Как устроена антенна мобильного телефона

Внешняя антенна для мобильного телефона

Радиус действия сотового телефона можно увеличить, оснастив его внешней выносной направленной антенной. О том, как самостоятельно изготовить такую антенну, и рассказано в предлагаемой статье. Антенну с успехом можно использовать на даче, в удаленном загородном доме, и даже, учитывая ее небольшие размеры, в полевых условиях. В достоинствах сотовой телефонной связи убеждаются на собственном опыте новые и новые пользователи сотовых телефонов. Возможность в любое время и практически из любого места связаться по телефону с нужным абонентом делает этот вид связи, возможно, самым популярным и привлекательным. Но помимо многочисленных и неоспоримых достоинств сотовой телефонии, как и всякому техническому средству, присущи и некоторые недостатки Вспомним о необходимости платить за каждую секунду разговора Кроме того, для сотовой связи характерны такие явления, как наличие «мертвых» зон и ухудшение качества связи при значительном удалении от антенны ближайшей базовой станции.

Многим пользователям сотовых телефонов, наверное, знакома ситуация, когда приходится долго искать место, в котором аппарат может осуществить устойчивое подключение к сети. При­чем такие ситуации возникают не только вдали от антенны базовой станции сети (что характерно для уда­ленных мест, например, на садовом участке), но и в городе, где сигнал базовой станции может экранироваться зданиями, элементами строительных конструкций и т.п. Помочь в этих случаях может внешняя антенна, подключенная к мобильному телефону. Она, конечно, ограничивает мобильность абонента, «привязывает» его к этой антенне, но это ограничение может оказаться не столь уж дорогой платой за качественную связь. При разработке стационарной внешней антенны для сотового телефона была выбрана конструкция зигзагообразной антенны [1, 2], широко применяемая в профессиональной связи и популярная у радиолюбителей и телезрителей. Антенны этого типа в диапазоне частот, используемых в сотовой телефонии, позволяют реализовать хорошие характеристики при небольших габаритах, достаточно просты в изготовлении и настройке, обладают хорошей повторяемостью параметров при их производстве.

Зигзагообразная антенна состоит из восьми замкнутых проводников длиной L, образующих две ромбовидные ячейки (см. рисунок). Конструкция антенны такова, что ее проводники, возбуждаемые в точках А и Б, образуют своеобразную синфазную антенную решетку из четырех вибраторов. Пучности (максимумы) тока располагаются у точек питания и в углах, обозначенных буквами П. Антенна имеет линейную поляризацию, в показанном на рисунке случае — вертикальную. Диаграмма направленности антенны сохраняется в диапазоне частот с перекрытием fmax/fmin = 2. 2,5. Характеристика направленности антенны симметрична относительно плоскости расположения ее проводников. Для увеличения направленности зигзагообразной антенны применяют рефлектор, отражающий падающую на него часть энергии в сторону полотна антенны Фаза поля, отраженного рефлектором, в плоскости полотна антенны должна быть близка к фазе поля, излучаемого самим полотном, тогда сложение синфазных полей излучаемого и отраженного сигналов увеличивает коэффициент направленного действия (КНД) антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, но, главным образом, и от расстояния между ним и полотном антенны.

Стандарт сотовой связи GSM предусматривает работу систем связи в диапазонах частот 890 960 МГц для GSM-900 и 1710. 1880 МГц для GSM-1800[3, с 102], причем на частотах 935. 960 МГц и 1805. 1880 МГц организуется прямой канал, а на частотах 890 .915 МГц и 1710 . 1785 МГц — обратный канал. В диапазоне частот 890 ..960 МГц антенна имеет коэффициент бегущей волны (КБВ) не хуже 0,77 и КНД не хуже 7 дБ по сравнению с полуволновым диполем. В диапазоне частот 1710. 1880 МГц КБВ антенны не хуже 0,5, а КНД — не хуже 6 дБ. Основной расчетный параметр определяет рабочую частоту антенны. Для зигзагообразной антенны коэффициент направленного действия — КНД оказывается максимальным при = 0,4. Максимальный КБВ = 0,8 достигается при отношениях = 0,25. ..0,5 КБВ составляет величину не менее 0,5. Поэтому для средней частоты рабочего диапазона антенны была выбрана величина L = 80 мм, при этом = L / /\ ~0.37. Помимо L, на величину КБВ влияют ширина вибраторов антенны d и расстояние от полотна антенны до рефлектора. Обычно рекомендуется выбирать d = 0,033/\.max,, где /\.max — максимальная длина волны рабочего диапазона антенны. В нашем случае d — 10 мм. С точки зрения повышения КНД антенны расстояние до рефлектора желательно уменьшать, а с точки зрения согласования — увеличивать. В данной конструкции оно составляет 45 мм, что обеспечивает указанные выше характеристики антенны.

Полотно антенны 1 и рефлектор 2 изготовлены из односторонне фольгированного стеклотекстолита марки СФ-1 толщиной 1. 1.5 мм. Полотно антенны образовано двумя симметричными квадратными ячейками, которые вырезаются из фольгированного стеклотекстолита с внешней стороны по контуру антенны. Внутренний контур зигзагообразной антенны процарапывается резаком со стороны фольги, после чего фольга изнутри контура антенны удаляется. Для облегчения процесса удаления фольги ее можно предварительно прогреть мощным паяльником. При желании можно удалить и большую часть диэлектрика внутри контура антенны. В точках, близких к вершинам ячеек антенного полотна, сверлятся отверстия под винт МЗ или М4. Такие же отверстия сверлятся в рефлекторе 2 (экране). Полотно антенны 1, с одной стороны, и рефлектор 2, с другой, привинчиваются к стойкам 3 винтами Стойки изготавливаются из любого диэлектрического материала (фторопласт, гетинакс, оргстекло и т. п.), можно поставить и металлические стойки. Внутри них с каждой стороны сверлятся отверстия диаметром 2,4 или 3,2 мм на глубину примерно 10 мм под винты с резьбой МЗ или М4. Антенна питается коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. К точке б припаивают центральный проводник кабеля, освобожденный от экранирующей оп­летки, а к точке А — оплетку (экран).

Кабель прокладывают вдоль вибраторов, образующих одну из сторон ячейки антенны, и выводят через точку нулевого потенциала антенного полотна П. Для крепления кабеля его можно припаять луженым проводом к вибратору антенны. Далее кабель закрепляют на стойке и выводят через отверстие в экране антенны. К концу фидера припаивают разъем FME 740, к которому привинчивается переходник (антенный адаптер, его можно приобрести а салонах сотовой связи) под разъем внешней антенны сотового телефона. Следует отметить, что величина КБВ сильно зависит от типа применяемого коаксиального кабеля. Как правило, чем тоньше кабель, тем больше его затухание, что ухудшает характеристики антенны. В то же время тонкий кабель при подсоединении его к телефонному аппарату меньше сковывает движения абонента, такой кабель удобнее подключать к антенному адаптеру. В общем случае, если расстояние от точки, в которой антенна обеспечивает приемлемое качество сигнала, до места расположения телефонного аппарата составляет не более 2. 4 м (например, антенна располагается внутри помещения у окна), то можно использовать более тонкий кабель с полиэтиленовым диэлектриком (например РК 50-1,5-11). Если же для обеспечения приемлемого сигнала антенну требуется выносить на большее расстояние, требования к фидеру ужесточаются. Неплохими характеристиками для данного случая обладают кабели РК 50-2-21, РК 50-2-2. В описываемой конструкции в качестве фидера длиной 2,5 м использовался высокочастотный коаксиальный кабель РК 50-2-21 с коэффициентом затухания на частоте 900 МГц не более 0,6 дБ/м, на частоте 2 ГГц — 0,8 дБ/м.

Если предполагается использовать антенну вне помещения, для снижения парусности конструкции рефлектор можно сделать в виде решетки из металлических прутков или трубок, расположенных на расстоянии 0,05 /\-min друг от друга, здесь /\min, — минимальная длина волны рабочего диапазона частот. Элементы рефлектора ориентируют параллельно линии А-Б, т. е. в плоскости поляризации. Для заземления антенны соединяют точки П — П антенного полотна с экраном металлическими стойками, а сам экран надежно крепят к заземляющей шине (мачте, опоре). Внутри антенного полотна удаляют стеклотекстолит, освобожденный от фольги, а элементы вибраторов антенного полотна защищают антикоррозийным покрытием с малыми диэлектрическими потерями

При испытании антенна позволила увеличить сигнал с двух градаций шкалы индикатора сотового телефона Motorola M3788 до четырех, что обеспечило качественную телефонную связь. Если получившегося усиления антенны недостаточно, увеличить его можно построением антенной решетки, например, из двух или четырех зигзагообразных антенн, либо используя рефлектор типа «усеченный» рупор [2, с. 77]. Но эти решения значительно усложняют изготовление и настройку антенны и поэтому автором не опробованы. Данные по частотам и длинам волн различных стандартов сотовой связи приведены в таблице. Воспользовавшись ими и пересчитав линейные размеры, можно сконструировать подобные антенны и для других диапазонов.

ЛИТЕРАТУРА
1. Харченко К. П. УКВ антенны — М : ДОСААФ. 1969
2 Харченко К. П. Антенна диапазона ДЦВ’ Сб.- «В помощь радиолюбителю», вып. 94, с. 68-79 — М.: ДОСААФ. 1986
3. Ратынский М.В., Телегин А.В. Телефон в кармане. Путеводитель по сотовой связи. — М.: Радио и связь, 2000.

В. ВАСИЛЕВСКИЙ
Радио №10, 2002
Источник: shems.h1.ru

Что вы знаете про антенны в вашем смартфоне?

В современных беспроводных устройствах может быть установлена просто куча антенн для LTE, GPS, Wi-Fi, NFC. И не только. Иногда даже по несколько штук на каждую перечисленную технологию. Из этой статьи вы узнаете о том, какие в ваших смартфонах установлены антенны, какую конструкцию они имеют и как работают.

В каждом телефоне есть антенна

Как утверждали в одном авторитетном источнике, антенны бывают «такие, такие и такие»:

Еще в 2014 году число абонентов мобильной связи во всем мире было соизмеримо с населением планеты и оценивалось примерно в 7 миллиардов, а это значит, что мобильные телефоны стали универсальным и незаменимым инструментом в современной жизни. Сегодня с помощью мобильного телефона можно говорить с кем угодно практически из любой точки земного шара.

В самом простом виде сотовый телефон — это двухстороннее радио, состоящее из радиопередатчика и радиоприемника. Когда происходит вызов по мобильному, телефон преобразует голос в электрический сигнал, который затем передается с помощью радиоволн на ближайшую вышку сотовой связи. Сеть таких вышек передает информацию, закодированную в радиоволне, на мобильный телефон принимающей стороны, который преобразует ее в электрический сигнал, а затем – в звук.

Сотовые телефоны содержат, по меньшей мере, одну антенну для передачи или приема радиосигналов. Антенна преобразует электрический сигнал в радиоволну (передатчик) и волну в электрический сигнал (приемник). Некоторые сотовые телефоны используют одну антенну в качестве передатчика и приемника, в то время как другие, например iPhone (начиная с 5й серии) и большинство современных смартфонов, имеют несколько передающих или приемных антенн. Технология, при которой используется несколько антенн для передачи и приема называется MIMO (англ.: Multiple Input Multiple Output — множественный вход и множественный выход). Она позволяет передавать данные в несколько потоков, увеличивая, тем самым, качество связи и скорость передачи данных.

Антенна — это металлический элемент (например, медный), сконструированный таким образом, чтобы иметь определенный размер и форму для передачи и приема определенных частот радиоволн. В то время, как сотовые телефоны первых поколений имеют внешние или извлекаемые антенны, современные смартфоны содержат более компактные антенны внутри устройства.

Причина, по которой был произведен отказ от внешних антенн носит комплексный характер:

• Внешняя антенна излучает равномерно во все стороны (как монополь), в том числе в сторону головы человека, совершающего звонок. Поэтому в современных смартфонах используют такую конструкцию антенны, которая позволяет большую часть мощности излучать в противоположную от головы абонента, сторону.
• Конструкция антенн в виде монополя в принципе не позволяла производить развязку между антенными системами. Два «провода» будут оказывать друг на друга сильные помехи. Поэтому антенны стали выполнять в виде печатных плат и интегрировать в корпус. Это же увеличило свободу действий при модификации конструкции антенных систем.
• Вынос внешней антенны за пределы корпуса смартфона не позволяет сделать телефон компактным.

Важно понимать, что любые металлические компоненты устройства, например, печатная плата и металлический каркас для iPhone, могут взаимодействовать с передающей антенной (или антеннами) и вносить свой вклад в структуру передаваемого сигнала. Так, в каждом телефоне имеется несколько типов антенн:

• первичная сотовая антенна (прием и передача);
• вторичная сотовая антенна (только прием);
• антенна GPS (только прием);
• антенна Wi-Fi (прием или передача);
• NFC-антенна.

Антенны и частоты

В первую очередь следует отметить, что конструкция и размеры антенны зависят от того, на какой частоте она будет работать. Большинство антенн общего пользования стараются сделать такими, чтобы они работали в максимально широкой полосе частот из выбранного диапазона. Ведь на сегодняшний день, используемых частот, как и беспроводных технологий, существует просто колоссальное количество. Разобраться во всех тонкостях мира беспроводной связи — непростая задача. На рисунке ниже, например, приводится распределение по частотному диапазону стандартов мобильной связи в нашей стране.

Производители современных смартфонов стремятся сделать антенну широкополосной для всех технологий беспроводной связи: LTE, Wi-Fi, GPS, LTE и Bluetooth.

Первичная сотовая антенна является основной коммуникационной антенной на смартфоне и, следовательно, чрезвычайно важна. Эта антенна берет на себя основные функции передачи данных, поэтому имеет много спецификаций и требований. Она имеет как низкочастотную полосу (где-то между 700 и 960 МГц), так и широкополосную (где-то между 1710 и 2700 МГц). Большинство телефонов поддерживают некоторую комбинацию следующих диапазонов частот / поддиапазонов:

• GSM (2G) — GSM850 (824-894 MHz), GSM900 (890-960), DCS (1710-1880 MHz), PCS (1850-1990);
• UMTS (3G) — 5 полоса (824-894), 8 полоса (890-960), 4 полоса (1710-1880), 2 полоса (1850-1990), 1 полоса (1922-2170);
• LTE (4G) — 17 полоса (704-746), 13 полоса (746-790), 7 полоса (2500-2690).

Количество полос частот увеличивается с каждым годом. Телефон, разработанный для рынка США, может поддерживать только GSM850, PCS, полосу 5 (LTE и UMTS) и полосу 2 (LTE и UMTS). Некоторые компании пытаются разработать мировые телефоны, которые поддерживают все диапазоны, что значительно усложняет конструкцию антенны.

Есть несколько вещей, которые следует отметить в отношении полос частот. Во-первых, многие группы частот перекрываются. Например, GSM850, полоса 5 UMTS и полоса 5 LTE имеют одинаковый частотный диапазон. Следовательно, антенна, которая работает хорошо для одного из этих диапазонов, будет также хорошо работать и для других диапазонов.

Во-вторых, обратите внимание, что частоты для передачи данных обычно являются нижним пределом полосы, а частоты для приема — верхним. Например, для полосы 5 UMTS полоса передачи (Tx) составляет 824–849 МГц, а полоса приема (Rx) составляет 869–894 МГц.

Расположение первичной сотовой антенны почти всегда будет на нижнем или верхнем концах устройства.

Несколько примеров конструкции антенн в смартфонах

Говоря про строение антенны, стоит начать с небольшой теории. Самой простейшей антенной принято считать дипольную:

Дипольная антенна должна иметь длину около половины длины волны, чтобы иметь наиболее эффективную диаграмму направленности и, как следствие, ширину полосы рабочих частот. Первое, что необходимо знать — какая самая низкая частота будет выбрана в качестве основной для работы антенны. Это частота будет соответствовать самой большой длине волны, следовательно, поможет нам определить общий размер антенны.

Допустим, наша полоса низких частот составляет около 810 МГц. Длина волны тогда равна ~37 см, поэтому половина длины волны составляет примерно 18,5 см. Как правило, в мобильном телефоне можно разместить антенну длиной около 12-19 сантиметров.

Для эффективного излучения на частотах сотового телефона, антенна должна иметь размер всего устройства. Это означает, что антенна не является изолированным компонентом, она будет использовать всю структуру телефона для наиболее эффективного излучения.

Все антенны современного смартфона имеют сложную геометрию. А с переходом в миллиметровый диапазон 5G сложная геометрия сочетается с крайне минималистичным выполнением таких антенн. Разные элементы этой геометрии подключаются электрическим путем к основной конструкции. Таким образом, происходит изменение диапазона работы антенны. Ниже приведен один из примеров конструкции антенны для смартфона:

На рисунке показана структура патч-антенны, изготовленной на С-образной подложке FR4 с размерами 120×60 мм. Выбранные размеры всей печатной платы и антенны являются приемлемыми для большинства мобильных телефонов. Антенна состоит из монопольной антенны, соединенной в форме лестницы заземляющей полосы, и индуктора (левая верхняя часть рисунка). Управлять полосой пропускания антенны можно, подключая одну из четырех ветвей. Так, в антенну вносятся резонансные моды в более низкие и более высокие полосы частот. Диапазоны частот для работы такой антенны – 2260 МГц, 2740 МГц и 3450 МГц.

А не так давно на рынке появились первые смартфоны с поддержкой 5G. Более высокая скорость передачи данных и низкие задержки для взаимодействия в режиме реального времени привлекают все больше и больше пользователей. Данные аспекты позволяют не только транслировать новые форматы видео (360-градусные например), но и расширят спектр предоставляемых услуг, добавив в список: автономное вождение или, скажем, виртуальную и дополненную реальности. И это ещё не полный список возможностей новой технологии.

Разработка антенны для 5G еще больше усложнила жизнь инженерам, отвечающим за проектирование. Специалисты говорят об экспоненциальном росте в сложности создания устройств для 5G. Это связано с частотами, используемыми в сетях нового поколения — менее 6 ГГц и свыше 24 ГГц. В первых моделях сотовых телефонов использовались антенны первого типа, т.е. для частот меньше 6 ГГц, но при этом, вопрос о миллиметровых волнах еще не закрыт, ведь именно на данных частотах планируется взаимодействие с «интернетом вещей». Также, ситуацию усугубляет то, что в каждой стране выделен свой конкретный диапазон частот.

Так, например, выглядит 5G-антенна миллиметрового диапазона, разработанная компанией Qualcomm:

Антенна от Qualcom QTM052 — это крошечная антенная решетка, размером с монету. Она имеет в своем составе четыре антенны, которые с помощью интеллектуальных алгоритмов и технологии Beamforming могут точно направлять сигнал в сторону ближайшей базовой станции 5G.

Выше показано идеализированное изображение беамформинга. Так его рисуют маркетологи. В реалиях же, если визуализировать диаграмму направленности, то система управления лучом формирует некую субстанцию, которая «вытягивается» в сторону лучшего приема.

Разработанная антенна достаточно мала, чтобы производители смартфонов могли установить ее в лицевую панель телефона. Модем Qualcomm X50 5G уже рассчитан на установку в системы, поддерживающие до четырех антенных решеток, по одной на каждую сторону телефона. Это позволяет использовать всего 16 антенн и гарантирует, что независимо от того, как вы держите телефон, сигнал не будет заблокирован и останется с достаточно хорошим отношением сигнал-шум (SNR).

Часто антенны в смартфонах строят по разнесенному принципу. Работа разнесенной антенны состоит в том, чтобы попытаться предоставить независимую выборку данных из сигналов, попадающих в зону действия телефона. В этом случае, приемник мобильного телефона обычно выполняет переключенное разнесение (то есть, выбирает принимаемый сигнал с наибольшим количеством энергии) или комбинированное разнесение (для суммирования мощностей двух приемных сотовых антенн).

Учитывая, что сотовые антенны требуют много места, можно заметить, что эти две антенны будут независимыми, но, при этом могут испытывать большие взаимные влияния:

У нас есть две антенны, которые расположены близко друг к другу. Передающая антенна хочет связаться с удаленной системой, а приемная антенна пытается поглотить как можно больше энергии вокруг нее. Любая мощность, поглощаемая этой антенной, является потерей эффективности антенны. Такая же ситуация происходит в обратном порядке. Это означает, что энергия, которая была бы поглощена разнесенной антенной, поглощается основной антенной. Это негативно влияет на производительность.

Тогда стоит максимизировать изоляцию между двумя антеннами. Это сведет к минимуму эффект этой потери. Значения изоляции для смартфонов в нижней полосе частот составляют около 10 дБ, а для высоких частот — 20 дБ.

Чтобы максимизировать изоляцию (а также сделать диаграммы излучения несколько отличными), разнесенная антенна обычно размещается на верхней части смартфона.

В связи с появлением телефонов для 5G и уходом в миллиметровый диапазон, возникает большая проблема, связанная с быстрым затуханием высокочастотных сигналов. Именно поэтому в смартфонах пятого поколения планируется устанавливать по 3-4 антенных модуля. Использоваться будет тот, который в момент передачи сигнала не блокируется рукой пользователя. Даже на рекламной информации от Qualcomm это отмечено: расположение антенных модулей по периметру всего смартфона.

К чему это приведет, сказать пока сложно. Но, с учетом предъявляемых требований к системам связи пятого поколения, антенным решеткам быть, и от этого никуда не деться.

Особенности размещения антенн в смартфонах

Не стоит забывать и о том, что в каждом мобильном телефоне находятся не только антенны для сотовой связи, Wi-Fi, GPS, но и дополнительно антенны для совместимости с более старыми стандартами связи 4G, 3G и т.д.

Необходимо точно согласовать все антенные устройства между собой, ведь взаимное влияние и перекрестные помехи продолжают делать свою грязную работу и оказывать негативное влияние на систему в целом.

Оптимальное расположение антенн в телефоне,а также относительно друг друга, будет иметь ключевое значение и сказываться на их работе. Изменение положения на несколько миллиметров будет влиять на качество и стабильность связи работающего устройства. Как правило, на этапе тестовых испытаний вносятся коррективы в расположение антенн для обеспечения их оптимальной работы.

Из-за требований к повышению пропускной способности, используются технологии MIMO и Beamforming. Небольшой размер антенны, работающей на частотах более 28 ГГц увеличивает потенциал используемого стека технологий. Благодаря этому, увеличивается коэффициент усиления.

У высокочастотных антенн конструкция не так сильно связана с общей структурой телефона. Однако, большие проблемы возникают при интеграции антенны в устройство, за металлическую крышку. В этих реалиях она уже не является незаметной преградой на пути распространения волны, а оказывает достаточно сильное влияние на характеристики. И здесь нашли применение методы, используемые для проектирования обтекателей в космической промышленности. Крышка разрабатывается таким образом, что в определенном месте образует линзу, что позволяет улучшить диаграмму направленности, а также характеристики сканирования. При этом, данная проблема не настолько серьезна при размещении за стеклянной или пластиковой крышкой.

Другой подход, который также использует малый размер антенны — интеграция конструкций в металлический контур телефона. Это явно продемонстрировано на рисунке ниже.

Не стоит забывать и о безопасности, особенно для устройства, которое человек носит примерно 80% времени в непосредственной близости от тела.

На частотах ниже 6 ГГц для оценки влияния электромагнитного излучения применяются существующие стандарты SAR (Structure–activity relationship). На частотах миллиметровых волн, электромагнитное поле почти не проникает в организм. Большая часть излучения отражается, а то, что проникает внутрь, полностью рассеивается в пределах 3 миллиметров от поверхности, поэтому SAR не является серьезной угрозой для организма:

Заключение

Несомненно, тенденция развития беспроводных технологий будет способствовать дальнейшему уменьшению радиосистем. Частоты будут становиться все выше, а длина волны — уменьшаться, что приведет к необходимости уменьшения самой антенны. С переходом в диапазон десятков гигагерц увеличатся и требования к точности выполнения излучателей. При реализации радиотракта в этом диапазоне, погрешность в долю миллиметра может привести к полной неработоспособности системы. Пусть антенны будущего и станут меньше, но их количество будет только возрастать. Ведь такие технологии как MIMO и Beamforming продолжают развиваться, а эффективность этих технологий прямо пропорциональна количеству установленных антенн в вашем смартфоне.

Что нужно знать об антеннах в мобильниках

Антенна – самая важная часть вашего телефона, а иногда – еще и элемент дизайна. В этой статье мы расскажем о типах антенн, а также о том, как правильно разговаривать по мобильному телефону, и почему важно знать, где в телефоне расположена антенна.

Антенна в телефоне важна по двум причинам: она оказывает влияние на качество приема и передачи сигналов, а также определяет уровень облучения высокой частотой, когда вы прикладываете телефон к уху. Излучение мобильных телефонов – серьезный вопрос для тех, кто думает о своем здоровье. Антенна телефона излучает мощный сигнал в диапазоне частот стандарта сотовой связи. Справедливости ради отметим, что до сих пор до конца не ясно, какое влияние оказывает высокочастотное излучение мобильника на человека. Хотя работы по оценке «вредности» телефонов ведутся давно (более 15 лет), пока, к счастью, наличие вредного воздействия мобильного телефона на здоровье человека не доказано.

Несмотря на это, в ряде стран уже установлены серьезные ограничения на использование мобильных телефонов детьми.

Теперь – о типах антенн. В настоящее время в телефонах получили наибольшее распространение следующие виды антенн:

— внутренняя (Patch antenna, PIFA antenna), спрятанная в корпусе и невидимая глазу;
— штыревая антенна или укороченный диполь (Stub antenna), торчащая из корпуса, как обрубок;
— выдвижная антенна (Retractable antenna), сделанная из тоненьких телескопических трубочек и спрятанная в корпусе;
— комбинации из вышеперечисленных антенн.

Внутренняя – одна из самых распространенных и, пожалуй, самая удобная для пользователя антенна, полностью спрятана внутри телефона. Она никогда не ломается из-за неаккуратного обращения и обладает хорошими техническими характеристиками. Недостаток такой антенны только в том, что, покупая мобильник, вы точно не знаете, где она расположена в корпусе телефона. О том, почему это надо знать – чуть позже.

В последнее время появилась ещё одна разновидность внутренней антенны – такие антенны немного выступают из корпуса, но большей частью расположены внутри телефона. Необходимость в таких антеннах возникла вместе с тенденцией к созданию тонких телефонов – нужно же как-то встроить хорошую антенну в плоский телефон. Впрочем, следует заметить, что хорошую маленькую, плоскую и дешевую антенну для мобильника пока еще не разработали.

Укороченный диполь или штырь. Такая антенна обладает очень хорошими характеристиками, отлично видна, но неудобна для пользователя. По распространенности – на первом месте у производителей недорогих мобильников, так как это самый дешевый вид антенны. Такие антенны часто и легко ломаются у неаккуратных абонентов.

Выдвижная антенна или телескоп. В Европе и России эта антенна сейчас встречается преимущественно в старых GSM-телефонах. В CDMA-телефонах, напротив, телескоп используется довольно часто. В странах Азии (в Японии, например) и Америки (к примеру, в США) такие антенны все еще популярны. Причина – отличные характеристики и простота исполнения – все это важно для производителя.

Такие антенны часто ломаются и требуют деликатного обращения. Необходимо помнить, что телефон с телескопом должен (не все производители, правда, следуют этому правилу) отлично работать, даже если вы не выдвигаете антенну из корпуса до конца. Многие об этом не догадываются и полностью выдвигают антенну при каждом звонке. На самом деле, выдвигая телескоп, вы лишь немного улучшаете технические параметры антенны и увеличиваете уровень сигнала.

Это обычно помогает только при работе в зоне плохого покрытия или слабого уровня сигнала, а в городе вообще не дает никакого эффекта.

Существуют и другие типы антенн и даже комбинации уже упомянутых. Отметим, что в мобильном телефоне может быть не одна, а две основные излучающие антенны. Две антенны, например, ставят в телефоны 3G (комбинированные UMTS/GSM или CDMA/GSM). Плохого в этом ничего нет, просто надо знать, где эти антенны расположены.

В мобильном телефоне помимо основной излучающей антенны, может быть еще и антенна Bluetooth (ВТ) или антенна GPS (глобальная система определения местоположения).

ВТ-антенна работает на частотах порядка 2,4 ГГц и уровень её излучения в сотни раз слабее излучения основной антенны.

Теперь о том, почему необходимо знать, где расположена основная антенна (или антенны) в телефоне.

Во-первых, зная, где расположена антенна, вы не будете за нее случайно хвататься или касаться ее при разговоре. Хорошо бы, если бы каждый производитель в руководстве пользователя указывал расположение антенны в телефоне. Также неплохо было бы указывать в руководстве, что касаться антенны во время звонка не рекомендуется. Нет, это не опасно, просто, держась за антенну при разговоре по телефону, вы ухудшаете его работу. Не вдаваясь в технические детали, можно сказать, что антенна с прижатой к ней рукой может существенно хуже работать на прием и передачу. Это приводит к тому, что радиус соты, т.е. области, где надежно работает ваш телефон, существенно уменьшается. В каждом конкретном случае все будет зависеть от типа антенны, от ее расположения в корпусе и от того, насколько ее работе мешает владелец телефона.

Более того, если при разговоре вы мешаете работе антенны, расход мощности батареи вашего телефона может вырасти в 2 раза и более.

Так происходит из-за изменения баланса мощности радиоканала – телефон увеличивает мощность излучения по указанию сетевого контроллера.

Приведем конечные расчетные данные для обычного GSM-телефона. Если вы изменяете характеристики антенны за счет того, что неправильно держите телефон, то

— радиус соты для вашего телефона уменьшается до 20%, а покрытие – до 30%, что может приводить к полной потере связи; например, вы набираете номер — все в порядке, начинаете говорить, касаетесь антенны — связь прерывается;
— ресурс вашей батареи при разговоре расходуется быстрее на 20-60%, т.е. время работы батареи сокращается больше, чем в 2 раза.

Все это особенно заметно за городом, где сигналы слабые, то есть на большом удалении от от станции сотового оператора.

Более того, когда вы просто прижимаете телефон к уху при разговоре и при этом правильно его держите, уровни сигналов вашего телефона на прием и передачу могут ухудшаться. Иногда в разы, если антенна плохая. Все это зависит от типа антенны, от ее расположения в корпусе телефона и от близости ее к голове, от модели телефона. В той или иной степени, все мобильники подвержены такому воздействию и не думайте, что, купив дорогой телефон, вы избавитесь от всех проблем. Проверить же деградацию параметров можно только в специально оснащенных лабораториях.

Возникает резонный вопрос, а как же звонить правильно, не ухудшая качества работы? Как держать телефон, если не у уха?

Ответ простой. Правильно звонить надо, не прижимая телефон к голове/уху и не держась за него руками. Лучше всего пользоваться Bluetooth или наушниками, а телефон держать отдельно (например, в сумке), подальше от металлических поверхностей.

Где же могут быть расположены встроенные антенны? «Антенны-невидимки» располагаются, в основном, в верхней части телефона и часто очень близко прямо к динамику, который вы прикладываете к уху. Гораздо реже антенна располагается в нижней части телефона. В некоторых «раскладушках» антенны спрятаны в середине – в верхней части клавиатурного отсека. Часто антенны располагаются в утолщениях корпуса.

Знать, где расположена антенна, полезно еще по одной причине – в этом случае вы будете меньше облучать себя высокочастотной мощностью (что делать категорически не рекомендуется, неважно, установлен от этого вред или нет), или снизите интенсивность такого облучения. Снижение интенсивности достигается просто за счет правильного положения телефона относительно головы – расстояние между излучающей антенной и головой/ухом должно быть как можно больше. Необходимо помнить, что, увеличивая это расстояние всего на несколько сантиметров, вы снижаете интенсивность высокочастотного облучения головы в десятки раз.

Чтобы бы ни говорили о вреде излучения мобильников, помните главное – СВЧ-излучение пользы вашему организму, безусловно, не принесет.

Стоит добавить, что рабочие частоты телефона близки к частотам микроволновой печки. Это значит, что физический механизм воздействия на био-объекты в обоих случаях одинаков – происходит внутренний разогрев ткани, и повышается ее температура. Конечно, мощность телефона в сотни раз меньше мощности печки, но зато вы прикладываете источник излучения прямо к голове. Выводы делайте сами.

Автор: Андрей Анканов Источник: Газета.ru

Наша группа ВКонтакте — присоединяйся!

Оперативная и эксклюзивная информация — в 140 знаках! Подписывайтесь на наш канал:
Читать @Mobiset

Усилить сигнал интернета: самодельная или покупная антенна?

При неуверенном приеме и низкой скорости интернета для усиления сигнала используют антенны. Как подобрать оборудование для улучшения качества связи за городом, в новостройке или удаленном филиале? Что лучше — антенна своими руками или покупная? Как правильно ее установить и настроить? Ответы на эти вопросы и другую полезную информацию вы сможете узнать из статьи.

Благодаря развитию информационных технологий мобильная связь и интернет становятся доступнее. Но в сельской местности и в отдаленных городских районах по-прежнему возникают проблемы из-за слабого сигнала или его отсутствия. Чтобы улучшить прием мобильного интернета, необходимо сделать антенну для сотовой связи своими руками или купить подходящую модель.

В статье рассматриваются способы усиления сигнала мобильного интернета 3G/4G. Можно, конечно, подключить спутниковый, но он требует значительных затрат на покупку оборудования и погашение абонентской платы. Поэтому более популярным и распространенным вариантом является мобильный интернет, который стоит дешевле.

Способы усиления сигнала интернета

При использовании сотовой связи передача данных происходит с помощью радиоволн. Мощность сигнала на пути от передающей станции мобильного оператора до телефона или другого устройства существенно уменьшается.

Основные причины низкого качества приема:

● Большое расстояние до БС . Распространение сигнала зависит от мощности оборудования на вышке и диапазона частот. Обычно радиус действия составляет от 3,5 до 13,4 км. В сельской местности устанавливают ретрансляторы с зоной покрытия от 13,4 до 20 км. Нужно также учитывать, что при высоких частотах выше скорость передачи данных и стандарт связи, но меньше радиус распространения волн.

● Особенности местности . Низкая скорость соединения может быть связана с ландшафтом. Группы высоких деревьев, холмы и плотная застройка способствуют затуханию или рассеиванию части волн. В результате снижается качество приема и скорость мобильного интернета.

Необходимость усиления сигнала 3G и 4G возникает также при расположении приемных устройств внутри зданий с толстыми стенами из железобетона или из-за слабых характеристик телефонов и планшетов.

Для улучшения качества приема и повышения скорости мобильного интернета 3G/4G используют антенну или комплект оборудования с репитером.

Варианты самодельных антенн

При наличии материалов и определенных навыков можно сделать антенну для усиления сотовой связи своими руками. Среди распространенных моделей можно выделить следующие варианты:

● дисковая или «Пушка»;
● из жестяной банки;
● Харченко;
● Туркина-Полякова.

Самодельные усилители помогают улучшить качество связи в сельской местности и в городе при плохом приеме. Они повышают стабильность сотового сигнала и эффективность работы мобильного интернета. При этом средства придется потратить только на покупку комплектующих деталей, а антенну можно сделать самостоятельно. Готовые схемы и последовательность изготовления легко найти в сети.

Однако степень улучшения связи при использовании самодельных антенн зависит от правильного подбора материалов и компонентов, точного соблюдения инструкций по сборке и наличия навыков.

Для получения определенного эффекта потребуется провести предварительные расчеты. Но и в этом случае антенны, изготовленные своими руками, могут не обеспечить стабильность сигнала мобильного интернета. Проще и удобнее купить готовый усилитель.

Виды и особенности готовых антенн

Антенна заводского производства работает в заданном диапазоне частот, который указывается в техническом паспорте изделия. Для улучшения качества приема нужно правильно выбрать модель, учитывая расстояние от дачи, квартиры или офиса до БС мобильного оператора, особенности рельефа и другие факторы.

При мощном входящем сигнале для стабильной работы интернета достаточно установить уличную всенаправленную антенну с коэффициентом усиления до 7-9 дБ. Она имеет круговую диаграмму направленности, фиксируется на фасаде здания и не требует точной настройки.
Более эффективными являются внешние направленные антенны, которые обеспечивают уверенный прием при расстоянии до БС в пределах 3-20 км. К ним относятся:

● «Волновой канал» (Yagi) . Благодаря конструкции имеют минимальную ветровую нагрузку, но отличаются узкой диаграммой направленности с углом охвата не более 12-15°. Требуют точной настройки на БС.

● Панельные . Бывают узкополосные и широкополосные модели. Принимают сигнал, отраженный от препятствий, и могут использоваться при отсутствии в прямой видимости вышки оператора. Узкополосные антенны требуют наведения на БС, а широкополосные обеспечивают уверенный прием без точной настройки. Они склонны к парусности и самостоятельному переключению.

● Параболические. Громоздкость и массивность конструкции компенсируется высоким коэффициентом усиления, который может составлять до 27 дБ. Параболические антенны имеют угол охвата от 5 до 20° и улучшают качество связи только при точной настройке. Для снижения парусности конструкции желательно выбрать модель с сетчатым рефлектором.

Улучшить качество приема на 10-20% и увеличить скорость интернета 3G и 4G помогают антенны с поддержкой технологии MIMO. Эффективность работы обеспечивает одновременная поляризация по горизонтали и вертикали. Антенна MIMO 2X2 имеет два выхода и совместима с модемом или роутером с двумя входами.