Антенна для модема 4g своими руками: виды, изготовление устройств

Как сделать антенну для модема 4g своими руками

Модемы плотно вошли в нашу жизнь, однако бывают случаи, когда в их работе случаются перебои, связанные с плохим сигналом. Такое может происходить по разным причинам – особенности ландшафта, перегрузки сети, проблемы со связью. Народные умельцы придумали специальное устройство, которое призвано справиться с подобными сложностями. Изготовляется антенна для модема 4G своими руками из того, что найдется в гараже под рукой, себестоимость ее минимальная.

Особенности распространения сигналов в диапазонах 3G, 4G или LTE заключаются в способности отражаться от физических преград, которые есть на их пути, то есть происходит затухание сигнала. Волны могут снижать скорость доступа к интернету и влиять на качество самого соединения. В данной статье будет разобран весь порядок сборки такой антенны, что для этого потребуется и как правильно ее разместить в своей квартире. В качестве наглядного примера, статья дополнена двумя видеороликами и скачиваемым файлом в заключении.

Антенна для модема 4g своими руками.
Антенна для модема 4g своими руками.

Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи

Радиоволны при перемещении в пространстве наталкиваются на разные препятствия в виде домов, деревьев и других сооружений. Препятствия на пути могут отражать или поглощать волну, а также делать это частично. Иногда сигнал разбивается на несколько составных частей. На характер взаимодействий волны и преград на пути оказывают влияние материал поверхности, частота сигнала и множество других факторов.

Отражение в процессе передачи приводит к тому, что появляются временные задержки. Кроме того, из-за всех этих взаимодействий до конечного потребителя доходит только часть отправленных от приемника волн. Поэтому одной из главных проблем беспроводных сетей является многолучевое распространение сигнала.

Для ее решения используются следующие технологии:

  1. Разнесенный прием (Receive Diversity).
    Позволяет принимать сигнал сразу несколькими, а не одним устройством. Таким образом, непринятые одной антенной волны принимаются другой. Используется принцип одного выхода и нескольких входов, или SIMO (Single Input Multiple Output);
  2. Разнесенная передача (Tx Diversity).
    Основана на том, что сигнал отправляется с нескольких антенн, а принимается одной, то есть множественный выход и одни вход, или MISO (Multiple Input Single Output), как панельная антенна 3G;
  3. Пространственное уплотнение (Spatial Multiplexing).
    Разбивание выходного потока на несколько составляющих и прием через несколько устройств, или MIMO. Антенна получает сигнал, предназначенный и для других приемных устройств тоже. Используя матрицу передачи и всю полученную информацию, сигнал максимально восстанавливается.

Чтобы определить максимальную пропускную способность – С, используется формула:

С= M B log2(1 + S/N), где:

  • C – пропускная способность канала;
  • M – количество независимых потоков данных;
  • B – ширина канала;
  • S/N – соотношение сигнал/шум.

Для сотовой связи 4G, а именно LTE MIMO, возможно использование 8Х8, что позволяет добиться скорости до 300 Мбит/сек. Даже на значительном удалении от станции сигнал будет устойчивым. Сегодня больше распространены MIMO 2Х2. Всегда для 4G количество каналов должно быть четным. Антенны могут располагаться в одной поверхности или быть вертикально разнесены. Во втором случае важно точно выдерживать расхождения по градусам, указанные в схеме.

Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи
Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи.

Интересное по теме: Распиновка HDMI 

Характеристики внешних усилителей для модема

Антенны – это устройства для усиления сигнала сети. С его помощью существенно увеличивается скорость Интернет-соединения и открывается доступ к веб-ресурсам в зоне слабого покрытия. Используется в случае нахождения в зоне нестабильной связи, что непосредственно связано со слабым покрытием оператора.

Как сделать антенну для модема 4g своими руками

Самые простые – всенаправленные. Они могут принимать и передавать сигнал во все направления с одинаковой интенсивностью. Примером может служить обычный четвертьволновой вибратор. Если говорить упрощенно, это обычный кусок провода, имеющий длину в четверть волны принимаемого сигнала. Секторная способна ограничивать излучение в определенном секторе. Например, если за всенаправленной антенной поставить лист железа, то получится секторная антенна с сектором в 180*. Такой лист железа называется экраном.

Самая эффективная — направленная антенна, которая является частным случаем секторной. За счет подбора (конечно же точного расчета на самом деле) кривизны экрана можно получить узко направленный луч излучения радиоволны. Двумя основными характеристиками любого приемо-передающего устройства являются чувствительность и коэффициент усиления.

Чувствительность влияет на качество принимаемого сигнала, коэффициент усилений – передаваемого. Измеряются эти параметры в dBi. Чувствительность измеряется отрицательным числом, коэффициент усиления положительным. Чем больше модули этих чисел – тем лучше, тем качественней ваше устройство. Например, чувствительность в -75dBi хуже, чем -83dBi. Коэффициент усилений 11dBi лучше, чем в 6dBi. Чем выше эти параметры, тем больше дальность устанавливаемой связи.

Какими бывают самодельные антенны

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 расчетов.
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.

Антенна для усиления и приема сигнала.
Антенна для усиления и приема сигнала.

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.

Антенна для 3G сигнала.
Антенна для 3G/4G сигнала.

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.

Как сделать антенну самостоятельно

Принципиальных сложностей при самостоятельном изготовлении нет. Нужны навыки работы с металлом, умение держать в руках паяльник, желание и аккуратность. Как своими руками сделать люстру Непременное условие – строгое соблюдение геометрических размеров всех, без исключения, составляющих частей.

Геометрические размеры высокочастотных устройств должны быть соблюдены с точностью до миллиметра и точнее. Любое отклонение ведет к ухудшению характеристик. Упадет коэффициент усиления, увеличится взаимосвязь между антеннами MIMO.

В конечном итоге вместо усиления сигнала буден наблюдаться его ослабление. К сожалению, в широком доступе отсутствуют точные геометрические размеры. Как исключение, имеющиеся в сети материалы основаны на повторении некоторых заводских конструкций, не всегда скопированных с заданной точностью.

Поэтому не стоит возлагать большие надежды на публикуемые в интернете схемы, описания и методики. С другой стороны, если не требуется сверх сильного усиления, то выполненная самостоятельно, с соблюдением указанных размеров антенна MIMO, все равно даст, хоть и не большой, но положительный эффект. Стоимость материалов невысока, затраты времени при наличии навыков также не слишком велики.

К тому же никто не мешает испытать несколько вариантов и выбрать приемлемый по результатам тестирования. Для того чтобы сделать MIMO антенну 4G LTE своими руками, нужны два абсолютно ровных листа оцинкованной стали толщиной 0.2-0.5 мм, а лучше одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Один из листов пойдет на изготовление рефлектора (отражателя), а другой – на изготовление активных элементов. Кабель для подключения к модему должен иметь сопротивление 50 Ом (таков стандарт для модемного оборудования).

Как сделать антенну самостоятельно
Как сделать антенну самостоятельно

Телевизионный кабель использовать нельзя по двум причинам:

  • сопротивление 75 Ом вызовет рассогласованность со входами модема;
  • большая толщина.

Также необходимо подобрать разъемы, которые должны в точности соответствовать разъемам на модеме. Указанное расстояние между активными элементами и рефлектором должно отсчитываться от слоя фольги в случае использования фольгированного материала. Кроме того понадобится небольшой отрезок медного провода толщиной 1-1.2 мм. Один из вариантов самостоятельного изготовления Изготовленная конструкция должна быть помещена в пластиковый корпус. Металл использовать нельзя, поскольку таким образом антенна будет заключена в электромагнитный экран и работать не будет.

Большая часть чертежей относится не к MIMO антеннам, а к панельным. Внешне они отличаются тем, что к простой панельной антенне подводится один кабель, а к MIMO нужно два. Изготовив две панельные антенны, можно получить разнесенный вариант, выполненной своими руками антенны МИМО 4G.

Подводя итоги, можно сказать, изготовление антенны МИМО своими руками – не очень трудное дело. При надлежащей тщательности вполне возможно получить работоспособное устройство, сэкономив некоторое количество финансов. Несколько проще выполнить антенну 3G своими руками. В отдаленной местности, где еще нет покрытия ЛТЕ, это может быть единственным вариантом повысить скорость соединения.

Антенна сделанная своими руками.
Антенна сделанная своими руками.

Проволочная антенна

Простейший вариант самодельной антенны — это использование куска медной проволоки небольшого сечения, который нужно намотать в несколько витков вокруг верхней части модема. Оставшийся конец проволоки длиной 20-30 сантиметров разгибаем вертикально. Данный примитивный способ при определённых условиях может заметно усилить стабильность принимаемого радиосигнала.

Проволочная антенна для 3G.
Проволочная антенна для 3G.

Жестяная банка

Наверное, в любом доме можно при желании найти пустую использованную жестяную банку от прохладительных напитков или кофе. Этот нехитрый предмет может стать основой ещё одной самодельной антенны. Убираем крышку ёмкости, в боковой стенке делаем отверстие, вставляем туда модем до половины корпуса, с помощью USB-удлинителя подключаемся к компьютеру или ноутбуку. Далее остаётся найти наилучшее расположение конструкции в пространстве. Эффект усиления в данном случае может быть очень неплохим.

Жестяная банка для 4g
Жестяная банка для 4g

Дуршлаг 4G

Обычный алюминиевый дуршлаг есть у большинства людей. И этот предмет утвари можно использовать для создания ещё одной нехитрой антенны для модема. Нужно только зафиксировать «свисток» в чаше посуды, например, с помощью клейкой ленты. Как говорится, всё гениальное просто.

Дуршлаг 4G.
Дуршлаг 4G.

Рамочная зигзагоообразная антенна известного советского радиолюбителя Харченко. Для изготовления такого усилителя понадобится медный провод сечением 2,5 мм. Сгибаем его в форме двух совмещённых квадратов, в точку соединения размещаем модем, подключенный через USB-кабель к компьютеру. С тыльной части антенны крепим тонкий лист металла в качестве отражателя. Сделать такой девайс можно довольно быстро, а коэффициент усиления при определенных условиях может очень порадовать.

Переделанная спутниковая антенна

Очень многие из нас пользуются услугами спутникового телевидения. И если в вашем распоряжении имеется старая спутниковая тарелка, то её вполне можно переделать в антенну для 4G-модема. Сделать это очень просто. Снимаем со штанги конвертер и на его место крепим модем. Направляем конструкцию в сторону базовой станции провайдера, медленно вращаем её до достижения наилучшего результата.

Итак, мы рассмотрели несколько вариантов изготовления антенны для 4G-модема своими руками из доступных подручных средств. Вы можете попробовать сделать самостоятельно любую из предложенных моделей и заметно усилить принимаемый с базовой станции провайдера сигнал. Удачи!

Для решения проблем с уровнем приема сигнала интернета и мобильной связи можно сделать своими руками MIMO антенну 4g LTE. Технология MIMO позволяет повысить пропускную способность и передавать больше данных, тем самым увеличить скорость работы. Этот эффект достигается за счет использования нескольких устройств для приема сигнала. Не зря название MIMO, или Multiple Input Multiple Output, переводится как множественные входы, множественные выходы. Используя эту технологию, можно обеспечить значительный прирост в скорости передачи данных у конечного потребителя.

Переделанная спутниковая антенна 4G.
Переделанная спутниковая антенна 4G.

Проведя распараллеливание потока на несколько каналов на входе, можно пустить сигнал по нескольким направлениям и также принять все эти данные на выходе. Двух-, трех- и даже восьмикратное увеличение достигается за счет использования определенных конфигураций и количества антенн MIMO 3G или 4G. Более того, можно пускать закодированную информацию с задержкой и восстанавливать данные при приеме. Для того чтобы понять, как работают такие устройства, рассмотрим принципиальную схему передачи радиосигнала.

Способ Харченко

Недавно мы писали, как своими руками сделать антенну для приёма телевидения. Но знали ли вы, что аналогичным образом можно сделать самодельную антенну для 3G модема?

Нам потребуется:

  • Медный провод или проволока, потребуется участок примерно в 30 сантиметров;
  • Коаксиальный кабель сопротивлением 50 или 75 Ом;
  • Кусок фольги или DVD-диск в качестве рефлектора;
  • Инструменты: нож, паяльник, пассатижи, клей, линейка и карандаш;
  • Пластиковая крышка от бутылки для разделения антенны от рефлектора.

По теории, которую в книге непросто найти, диаметр проволоки рамки должен составлять 0,016 – 0,02 максимальной длины волны. Для частот телевидения времен СССР составило:

  1. 1 – 5 (49 – 100 МГц) каналы: 120 – 100 мм.
  2. 6 – 12 (174 – 230 МГц) каналы: 34 – 27 мм.

Провод значительного диаметра разыскать сложно, было предложено заменить круглый проводник плоским. Значительно увеличилась парусность антенны, нельзя назвать положительным фактором, изготовление усложнилось, вес увеличился, материалы стало сложно достать. Применяются три контура. Хорошая новость: будем работать с частотами 750 МГц и выше, проволоку диаметром 6 мм достанет каждый (зачистите ПВ). Вторая добрая весть: нашли способ ведения монтажа. Неведомый автор потрудился переснять из книги рисунки, привел описание процесса на сайте http://chegdomyn.narod.ru/meny/radio/ant-xarchenko.html. Бесплатный домен, поэтому 99%, информация раздобыта жестким энтузиастом.

Антенна по способу Харченко.
Антенна по способу Харченко.

Авторы поленились переснимать рисунки, добавим пару слов: по бокам монтажной платы укладываются две полукруглые пластины, на которые паяется проволока. По углам (6 штук общим числом выходит) рамки перемыкаются металлическими полосами. Насчет траекторий оказались правы. Следуйте рисунку, не ошибетесь. Изолировать места пересечения провода не принято, антенный канатик вовсе в этом не нуждается. Сегодня любители WiFi широко применяют конструкцию. Иногда помещают железо в пластиковый корпус, отделывая шов силиконовым герметиком, купленным в сантехническом магазине.

Изготовление биквадрата Харченко

На фотографиях самодельных антенн для 3G модемов можно увидеть его примерный вид. Для начала необходимо сделать на медной проволоке разметку карандашом: длина внешней стороны каждого из квадратов должна составлять примерно 35-36 мм. Аккуратно погнуть проволоку по разметке, помогая себе пассатижами. Должна получиться симметричная конструкция из двух квадратов, соприкасающихся углами. Оставшиеся куски проволоки удалить.

Проделать в крышке отверстие, в него продеть конец кабеля. Кабель раздилать, оголив внутренний проводник и экран для пайки. Дальше следует припаять антенну к кабелю и подключить её к модему. Пайка проходит следующим образом: к середине антенны с одной стороны припаять центральную жилу, с другой – экран. Затем придвинуть крышку к антенне, можно дополнительно укрепить и изолировать конструкцию клеем или герметиком.

Материал по теме: Что такое статическое электричество. 

Через отверстие вставить диск-рефлектор в провод, продвинуть его к антенне и приклеить к крышке. Припаять к кабелю с другой стороны разъём для подключения к модему. Подсоединить антенну к модему. Наслаждаться результатом своей работы!

Двойной биквадрат Харченко.
Двойной биквадрат Харченко.

Антенна «двойное кольцо»

Следующий способ создания самодельной антенны сложнее в исполнении, но даёт больший эффект. Для его выполнения потребуется:

  • Медная проволока или провод;
  • Рефлектор – плоская длинная консервная банка, кусок фольги и т.д;
  • Коаксиальный кабель с сопротивлением 75 Ом;
  • Короткая металлическая трубка, в которую можно продеть кабель;
  • Разъём для подключения антенны к модему;
  • Инструменты: паяльник, нож, линейка и карандаш.

Подробная инструкция по изготовлению:

  • Поищите в Интернете схему Bi-Loop антенны для 3g модема – на ней вы увидите похожую на антенну Харченко конструкцию, но в виде двух колец;
  • Сделать карандашом на проволоке разметку: для волн длиной 2050 МГц длина каждого кольца должна составлять примерно 146 мм;
  • Аккуратно согнуть из проволоки двойное кольцо. Также можно изготовить два кольца с зазорами длиной примерно 3 мм и припаять их концами друг к другу, оставив зазоры открытыми;
  • Изготовить рефлектор. Минимальные размеры: высота – 120 мм, ширина – 170 мм. Подойдёт любая металлическая панель, из подручных средств можно использовать фольгу или жесть от консервной банки;
  • Проделать посередине рефлектора отверстие, через которое вставить металлическую трубку -со стороны соединения с антенной длина трубки должна составлять примерно 18 мм! Припаять трубку к рефлектору с другой стороны;
  • Разделить ножом кабель: экран следует запаять, а проводник слегка оголить;
  • Продеть кабель в трубку и припаять к ней антенну: верхнюю часть следует припаять к проводнику, а нижнюю – к медной трубке;
  • Запаять трубку и оплётку кабеля;
  • Дополнительно для усиления сигнала можно использовать спутниковую тарелку, установив готовую антенну на кронштейн;
  • Другой конец кабеля следует соединить с разъемом для подключения к модему с помощью паяльника;
  • Подключить антенну к модему.
Антенна «двойное кольцо».
Антенна «двойное кольцо».

Как сделать хорошую LTE антенну

Самодельная LTE антенна может быть обыкновенным стержнем. Предлагаем сделать нечто дельное. Знаете, – некоторые относятся к биквадрату немного свысока. Совершенно напрасно. В книге Харченко пишет: при умелом конструировании изделие способно принимать волны с перекрытием диапазона в 2 – 2,5 раза. Давайте теперь посмотрим, что с LTE на территории России. Вещают многие… забирают разные частоты, заглянем в Википедию, чтобы не проводить серьезного исследования, попытаемся определить параметры создания технического задания.

LTE антенну своими руками.
LTE антенну своими руками.

Каждый сотовый оператор не стремится помогать конкурентам. LTE антенна КР – 14 – 2050 – JG, коэффициент усиления составляет 14 дБ в диапазоне 1900 – 2200 МГц. КСВ не поднимается выше 2. Ну, и? Теперь загляните в труд Харченко, сравните биквадрат с магазинной антенной. Еще думаете, что не нужно ничего собирать своими руками? Будут проблемы с подключением, оборудование лишено выходов под внешние антенны. Придется курочить модемы (отдельный разговор), изыскивать иные методики сопряжения оборудования. Что у антенны Харченко хорошо,  согласование проводится относительно просто. Приступим к рассмотрению конструкции.

В десятый раз портал ВашТехник поминает добрым словом антенны Харченко. Попробуем еще раз…

  1. Представьте шахматную доску. Испещрена полями белого, черного цвета. Причем соседними всегда являются противоположные оттенки. Для черной клетки только по диагонали может найтись соседняя черная.
  2. Теперь возьмем маленькое поле 2 х 2 клетки. Два поля белых, два – черные. Уберем черные поля. Осталось два квадрата, соприкасающихся одной вершиной друг с другом. Проложим по периметру этой фигуры проволоку.
  3. В центральной части, где квадраты соприкасаются, проволока не должна пересекать себя. В этом месте две стороны фигуры сближаются, не касаются друг друга. Проволока в месте начала спаивается с концом.
  4. Получена биквадратная антенна. Питающий кабель подходит в центральной части, где две стороны фигуры максимально сближаются. Само расстояние не критично, берут равным 1 – 2 мм. Никакого электрического контакта.
  5. Требуется добавить экран – ставится плоская металлическая пластина параллельно биквадрату на расстоянии 0,175 максимальной длины волны диапазона (минимальная частота). Увеличивается усиление, уменьшается уровень помех, отсекается половина сферы приема.

Давайте обсудим полученное изделие. Настоящая антенна Харченко образована тремя контурами. Приводим рисунок оригинального издания 1969 года, надеемся, автор не будет против вопиющего нарушения copyright. Как видите, указаны размеры относительно максимальной длины волны (минимальная частота).

Если верить Харченко, коэффициент перекрытия диапазона составит порядка 2 (до 2,5).Нигде в области КСВ не будет больше 2. Обратите внимание, восьмерка стоит вертикально. Поляризация будет горизонтальной. Харченко предлагал использовать конструкцию, ловя телевещание, авторы хотят приспособить принимать связь. Биквадрат кладите набок.

Как соединять контуры, сказать сложно, автор медлит показывать… Из рисунка следует: верхний наибольший квадрат переходит в нижний наименьший, и наоборот. Средний замыкается сам на себя. На контактных площадках три контура собираются шиной, запитываемой кабелем. Следует из рисунка, по тексту нуль пояснений. Взяв читателями, обращаемся к поисковику, не любим нерешенных вопросов… Вот что удалось выяснить.

Усилитель 4G и 3G сигнала.
Усилитель 4G и 3G сигнала.

Антенна MIMO

Как сделать антенну проще всего? Рассмотрим оборудование для получения сигнала 4G лте 800, в основе которого лежит антенна Харченко – синфазная решетка из ромбов. Эта конструкция была придумана К.П. Харченко еще в шестидесятых годах прошлого года. Основное достоинство этого оборудования состоит в том, что собрать антенну просто, а все параметры можно посчитать по многочисленным онлайн-калькуляторам в сети. За счет необычной схемы устройство редко нуждается в настройке. Если необходимо сделать оборудование для улучшения сигнала 3g своими руками, можно использовать одну антенну Харченко.

Антенна MIMO.
Антенна MIMO.

В MIMO технологии используется четное число антенн, у нас их будет 2 антенны МИМО своими руками: Downlink – от спутника до приемного устройства, и для отправки – Uplink. Если смотреть на усредненные показатели, что можно использовать 2 антенны на 802 и 843 мГц, подключение будет идти 50-омным коаксиальным кабелем.

Заключение

Рейтинг автора
Автор статьи
Лагутин Виталий Сергеевич
Инженер по специальности "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем", МИФИ, 2005–2010 гг.
Написано статей
70

Более подробно о технических характеристиках антенны для приема сигнала мобильной связи рассказано в материале Диаграммы направленности антенны в рабочем диапазоне Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.bumotors.ru

www.texnotoys.ru

www.elquanta.ru

www.internetsim.ru

www.vashtehnik.ru

www.wifi4g.satx.ru

www.4gltee.ru

Ссылка на основную публикацию
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять