Самодельные много вибраторные антенны для 3g модемов. Выбор и подключение антенны для интернета на дачу

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.

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.

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:

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);
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;
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.

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.

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.

Для 802 мГц длина в миллиметрах составляет:

L1 – 93,5,
L2 – 90,
L3 – 250,
L4 – 136,5,
L5 – 4,8,
H – 373,
В – 373,
D 45,5.

Для 843 мГц длина в миллиметрах составляет:

L1 – 90,
L2 – 96,
L3 – 238,
L4 – 129,5,
L5 – 4,6,
H – 373,
В – 355,
D 43.

Важно! Количество потоков равно либо меньше минимального числа антенн на приеме или на выходе. При использовании MIMO 4×4 можно работать в диапазоне от 1 до 4 потоков, если же речь идет о MIMO 4×2, то потоков может быть только 1 или 2.

Для работы потребуются:

решетка или кусок фанеры, обклеенной фольгой либо фольгированным скотчем, или оцинкованная сталь (у нас используется последний вариант):
проволока сечением 4 мм2;
кабель;
деревянная доска длиной не менее 1,90 м;
полипропиленовые трубы;
нейлоновые хомуты;
баллончик автоэмали;
F-коннектор – 2 штуки;
пигтейл кабель F-CRC9 – 2 штуки;
клей Поксипол;
дрель;
пассатижи;
рулетка и линейка.

Последовательность действий:

Выполняем каркас в форме буквы П. Для этого распиливаем доску на три части. Самая длинная доска (верхняя часть буквы) должна составлять 1 м 20 см, а боковые – по 35 см. Можно выпилить все части каркаса из разных досок;
Вырезаем 2 куска из листа оцинкованной стали размерам 375х375 см. Фиксируем основания с помощью дюбелей на каркасе строго под углом 45 градусов;
В центре каждого основания высверливаем отверстия для кабеля, которые будут идти к модему. Диаметр отверстий – 7 мм. Делаем разметки для крепления антенны;
Разрезаем полипропиленовую трубу на несколько частей: 3 части – 44,5 мм и 3 – 42 мм. Эти размеры напрямую связаны с центром проволоки;

Обратите внимание! Для устойчивого и качественного приема важно, чтобы технология пространственного уплотнения поддерживалась на передающей станции, а антенна использовалась для 4G модема.

Начнем со сборки антенны на 802 мГц;
Согласно чертежу, располагаем трубы на куски оцинкованных листов и приклеиваем Поксиполом. Полипропиленовые трубки и клей являются диэлектриками, поэтому при контакте антенны и этих частей сигнал не будет искажаться;
Теперь выполняем саму антенну из проволоки по размерам, указанным в чертеже. Делаем загибы, используя пассатижи. В полученных параметрах надо убавить по 4 мм, из которых 1 мм идет на погрешность по центру, а 3 мм – при загибе пассатижами;
Далее зачищаем кабель и центральную жилу, припаиваем к концам проволоки, а оплетку – к изгибу;
Протаскиваем кабель через полипропиленовую трубу в отверстие, которое мы просверлили заранее;
Теперь проверяем все размеры, а при необходимости выравниваем антенну;
Углы ромбов фиксируем на полипропиленовых держателях с помощью Поксипола. Для того чтобы проволока закрепилась, следует поставить сверху какой-либо груз;

Замеряем расстояние между концами антенны и изгибом проволоки в середине конструкции, оно должно быть 4,8-5 мм. 4,5 мм – зазор между проволокой и изгибом, подогнать его сложно, но это можно сделать маникюрными ножницами, разместив их в середине. Теперь крепим середину антенны с помощью клея;
Последовательность сборки антенны MIMO своими руками на 843 мГц точно такая же. Важно учесть, что антенны должны располагаться под углом в 90 градусов друг к другу. Х-поляризация дает больший эффект, чем вертикальная. Расположение антенн подобным образом создает для них равные условия;
Чтобы кабели не гуляли в отверстиях, затягиваем их с обратно стороны нейлоновыми хомутами и приклеиваем;
Теперь выполняем контрольные замеры по схеме и при необходимости корректируем;
Чтобы избежать окисления, покрываем проволоку и оцинкованные листы сверху эмалью;
Кабели через F-коннекторы выводим на пигтейл и уже затем на модем;
Проводим тестирование системы. Создание антенны МИМО 4G своими руками окончено.

Для того чтобы отладить работу устройства, следует правильно расположить конструкцию. Общие правила говорят, что антенну лучше вывести на улицу и поднять как можно выше. Кроме того, антенна должна быть направлена строго в сторону раздающей станции. Однако не всегда эти советы срабатывают. Чем выше будет поднята антенна MIMO, тем больше кабеля потребуется проложить до соединения модема своими руками, но в этом случае часть сигнала будет гаситься помехами, вызванными этим самым кабелем. Не всегда установка на улице благоприятна для устройства. Если от окисления можно избавиться с помощью покраски, то нельзя не учитывать, что геометрию конструкции могут нарушить порывы ветра. Кроме того, по направлению в сторону станции могут быть различные препятствия, которые будут гасить сигнал.

Для отладки антенны иногда приходится попробовать несколько вариантов установки, но потом это оборудование будет работать и в 3G 4G LTE.

Видео

В этой статье мы рассмотрим, как можно собрать наружную антенну для 3G-интернета. Подобной информации в интернете мало, и все, что мне удалось найти стоящее, это антенна с усилением до 16.3 дБ. Быть может, у кого из читателей возникнет идея, как можно собрать по такому принципу антенну с усилением до 24 дБ и более.

Что касается материалов, то зачастую подобные антенны собирают из алюминия, но здесь автор заморачиваться не стал и собрал все из стали. По его словам, все прекрасно работает. Все узлы собираются при помощи сварки. Главное - соблюдать точность, от этого сильно зависит качество работы антенны.

Антенна имеет такие параметры:
Диаметр штанги 18 mm
Диаметр петлевого вирбатора равен 4 mm
Диаметр рефлектора/дефлектора составляет 4 mm
Рефлектор размещен от начала штанги на расстоянии 30 мм и имеет длину 81 мм
Длина волны = МГЦ 139 mm
Проектная частота = Yagi 2150,00

Материалы и инструменты для сборки 3G-антенны:
- сварка;
- сварочные электроды (для создания элементов);
- стальная труба диаметром 18 мм (это будет несущая штанга);
- соединитель труб из ПВХ (будет выступать в качестве держателя для вибратора);
- дрель;
- вешалка типа "плечики";
- саморезы;
- маркер;
- инструмент для разметки.

Приступаем к изготовлению антенны:

Шаг первый. Изготовление и установка вибратора
Вибратор изготавливается на основе указанной схемы. Устанавливать его нужно на расстоянии в 58 мм от начал штанги и в 28-ми мм от рефлектора.

Для крепления вибратора понадобится ПВХ-соединитель труб, он крепится к штанге при помощи саморезов. Что же касается фиксации вибратора, то для него в ПВХ сверлится сквозное отверстие, а затем он приклеивается при помощи эпоксидной смолы.

Шаг второй. Разметка штанги
Теперь нужно разметить штангу под установку элементов. Для этого на трубе нужно нарисовать линию, а затем накернить места для сверления в соответствии со схемой. Расстояние между элементами влияет на мощность антенны, здесь уже нужно выбирать параметры в соответствии с представленной таблицей.

Шаг третий. Установка элементов. Завершающий этап
Теперь в штанге можно сверлить отверстия под установку поперечных элементов. Отверстия должны быть просверлены очень точно, без наклона и смещения. Ну а потом можно подготавливать и устанавливать элементы, они изготавливаются из электродов. Длина также подбирается в соответствии с таблицей. Чтобы ровно установить элементы, нужно найти середину, а затем в каждую сторону прибавить по половине диаметра трубы. Затем в этих местах делаются отметки. По такой отметке после установки элемента легко определить, четко ли он стоит по центру трубы. Ну а когда элемент установлен, можно смело приваривать электроды к трубе.

Вот и все, 3G-антенная ЯГИ готова, можно переходить к испытаниям. Как видно на картинке, у автора скорость возросла с 0.11 Мбит/с до 3.21 Мбит/с, то есть до подключения антенны скорости фактически не было, не считая 10 Кбит/с.

Автор делится опытом по улучшению качества домашнего интернета после непонятных действий провайдера Билайн. Интернет в дачном доме был всегда и был довольно быстрый, но в 2016 году начались перебои в скорости, а иногда и полная потеря сигнала с прекращением устойчивой связи на несколько часов. Решение проблемы имело цену 1400 рублей (2016 год). Была выбрана, куплена и установлена антенна для USB модема. Удалось все подключить и настроить своими руками. Результат — практически максимальная скорость мобильного 3G интернета от провайдера и незначительное влияние погодных условий на скорость передачи данных. 4G сигнала в моей местности нет.

3G/4G бюджетная антенна для USB модема и надежного интернета

3G 4G Wi-Fi антенна

Перед покупкой антенны была изучена ситуация с мобильным интернетом. Что позволило сделать предположение о происходящих проблемах. В моей местности четыре мобильных оператора Билайн, Мегафон, МТС и Теле2. В 2016 году все они предоставляли услуги 3G интернета. Сравнение карт покрытия показало, что место где я нахожусь попадает в мертвую зону. И карты сделаны под копирку. Хотя рядом, буквально в прямой видимости есть 3 сотовых мачты. Изучение местности позволило сделать вывод, что все операторы вещают с одной мачты, которая за холмом:(. Холм холмом, но сигнал 3G на втором этаже дома был от Билайна и полностью отсутствовал от Мегафона. Теле2 не изучался, МТС за бывшие заслуги и недоверие не изучался в принципе. Решение проблемы умственных усилий не требовало. Опыт работы с антеннами для диапазона 980 мГц с 2000 года был (часть из них может работать и сейчас). Требования к выбору антенн следующие: антенна должна быть из алюминиевого сплава (меньше корродирует и легкая), остронаправленная, иметь максимальное усиление, легко устанавливаться, иметь кабель достаточной длины и в комплект должен входить переходник для подключения к антенне. И естественно антенна не должна быть дорогой.

Выбор сделан в пользу антенны «Ультра 3G/4G» , которая работает с 3G и 4G модемами. Антенна выполнена из алюминиевых сплавов защищенных от воздействия атмосферы порошковой краской.

Антенна «Ультра 3G/4G» описание

Антенна «Ультра 3G/4G» это направленная антенна для сетей 3G (UMTS2100/WCDMA/HSPA/HSPA+), 4G (LTE2600 FDD Band7/Band38) и WiFi (IEEE802.11b/g/n).

Антенна Ультра 3G/4G

Антенна Ультра 3G/4G

Антенна Ультра 3G/4G

Антенна Ультра 3G/4G

Крепежный комплект

Технические данные и характеристики

Диапазон рабочих частот 1800..2700 мГц
Коэффициент усиления 12…18 дБ
Длина кабеля снижения 5 м
Габариты в сборе 1010x110x70 м
Масса антенны 0,8 кг

Антенна поставляется в разобранном виде

Сборка, установка и настройка антенны

По прилагаемой к антенне инструкции собираем полотно антенны. Смотрите фото и видео. В этой антенне может присутствовать маленькая засада в виде заводского брака. Выявить и устранить брак лучше на этапе сборки. Смотрите видео по устранению возможного брака или ремонта антенны «Ультра 3G/4G».

По опыту эксплуатации антенн неплохо все места сочленений деталей защитить от осадков при помощи армированного скотча, а лучше покрыть эти проблемные места автомобильным герметиком.

Сборка антенны

Сборка антенны

Защита соединений антенны

Брак пайки центральной жилы

Пайка центральной жилы

До штатной установки антенны на самом высоком месте, лучше провести исследование и установить с какого направления к вам приходит интернет. Для определения направления надо провести ряд действий.

Я воспользовался ноутбуком. Скачал на сайте производителя программу контроля уровня сигнала MDMA .
Подключил модем к ноутбуку и запустил программу. Настроил программу для определения уровня сигнала на модеме.
Подключил антенну через переходник к модему.
Как указывал выше, сигнал раздачи пакетов связи вы можете найти не там, где он по вашей логике должен быть. Так получилось и у меня. Антенну держал в рабочем положении на каждом направлении до обновления уровня сигнала на экране. Просканировал горизонт буквально по 5 градусов. В моем случае сигнал был обнаружен только с одного направления и с самой далекой мачты. Запомнил ориентир на горизонте, куда была направлена антенна.

Сила сигнала с антенной

Далее надо выбрать место установки антенны на максимально возможной высоте. В моем случае подъем антенны от первоначального замера определения направления на два метра выше привел к заметному повышению уровня сигнала. Перед антенной не должно быть металлических препятствий (металлические крыши, заборы)

В своем случае я установил антенну на стальной кронштейн телевизионной антенны. Обратите внимание на состояние кронштейна из стали за 15 лет эксплуатации. Антенна крепилась к кронштейну с применением монтажного комплекта прилагаемого к антенне, используя U-образный хомут (скобу). Антенна была зафиксирована в направлении установленного ориентира. На всякий случай была проверена еще раз точность направления — пик сигнала соответствовал выбранному направлению.

Сборка крепежного кронштейна

Конструкция антенны была предложена Харченко К.П. в 1961 году для приема телевизионных каналов метрового диапазона и долгое время была самой популярной телевизионной антенной, получив название «зигзагообразная». Смотрите статьи в журнале «Радио» (Радио №3, №4, №8 1961; №11, 1962; №4, 1966; №10, 1967). Со временем антенну реконструировали для дециметрового и других диапазонов. С появлением цифровых 3G, Wi-Fi сетей, работающих на более высоких частотах, зигзагообразная антенна перекочевала и на них и зарекомендовала себя там одной из лучших для изготовления своими руками.

На Западе такая антенна носит название «BiQuard », «Trevor Marshall"s antenna ». Она, так же как и тройной квадрат , является разновидностью рамочной антенны. Присмотритесь: антенна Харченко - это две квадратные рамки объединенные в одну систему. Рамочная антенна, как известно, имеет такие положительные качества, как широкополосность и не критичность к точности изготовления. (Конечно, это не основание делать ее тяп-ляп

Телевидение передается в большинстве случаев горизонтально-поляризованной волной, а 3G, Wi-Fi, CDMA - вертикально-поляризованной. Поэтому для этих сетей «восьмерка» должна быть в «лежачем» положении и напоминает своего рода «очки».

В Сети можно найти много конструкций антенны Харченко как для Wi-Fi, так и для 3G UMTS. Поскольку частоты этих видов связи близки, здесь важно не запутаться. Можно воспользоваться онлайн калькулятором и рассчитать антенну непосредственно на ваш диапазон.

Такая конструкция вполне сгодится для изготовления антенны для CDMA-800 диапазона (Intertelecom, PeopleNet, Украина). При этом размер рефлектора примерно соответствует листу формата А4, а провод или медную трубку нужно брать толщиной 5-8 мм (можно медную полосу такой же ширины). Рефлектор же для экономии можно сделать из жести. Размеры - из того же калькулятора !

На диапазон CDMA-450 размеры антенны получаются уже до полуметра в ширину, поэтому, для уменьшения парусности, лучше применить рефлектор в виде сетки.
Можно использовать строительную сетку с ячейкой не более 1 см, укрепленную на H-образной несущей конструкции из любого подходящего металла. Поскольку по краям рамки имеется нулевой потенциал, ее можно крепить к рефлектору металлическими болтами. Рамка изготавливается из дюралюминиевой полоски 10мм шириной, стыки - на алюминиевых заклепках.

Сегодня многие граждане пользуются беспроводным интернетом, но при этом стремятся повысить скорость его работы. Ведь отличный доступ гарантируется, когда модем близко расположен к базовой станции мобильного оператора. В связи с этим те, кто работает в интернет далеко от станции, довольствуются низкой скоростью. Есть ли технический способ, который поможет решить такую проблему? Лучший вариант – это 4G антенна собственными руками.

Что такое антенна Харченко и как она работает

Так называемая антенна Харченко, которая предназначена для 3G модема, является самодельной моделью. В ее устройстве нет ничего особенно сложного. Зигзагообразная конструкция была предложена ученым К.Харченко еще в 1960-е гг. Сегодня она достаточно популярна среди радиолюбителей не только благодаря своему простому устройству, но и отличной повторяемости, а также широкополосности. Последнее преимущество особенно хорошо относится к спиральной конструкции.

По собственному устройству модели могут достаточно сильно отличаться. Исходя от величины пластины, частотность конструкции значительно изменяется. Заодно нужно учитывать, что самодельные антенны могут включать в себя предметы, выполненные из пластика и металла.

Антенна для модема бывает разных видов. Наиболее простая – это - всенаправленная. Она может осуществлять прием и передачу сигнала во всех направлениях одинаково интенсивно. В частности, такой может быть простой четвертьволновой вибратор. Если пояснять упрощенно, это кусок провода, который обладает протяженностью четверть волны того сигнала, что принимается.

Секторная антенна может осуществлять ограничение излучения в конкретном секторе. В частности если за всенаправленным устройством выставить железный лист, то получится секторная конструкция. Ее сектор составит 180 градусов. Подобный железный лист называют экраном.

Наиболее эффективной является направленная конструкция. Благодаря правильному выбору экранной кривизны можно сделать узконаправленный луч, который будет излучать радиоволна.

Главные антенные узлы это:

вибратор, на который происходит индуцирование, наведение волны электромагнитных колебаний, которые посылаются передатчиком сотового оператора;
кабель вместе с узлом согласования, передающий индуцированный сигнал непосредственно от вибратора;
узел сигнальной передачи с кабеля прямо на модемный вход;
рефлектор, который устраняет помехи, а также отраженные сигналы для повышения приемной мощности.

Антенна Харченко собственными руками является превосходным приспособлением для всех, кто стремится обладать качественной связью без необходимости затрачивать крупные средства. Ее весьма просто изготовить даже обычному человеку, не обладающему соответствующими профессиональными навыками. Результат в действительности превосходный. Подобная конструкция прослужит на протяжении длительного времени.

Делаем внешнюю антенну

Как правило, внешняя антенна собственными руками для 4g модема наделена двумя квадратными компонентами. Выполненный расчет антенны Харченко на частоту 2100 МГц показывает, что размеры сторон компоненты должны равняться 53 миллиметров каждая.

Вместе с тем для уменьшения внутренней сопротивляемости антенны умельцы советуют делать не квадратные компоненты, а ромбовидные, у которых угол составляет 120 градусов.

Подробная инструкция изложена на данном видео:

Как усилить сигнал 4G?

Для того чтобы увеличить эффективное применение антенны для USB модема, ее оснащают рефлектором - стальной пластиной. Ее можно сделать из фольгированного текстолита. Дистанция между антенной и рефлектором должна быть 36 миллиметров. Для того чтобы создать дистанцию между антенной и рефлектором, можно применять какой-то колпачок или коробочку.

Уже много лет я слежу за новинками в области мобильных технологий. Раньше это было моим хобби, но теперь переросло в профессиональный блог, где с радостью делюсь с вами наработанной информацией. Все инструкции, лайфхаки, подборки лучших программ и тарифных планов я проверял лично на себе.