4g антенна своими руками для модема калькулятор

Антенна для 3G/4G своими руками

Самым простым и в то же время эффективным решением для усиления сигнала для 3G или LTE модема является антенна Харченко. Разработанная полвека назад, данная антенна может работать в широком диапазоне частот и весьма проста в изготовлении. Калькулятор, который находится чуть ниже, избавит вас от ручных рассчетов. Достаточно ввести только частоту, на которой будет идти прием-передача сигнала и вы получите все необходимые значения для изготовления антенны, включая необходимую длину проволоки, которая лежит в основе антенны.

Все что потребуется для сборки — это кусок медной проволоки, отражатель, паяльник, клей и какой-нибудь материал в качестве диэлектика, например небольшой кусок полипропиленовой трубы. В точках А и Б припаиваются центральная жила и оплетка кабеля соотвественно. Диаметр проволоки не имеет решающего значения, допустимы отклонения от рассчетных значений. А вот размеры антенны и сторон ромба уже весьма критичны и их необходимо соблюдать с максимальной точностью. Отражатель можно изготовить из металлической пластины, но конечно гораздо проще использовать кусок пластиковой панели с наклеенной на него фольгой. Важно чтобы расстояние от антенны до отражателя было одинаковым по всей длине проволоки. Оплетка кабеля может касаться отражателя, но не в коем случае не центральная жила. Также не должны соприкасаться точки А и Б, показанные на рисунке. Оптимальное расстояние между ними около 10 мм.

Антенну следует крепить к отражателю любым материалом, который не проводит ток, например пластик. Чаще всего достаточно закрепить антенну на отражателе в трех точках: в центре и по краям. В случае с LTE модемом необходимо изготовить две антенны, которые можно разместить на одном отражателе. Для защиты от ветра и попадания воды внутрь кабеля антенну можно поместить внутрь какого-нибудь контейнера. Вполне подойдет контейнер для продуктов подходящего размера.

Источник

4g антенна своими руками для модема калькулятор

Представляю вашему вниманию обновленный калькулятор антенны Харченко. Антенна смоделирована в программе HFSS и оптимизирована для Wi-Fi и 3G диапазонов. (HFSS+MAA)-модели антенны можно скачать с нашего сайта. Диаметр провода соответствует стандартному набору сечений провода электропроводки. Без существенных изменений характеристик антенны можно применить ближайший имеющийся в наличии. Форма рамок скругленная на изгибах, что позволяет добиться максимально широкой полосы пропускания и облегчает изготовление антенны. В отличии от Bi-Quad Тревори Маршалла рефлектор не имеет бортиков. Подробнее о возможных вариантах конструкции читайте в соответствующей статье. Если кто-то сюда попал в поиске расчета антенны Харченко для цифрового телевидения (DVB-T2), то имейте ввиду, что такая «цифровая» антенна не требует расчета и описана другой статье . Хотя, если вы просто хотите рассчитать 75-омную антенну для определенной частоты ДМВ диапазона, то данный калькулятор позволяет это сделать.

Боковые стойки изготавливаются из металлических болтов или шпилек М2-М8 в зависимости от диаметра провода и крепятся к рефлектору и вибратору посредством гаек и шайб. Поскольку в точках крепления находятся узлы напряжения, так называемые точки нулевого потенциала, то по стойкам токи не текут. Поэтому металлические стойки могут быть и диэлектрическими, не имеет значения. На частотах выше 2 ГГц диэлектрические стойки более предпочтительны. Размеры даны по центральным осям провода, размер D — от оси провода (плоскости вибратора) до поверхности рефлектора. Размер R — радиус скругления провода. Важна точность общей длины провода (при этом периметры каждого квадрата должны быть одинаковыми), а также расстояния D , размеры W и H допускают некоторое округление размеров. Радиус R не критичен и примерно одинаков по всем точкам изгиба. Промежуток между проводами в месте подключения минимально возможный. Антенна подключается 50-омным либо 75-омным коаксиальным кабелем. (КСВ ВВЕСТИ ДАННЫЕ:

Расчет, аналогичный этому калькулятору, есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на QR-код ниже или отсканировав его. Не забудьте оценить приложение.

Для симметрирования и отсечки тока питающий фидер необходимо завести через точку нулевого потенциала (возле стойки) и проложить по одной из рамок. Оплетка припаивается к тому плечу, по которому проходит фидер, центральная жила к противоположномуЕсли на частотах ДМВ по антенной рамке можно проложить непосредственно фидер снижения, например распространенный RG6, то на СВЧ, это сделать нельзя. Необходимо использовать на обоих сторонах фидера пигтейлы из тонкого коаксиального кабеля, например RG178 , RG316 для 50-и омной антенны или RG179 для 75-и омной. Однако для уменьшения затухания сигнала в качестве магистрального фидера снижения нужен именно толстый коаксиал.

Проволоку для рамок на низкочастотных диапазонах можно заменить металлической пластиной с шириной равной расчетному диаметру провода. При этом длина пути по центру пластины должна быть равна длине провода из калькулятора.

В диапазоне 2100 Мгц (3G UMTS) при настройке на центральную частоту 2045 Мгц антенна, в отличии от Double Bi-Quad, имеет достаточно широкую полосу пропускания при КСВ

Довольно часто в этих ваших интернетах можно встретить случаи, когда данную антенну называют «двойной квадрат» или биквадрат. Это неправильно, друзья! Пошло это от дословного перевода названия антенны BiQuad с английского и от незнания наших собственных традиций. Дело в том, что двойной и тройной квадрат — давно известные у наших радиолюбителей, но принципиально другие конструкции, в англоязычной литературе носящие название » 2(3)-element Quad «. А эта антенна у нас всегда носила название зигзаг Харченко, в честь автора конструкции, который и изобрел ее в 1958 г. Кроме того, К.П.Харченко предложил и теоретически обосновал прокладывание фидера через точку нулевого потенциала вдоль одного из плеч рамки в целях симметрирования. На Западе этот способ неизвестен, поэтому к примеру в конструкции Тревори Маршалла антенна подключается просто на прямую. «Подключим не глядя», ну а что взять с профессора медицины? Подробно об антенне и обосновании питания антенны через точку нулевого потенциала можно прочитать в авторской книге Харченко К.П. «Антенны УКВ» 1969 г, которую можно скачать у нас на сайте.

У постоянных пользователей этого калькулятора появились вопросы. Объяснение большинству из них даем ниже в форме диалога:

• -Вижу что у Вас на сайте обновился калькулятор для расчета антенн Харченко для Wi-Fi. Хочется изготовить ее и испытать на деле, но появились некоторые неточности. Раньше в калькуляторе была указана точная длина стороны квадрата и равнялась она примерно 30,5мм. То есть нужно было просто взять кусок проволоки, поставить метки через каждые 30,5мм и потом по них согнуть? И если измерять готовую антенну с помощью штангенциркуля — то 30,5мм должно быть по внешним поверхностям сторон квадрата, по внутренним или по самому центру проволоки? Сейчас же длина стороны квадрата совсем не указана. Есть только общая длина проволоки. Почему изменился расчет? Для каких целей делался этот новый вариант?
• -Для начала обращу ваше внимание, что калькулятор не сам рассчитывает антенну, а просто масштабирует ее размеры по частоте. Большинство проволочных антенн позволяют сделать такое масштабирование. Но в своей основе он должен содержать базовую модель, рассчитанную в каком-либо антенном симуляторе. Мы уже не первый раз усовершенствуем калькулятор, первый вариант вообще не имел базовой модели, был основан на простых формулах и был скопирован с западного калькулятора . Его копии с нашего сайта можно найти и сейчас. Например: moyteremok.ru/calc-antenna-bikvadrat.htmlЭтот калькулятор (и множество его клонов в сети) неверен . Там просто рассчитывается сторона квадрата в четверть длины волны и затем укорачивается на коэффициент 0.97. Это грубая техническая ошибка. Электрический полуволновой диполь действительно короче длины полуволны в свободном пространстве. Магнитный же диполь (наша рамка), наоборот длиннее.
• -Вторая версия (предыдущая), была основана на модели для антенного симулятора MMANA-GAL. Программа и сейчас популярна у олдфагов, поскольку бесплатна и имеет русскоязычный интерфейс. В этой программе провод представляется в виде прямой бесконечно тонкой линии, поэтому все размеры даются не по краям, а по оси провода. Реальный диаметр провода конечно учитывается, но уже вторично, кроме того программа имеет ряд ограничений в расчетах. Эти ограничения легко удовлетворяются на метровых волнах. На СВЧ их обойти очень трудно. В частности MMANA неправильно учитывает промежуток в месте подключения. Из модели MMANA следует, что величина этого промежутка влияет на входной импеданс антенны. Однако, поскольку в точке подключения не соблюдаются основные ограничения вычислительного ядра NEC, этот вывод на самом деле абсолютно неверен. Изгибов провода программа не моделирует в принципе, только изломы. А поскольку изогнуть провод, особенно толстый, строго под 90 градусов невозможно, на изгибах набегает дополнительная длина провода , которую базовая модель не учитывает. Правильно рассчитать этот набег длины не зная реальный радиус изгиба невозможно . А на СВЧ очень важна именно реальная общая длина рамки с правильным учетом изгибов, а не длина ее стороны. От этой длины зависит резонанс рамки, т.е. точка по частоте, где реактивная составляющая ее импеданса обращается в нуль. Кроме того плавный изгиб провода несколько расширяет полосу пропускания антенны, что часто имеет важное значение. По этой причине было принято решение заменить калькулятор.
• -В настоящее время стандартом для расчета СВЧ антенн является использование программных пакетов CST STUDIO или ANSYS HFSS. Они лишены недостатков присущих MMANA, поэтому расчет в них наиболее точен. Последний вариант калькулятора основан на модели HFSS и является более точным чем предыдущий. Для точного расчета длины провода радиус изгиба задан фиксированным. Изгибать надо именно по направляющим диаметром 14 мм (точнее — 13,6 мм). Но! Какой то одной, однозначно «правильной» модели с «правильными» размерами не существует в принципе. Рабочих моделей с разными размерами — бесконечное множество. Поэтому вопрос «почему там и там отличаются размеры?» не имеет смысла. Подробнее здесь. Под калькулятором есть ссылки на другие рабочие оптимизированные модели, в том числе для Wi-Fi.
• -Большое спасибо за ответ. Я все понял. Значит буду собирать ваш вариант антенны. Я думал согнуть провод на весу с помощью предмета диаметром 14мм. и потом готовую рамку прикрепить к рефлектору на стойку из диэлектрика большого диаметра (для устойчивости). Но я не знаю, как в этом случае максимально точно согнуть провод? Ну и углы, на сколько я понял, все должны быть четко по 90 градусов, а у меня с первого раза это не получилось.
• -Четко 90 градусов — это не принципиально, этого даже в модели нет. Нужно просто по возможности близко соблюсти основные размеры по калькулятору и согнуть максимально симметрично, «красиво». Точность радиуса изгиба тоже не принципиальна. Принципиально важна только точность длины провода и расстояния рамка/рефлектор . От этого зависит входной импеданс антенны. Небольшая неточность формы не приводит ни к каким заметным отклонениям. Вам нужно отмерить общую длину провода, разделить ее на 8 частей (приблизительная длина каждой части — длина сторон рамки qs1 или qs2 по чертежу, которые мы добавили в калькулятор). Затем согнуть проволоку по оправкам 13,6 мм в этих точках. Получившуюся рамку растянуть/сжать под размеры W и H.

P.S: Указанный в последнем пункте диалога алгоритм изгиба провода достаточно легко применить на частотах СВЧ. На ДМВ, с толстым проводом, это сделать трудновато. В таком случае, можно изготовить шаблон с направляющими, координаты и диаметр которых выдает калькулятор и по ним согнуть провод. Но первым действием нужно сначала отмерить расчетную длину провода . Если у вас будут неточности в шаблоне и после изгиба провода «концы не сойдутся», вы можете подкорректировать профиль рамки чтобы необходимая длина провода в любом случае сохранилась.

Подобные упрощенные калькуляторы:

• Калькулятор другой конструкции антенны, основанной на оригинальгой статье Тревори Маршалла. — подойдет для тех, для кого точность не принципиальна (вернее будет сказать, что все «многа букафф», что написаны выше, для них попали в категорию » ни . не понял, но очень интересно! «), кто не знает что такое штангенциркуль, кто делает разметку жирным фломастером и просто гнет провод плоскогубцами на весу.
• Калькулятор Bi-loop антенны
• Калькулятор Double Bi-quad антенны

Эти калькуляторы основаны на моделях 4NEC2. Все недостатки вычислительного ядра NEC, о которых шла речь выше, присущи и этой программе.

Оптимизированные конструкции зигзага Харченко для отдельных диапазонов с рефлектором в виде короба, который закрывается радиопрозрачной пластиковой крышкой:

Источник

4g антенна своими руками для модема калькулятор

Сегодня мы с вами, уважаемый аноним займемся тяжелым вооружением, а именно разнообразными Wi-Fi/3G/4G пушками. Не так давно это оружие попало на Ютуб благодаря известным видеоблогерам под ником KREOSAN. Оно было подано в присущей этому видеоблогу манере как некий суперкреатив, поэтому анонима терзают смутные сомнения, а можно ли верить в достоверность всего этого? Давайте займемся поиском ответа на этот вопрос…

Прежде всего обратим ваше внимание, что сама идея этой Wi-Fi пушки была предложена И.Панченко на форуме lan23.ru еще в далеком 2007 году, но ни в видео, ни в описании к нему об этом нет ни слова. Не хороший поступок для суровых креосанов, не правда ли, Карл?

Правда стоит отметить, что на странице антенны на lan23.ru в описании и на картинке внизу размеры совершенно разные. Сразу скажем, что оба варианта рабочие, но какой из них выбрать?. Более того, на самом форуме и в сети можно найти еще до 3-4 различных вариантов размеров. Да и в самом креосановском видео мелькает чертеж, на котором рефлектор выполнен с бортиком, а в видео он без бортика, что опять порождает некие сомнения. Вариант без бортика изначально был предложен И.Панченко, обкатан им на реальном линке и доведен до ума по приборам, так сказать в боевых условиях. Он же реализован в видео KREOSAN. Чтобы все это понять, надо перечитать внимательно все обсуждение на форуме. А представьте себе когнитивный диссонанс анонима, который слабо понимает о чем вообще на форуме идет речь (ну не специалист он в антеннах СВЧ!) и впервые нашел это описание с непонятными размерами. Так что спасибо KREOSAN’у, что живой помог анониму определиться с выбором варианта. При анализе модели в HFSS наглядно видно, что антенна должна быть без бортика.

Характеристики Wi-Fi Пушки Креосана

КСВ пушки с бортиком и без	Усиление vs частота	КСВ с 50-и и 75-омной нагрузкой

Как мы видим, по КСВ

Калькулятор для пересчета этой 7-дисковой пушки на другие частоты доступен только в нашем андроид приложении Cantennator. Тапайте на QR-код, если вы зашли сюда с мобильного или планшета или сканируйте этот код мобильным, если вы смотрите эту страничку на мониторе десктопа чтобы перейти на Google Play для загрузки. Не забудьте оценить приложение и оставить отзыв.

Особенности изготовления и конструктив антенны можно достаточно подробно посмотреть по ссылкам ниже. Отметим только, что толщину пластин можно менять в пределах 0,3..1 мм (рефлектор как несущий диск лучше взять толще, около 2 мм), а шпильки использовать не больше М6. Однако вероятность отрицательного результата будет намного меньше, если вы откажетесь от шпилек и будете паять диски на стальной или латунный штырь диаметром 2-3 мм (например на сварочный электрод как в оригинальной сборке). На самом деле применение шпилек с гайками не есть изобретение видеоблоггеров, а применялось намного раньше. Посмотрите хотя бы статью «ушкуйника» по ссылке [3]. Просто гайками удобно подстроить уже готовую антенну по приборам (см. картинку выше, где пушка с гайками подключена к измерителю импедансов). Если у вас нет приборов, от шпилек и гаек лучше отказаться и делать по оригинальной статье (ссылка [1]), либо применить в качестве разделителей между дисками отрезки металлической трубки. Очевидно, что загоняя в конструкцию немалой толщины гайки, вы расстраиваете антенну .

Хотелось бы обратить внимание, что эта ваша 6/7-дисковая «пушка Креосана» была в свое время разработана для Wi-Fi диапазона. Поэтому она не оптимизирована для 3G/4G диапазонов, а также по критерию расхода железа на децибел усиления . Другими словами, это не самый эффективный вариант «пушки» из возможных и по согласованию и по усилению. О влиянии гаек мы упомянули, а уж тупо, без расчетов, понаставить на нее кучу дополнительных одинаковых дисков, как делают некоторые ютуберы, меряясь друг с другом длиной своих «пушек» — полностью бессмысленное занятие. Оптимизированные конструкции «пушки» на некоторые диапазоны можно посмотреть по ссылкам ниже. Кроме того на нашем сайте можно найти и более эффективные антенны, например «Сдвоенный квадроэллипс» для 3G/4G. Важно отметить, что простое масштабирование по частоте «пушки Креосана», хоть с 6-ю, хоть с 7-ю дисками, не самое лучшее решение. В этой антенне слишком много не масштабируемых элементов. В итоге, пушка пересчитанная со сравнительно узкополосного диапазона Wi-Fi в широкополосный UMTS-2100 будет иметь КСВ > 3. Вообще правильно и кошерно антенны рассчитываются в специализированных программах электромагнитного моделирования, о чем на сайте подробно написано. Поэтому в новой редакции этой статьи мы представляем читателю антенну с 8-ю дисками, рассчитанную, как и положено, в такой программе для основных диапазонов цифровой связи. Усиление антенны около 12,5 dBi, КСВ во всех диапазонах не превышает 1,6. Отношение усиления вперед/назад не хуже 15 dB. Входное сопротивление 75 Ом . Диски крепятся к шпильке не гайками, а с помощью распорок в виде «втулок-проставок» из трубки диаметром А. Гайки присутствуют только на концах антенны, где их влияние минимально. Расчетная толщина дисков 0,5 мм.

Схематичное изображение разреза антенны (кликните для увеличения):

Подробнее о частотах LTE диапазонов здесь. Размеры элементов антенны сведены в таблицу:

Размер [мм]	Диапазон (Band) [МГц]
	800	900	1800	2100	2400	2600
X0	16	13	7	6	5	5
X1	18	16	9	8	7	7
X2	89	78	41	35	31	29
X3	165	145	77	66	58	54
X4	240	211	111	96	84	79
X5	320	282	149	129	112	105
X6	395	348	185	160	139	130
Dr	312	270	145	126	109	102
D0	198	176	91	79	69	64
D1	171	151	80	69	60	56
D2	123	108	57	49	43	40
D3	123	108	57	49	43	40
D4	120	106	55	47	42	39
D5	120	106	55	47	42	39
D6	117	104	54	46	41	38
S	35	31	17.5	14.5	13.5	12
A	16	14	10	8	8	8

Набор характеристик антенны (кликните на нужное изображение для увеличения):

Характеристики антенны для диапазона 800 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Характеристики антенны для диапазона 900 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Характеристики антенны для диапазона 1800 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Характеристики антенны для диапазона 2100 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Характеристики антенны для диапазона 2400 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Характеристики антенны для диапазона 2600 МГц

Входной импеданс	КСВ	Усиление dBi

Почему мы предлагаем антенну на 75 Ом когда входное сопротивление модемов/роутеров 50 Ом? Раз уж вам понадобилась внешняя эффективная антенна, то вероятнее всего она будет размещена на высоте не менее 5 м. При этом затухание в чаще всего используемом кабеле на 50 Ом — RG-58 составит более 4 дБ. При 10 метрах фидера затухание будет уже 8 дБ. И что останется от 12 дБ усиления антенны, друзья? Избежать этой проблемы позволяет использование толстого кабеля 50 Ом. Но такие кабели весьма и весьма дорогие. По этой причине многие специалисты предлагают использование обычного «телевизионного» недорого фидера RG-6 с 75-омной антенной. Рассогласование по входу с 50-омным роутером в таком случае повысит общий КСВ системы до двух. Это вполне приемлемая величина и потери от этого будут на порядок меньше, чем применение тонкого RG-58.

Не будем здесь поднимать хайп как на ютубе и кричать, что представленная в этой статье 8-дисковая пушка самая крутая. Это просто один из бесконечных вариантов данной антенны, не лучший, но и вовсе не худший. Выбор на него пал, потому что это один из вариантов с максимально возможным количеством дисков и, соответственно усилением, который можно собрать без настройки по приборам. Диаграмма направленности антенны примерно одинаковая во всех рабочих диапазонах:

Несмотря на наличие круглых элементов, поляризация у антенны линейная. Ось поляризации проходит через центр круга и центр коннектора. Таким образом, если мы разместим антенну так, что коннектор будет находиться на вертикальной оси, проходящей через центр антенны (вверху или внизу — без разницы), то антенна будет иметь вертикальную поляризацию. Если повернуть антенну вокруг оси на 90° так, что коннектор окажется сбоку от центра (справа/слева — без разницы), то поляризация антенны станет горизонтальной. Имейте это ввиду. На частотах 4G антенну можно использовать как MIMO, для этого достаточно подключить второй вход к активному диску под 90° к первому и на одинаковом расстоянии s от края диска (Как показано на рисунке, ну и это показал KREOSAN в своем видео по ссылке [6]). Те, кто прочитал статью о технологии MIMO, знают, что нам нужно иметь модем с двумя входами и две отдельных антенны с ортогональной Х-поляризацией. В случае круглого патча мы можем объединить эти две антенны в одной. Это позволяет существенно уменьшить расходы на «железо», что является большим преимуществом данной антенны. Хочу особо обратить внимание анонима, пришедшего сюда с ютуба, что не нужно делать никакой гальванической изоляции между рефлектором и активным диском, а также между входами MIMO. При двух MIMO входах развязка между ними, при ортогонально поляризованных каналах, составляет около 18-20 дБ. При одном входе вообще нет внятной причины делать изоляцию между дисками. Более того, такая изоляция может привести к выходу модема из строя по причине атмосферной статики. В конце концов нужно понимать, что короткое замыкание, измеренное по тестеру, в тоже самое время на СВЧ может оказаться бесконечным сопротивлением, т.е. как раз той самой изоляцией. Поэтому можно не сомневаться, там нигде ничего не «коротнет». Конечно если вы сделаете все аккуратно. Вот такой парадокс, малята. Здесь на breadboard не проверишь, тестером не прозвонишь (и не надо звонить!), здесь рулят волны, фотоны, кванты и коты Шредингера .

P.S: Необходимо обратить внимание на точку подключения фидера к антенне. На первом рисунке ниже изображен монтаж коннектора на фронтальной стороне рефлектора. Характеристики антенны существенно зависят от исполнения этого узла, в том числе и от диаметра штыря питания. Поменяли на разъем другой конструкции — характеристики уплывут. Нужно пересчитывать и настраивать под конкретный разъем. Самодельщикам же можно и нужно подключаться непосредственно коаксиальным кабелем. На это и рассчитана наша 8-дисковая пушка. При этом рекомендуется продлить экранирующую оплетку выше рефлектора на высоту около (0.5..0.75)*X0. Это уменьшает паразитную индуктивность центрального штыря и улучшает характеристики антенны.

Выше можно видеть как неправильно и как правильно подключается коаксиальный кабель к «пушке». Применение переделанных F-коннекторов, как у Креосана , не только допустимо, но и рекомендуется. Только желательно перед накруткой обернуть кабель кусочком фольги, чтобы продлить экранирующую оплетку как сказано выше. Покупать дорогие N-коннекторы для непрофессиональной самодельной антенны по меньшей мере нерационально. Если покупать, то лучше уж эти или эти .

Оптимизированные конструкции «пушек»:

• Широкополосная «пушка» LTE MIMO 1700-1900 мгц . (чертежи пушек из 12, 8, 5 и 4-х дисков; 5-и дисковую можно использовать как облучатель тарелки);
• Двенадцатидисковая пушка WiFi-2440 , 50 Ohm, 14.15 dBi, SISO + MIMO 2×2;
• Двадцатидисковая пушка MIMO UMTS-2100 , 50 Ohm, 12.9-14.0 dBi;

Источник