 |
|
|
|
|
Распределение частот между сотовыми операторами РФ в диапазонах 900 МГц и 1800 МГц
Антенна «пушка Креосан» 8 дисков
Особенности изготовления и конструктив антенны достаточно хороши видны на чертеже 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. Просто гайками удобно подстроить уже готовую антенну по приборам. Если у вас нет приборов, от шпилек и гаек лучше отказаться и применить в качестве разделителей между дисками отрезки металлической трубки. Очевидно, что загоняя в конструкцию немалой толщины гайки, вы расстраиваете антенну.
Вообще правильно антенны рассчитываются в специализированных программах электромагнитного моделирования, о чем подробно написано например здесь. Поэтому в этой статье 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.
Какой металл можно применять для изготовления антенны? В поиске ответа самым важным является понимание того факта, что на высоких частотах ток течет не во всем сечении проводника, а только в тонком поверхностном слое. Это явление носит название скин-эффект. За толщину скин-слоя принято брать расстояние от поверхности металла, на котором величина тока равна 0.37 от величины на поверхности. При этом сопротивление скин-слоя такой толщины на данной частоте равно его сопротивлению на постоянном токе. Толщина скин-слоя уменьшается с ростом частоты. При этом уже в ДМВ диапазоне она составляет единицы микрон. Из этого следует вывод, что для нас важно из чего изготовлен поверхностный слой материала и не важен состав ее середины.
Сразу исключим непригодные металлы для антенны — это ферромагнетики — железо, никель и сплавы на их основе, например, сталь. Однако биметаллические материалы со стальной серединой и медным покрытием (БСМ, БСМГ), очень даже пригодны. Именно благодаря наличию скин-эффекта. А конкретнее — все металлы и сплавы, которые можно применять в качестве внешнего слоя элементов антенн, можно разделить на две группы:
- серебро, медь, алюминий.
- латунь, цинк, дюралюминий.
Внутри групп металлы мало отличаются по потерям и практически равноценны. Антенны из металлов и сплавов 2-ой группы уступят по усилению антеннам из металлов 1-ой группы от 0.04 до 0.16 dB, что на практике почти не ощутимо. Очевидно, что годится не только биметалл с медным покрытием, но и сплошной материал из любого из шести вышеперечисленных металлов.
О всевозможных сплавах следует сказать отдельно. Примеры:
- в сплаве манганин меди 85%, а его сопротивление в 30 раз выше, чем у чистой меди.
- нихром — сплав никеля 70% + хрома 15% + железа 15% имеет сопротивление в 10 раз выше, чем у любого из его компонентов.
Поэтому совершенно не стоит рассчитывать, что присутствие слова «медь» или «алюминий» в названии или в составе сплава обеспечит ему малое сопротивление.
При подключении кабеля снижения к антенне в месте контактов разных металлов возможна электрохимическая коррозия. В следующей таблице указана совместимость разных металлов в контактном соединении на открытом воздухе :
| Сопрягаемый металл или покрытие | Медь и ее сплавы | Сталь | Алюминий и его сплавы | Сталь нержавеющая | Олово и припои марки ПОС | Цинк (металл и хроматированное покрытые) | Никель и никелевое покрытие | Кадмий (металл и хроматированное покрытые) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Медь и ее сплавы | + | — | — | + | + | — | + | 0 |
| Сталь | — | + | — | — | — | — | — | — |
| Алюминий и его сплавы | — | — | + | 0 | 0 | + | — | + |
| Сталь нержавеющая | + | — | 0 | + | + | — | + | — |
| Олово и припои марки ПОС | + | — | 0 | + | + | 0 | + | 0 |
| Цинк (металл и хроматированное покрытые) | — | — | + | — | 0 | + | — | + |
| Никель и никелевое покрытие | + | — | — | + | + | — | + | — |
«+» — совместимые, «—» — не совместимые, «0» — нейтральные.
Размеры элементов антенны сведены в таблицу:
| Размер [мм] |
Диапазон (Band) [МГц] | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 800 | 900 | 1800 | 2100 | 2400 | 2600 | |
| X0 / L0 |
16 / 16 | 13 / 13 | 7 / 7 | 6 / 6 | 5 / 5 | 5 / 5 |
| X1 / L1 | 18 / 17.5 | 16 / 15.5 | 9 / 8.5 | 8 / 7.5 | 7 / 6.5 | 7 / 6.5 |
| X2 / L2 | 89 / 70.5 | 78 / 61.5 | 41 / 31.5 | 35 / 26.5 | 31 / 23.5 | 29 / 21.5 |
| X3 / L3 | 165 / 75.5 | 145 / 66.5 | 77 / 35.5 | 66 / 30.5 | 58 / 26.5 | 54 / 24.5 |
| X4 / L4 | 240 / 74.5 | 211 / 65.5 | 111 / 33.5 | 96 / 29.5 | 84 / 25.5 | 79 / 24.5 |
| X5 / L5 | 320 / 79.5 | 282 / 70.5 | 149 / 37.5 | 129 / 32.5 | 112 / 27.5 | 105 / 25.5 |
| X6 / L6 | 395 / 74.5 | 348 / 65.5 | 185 / 35.5 | 160 / 30.5 | 139 / 26.5 | 130 / 24.5 |
| Dr (Rr) |
312 (156) | 270 (135) | 145 (72.5) | 126 (63) | 109 (54.5) | 102 (51) |
| D0 (R0) | 198 (99) | 176 (88) | 91 (45.5) | 79 (39.5) | 69 (34.5) | 64 (32) |
| D1 (R1) | 171 (85.5) | 151 (75.5) | 80 (40) | 69 (34.5) | 60 (30) | 56 (28) |
| D2 (R2) | 123 (61.5) | 108 (54) | 57 (28.5) | 49 (24.5) | 43 (21.5) | 40 (20) |
| D3 (R3) | 123 (61.5) | 108 (54) | 57 (28.5) | 49 (24.5) | 43 (21.5) | 40 (20) |
| D4 (R4) | 120 (60) | 106 (53) | 55 (27.5) | 47 (23.5) | 42 (21) | 39 (19.5) |
| D5 (R5) | 120 (60) | 106 (53) | 55 (27.5) | 47 (23.5) | 42 (21) | 39 (19.5) |
| D6 (R6) | 117 (58.5) | 104 (52) | 54 (27) | 46 (23) | 41 (20.5) | 38 (19) |
| S | 35 | 31 | 17.5 | 14.5 | 13.5 | 12 |
| A | 16 | 14 | 10 | 8 | 8 | 8 |
| Длина шпильки |
460 | 410 | 240 | 215 | 195 | 180 |
| Шаблон |
||||||
где: Rx — радиус соответствующего диска (мм); Lx — длина втулки между соответствующими дисками (мм).
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? 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. Подробнее о подключении 75-омной сборки к 50-омному оборудованию можно прочитать здесь.
Не будем говорить, 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). 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, 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.
Необходимо обратить внимание на точку подключения фидера к антенне. На рисунке ниже изображен монтаж коннектора на фронтальной стороне рефлектора. Характеристики антенны очень существенно зависят от исполнения этого узла, в том числе от диаметра штыря и формы выступающей части диэлектрика у некоторых разъемов. Поменяли на разъем другой конструкции — характеристики уплывут. Нужно пересчитывать и настраивать под конкретный разъем. Например, даже дорогие N-коннекторы имеют несколько разных модификаций. Этот момент совершенно не учитывается всевозможными профессиональными радистами на ютрубе. 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 правильно подключается коаксиальный кабель к «пушке». Применение переделанных F-коннекторов, как у Креосана, не только допустимо, но и рекомендуется. Только желательно продлить экранирующую оплетку как показано выше.
Конструктивные схемы антенны «пушка Креосан» 6 дисков
Конструктивная схема антенны «пушка Креосан» 20 дисков MIMO UMTS-2100 (3G)
Коэффициент усиления данной антенны 12.9-14.0 dBi. Подробную информацию об этой конструкции можно найти на https://ypylypenko.livejournal.com/74215.html
Скачать шаблон дисков для 20-ти дисковых антенн типа «пушка Креосан» на 2100ГГц (3G). Длина шпильки — 450 мм.
Подготовлено по материалом статей:
- https://3g-aerial.biz/wi-fi-3g-4g-pushka-analiz-i-raschet
- https://sdelaysam-svoimirukami.ru/4835-3g-4g-antenna-s-radiusom-dejstvija-bolee-30-km.html
- https://ypylypenko.livejournal.com/
Дополнительная информация по антеннам
Антенны, собранные по материалам статьи выше
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
