Усиление GSM сигнала

Усиление GSM сигнала

Зона покрытия сотовых сетей растет. Появляются новые поколения стандартов связи. Но в стране с большой территорией, какой является Россия, обязательно будут места, где со связью неважно. Это наблюдается даже в такой, совсем технически не отсталой, стране, как США, также имеющей большую территорию.

Почему пропадает связь

Причины ослабления сигнала сотовой связи:

  • Большое расстояние между базой и мобильным (абонентским, иначе говоря) устройством;
  • Сложный рельеф местности, образование радиотени;
  • Интерференция с отраженным сигналом;
  • Помехи в рабочем диапазоне, приводящие к ошибкам приема и передачи пакетов, повторным запросам и, как результат, снижению скорости трафика.

Путь прохождение радио сигналаДля оценки качества связи и самой возможности приема применяют т. н. основное уравнение радиосвязи, которое связывает мощность передатчика, чувствительность приемника и расстояние. Напряженность поля в месте приема снижается пропорционально квадрату расстояния: в два раза дальше от станции – в четыре раза слабее для сотового телефона или смартфона. Поток мощности от излучающей антенны распределяется по поверхности сферы, в центре которой находится антенна. Если антенна направленная, то вся мощность сосредотачивается в «луче», пространственный угол которого она охватывает. Но для расстояния сохраняется та же зависимость, как и для сферы.

Во всех диапазонах сотовой связи сигнал распространяется прямолинейно из-за короткой длины волны, подобно свету. Поэтому любое препятствие на его пути: горы, большие массивы деревьев, даже дома и особенно металлоконструкции, сильно ослабляют и преломляют волны. Погода также оказывает иногда заметное влияние.

Отраженные от других предметов волны накладываются на прямые с опозданием по фазе и взаимно ослабляют друг друга — это явление называется интерференцией.

Помехи могут возникать от электроприборов, во время гроз, от медицинского оборудования, неисправной электропроводки, особенно от мощных импульсных источников питания: инверторов и т. д.

Что можно сделать в условиях плохой связи

При дальней или «затененной» препятствиями или интерференцией связи снижается уровень сигнала (мало полосок на индикаторе), в присутствии только помех индикатор показывает высокий или нормальный уровень. Но связь «тормозит» и пропадает, т. е. ведет себя так же как и при слабом сигнале: в телефоне нарушается слышимость собеседников, речь становится невнятной, в интернете сильно снижается скорость. В таком случае надо заняться усилением сигнала и селекцией помех.

Если требуется поднять уровень сигнала в каких-то помещениях, в которых радиовидимость в диапазонах GSM ослаблена стенами, металлическими заборами, арматурой и т. д. используют наружную антенну, кабель, усилитель для усиления сигнала, и внутреннюю антенну или даже несколько внутренних антенн.

Усилитель двунаправленныйУсилитель двунаправленный, в нем используется то обстоятельство, что частоты приема и передачи, как и полагается в дуплексной связи, разнесены, и он не самовозбуждается. Тем не менее, чтобы этого все же не случилось, из-за чего могут быть помехи вплоть до полного пропадания связи, внешняя антенна и внутренняя антенна (или несколько антенн) должны быть разнесены на довольно большое расстояние для уменьшения связи между ними.

Сделать такой усилитель (репетир, как его иногда называют) своими силами мало реально, это довольно сложное электронное устройство, к тому же требующее наладки, или по меньшей мере контроля с помощью специальных приборов после монтажа. Поэтому его продают обычно в составе готовых комплектов. Можно купить такой комплект и провести мобильную связь в деревню. Правда, зона действия этой мобильности будет ограничена комнатами в доме, но обычно большего и не требуется.

Наиболее простой вариант улучшения сотовой связи своими руками — самодельная антенна. Это часть от описанного выше комплекса, но в большинстве случаев это именно то, что требуется. Многие модемы имеют встроенный модуль wi-fi и совсем необязательно усиливать именно сигналы 3G или 4G. В таком случае получаем ретранслятор и шлюз интернета в одном устройстве. Но к модему надо подвести входящий сигнал, и излучить сигналы исходящей связи. Так что без антенны не обойтись.

Правильно сделанная антенна для телефонаПравда, реально антенна поможет только в том случае, если сделана без черной магии и суеверий. Ведь антенна — это все-таки радиоволны, а это один из разделов физики, и довольно непростой. Антенна для телефона может быть простой и эффективной, если сделана правильно, и наоборот. Всякие банки от пива, кастрюли и прочие вещи в таком духе лучше не использовать. Сотовый сигнал эти бубны не оценит и может даже оказаться еще слабее, чем был до этого.

Варианты конструкций

Хорошая внешняя антенна может быть различных конструкций. Вот список из того, что можно использовать на практике (есть другие типы антенн, но они более сложны в изготовлении):

  • штыревая антенна (коллинеарная);
  • антенна Amos;
  • волновой канал (или антенна Яги);
  • двойная рамочная антенна (или антенна Харченко);
  • антенна Quados (улучшенная Харченко);
  • уголковый рефлектор;
  • рефлектор для модема (зеркальная антенна).

Первые пять вариантов годятся для тех модемов, у которых есть гнездо под внешнюю антенну. Это гнездо маленькое и требует специального переходника, который, впрочем, несложно приобрести в интернет-магазинах, он имеет также название пигтейл (англ. «поросячий хвостик» букв., используется в значениях: «косичка», «кабельный ввод»). Есть еще вариант согласовать модем без внешней антенны при помощи волновода, возбуждая его штырем или петлей с питанием от обычного кабеля и антенны, но он требует довольно утомительного конструирования (для частот 2–2.5 ГГц волновод еще слишком громоздок, а кабель уже дает ощутимые потери).

Штыревую антенну лучше не использовать, она дает небольшое усиление, которое может оказаться сопоставимым с потерями в кабеле.

Антенна Amos является разновидностью коллинеарной антенны (снабжена рефлектором) и была разработана сербским инженером Драгославом Добричем в 2007 году. Имеет широкую полосу пропускания и — правильно изготовленная — не требует настройки.

Двойная рамочная антенна, она же ромбическая, и она же антенна Харченко, хорошо известна радиолюбителям и старшему поколению владельцев телевизоров. Менее известно, что ее называют также антенной Маршалла (радиолюбителя и профессора медицины по специальности), только на Западе. Это не слишком сложная конструкция, ее можно сделать в домашних условиях.

Антенна Quados – это подправленный вариант антенны Харченко-Маршалла, ее рамки немного разнесены, чтобы апертуры волн не перекрывались и не снижалось общее усиление.

Уголковый рефлектор был изобретен японцем Наоки Инагаки примерно в семидесятых годах прошлого века. Довольно простая антенна с хорошим усилением.