4G LTE 1800 (2600) МГц MIMO антенна «Миска» своими руками

Эта антенна является клоном зарекомендовавшей себя конструкции 4G LTE MIMO антенны для диапазонов 800 и 900 МГц. Особенностью конструкции является унифицированный узел питания, что позволяет улучшить повторяемость антенны. Кроме того, "двумерная" патч-антенна, которая является основой данной сборки, позволяет совместить в одной конструкции две антенны, необходимые для MIMO технологии. Это приводит к существенной экономии материалов. Дело в том, что технология MIMO стала неотъемлемой частью стандарта 4G, что требует разработки именно сдвоенных антенн Х-поляризации. Автор и разработчик конструкции — yurik82. Существенным отличием от клона является применение кухонной миски из нержавейки в качестве рефлектора вместо самодельного жестяного короба...

Дело в том, что изготовление качественного короба в форме рупора из оцинковки требует наличия определенных навыков жестянщика и не каждому под силу. Кроме того, не у всех в запасе есть небольшой кусок жести, а в продаже обычно имеются целые листы на пару квадратных метров. Если нужна антенна в единичном экземпляре на дачу, то в таком случае большая часть материала окажется неиспользованной, что нерационально. Однако для частот 1800 МГц и выше размеры рефлектора сопоставимы с размерами относительно недорогих кухонных мисок из нержавейки, которые можно найти в большинстве сетевых магазинов. На форумах можно найти немало информации, когда самодельщики в качестве рефлектора используют подручные материалы — ведра, миски, подносы, дуршлаги и т.п. Просто взял себе да и использовал. А шо такое? В отличии от них, предлагаемая вашему вниманию конструкция рассчитана в электромагнитном симуляторе под конкретную миску.

 Для изготовления антенны нужна миска диаметром 180 мм и глубиной 50 мм. Кроме того, нам понадобятся металлические пластины из подходящего материала толщиной 0,3...0,5мм для активного патча и директора, два приборных F-разъема, кусок пластиковой трубки, болт с гайками М3...М5 (любой подходящий), а также небольшой кусок тонкой медной фольги. На изображении выше также видны приспособления для крепления антенны к мачте. Но это уже на ваше усмотрение.

Входное сопротивление антенны близко к 75 Ом, усиление около 9.5 dBi на LTE-1800  и 11.5 dBi на LTE-2600, КСВ в рабочей полосе не превышает 1.2. Развязка между портами MIMO в среднем по диапазону около 18 dB, подавление заднего и боковых лепестков не хуже 25 dB. Почему выбран вариант 75-омной антенны подробно здесь.

Порядок изготовления антенны:

1. У миски-рефлектора нужно найти центр. Через центр проводятся две перпендикулярные прямые. На расстоянии О от цента по этим прямым сверлятся отверстия под два F-коннектора. В центре сверлится отверстие для болта, который скрепляет всю конструкцию.
2. Вырезается круглый директор диаметром D. В центре директора сверлится отверстие под болт крепления.
3. Патч квадратный со стороной P. Находим центр патча и середину двух сторон. В этих сторонах прорезаем два лепестка и отгибаем вниз. В центре сверлим отверстие под болт.
4. Из пластиковой трубки отрезаем два кусочка высотой H1-H2. Они будет выполнять роль проставок-разделителей между элементами антенны.
5. Для подстройки антенны в местах подключения коннекторов предусмотрены простейшие воздушные конденсаторы состоящие из двух обкладок. Одна обкладка — это лепесток идущий от центрального пина коннектора к патчу. Вторую следует изготовить из фольги. Она представляет из себя дополнительный лепесток шириной C, который крепится к рефлектору гайкой F-разъема. Меняя в небольших пределах расстояние между лепестками можно подстроить антенну с помощью анализатора. У кого нет приборов, могут оставить это расстояние около 1...2 мм.

Размеры элементов антенны сведены в таблицу:

Для изготовления патча и рефлектора можно использовать двухсторонний фольгированный стеклотекстолит толщиной 0,5 мм. Благодаря наличию скин-эффекта, при котором ВЧ токи протекают только в тонком поверхностном слое проводника, при двухсторонней металлизации патч для волны "выглядит" также как и из сплошного металла. В этом случае лепесток идущий от патча к коннектору следует изготовить из фольги и припаять к обеим слоям металлизации. Необходимо позаботиться о хорошем гальваническом контакте между патчем и центральным болтом. Этот контакт необходим не только для защиты антенны от статики, но и для правильного срабатывания системы переключения с внутренней на внешнюю антенну в модеме. Для защиты от осадков желательно закрыть миску любой радиопрозрачной пластиковой крышкой. Конструкция рассчитана под конкретную миску диаметром 180 мм и глубиной 50 мм, поэтому для лучшей повторяемости необходимо найти именно такую. Однако расчеты показывают, что при использовании миски такого же диаметра с глубиной от 50 до 80 мм параметры антенны изменяются несущественно.

Антенна имеет относительно невысокое усиление. Однако оно вполне сравнимо с усилением популярных антенн Харченко или Батвинг. При этом для технологии MIMO отпадает необходимость делать две отдельных антенны, разносить их и размещать на каком-либо подносе, а также исключаются проблемы симметрирования с коаксиальным фидером. Кроме того, антенна имеет малый уровень заднего и боковых лепестков, что позволяет подключиться к нужной базовой станции и легко подавить сигнал от нежелательной.

Ссылки по теме:

• 1R1D LTE-1800 BDM-3 Cookware 9.4 dBi - авторское описание антенны с графиками характеристик;