быть очень значительным,
не говоря уж о том, что часто телефон держат при разговоре
почти в кулаке, закрывая рукой всю его заднюю часть. Вторая
проблема – это использование специальных диэлектрических материалов
для регулировки коэффициента укорочения (при плотном контакте
проводника с диэлектриком длина волны в нём меняется в зависимости
от коэффициента диэлектрической проницаемости последнего –
этот эффект используется для уменьшения физических размеров
резонатора). Подобная методика приводит к появлению паразитных
утечек (в спиральных антеннах эта проблема гораздо менее критична
– там излучающая часть находится почти в свободном пространстве).
Все встроенные антенны имеют проблемы с ёмкостью и индуктивностью
излучателя – согласование с выходом усилителя является непростой
задачей и также неизбежно ведёт к потерям мощности.

Крайне сложной является проблема эффективности при работе
в нескольких частотных полосах. Не вдаваясь в подробности
отметим, что на данный момент развития технологии встроенных
антенн приходится делать несколько антенн на разные диапазоны,
а не одну, если аппарату необходимо работать с приемлемой
эффективностью более, чем в двух диапазонах.

Ещё одной проблемой встроенных антенн является их направленность.
С одной стороны это хорошо – максимум излучения всегда направлено
от головы разговаривающего, если он говорит не по гарнитуре
(как уже говорилось выше – это очень хорошее маркетинговое
подспорье для телефонов со встроенной антенной). С другой
стороны, при не очень хорошем покрытии и при неодинаковом
качестве связи с базовыми станциями во всех направлениях (в
городах, к примеру в Москве, таких мест достаточно много,
по крайней мере – пока) это часто приводит к выпадению голоса
разговаривающего по сотовому аппарату с встроенной антенной
для абонента на другом конце линии. Самое забавное, что в
обратную сторону эффект почти незаметен (ибо передатчики базовых
станций значительно мощнее и антенны, используемые в них,
достаточно эффективны), поэтому, как правило, все говорят
о нормальном качестве работы своего аппарата, поскольку сами
собеседника слышат почти всегда без проблем.

Но, несмотря на всё вышесказанное, у встроенных антенн
есть одно большое достоинство – они нравятся покупателям.

3. Коммерческие аспекты проектирования сотовых
телефонов

Немного отвлечёмся от разговора непосредственно о сотовых
телефонах и поговорим о современной высокотехнологичной индустрии
вообще. Необходимо признать, что уже около десяти лет основополагающим
фактором, который необходимо учитывать производителю при проектировке
высокотехнологичных изделий, является не качество конкретного
изделия, а возможность быстрой разработки, дешёвой сборки
и высокой частоты смены моделей. Это касается не только сотовых
телефонов, но и любой другой непрофессиональной аудиоаппаратуры
– аудиотехники, видеотехники и т. п. Лишь очень немногие фирмы
в состоянии оплачивать разработку высококачественной бытовой
радиоаппаратуры, как, к примеру, Matsushita Electric (торговые
марки Panasonic и Technics), Kenwood, Pioneer, Aiwa, которые
полностью или почти полностью прекратили выпуск качественных
бытовых звуковоспроизводящих и радиоприёмных аппаратов за
последние десять лет, заняв более коммерчески выгодную нишу
аппаратуры на год-два эксплуатации с очень дешёвой схемотехникой
и комплектацией и это при том, что аппараты этих фирм восьмидесятых
годов являются достаточно совершенными инженерными разработками.
Заметим, что фирма Sony, которая помимо бытовой техники выпускает
очень много профессиональной студийной аппаратуры, в состоянии
оплачивать разработку и выпускать грамотные конструкции (в
частности часть аппаратуры серии ES), но даже у этой фирмы
просматривается тенденция к сильному упрощению своих изделий.
Спасает только общий высокий уровень разработки собственной
используемой в конструкциях элементной базы.

На рынке сотовых телефонов всё то же самое. Базовый набор
компонентов для сотовых телефонов даёт возможность спроектировать
основную часть конструкции очень быстро, высокая степень интеграции
позволяет собрать аппарат буквально из десятка микросхем с
несколькими десятками дискретных элементов. Удешевление производства
уже дошло до критического минимума. В конце двадцатого века
можно было наблюдать уход с рынка, смену приоритетов и объединения
компаний-производителей сотовых телефонов – конкурентная борьба
привела к катастрофическому снижению цен и те, кто выжили,
сделали это за счёт двух факторов: либо максимальное удешевление
конструкций телефонов (Siemens, Motorola) или удачное позиционирование
своих телефонов как имиджевых (все корейские фирмы) с призывом
менять телефоны как можно чаще.

В первом случае снижение себестоимости достигается крайней
дешевизной корпусов, стандартизацией электроники для всего
модельного ряда и экономией на разработке радиочасти, ибо
последнее – наиболее сложная и дорогостоящая часть проектирования
сотового телефона после написания firmware. Во втором случае
основная часть стоимости аппарата – это камера, цветной дисплей,
гонорары дизайнерам и т.п. и качество радиочасти в подавляющем
большинстве случаев просто не интересует потенциального покупателя,
поэтому тратиться на это нет никакого смысла.

При завоевании покупательского спроса рекламой играют роль
лишь те характеристики изделия, которые понятны среднестатистическому
потенциальному его пользователю, а параметры радиочасти никак
не входят в их число. Эргономическое же удобство телефона
со встроенной антенной очевидно, поэтому Nokia, по словам
одного пожелавшнго остаться неизвестным сотрудника компании,
приняла стратегическое решение вообще не делать сотовых аппаратов
с внешними антеннами, несмотря на явный технический проигрыш
по характеристикам.

4. Несколько слов в заключение или что нас может
ожидать

Хочется надеятся, что развитие высокотехнологичных бытовых
устройств всё же перейдёт в стадию интенсификации, но в ближайшем
будущем развитие точно будет экстенсивным. Наверняка появятся
новые виды встроенных антенн, работающие более эффективно,
чем сегодняшние, однако качество связи всё же, скорее всего,
придётся повышать бОльшим количеством базовых станций, а не
улучшением радиочасти самих сотовых аппаратов. Телефоны будут
обладать всё большей функциональнстью, приближающейся к полноценным
персональным компьютерам и богатыми мультимедийными возможностями,
но то, что является основой работы сотового аппарата будет
предлагать всё то же “качество связи, вполне достаточное для
условий города”…

P.S.: автор совсем не против встроенных антенн, просто
когда производители говорят “наши встроенные решения ничем
не уступают внешним ” знайте – это неправда.

Использованые материалы:

  1. Chu LJ, “Physical limitations of Omni-Directional Antennas”,
    Journal of Applied Physics, vol. 19, December 1948.
  2. Wheeler HA, “Fundamental Limitations of Small Antennas”
    , Proceedings of the IEEE, vol. 69, December 1947
  3. Pekka Salonen, Miko Keskelammi, Lauri Sydanheimo “Antenna
    design for wearable applications”, Tampere University of Technology
  4. Lesly J. Reading “Designing Dual-Band Internal Antennas”,
    EDN, 8 November 2001
  5. Gary Legg “Embedded Antennas: Get the Signal”, EDN, 8
    August 2002

Некоторые русскоязычные материалы по теме:

  1. http://chipnews.com.ua/html.cgi/arhiv/01_10/st-03.htm
  2. http://www.chip-news.ru/archive/chipnews/200302/7.html

 

Глеб Зеленов (stap@inbox.ru)

Опубликовано – 3 марта 2004 г.

 

Есть, что добавить?! Пишите… eldar@vse-simki.ru

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector