Расчет размеров антенны для 3G модема

На рисунке 1 видны три варианта полотна антенны. Стрелками показано распределение тока вдоль полотна антенны при e=0,25^ и e=0,375^ соответственно. Где ^ - это длина волны принимаемого сигнала, e - длина стороны ромбовидного элемента (РЭ). Точками обозначены места пучностей тока, а крестиками -  пучностей напряжения. Стрелками внутри РЭ показано направление вектора электрической составляющей электромагнитного поля Е. Точки питания антенны а и б (рис.1,а).

На рисунке 2, а и б показаны соответственно кривые зависимости коэффициента бегущей волны (КБВ) при непосредственном подключении к точкам питания зигзагообразной антенны 75-омного фидера и коэффициента усиления Gот отношений e/^ и e/d, где d - диаметр проводника, из которого выполнены РЭ. По графикам на рис.2,б видно, что наибольший коэф. усиления G (7 - 8 дб) можно получить при длине стороны ромба e=0,375^. В нашем случае: длина волны -  ^=c/f=300/2100=0,143м=143мм (c - скорость света, f - частота принимаемого сигнала), e=0,375*143мм=53мм. Но при этом КБВ будет низким, что бы увеличить КБВ до 0,5 рекомендую делать антенну из толстой проволоки диаметром 3,5 - 4мм (рис.2,а e/d=15). Однако при этом получится большое входное сопротивление антенны - 300 Ом (рис.2,в), такую антенну можно подключить к 75-омному фидеру при помощи полуволновой петли, которая уменьшает входное сопротивление антенны в четыре раза.  Я с петлей заморачиваться не стал (антенна маленького размера и размещать петлю некуда) и  увеличил угол а до 120 (рис.1,в), при этом входное сопротивление антенны уменьшилось (рис.2,г). Это практически не вызовет изменение коэффициента усиления G, а лишь повлияет на диаграмму направленности антенны: в горизонтальной плоскости она станет чуть уже, а в вертикальной - шире.

Коэффициент усиления антенны можно увеличить примерно на 3 дб, если снабдить её рефлектором, расположенным паралельно полотну антенны на расстоянии четверти длины волны. В нашем случае: 0,25*143=36мм. Рефлектор изготавливается из листа железа. Его размеры должны быть на 10% больше размеров полотна антенны.

Полотно антенны также можно изготовить не из проволоки, а из листа железа. Я брал оцинкованную сталь толщиной 0,8мм и вырезал ножницами по металлу восьмерку. Оцинковку и паять легче. Чертеж такой антенны представлен на рисунке 3. Рефлектор и полотно  антенны  я скрепил двумя пластмассовыми  трубками,  посадив их на эпоксидный клей. Смотреть схему антенны

Также можно сделать антенну широкополосной, достигается это путем увеличения распределенной емкости проводников полотна антенны (Рис.4).

Повысить коэффициент усиления до 12 дб, можно объединив две антенны в одну (рис.6), расположив их друг от друга на расстоянии dc = 0,8^. Распределение энергии между ними осуществляется по широко используемой схеме Надененко (Рис.5). Отпайки от каждой антенны должны быть одинаковой длины и иметь одинаковое волновое сопротивление. Конструктивно тройник представляет собой металлическую коробку в форме куба. Я соединял вместе две антенны и сигнал действительно усиливался на 10%.

Остается последний вопрос: как подсоединить кабель к самому модему? 1.Можно заказать антенный адаптер по интернету, в салонах связи не ищите - их там нет. 2.Разобрать модем и припаяться напрямую к плате (это для тех кто любит рисковать). 3.Сделать антенный штекер самому, подобрав по диаметру проволоку и трубку (Рис.8).

Проволоку в трубке я закрепил, капнув внутрь трубки каплю эпоксидного клея, работа конечно микроскопичная, но сделать при желании можно.

Литература: Харченко К.П. - Радио №3, №4, №8 1961; №11, 1962; №4, 1966; №10, 1967;

Модем и кабель Модем и кабель
Три варианта Характеристики
Увеличение распределенной емкости Тройник Объеденение двух антенн в одну Штекер