Варианты самодельных 4G антенн

Операторы сотовой связи не всегда могут обеспечить беспроводных абонентов стабильным высокоскоростным соединением, этому часто мешает специфика местности и применяемого пользователем оборудования. В качестве выхода из этой ситуации рынок предлагает дорогостоящие усилители сигнала, которые подойдут не каждому устройству. При наличии же определённых материалов можно своими руками изготовить универсальную 4G антенну, которая также улучшит качество интернета 3G и отвечает современным стандартам связи.

Особенности устройства

Существуют разные виды самодельных приспособлений для усиления мобильного сигнала, самыми распространёнными из которых являются:

• антенна Харченко;
• усилитель MIMO;
• дисковая антенна или «Пушка»;
• усилитель Туркина-Полякова;
• волновая антенна Уда Яги;
• панельный усилитель.

Эти универсальные средства позволяют ускорить интернет в сельской местности, на природе и в прочих местах с плохим доступом к мобильной сети. При отсутствии же связи с оператором или вне зоны его покрытия данные приспособления окажутся бесполезны.

Самодельный усилитель сигнала может значительно повысить эффективность соединения, он подходит для создания беспроводной сети и раздачи интернета с роутера. Чтобы использовать такую антенну нужно просто подключить её в соответствующий разъём модема. Подбор штекера или Pigtail-переходника зависит от модели устройства. В некоторых случаях его входы закрыты корпусом, который снимают или делают в нём небольшие отверстия.

Степень улучшения связи зависит от соблюдения инструкций по сборке, габаритов и материалов подобранных компонентов, а также нюансов установки устройства. Для большей эффективности некоторые из параметров его составляющих выявляют путём предварительных расчётов.

Далее подробно рассматривается один из самых популярных простых усилителей 4G-сигнала по технологии Харченко и процесс его изготовления. Изначально он предназначался для лучшего приёма телевизионных трансляций, однако эта же конструкция подходит для улучшения доступа к современным беспроводным сетям. Также приведены краткие рекомендации и описания к простейшему и более требовательному мощному вариантам усилителя.

Инструменты и материалы

Для самостоятельного изготовления биквадратной антенны Харченко, названной так в честь создавшего её в шестидесятых годах инженера К. П. Харченко, потребуется ряд простых и доступных компонентов. Эти инструменты и материалы применяют в хозяйстве, продают на рынках и в магазинах. В их число входят:

• предпочтительно термоустойчивый надёжный клей для пластиковых поверхностей;
• отрезок коаксиального телевизионного кабеля длиной от 1 до 2 м;
• паяльник для припаивания контактов и кабелей;
• маркеры или карандаши и линейка для разметки;
• малогабаритные тиски или пассатижи для надлома кабеля;
• пластиковая крышечка от бутылки из-под минералки или подобной тары;
• острые ножницы или нож, чтобы перерезать провод;
• 30-сантиметровый отрезок кабеля из меди толщиной 4 мм²;
• ненужный либо затёртый диск CD/DVD формата, либо лист фольги или кусок жести.

При нехватке клея его необязательно покупать, достаточно будет растворить обыкновенный пенопласт при помощи ацетона или бензина в ёмкости из стекла.

Устройство и размеры антенны Харченко

Усилитель сигнала, сделанный по методике Харченко, является отличным способом сэкономить на затратах по качеству связи. Эта широкополосная зигзагообразная антенна славится среди радиолюбителей своей простотой и долговечностью, её изготовление не потребует специальных знаний и навыков. Частотность усилителя зависит от размера пластины, некоторые антенны способны поддерживать сразу несколько диапазонов.

Для изготовления приёмного агрегата по технологии Харченко будет полезно ознакомиться с основными категориями Wifi-антенн:

• Всенаправленная — с одинаковой интенсивностью принимает и транслирует передачу по всем направлениям. Это наиболее простой вариант, представляющий собой вибратор четвертьволнового типа и предпочтительно телевизионный коаксиальный кабель. Возможности такой антенны соответствуют ¼ длины волны принимаемого сигнала.

• Секторная — ограничивает приём или передачу сигнала одним направлением с частичным захватом сторон. Для её изготовления достаточно поместить за всенаправленным усилителем искривлённый лист железа, который зовут экран. Распространены антенны с секторами по 120°, 90° и 60°.
• Направленный тип антенны считается самым эффективным вариантом. При верно подобранной кривизне железного листа радиоволна образует концентрированный луч.

Главными узлами усиливающей сигнал антенны служат:

• вибратор для электромагнитных волн, которые индуцируются на него в пределах покрытия оператора связи;
• провод антенны с согласовывающим компонентом, транслирующий переданный вибратором сигнал;
• элемент, через который кабельный сигнал транслируется на модемный вход;
• рефлектор или экран для повышения мощности и беспрерывности принимаемого вещания, который также блокирует помехи и отражения передачи.

Вибратор антенны

Особое внимание следует уделить материалу, из которого состоит конструкция антенны, и её размерам. Усилители сигнала в основном изготовляют из меди и, в некоторых случаях, алюминия. Волны различных диапазонов частот отличаются длиной, определяющей размеры вибратора. К примеру, у стандарта 4G этот параметр составляет около 115 мм. Чтобы вычислить длину волну определённого диапазона, необходимо поделить скорость их движения в мегаметрах (300) на его частотность. Допускаются незначительные погрешности. Длину стороны одной стороны двух равных ромбов или квадратов рассчитывают, деля протяжённость волны на 4. Примерная схема антенны Харченко:

В таких проектах обычно используют следующие размерности (указаны со значениями для усилителя 4G):

• H — горизонтальная протяжённость экрана (115 мм);
• B — вертикальная протяжённость экрана (115 мм);
• D — дистанция между экраном и вибратором (13.2 мм);
• λ — длина волны (115 мм);
• ρ — волновое сопротивление (50 Ом);
• f — диапазон (2600 МГц);
• L1 — наружная сторона квадрата (28.9 мм);
• L2 — внутренняя сторона квадрата (27.6 мм);
• L3 — полная протяжённость рамок (81 мм);
• L4 — ширина рамок (40.5 мм);
• L5 — центральный проём между рамками (1.7 мм).

Рекомендуемая ширина и высота рефлектора антенны Харченко по отдельности равняются длине волны. Для сооружения вибратора 3G-4G усилителя хватит 25-30 см медной проволоки. Её точная длина с учётом сгибов в описанном примере составит 237.9 мм. В случае самодельной антенны все приведённые значения можно округлять до целых и допускать небольшие погрешности.

Кабель антенны

Использование проводов с малым волновым сопротивлением предотвращает потери мощности. Его идеальное значение для антенн Харченко, панельного и многих других 4G-усилителей составляет 50-75 Ом. Это избавит от погрешностей при получении сигнала Wifi, улучшить эффект устройства также может точное соотношение с механическими габаритами вибратора. Не рекомендуется делать длинный провод от вибратора к модему, как и допускать сращивания или переподключать его на пути к принимающему устройству. Это может существенно понизить качество соединения.

Приемлемое расстояние между экраном и вибратором обычно колеблется в пределах от 0,1λ до 0,25λ. Для коаксиальных кабелей с сопротивлением 50 или 75 Ом рекомендуемая дистанция составит 16,4 и 17,4 мм соответственно.

Наиболее оптимальным вариантом будет кабель диаметром 2-2,5 мм, толщина поперечного сечения которого составляет минимум 5 мм². Подойдёт и изделие с диаметром 2,3 мм и толщиной сечения в 4 мм², но оно незначительно снизит показатели приёма сигнала. Наименьшая допустимая толщина поперечного сечения такого кабеля составляет 2-2,5 мм². Она может заметно сказаться на качестве и угасании сигнала, хотя в определённых условиях тоже будет подходящим показателем. Чем лучше будет соответствовать центральный проём вибратора кабелю, тем более качественное усиление обеспечит устройство. Хорошая передача данных также требует симметричности квадратов конструкции антенны и равномерности габаритов экранирующих поверхностей.

Конструкция рефлектора

Для изготовления защищающего от помех экрана понадобится пластинка из любого металла. В равной степени подойдут выпиленный болгаркой кусок ненужной кастрюли из алюминия, панелька фольгированного текстолита, вырезанная с помощью ножниц жестяная плоскость, нерабочий или лишний CD/DVD диск (за счёт наличия алюминиевой фольги на одной из своих сторон) и даже обклеенные фольгой картонка или фанера. Рефлекторы также изготовляют в форме сетки или полосок из проволоки.

Сборка антенны для 4G модема своими руками

Следующие инструкции подразумевают размерности из представленной выше схемы вибратора антенны Харченко. Он должен ровным и плоским. Перед его изготовлением полезно зафиксировать проволоку.

Материал для сдвоенных квадратов в конструкции антенны Харченко, также называемых биквадратом, перекусывается пассатижами и выгибается по указанным размерностям. При изготовлении вибратора опытные специалисты рекомендуют сгибать оба компонента не квадратами, а ромбами, чьи поперечные углы равны 120 градусам. По словам знатоков, это понизит внутреннее сопротивление устройства.

Место соединения проволоки припаивается, в качестве основы пайки можно сразу использовать элемент крепления к высокочастотному проводу. Он пропускается через сделанную в пластиковой крышке дырку и середину клеящегося к пробке диска, который будет экраном усилителя. Крышку, которая будет между вибратором и рефлектором, можно заменить колпаком от дезодоранта или подобным предметом приемлемых размеров.

На пластиковом компоненте следует предварительно сделать разрезы крепления вибратора со стороны его размещения.

Нюансы соединения кабеля с вибратором

Самодельный усилитель сигнала подключают к высокочастотному кабелю методом пайки. Это говорит в пользу меди как самого подходящего металла для вибратора, однако применение канифоли позволит оплётка не каждого высокочастотного кабеля. Проблема пайки решается размещением на проводе F-коннектора.

Затем к нему припаивается кусок меди или штырьки из неё, после чего кабель соединяется через них с вибратором тем же способом.

Как установить рефлектор

Для более быстрого крепления к антенне, к примеру, приятного глазу диска, он смазывается клеем в центре и присоединяется к бутылочной пластиковой крышечке. Через прорезанное в ней отверстие и середину диска проходит коаксиальный провод, соединённый с вибратором, который зафиксирован в сделанных с наружной стороны крышки прорезях. Экран и вибратор должны быть строго параллельны. При надобности регулировки расстояния между ними подрезается крышечка либо крепятся добавочные основания.

Получившуюся структуру надёжно фиксируют термопластичным клеем. Далее свежеизготовленный усилитель подключают к модему, который теперь его можно настроить на максимальную производительность. В случае отсутствия у модема разъёма, требующегося для кабеля антенны, можно просто обмотать вокруг него несколько раз основную жилу усилителя.

Сборка антенны для 3G-4G модемов

Модемы третьего и четвёртого поколения связи, относящегося к долговечному стандарту LTE, работают в частотных диапазонах 2000-2100 МГц и 2500-2600 МГц соответственно. На рынке ещё изредка встречаются 2G модемы, заточенные под использование в диапазоне 900 МГц. Предлагаются и их комбинированные с 3G и 4G вариации, однако устройства мобильного интернета, работающие с сотовой связью второго поколения, становятся всё менее распространёнными. Представленные параметры антенн рассчитаны на более современные модемы.

Диапазон частот стандарта 3G эквивалентен 143-миллиметровой протяжённости волны. Это незначительно расходится по длине волн с 4G, однако не будет сильно заметно при использовании широкодиапазонного усилителя по технологии Харченко. Данная антенна ловит любые сигналы сотового интернета, начиная от предназначенного моделью и продолжая по убыванию длины волны. Устройство, собранное для стандарта 3G, прекрасно принимает передачу в диапазоне связи четвёртого поколения.

Рекомендуемые размерности для универсального усилителя Харченко указаны с учётом уровня сопротивляемости кабеля в 50 и 75 Ом соответственно:

• внешняя сторона квадрата составит 35,8 или 35,7 мм;
• внутренняя сторона квадрата должна быть 34,2 или 34,4 мм;
• общая длина вибратора будет равняться 100,3 или 95,5 мм;
• ширина эквивалентна 50,1 или 52,1 мм;
• проём в районе спайки составит 2,1 или 1,8 мм;
• рекомендуемое расстояние между экраном и вибратором равняется 16,4 или 17,4 мм;
• параметры ширины и длины рефлектора будут эквивалентны 143 мм в обоих случаях.

Приведённые значения можно так же округлять до целых или допускать небольшие погрешности.

Внешняя 4G антенна

Это простейший вариант усилителя сигнала, он собирается из медной проволоки, железной бытовой посуды и USB-удлинителя подключения модема. Медь в несколько витков оборачивается вокруг принимающего  устройства, что уже усилит сигнал. Для подбора же точного количества витков и длины свободного отрезка проволоки понадобятся более доскональное знание технологии с учётом особенностей местности, однако рекомендуется, чтобы и кабель и проволока были как можно короче. Желательно чтобы модем был закреплён в ёмкости параллельно её днищу. В качестве посуды подойдут и консервные банки.

Панельная 4G антенна

Передатчик, собранный по этой методике, усиливает сигнал в 15-22 дБ, ловя Wifi соединение в диапазоне 7 км. За основу взята схема антенны FA 20, данное устройство подходит для стандарта 4G. В его изготовлении потребуются:

• стеклотекстолит или же лист более предпочтительного оцинкованного железа;
• плоскогубцы;
• наждачка;
• шаблоны;
• сверло;
• напильник;
• 6 штук болтов м3 и втрое больше гаек м3;
• паяльник, олово и флюс к пайке;
• дрель;
• ножницы для резки металла;
• штангенциркуль;
• проволока из меди диаметром 2 мм.

Экран сооружается в форме прямоугольника с габаритами 490×222×20, на его плоскости следует выполнить точную разметку положения панелей антенны. В местах их крепления сверлятся отверстия. Не менее важной является точная вырезка на основе приклеенной к оцинкованному железу распечатки шаблонов. Заключительным этапом является сборка с припаиванием проходящей у оснований панелек проволоки и кабеля USB сзади.

Особенности усиления сигнала

Экран имеет значительное влияние на силу антенны. Усилить качество передачи данных можно и за счёт направления вибратора. Для этого при уже подключенном к телефону, компьютеру или планшету модеме плоскость антенны должна быть обращена к ближайшему центру связи с учётом поляризации.

При наличии нескольких операторов в области применения антенны для предотвращения помех ими зачастую применяется различная поляризация. Чем дальше расположена нужная станция, тем больше сказывается на качестве интернета угол наклона и поворота антенны. Также имеют значения расположенные на пути сигнала холмы, рощи и другие препятствия загородной местности. По словам специалистов, оптимальные значения угла направления антенны могут варьироваться от 45 до 70 градусов.