16+
ComputerPrice
НА ГЛАВНУЮ СТАТЬИ НОВОСТИ О НАС




Яндекс цитирования


Версия для печати

Модуль поиска не установлен.

Самая простая и важная часть мобильного телефона

09.09.2007

Сергей Шершень

До того, как стать студентом технического вуза, я длительное время занимался и по сей день продолжаю заниматься удивительно интересным видом досуга - радиоспортом. Для тех, кто не знает, поясню. Есть такой вид увлечения радиотехникой, который заключается в постройке собственными руками приемо-передающей аппаратуры, выходе на ней в эфир и установлении связей с такими же увлеченными фанатами, как и ты сам.

В практике радиоспорта, после установления связи, принято интересоваться у корреспондента о том, на чем он работает. Всегда с гордостью за свое детище, вам расскажут, что за передатчик использует радиоспортсмен, какую мощность сигнала он получает на передаче, и обязательно охарактеризуют свою антенну. У радиоспортсменов есть даже такая поговорка: "Скажи мне, что у тебя на крыше за антенна, и я скажу тебе, какой ты радиоспортсмен".

Рис. 1. Автомобильный штырь.

Удивительное дело, но почему-то в мобильной технике такого правила не существует. Зайдите в любой магазин. Почитайте описание телефонов, расспросите продавцов. В лучшем случае вам скажут, что телефон имеет встроенную или внешнюю антенну. А охарактеризовать ее длину, направленность, степень согласованности с высокочастотным трактом, пожалуй, не сможет даже самый подготовленный менеджер.

С одной стороны, понять такое положение вещей можно. Подразумевается использование телефона сотовой связи в условиях городской черты. Зона покрытия базовыми станциями достаточно хорошая. В таких условиях телефон будет работать даже на плохую антенну. Но ведь мы все чаще берем аппарат с собой на дачу, в загородные поездки, в лес. Уровень сигнала в таких местах далек от городских условий. Как поступить в такой ситуации? Что предпринять? Для начала разобраться хотя бы в элементарных принципах работы антенного устройства аппарата.

В стандарте сотовой связи GSM-900 (именно он в основном используется российскими операторами) для передачи информации прямого канала (от базовой станции к телефону) используется полоса частот от 935 до 960 МГц, а обратного канала (от телефона к базовой станции) от 890 до 915 МГц. Разнос по частоте между прямым и обратным каналом составляет 45 МГц. Один разговорный канал с учетом защитных полос по краям занимает полосу частот 200 кГц. Таким образом, полный диапазон системы GSM можно разбить на 124 частотных канала. Для канала под номером N центральные частоты вычисляются из соотношений:

Fобратный = 890,200 + 0,200 N, 1 ≤ N ≤ 124
Fпрямой = 935,200 + 0,200 N, 1 ≤ N ≤ 124.

Для связи в стандарте GSM используются волны, представляющие собой комбинацию распространяющихся в пространстве электрических и магнитных полей. Поля характеризуется векторами напряженности Е и вектором магнитной индукции Н. Эти вектора взаимно перпендикулярны. От того, под каким углом к горизонту направлен вектор Е, определяется поляризация волны. Она либо вертикальная, либо горизонтальная. В радиосвязи принято использовать волны с вертикальной поляризацией. На распространение таких волн меньше влияют строительные конструкции и растительность. Достигая антенны, волна наводит в ней полезный сигнал. При этом напряжение сигнала вычисляется по формуле:

Uc = EЧ HЧcos ц,

где Е - напряженность электрического поля, Н - действующая высота антенны, ц - угол между осью антенны и вектором Е, Ч - частота). Очевидно, если антенна и вектор напряженности будут параллельны друг другу, то cos ц будет равен 1. В таком случае напряжение сигнала станет максимальным. Не следует путать действующую высоту антенны с ее реальными физическими размерами. Дело в том, что под символом Н в приведенной выше формуле понимается так называемая электрическая длина антенны. Приближенно ее можно вычислить по формуле Н = л /р, где л - длина используемой в сеансе связи волны. Из школьного курса физики известно, что длина волны л определяется из соотношения

л = с/f,

где с - скорость света 300 000 км/сек., f - частота волны в килогерцах.

Какие выводы можно сделать из приведенных выше рассуждений? Для идеального качества связи необходимо иметь антенну, по размерам соизмеримую с длиной волны, используемой системой GSM в данном месте (а в другой соте она будет другой) и держать аппарат так, чтобы антенна была строго вертикальной. А еще лучше использовать две разные антенны. Одна будет работать на передачу, а другая на прием.

Совершенно понятно, что реализовать подобное не получится. Поэтому производители идут на компромисс. Никто не оснащает телефоны двумя антеннами. Аппараты, как правило, обзаводятся одной антенной с усредненными характеристиками. Если взять верхнюю частоту за исходную, по приведенной выше формуле, получим, что для GSM-стандарта необходима антенна размером примерно 32 сантиметра. Представить себе телефон с такой антенной тяжело. Поэтому на практике используются четвертьволновые отрезки. Такое решение дает уже размер в 8 сантиметров. Все равно много. Тогда отрезок дополнительно скручивают в спираль. В итоге антенна телефона уменьшается примерно до 2 сантиметров с учетом короткого прямолинейного отрезка, вкрученного в корпус телефона. Но штыревые антенны - не единственный вид антенн, которыми оснащаются современные телефоны. Еще существуют встроенные устройства. По внешнему виду они напоминают плоскую токопроводящую пластину, закрепленную внутри на задней крышке корпуса аппарата. С потребительской точки зрения, такое решение очень удобно. Отсутствует постоянно торчащий штырь. Антенну сложнее сломать. Для моей жены такая антенна единственно верное решение. С тех пор как у нее появилась "раскладушка" Siemens AF-51, я практически забыл, что такое сломанные антенны.

Рис. 2. Волновой канал.

Следует остановиться еще на двух характеристиках антенн, которые интересны с точки зрения потребителя. Это диаграмма направленности и коэффициент усиления. Диаграмма направленности характеризует способность антенны концентрировать излучаемую электромагнитную энергию в определенном направлении или, наоборот, принимать энергию с определенного направления. Коэффициентом усиления антенны называется отношение сигнала, развиваемого на клеммах антенны, к напряжению развиваемому в этой же точке пространства обычным полуволновым вибратором. У штыревой антенны диаграмма направленности имеет форму тороида. Можно считать, что такая антенна излучает во всех направлениях, и волны преимущественно распространяются вдоль поверхности земли. Встроенная антенна имеет диаграмму в форме вытянутого эллипса, где максимум направлен перпендикулярно задней стенке корпуса.

Рис. 3. Логопериодическая антенна

В продаже можно встретить множество внешних антенн. Условно их разделяют на ненаправленные и направленные. К первым относятся разного рода штыревые виды. Особенно распространены автомобильные штыри для крепления на корпусе автомобиля (рис. 1). Ко второму классу следует отнести антенны типа "волновой канал" (рис. 2) и "логопериодические" (рис.3). Внешне такие антенны напоминают продольную ось с нанизанными на нее поперечными вибраторами.

В совокупности система "телефон - антенна" представляет собой электрическую цепь. Радиоволна, достигая антенны, наводит в ней высокочастотный ток. Он протекает вдоль антенны, проходит через входные устройства, корпус телефона, тело пользователя и стекает в землю. Чем надежнее земляной контакт, тем лучше работает антенная система.

Делаем практические выводы. При установлении связи в городе следует придерживаться двух простых правил. Держать мобильник по возможности в вертикальном положении и не касаться пальцами антенны (задней крышки, где внутри корпуса расположена внутренняя антенна). Тем самым вы не будете вносить искажения в диаграмму направленности. Телефон будет излучать оптимальную мощность сигнала. В противном случае ему придется увеличивать сигнал. Если аппарат имеет встроенную антенну, то, по возможности, сориентируйте его на максимум принимаемого сигнала. Делается это так. Располагаете аппарат в вертикальном положении на вытянутой руке и медленно начинаете вращаться вокруг своей оси. По показаниям на дисплее оцениваете положение, в котором уровень принимаемого сигнала максимальный. Фиксируете свое положение в пространстве и устанавливаете связь. Кстати, свойство направленности внутренней антенны можно использовать в экстремальных ситуациях. Расскажу один случай, произошедший со мной. С друзьями отправились за грибами. Машину оставили на поляне, а сами углубились в лес. Когда добирались до места, я заметил на обочине дороги вышку базовой станции. Машинально запомнил направление на нее. Грибы собирали, продвигаясь вдоль натоптанной тропинки. Однако, увлекшись процессом, очень скоро потеряли ее из виду. Со мной была пятилетняя дочь. Даже она стала понимать, что мы заблудились. Попытки найти дорогу по приметам результата не дали. Еще немного, и ребенок разрыдался бы у меня на руках. И тут я вспомнил про NOKIA 3310, что лежал у меня в кармане. Этот телефон имеет встроенную антенну. Использовав вышеописанный метод определения максимума сигнала, я, не разбирая дороги, с ребенком на плечах пошел, как по компасу, изредка останавливаясь и корректируя направление движения. Мы вышли в десяти метрах от машины.

Прежде всего, об использовании мобильного телефона в сложных с точки зрения связи условиях, следует задумываться уже на этапе покупки аппарата. При планировании использовать его за городом, на даче и других местах с плохим покрытием следует обратить внимание на наличие в телефоне разъема для подключения внешней антенны. Обычно этот разъем находится на задней панели и закрывается заглушкой. Не все телефоны им оснащаются. Некоторые производители, например NOKIA, категорически не ставят их на своих аппаратах. Видимо, они позиционируют свою продукцию исключительно для связи в условиях хорошего покрытия. Далее следует спросить продавца и при наличии приобрести антенный переходник (рис.4). Это кусочек высокочастотного кабеля с двумя штекерами. Один подключается к разъему телефона, другой к внешней антенне. На данном этапе следует быть осторожным. Можно нарваться на дешевую подделку. Лучше сразу проверить переходник. Выберите место, где уровень сигнала по индикации на дисплее будет немного меньше полного. Например, в углу торгового зала или за металлической витриной. Подключите переходник. Он должен вставляться плотно и не выскакивать. Уберите руки от кабеля. В момент включения переходника антенна телефона отключается. Это должно привести к ухудшению принимаемого сигнала. Далее сигнал может снова вернуться к прежнему уровню. Если сигнал пропал совсем или при подключении не изменился - отказывайтесь от покупки переходника.

Разумеется, вам также понадобится и внешняя антенна. Возможны два варианта. Покупка ненаправленного вибратора. Обычно это автомобильные антенны, в виде четвертьволнового штыря с кабелем и разъемом на конце. В основании штыря может быть сделана спираль, удлиняющая электрический размер антенны, и магнитное приспособление для крепления на крыше автомобиля, или приспособление для крепления под винт. Такие антенны очень просты в установке и недороги. Но они же, в силу круговой диаграммы направленности, дают и наименьший эффект от использования антенны. Я рекомендую обратить внимание на направленные антенны типа "волновой канал" или логопериодическую. Они имеют больший коэффициент усиления и узкую диаграмму направленности, а значит, существеннее повышают качество связи. Оценочно проверить антенну в магазине можно, подключив ее через переходник к телефону. Уровень сигнала должен увеличиться. Я говорю оценочно, потому что полную проверку стоит проводить только в тех условиях, в которых вы собираетесь эксплуатировать антенну. Не лишним будет договориться с продавцом о возврате изделия, если она не даст желаемого результата.

Рис. 4. Антенный переходник.

Существенным недостатком готовых покупных антенн является их цена. Особенно дороги логопериодические антенны. Но есть выход. В Интернете имеются сайты с информацией об изготовлении антенны своими руками. Вот некоторые ссылки:

- http://radko.at.tut.by/antenna/pin.htm;

- http://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/gsm1.shtml;

- http://gsm.net.ua/long.html;

- http://gsm.net.ua/mobilenews.html.

Поверьте, изготовить антенну сможет любой человек, который хотя бы раз в жизни держал в руках паяльник. У такого пути есть и еще одно преимущество. Дело в том, что готовые антенны изготавливаются с учетом усредненных характеристик диапазона GSM. Вы же можете подогнать размеры антенны под ваши условия. Для этого необходимо узнать частоту или номер канала той базовой станции, с которой планируется устанавливать связь. Узнать ее можно, воспользовавшись инженерным меню вашего телефона. Инженерные коды вы не найдете в описании телефона. Зато их легко можно найти в Сети.

При изготовлении антенны следует учесть еще два момента. Кабель для связи антенны и телефона необходим с волновым сопротивлением 50 Ом. Обычный телевизионный не подойдет. Длину кабеля следует делать по возможности короче и совпадающей с четным количеством длин волн. В длинном кабеле будут очень большие потери, что приведет к нулю результат использования самое антенны.

Теперь об установке. С помощью телефона определите точку, где сигнал базовой станции принимается. Обычно это самая высокая точка на местности. На дачном участке, скорее всего, придется залезть на крышу дачного домика. Последовательно подключите к телефону антенный переходник и антенну. Медленно вращая антенну вправо - влево по сектору, определите направления максимального приема. Запомните это направление и закрепите антенну. Кстати, о креплении. О нем стоит подумать заранее. Производители антенн в лучшем случае оборудуют свою продукцию простым кольцом и затяжным винтом. Явно мало. Необходимо придумать что-то наподобие мачты. Эту задачу можно решить с помощью крепления для спутниковых тарелок. Их недорого можно прибрести в специализированных магазинах. Далее проводим и закрепляем кабель снижения в помещение. Чаще всего кабель подается через просверленное отверстие в оконной раме. Это отверстие следует хорошо загерметизировать оконной замазкой или силиконовым герметиком. Дело в том, что оболочка кабеля делается из материалов, очень хорошо смачиваемых водой. По ней, как по трубопроводу, в разъем переходника может поступать влага, образовавшаяся от росы или дождя. Кстати, если конец кабеля, подключенного к антенне, не закрыт, его также следует загерметизировать силиконом. Иначе вода будет просачиваться вовнутрь кабеля.

Для улучшения качества приема телефон следует положить на какой-либо объемный металлический предмет. Это улучшает электрическую связь аппарата с землей и повышает качество связи. У меня, например, на даче аппарат лежит на металлическом шкафу. В самом крайнем случае можно использовать перевернутое вверх дном ведро. И еще один практический совет из жизни. Допустим, вы едете на машине и говорите по телефону (помните - это запрещено правилами дорожного движения). Качество связи плохое. Что делать? Остановитесь. Выйдите из машины и расположите телефон над крышей автомобиля. Вы не поверите - уровень сигнала увеличится на два-три деления по шкале на дисплее. По этой же причине следует устанавливать внешнюю антенну на машине именно на крыше. Тем самым вы выжмете из нее все, на что она способна.

В общем, хочется обратиться к людям, желающим получить от телефона максимально качественную связь. В решении этой задачи вам не поможет красивый качественный дисплей или наличие мультимедийных устройств. Следует обратить пристальное внимание именно на антенное хозяйство вашего аппарата. От этого простого и в то же время сложного устройства зависит, достигнете Вы желаемого результата или нет.



статьи
статьи
 / 
новости
новости
 / 
контакты
контакты