В связи с переходом на цифровое телевещание происходит переформатирование частотного распределения ДМВ диапазона. В тоже время бурно развивающиеся сети 4G требуют новых частотных ресурсов и появились уже на дециметровых волнах в диапазонах 8-го или 20-го бэндов, в зависимости от региона. Это требует разработки простых и эффективных антенн на эти диапазоны. Кроме того наличие MIMO стало уже стандартом для 4G сетей и изготовление SISO (не MIMO!) антенны для сети четвертого поколения в данный момент совершенно неактуально. Тот кто прочитал статью «Что такое MIMO» знает, что для поддержки этой технологии нам необходимы две антенны. Однако, если мы используем симметричный патч, как например в популярной конструкции «пушка», то мы можем эти две антенны совместить в одной, тем самым существенно сэкономив на «железе». Это, наряду с другими преимуществами патч-антенн, и определило выбор данной конструкции…
Автор и разработчик конструкции — yurik82. На нашем сайте вы можете найти много его разработок как для 3G/4G, так и для цифрового телевидения. У упомянутой нами выше конструкции «пушка» способ выполнения узла порта питания очень существенно влияет на согласование. Все его делают кардинально по разному. Кто то ставит коннектор. При этом крепеж, наличие гаек и винтов, диаметр центрального пина могут существенно различаться. Монтаж фидера без коннектора тоже пестрит разнообразием вариантов. Все это может привести к непредсказуемому результату. Избавиться от этой проблемы позволяет унификация узла питания. В этой конструкции применены стандартные фланцевые F-разъемы, а вместо круглого штыря применена полоса строго определенной ширины, которая вырезается из активного диска, отгибается и припаивается непосредственно к коннектору. Форма патча выбрана квадратной, как более технологичная в изготовлении. Рефлектор применен рупорный, можно применить и плоский, но рупорный более предпочтителен, об этом ниже.
Входное сопротивление антенны близко к 75 Ом, усиление около 10.5 dBi, КСВ в рабочей полосе не превышает 1.4. Развязка между портами MIMO в среднем по диапазону около 18 dB, подавление заднего и боковых лепестков не хуже 20 dB. Почему выбран вариант 75-омной антенны с "телевизионными" коннекторами? О этом подробно здесь.
Схема антенны (кликните для увеличения):
На схеме для простоты изображено только дно рупорного рефлектора. Между рефлектором, квадратным патчем и круглым директором вставляются отрезки канализационной трубы диаметром 50 мм. Расстояния Of1 и Of2 — это длины этих распорок или, другими словами, расстояния между поверхностями металлических частей конструкции. Все части конструкции скреплены по центру с помощью болта или отрезка шпильки М6 с гайками под ключ на 10. Патч, директор и рефлектор изготавливаются из оцинковки (или любого другого подходящего материала) толщиной 0,5-1 мм. Полоски линий питания вырезаются из самого патча и отгибаются вниз. По длине обрезаются так, чтобы конец линии был выше на 4 мм от дна рефлектора или примерно на 2 мм выше фланца F-коннектора.
Выкройка рефлектора (кликните для увеличения):
Рефлектор изготавливается из квадратной заготовки размером А х А. Не забываем, что у квадрата равны не только все стороны, но и обе диагонали, иначе вы можете вырезать ромб. Диагонали стоит сразу отметить на заготовке. Для защиты от атмосферных осадков рефлектор закрывается сверху пластиковой крышкой, например из оргстекла. Для крепления этой крышки предусмотрены ушки шириной Е = 1 см. Поэтому, отступив от краев нашей заготовки на 1 см, отмечаем квадрат B х B — это будет раскрыв рупора. Отступив еще на расстояние D, отмечаем квадрат C x C — это будет дно нашего рефлектора. От углов квадрата B х B делам отступы на расстояние G по вертикали и горизонтали. Из полученных точек проводим линии к вершинам квадрата C x C. Получившийся уголок вырезаем до края листа. Можно оставить небольшой лепесток для удобства скрепления углов. Сгибание заготовки в короб производится по линиям отмеченным темно-синим цветом. Должен получиться короб с раскрывом 60°. Точка пересечения диагоналей — центр рефлектора. На расстояниях Н от него по диагоналям сверлятся два отверстия под F-коннекторы, а в самом центре отверстие под скрепляющий болт. Пластиковая крышка квадратная со стороной F + 20 мм. Крепится к ушкам рефлектора небольшими болтиками. Места и количество таких креплений не критично.
Размеры элементов антенны сведены в таблицу:
| Размер [мм] | Диапазон [МГц] | |
|---|---|---|
| 800 | 900 | |
| A | 510 | 460 |
| B | 490 | 440 |
| C | 310 | 280 |
| D | 90 | 80 |
| E | 10 | 10 |
| F | 400 | 360 |
| G | 45 | 40 |
| K | 100,6 | 89,5 |
| H | 65,5 | 59 |
| P | 165 | 148 |
| Dr | 150 | 134 |
| Of1 | 18 | 16 |
| Of2 | 28 | 25 |
| tS | 17 | 15 |
| tW | 11 | 10 |
| tH | 14 | 12 |
 |
 |
 |
| Входной импеданс | КСВ | Усиление dBi |
 |
 |
 |
| Диаграмма направленности | Отношение излучения вперед/назад dB | Развязка между портами MIMO dB |
 |
 |
 |
| Входной импеданс | КСВ | Усиление dBi |
 |
 |
 |
| Диаграмма направленности | Отношение излучения вперед/назад dB | Развязка между портами MIMO dB |
В натурных испытаниях антенна показала себя просто изумительно:
- Прирост силы сигнала по сравнению с телефоном +30 dB;
- MIMO дало реальное удвоение скорости даунлинка (если вытащить второй кабель скорость падает вдвое);
- За счет рупора была сильно подавлена более мощная базовая станция с противоположного направления;
 |
 |
 |
 |
 |
На последнем пункте стоит остановиться подробнее. Нередки ситуации когда в центре вашего поселения расположена единственная базовая станция, которая загружена под завязку абонентами. При этом интернет у вас не только не имеет скорости 4G (скорее ближе к 2G!), но даже коннектится через раз. В такой ситуации любой может воскликнуть: «За что я плачу такие деньги этому опсосу?». В некоторых случаях решить эту проблему может позволить наша антенна с рупорным рефлектором. Базовые станции LTE-800 и LTE-900 обычно устанавливаются в местах с пониженной плотностью абонентов и покрывают много населенных пунктов. Некоторые базы (особенно вблизи крупного пункта, типа райцентра) более загружены, выдают меньше скорость. База с более слабым сигналом в небольших сёлах может оказаться менее загруженной и выдавать выше скорость. Хотелось бы подключиться к ней, но для этого надо как-то ослабить нежелательный сигнал более мощной БС. В таких ситуациях помехозащищенность антенны (подавление задней полусферы) как правило выгоднее, чем наращивание усиления вперёд. Ведь для того чтобы увеличить усиление вперёд хотя бы на 3 дБ (в 2 раза) размеры антенны надо увеличить как минимум в 2 раза, применяя более сложные технологии фазированных решеток. А на частотах ДМВ такие решетки получаются довольно солидных размеров. В то же время значительное ослабление, не менее чем в 40 раз (на 16 дБ) сигналов задней полусферы позволяет ускорить ваш интернет при сравнительно небольшом увеличении размеров и без усложнения конструкции самой антенны. 
В принципе можно использовать и плоский рефлектор. Оптимальные его размеры для 8-го бэнда 28х28 см (для 20-го — 31х31 см), минимально возможные — 21х21 см (для 20-го — 24х24 см), но при этом уровень боковых лепестков сильно возрастает. Для защиты от атмосферных осадков в случае плоского рефлектора вам все равно придется искать какой то пластиковый ящик для антенны. А здесь роль такого ящика выполняет сам рефлектор одновременно выполняя свою полезную «электрическую» функцию.
Ссылки по теме:
- Patch 1R1D LTE-900 MIMO 2x2 890-960 MHz 9.5 dBi @ 75 Ohm - Описание конструкции на странице автора антенны;
- Пример конструкции с плоским рефлектором на форуме 4PDA (открыть спойлер с изображением);
На сайте работают комментарии в социальных сетях, на которых имеется гораздо больше возможностей для общения.
1. Насколько необходимы пластиковые канализационные проставки между элементами антенны? Вроде бы на центральном болте М6 конструкция и так получается достаточно жесткая ??
2. Насколько необходимы отогнутые лепестки патча? Ведь можно подключиться непосредственно центральными проводниками к соответствующим точкам патча ?
1. Если вы уберете пластиковые проставки, то их же надо чем то заменить. Например зафиксировать патчи гайками. А это вовсе не мелочь.
2. В тексте статьи написано, что отогнутые лепестки сделаны специально для унификации конструкции питания. Что это значит. Подключитесь напрямую, у вас полностью поменяется распределение волновых сопротивлений линии питания в самой чувтсвительной к изменениям точке конструкции и в итоге ничего путного не выйдет.
Таким образом любые подобные изменения достаточно серьезны и требуют полного перерасчета. Чтобы избежать таких проблем yurik82 постарался сделать повторяемую унифицированную конструкцию. Нужно делать строго по чертежам, даже ширина лепестка важна.
1. Вся конструкция удерживается, натянутая болтом (извиняюсь за каламбур). А значит, рефлектор и директор подвергаются деформации (прогиб в центре), и это заметно на фото.
2. Патч не стянут гайками на болте, а значит не имеет надежного гальванического соединения с остальными элементами.
- Это не влияет на параметры и повторяемость ?
Не лучше ли было бы сделать проставки из металлической трубки D=6мм, внутри болт М4. Тогда и директор с рефлектором не гнутся, и затухание меньше.
Как думаете?
2. Гальваническое соединение патча играет роль только для защиты от статики. На ВЧ это не играет роли поскольку в этой области ВЧ токи минимальны.
3. Влияние полипропиленовых вставок просчитано в авторской модели. Замена их на металлическую трубку конечно же возможна в принципе, но требует опять же ПЕРЕРАСЧЕТА всей конструкции.
Конструкция расчитана в электромагнитном симуляторе с учетом влияния диэлектрика и на практике показала достойный результат. Любая модернизация требует отдельного расчета.
Теперь я живу в деревне. К счастью, у меня интернет стационарный. Но очень хочется слушать радио. Обшариваю публикации об антеннах. Сайт 3g-aerial заточен под связь мобильную, но очень интересный.
А вот сын мой живёт в низине, далеко от города и ему нужна для приёма 4G антенна направленная. Либо на город, на частоту 1800МГц, либо на отдалённую вышку, с частотой 800МГц.
Интуитивно чувствую, что описанная антенна с рупорным рефлектором хороша и эффективна. Хочу её сделать и попробовать!
У меня в запасах есть советских времён разъёмы СР75, для советского кабеля. Но у него очень большое затухание. Есть разъёмы СР50, но они не для улицы, да и декларация об их полосе до 10ГГц сомнительна. К счастью, я могу добыть разъёмы типа N, SMA и кабель RG58, даже 5D-FB с некоторым усилием.
Но у меня не хватит уже сил и знания для освоения теории антенн и методик их расчёта. А изготовить описанную антенну и привести сигнал от неё по безупречному тракту 50Ом очень хочется.
Обращаюсь со слёзной просьбой пересчитать конструкцию и опубликовать вариант или рекомендации под такие разъёмы и кабели. Думаю, буду рад и благодарен вам не один только я!
P.S. Кстати. Не понимаю, как зарегистрироваться на сайте
Качество этого контакта может быть плохим только у активного патча, но оно ничем не влияет на параметры антенны. Как видно на изображениях в статье, люди укрепляют его даже "сопливым" клеем. Он важен только для защиты от атмосферной статики.
В деревне в низине где мобильная связь еле берет а
интернет днем с огнем не сыщешь показало две желтые
полоски LTE. Затащил антенну на чердак под шифер,
показало 3 зеленые полоски. После настройки скачет 4
или 5 зеленых полосок. Антенна зверь!
Спасибо за статью!
Модем Huawei E3372h-153. До вышки 9 км через густой лес.
2. Если делать без бортов по размерам в статье, параметры антенны однозначно изменятся, проще говоря, она серьезно расстроится. Говорить при этом об ее усилении смысла не имеет. По первой ссылке под статьей — оригинальные авторские чертежи. Первый чертеж для антенны 900 МГц без короба, второй — с коробом. Как видно, размеры активного патча и директора приходится корректировать. Разница в усилении там видна тоже, она невелика, но это для корректированных размеров.