Антенна «Гнутик» для 3G/4G и WiFi

Предлагаемая вашему вниманию антенна «Гнутик» является одной из самых эффективных проволочных антенн для 3G/4G диапазонов, которую смело можно рекомендовать для повторения начинающим антенным DIY-шникам. При коэффициенте усиления более 13 dBi, ее полоса пропускания по критерию КСВ < 2 свободно перекрывает любой из используемых сейчас диапазонов, выделенных для 3G/4G мобильных сетей. На такое не способен классический Double Bi-Quad, а антенну Харченко приходится существенно модернизировать, чтобы сделать ее более широкополосной. Да и усиление у нее значительно меньше. Почему «Гнутик»? Ведь у нас почти любая проволочная антенна своего рода гнутик. Просто так сложилось. Автором антенны является com666 (он же автор антенны «Extended Batwing»). Антенна родилась в дискуссиях и спорах между «практиками» и «теоретиками» на форуме 4PDA и получила известность именно под именем «Гнутик». Здесь в сжатом виде приводятся уже готовые результаты этой дискуссии с добавлением привычного для нашего сайта онлайн-калькулятора.

Прототипом антенны послужила статья в журнале «Радио» №7 1979 г. «Многоэтажные антенны» авторства: Г. Борийчук, В.Булыч, В.Шелонин. Эта антенна была масштабирована и оптимизирована com666 в программе 4NEC2 для работы в диапазонах мобильного интернета. В результате получилось два варианта антенны: с треугольными и ромбическими вершинами. В этой статье подробно описан второй вариант, с ромбическими вершинами, который мы рекомендуем для повторения радиолюбителям.

Антенна размещается в жестяной коробке, размеры которой можно получить из калькулятора. Она играет роль рефлектора и по совместительству защищает антенну от атмосферных воздействий. Коробка закрывается любой подходящей радиопрозрачной пластиковой крышкой. Активный элемент «Гнутик» изготавливается из медной проволоки для электропроводки, крепится ко дну коробки на диэлектрических стойках и запитывается тонким пигтейлом, который в целях отсечки тока (симметрирования) прокладывается по одной из сторон «Гнутика» и выводится через точку нулевого потенциала, располагающуюся у одной из вершин антенны. Пигтейл можно приобрести готовый с F-коннектором на конце, который нужно закрепить внизу антенного короба. Второй коннектор просто удаляется. Длину пигтейла выбирайте по расчетам калькулятора ниже. Она равна общей длине провода «Гнутика» деленной на четыре плюс запас несколько сантиметров.

Чтобы согнуть этот «Гнутик», вспоминаем школьный курс геометрии, отмечаем на доске или куске фанеры оси абсцисс и ординат и размечаем точки из таблицы (h0-h4), вокруг которых нужно гнуть проволоку. Поскольку антенна симметрична относительно обеих осей, то даны координаты только пяти из 18-и необходимых точек (можно ограничится 10-ю точками выше оси x и гнуть антенну по половине). В эти точки забиваются гвозди без шляпок диаметром 1 мм, а в точках h0 и h1 (а также в их зеркальные двойники) — более толстые. Можно обмотать их изолентой для достижения нужного диаметра направляющей. Вокруг этих направляющих натягивается предварительно выпрямленный провод. Общий чертеж антенны:

На чертеже h0..h4 - направляющие, вокруг которых гнется провод, p0..p4 — точки изгибов по осям провода, l1..l5 — длины отрезков (с учетом изгибов). Координаты точек h0..h4, p0..p4, длины отрезков и размеры рефлектора рассчитываются в онлайн калькуляторе. Плоскостью вибратора считается плоскость проходящая через центральные оси проводов. Допускается применение провода ближайшего по диаметру. Например если калькулятор предлагает провод диаметром 1,6мм (2 мм²), то можно брать и провод диаметром 1,8 мм (2,5 мм²). Антенна имеет входное сопротивление 75 Ом и рассчитана на работу с более дешевыми 75-омными фидерами. Усиление не менее 13 dBi. На чертеже антенна имеет горизонтальную поляризацию, на фото выше - вертикальную. Как показывает практика, поляризацию антенны небходимо подбирать при установке, почему - можно посмотреть здесь и здесь. Мы рекомендуем на месте поэкспериментировать с ориентацией антенны - 0°, ±45°, 90° относительно вертикали по критерию силы сигнала и скорости.

Исходный код Javascript:
Copyright ©2019 3G-Aerial
Ограничения и особенности расчетов антенн

Калькулятор основан на моделях антенны «Гнутик» в HFSS. Вы можете их скачать архивом, в который добавлена оригинальная авторская модель гнутика для 4NEC2. Характеристики антенны можно посмотреть на следующих изображениях (кликните на нужное изображение для увеличения):

Характеристики антенны для диапазона 1800 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi	Диаграмма направленности

---

Характеристики антенны для диапазона 2100 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi	Диаграмма направленности

Диаграмма направленности Гнутика секторальна. Главный лепесток сильнее сплюснут в вертикальной плоскости чем в горизонтальной, что обуславливает более легкую настройку антенны на базовую станцию несмотря на ее достаточно большое усиление. В сравнении с антенной Quados «Гнутик» имеет более простую схему симметрирования/согласования и позволяет использовать более дешевый 75-омный фидер. Кроме того, Quados имеет полосу пропускания  по критерию КСВ < 2 недостаточную для 3G/4G диапазонов. Следует отметить принципиальное отличие между антенной Double Bi-Quad и прототипом «Гнутика» — многоэтажной антенной из журнала Радио. Это — разная фазировка питания второго этажа. К.П.Харченко в своей книге «Антенны УКВ» предлагал третий вариант — стек в два этажа из двух одиночных зигзагов, питаемых через сумматор/тройник. Среди специалистов не утихают споры о преимуществах и недостатках той или иной схемы. Что же. Пусть спорящие специалисты — «практики» и «теоретики» — рвут себе пуканы. В споре, как известно, рождается истина. Мы же предлагаем DIY-шникаим антеннщикам просто воспользоваться результатами этого спора, сказать спасибо com666, засучить рукава и начать гнуть «Гнутики», чтобы иметь быстрый интернет.

Ссылки по теме:

• Ссылки на чертежи Гнутика от автора на форуме 4PDA;
• Журнал «Радио» №7 1979 г. Статья «Многоэтажные антенны» - прототип Гнутика.