Технология MIMO: что это и с чем её едят? Антенны типа мимо своими руками.

Интернет давно и плотно вошел в жизнь практически каждого человека. Развитие тенденций, в том числе и в бизнес-процессах, требующих быстрой передачи больших объемов информации, еще больше усилило влияние необходимости постоянно присутствовать в Глобальной сети, ведь, даже находясь в отпуске, человек может иметь потребность дать срочный ответ на какие-либо рабочие вопросы или удаленно решить определенный круг проблем.

Сотовые сети

В деле облегчения доступа в Интернет вне зависимости от местоположения устройства и его владельца далеко не последнюю роль играют сотовые сети передачи данных. Современные девайсы - нотубуки, смартфоны и планшетные ПК - позволяют выполнять практически любые действия с информацией - ее генерацию, прием, изменение и передачу. Главное, чтобы неподалеку находилась передающая антенна 3G/4G-сигнала, которая обеспечит доступ в Глобальную сеть c любого устройства.

Интернет в удаленных районах

Несмотря на довольно широкое распространение 3G/4G сетей на территории нашей страны, качество предоставляемых операторами услуг очень часто оставляет желать лучшего. Если в более-менее крупных городах передающая 4G-антенна одного из сотовых операторов практически всегда расположена в каждом районе населенного пункта, а значит, обеспечивает нужное покрытие, то за пределами городов, в деревнях и отдаленных дачных поселках может наблюдаться крайне нестабильный прием сигнала.

Некачественное покрытие

Удаленность от крупных городов часто ведет к падению скорости приема/передачи данных на устройстве пользователя, а иногда - к полному отсутствию возможности доступа в Глобальную сеть. Как же решить эту проблему? Довольно часто улучшить качество приема сигнала сотовой сети, а значит, обеспечить комфортное использование всех возможностей Интернета помогает специальная 4G-антенна. Внешняя, вне здания, установка такого решения, во-первых, позволяет устранить помехи, возникающие при преодолении радиоволнами, которые распространяет базовая станция оператора, препятствий в виде неровностей рельефа и стен зданий, а также, во-вторых, в определенной степени улучшает качество принимаемого сигнала.

Антенны от производителей пользовательского 3G/4G-оборудования

Безусловно, операторы, предоставляющие своим пользователям доступ к Интернету через беспроводные сети, обладают информацией о вышеописанном положении дел. В своих фирменных магазинах они предлагают целые комплекты оборудования для работы в труднодоступных районах с плохим уровнем сигнала. Обычно в подобный комплект может входить модем или мобильный роутер, необходимые кабели и переходники, антенна модема 4G LTE. Стоит отметить, что изготовленные на заводе или фабрике решения хороши в первую очередь тем, что при их производстве применяются передовые технологии, что обеспечивает довольно неплохой коэффициент усиления сигнала.

Стоимость

Конечно же, изготовленная на заводе 4G-антенна является лучшим решением для обеспечения бесперебойным интернет-доступом мест, расположенных в труднодоступных районах. Единственным фактором, который может несколько препятствовать покупке подобного устройства, является высокая стоимость, превосходящая порой все разумные пределы. При этом внешняя антенна для 4G-модема не представляет собой нечто особенное - это обычная решетка, выполненная из металла, а в ее фокусе располагается приемная часть антенны. Такая простая конструкция наводит на мысли о самостоятельном изготовлении устройства усиливающего сигнал. В действительности многие абоненты, особенно технически продвинутые, предпочитают изготовить антенну для приема 4G своими руками, а не приобретать заводское решение в магазине.

Антенны, изготовленные самостоятельно

Стоит отметить, что антенна для 4G-модема, своими руками изготовленная - вполне действенный метод улучшить сигнал сотовой сети и сделать его более стабильным. При этом необходимы лишь начальные навыки работы с простейшими и доступными материалами. Старательно изготовленные антенны в отдельных случаях обеспечивают работоспособность модемов и роутеров даже в таких местах, где без использования антенн сигнал отсутствовал вообще. Единственным останавливающим фактором может служить отсутствие разъема для подключения внешней антенны на многих моделях модемов и мобильных точек доступа. А это значит, что придется осуществлять вмешательство в конструкцию интернет-приемника, то есть припаивать кабель к печатной плате роутера или модема.

Инструмент

На самом деле 4G-антенна своими руками может быть изготовлена в течение пары часов, это несложный процесс. Для достижения успеха нужно подготовить материалы для изготовления, а также инструмент. Инструменты, которые понадобятся в работе, представлены паяльником, набором отвёрток, плоскогубцами, круглогубцами, острым ножом и клеевым пистолетом.

Материалы

Что касается материалов. 4G-антенна при самостоятельном изготовлении может содержать в себе компоненты, представленные высокочастотным антенным кабелем, медной проволокой, пластиковой трубкой, куском полиэтилена, картоном, фольгой, старой кастрюлей или дуршлагом. Существует конструкция, пригодная для самостоятельного изготовления, где в качестве основы используется параболическая спутниковая антенна, лишенная приёмного конвертера.

Антенна Харченко

Очень простым в изготовлении решением является 4G-антенна Харченко. Конструкция такой антенны - это «восьмёрка» из медной проволоки, которую размещают внутри металлизированного либо металлического отражателя небольших размеров. Для изготовления отражателя подойдет, к примеру фольгированный текстолит. При изготовлении антенны нужно учитывать, что главным фактором для работоспособности будущего изделия является точный расчет габаритов. Чтобы рассчитать размеры «восьмерки» и отражателя необходимо обратиться к справочнику радиолюбителя или ресурсам в Интернете. Прежде чем приступать к конструированию, необходимо точно выяснить, какая сеть - 3G или 4G - покрывает район использования, а также на какой частоте оператор ведет вещание.

Недостатки

К недостаткам вышеописанного решения следует отнести необходимость подключения кабеля, идущего от антенны к специальному разъему, расположенному на корпусе модема. Это касается абсолютно всех антенн, располагаемых на улице, отдельно от модемов. Дело в том, что, как было сказано выше, антенный разъем на устройстве может попросту отсутствовать, что приведет к необходимости разбирать корпус устройства-приемника и вносить коррективы в его аппаратную часть, припаивая кабель к печатной плате. Это может привести к повреждению модема или мобильного роутера при отсутствии достаточной квалификации у пользователя, производящего манипуляции.

Импровизированный отражатель

Если 4G-антенна является необходимостью, а вмешательство в аппаратную часть модема не входит в планы, можно воспользоваться следующим методом. Достаточно эффективная усиливающая антенна может быть изготовлена старой двух-трех литровой кастрюли. Также можно приспособить алюминиевый тазик и даже оклеенную фольгой картонную коробку. Подготовив основу импровизированного отражателя, нужно поместить внутрь нее (в центр) модем, подключаемый к ПК или ноутбуку с помощью USB-удлинителя. После этого нужно сориентировать полученную антенну на ближайшую базовую станцию.

Настройка

По мере получения сведений о силе и стабильности сигнала, полученного с помощью изготовленной конструкции можно менять местоположение модема внутри конструкции. Перемещая устройство-приемник ближе или дальше от задней стенки отражателя необходимо найти наиболее приемлемое положение, а затем закрепить модем с помощью клеевого пистолета и подручных материалов.

Достоинства

Безусловным достоинством описанной выше конструкции из кастрюли является отсутствие необходимости разбирать модем и припаивать антенный кабель. Единственным нюансом может служить качество используемого для подключения USB-удлинителя. Он не должен характеризоваться излишней длиной и быть качественным во избежание потерь сигнала. В идеальном случае используются специальные активные кабели, оснащаемые устройствами для предотвращения потерь. В случае если такая антенна 4G антенна используется на улице, необходима защита в виде обертывания полиэтиленом устройства-приемника или всей конструкции.

Спутниковая тарелка

Если очень хочется либо необходимо иметь модем или даже полноценный 4G-роутер с внешней антенной, а под рукой - неиспользуемая или неисправная спутниковая тарелка, вопрос может считаться практически решенным. Также понадобится пластиковая трубка диаметром, подходящим для размещения внутри модема. Конструкцию собирают следующим образом. Модем помещают в пластиковую трубку и крепят на месте конвертера в фокусе антенны. После сборки антенну нужно направить на базовую станцию, а модем подключить к компьютеру посредством USB-удлинителя. Добившись приемлемых показателей коэффициента усиления, а для этого нужно прибегнуть к передвижению модема внутри трубки и поворачиванию всей конструкции в ту или иную сторону, можно переходить к обеспечению Wi-Fi покрытия в помещении. Для этого понадобиться маршрутизатор с поддержкой подключения 3G/4G модемов. Подключив конструкцию к соответствующему разъему на роутере и настроив подключение, можно получить полноценную беспроводную сеть, приемлемую для использования на любом современном девайсе - смартфонах и/или планшетных ПК и т. п.

Таким образом, использование, казалось бы, кустарных методов изготовления и простейших доступных всем материалов, можно обеспечить доступ в Глобальную сеть даже в самых удаленных районах. При этом 4G-антенна, сделанная своими руками, не требует от своего владельца больших финансовых и трудовых затрат при изготовлении.

Уже довольно-таки прочно вошел в нашу жизнь. Пользоваться удобствами, предоставляемыми LTE-технологиями, в наше время в России могут жители не только крупных мегаполисов, но и небольших городов. Имеются такие вышки также во многих поселках и даже деревнях. Однако качество 4G-интернета в отдаленных населенных пунктах все же, к сожалению, обычно оставляет желать лучшего. Виной тому — горы, холмы, лесные массивы и пр. Исправить ситуацию и ускорить 3-4G интернет в деревне или, к примеру, на даче можно, установив внешнюю LTE-антенну. Конструкцию подобные устройства могут иметь разную.

Виды антенн

Все подобные устройства в первую очередь классифицируются на:

• обычные;
• дополненные усилителем MIMO.

Простые LTE-антенны обеспечивают скорость передачи данных в пределах 50 Мбит/с. Для устройств MIMO этот показатель равен 100 Мбит/с.

Также антенны этого типа классифицируются на:

• направленные;
• секторные;
• всенаправлненные.

По конструкции такие устройства подразделяются на:

• параболические;
• «Яги»;
• панельные.

По принимаемому сигналу антенны 4G классифицируются на широко- и узкополосные.

Что такое MIMO LTE и чем она отличается от обычной

Устройства этой разновидности, как уже упоминалось, обеспечивают максимальную скорость передачи данных. Однако и стоят они дороже обычных LTE-конструкций. По сути, такие модели представляют собой одновременно две антенны, размещенные в одном корпусе, но на некотором расстоянии друг от друга. Принимают сигнал последние независимо друг от друга, на модем же его передают одновременно.

Преимущества MIMO LTE-антенн в сравнении с обычными, таким образом, очевидны. Скорость интернета при их использовании может быть почти в два раза выше.

Направленные модели

Принимать сигналы устройства LTE, в зависимости от конструкции, могут от одной или сразу нескольких вышек. Направленные модели монтируются обычно на крыше дома и направляются при этом в сторону ближайшей станции. К преимуществам таких антенн относят в первую очередь то, что они практически не ловят помех. Однако установка и настройка подобных устройств — дело очень сложное. Монтируют направленные антенны LTE обычно только квалифицированные специалисты. Еще одним недостатком устройств этого типа является ненадежность передачи. Ведь если станция по каким-либо причинам вдруг перестанет работать, сигнал в доме тут же пропадет.

Секторные антенны

Модели этой разновидности могут принимать сигнал сразу от нескольких станций. При этом такие устройства автоматически настраиваются и работают на самой быстрой «волне». Если сигнал вдруг пропадет от основной вышки, антенна тут же переключится на другую. Интернет в этом случае станет похуже, но все же

Недостатков у секторных антенн практически нет. Единственным их минусом является, пожалуй, высокая стоимость.

Всенаправленные модели

Принцип работы LTE антенн этой разновидности практически такой же, как и у секторных устройств. Однако такая антенна способна ловить сигнал на целых 360 градусов. Основным преимуществом устройств этого типа является то, что они обеспечивают стабильную передачу. Однако при этом собственно саму скорость интернета всенаправленные модели увеличивают не слишком сильно.

Используют антенны этого типа обычно в том случае, если на пути сигнала имеется множество препятствий. Чаще всего это многоэтажные здания в городах.

Антенны «Яги»

Такое интересное название имеют хорошо знакомые многим устройства с расположенным горизонтально рефлектором-прутом, напоминающим «лесенку». Чаще всего такие модели окрашиваются в синий цвет.

Основным преимуществам антенн «Яги» является невысокая стоимость. Сигнал они принимают хуже других разновидностей.

Панельные антенны

Устройства этого типа принимают сигнал довольно-таки неплохо. В домах выше одного этажа их допускается монтировать даже не на мачту, а просто к стене — на специальные кронштейны. Свое название эти LTE-антенны получили за характерную форму рефлектора, напоминающую панель.

Параболические модели

Антенны этого типа ловят сигнал лучше, чем «Яги» и панельные. Но и стоят они намного дороже. Снабжаются такие модели сетчатым отражателем параболической формы.

Принимаемый сигнал

Помимо всего прочего, антенны этого типа, как уже упоминалось, могут классифицироваться на узко- и широкополосные. Вышки операторов мобильной связи обычно передают сигнал сразу на нескольких частотах. Преимуществом широкополосных LTE-антенн является то, что они могут ловить любой из них. К примеру, если по каким-либо причинам исчезнет сигнал 4G, модель автоматически перейдет на 3G либо на 2G.

Узкополосная антенна при исчезновении 4G свои функции выполнять просто-напросто перестанет. Единственным преимуществом таких моделей является их невысокая стоимость.

4G и 3G

LTE-антеннами называются именно устройства, предназначенные для приема сигнала 4G. Однако при необходимости такие модели могут легко переходить и в режим работы 3G. Представляют они собой в подавляющем большинстве случаев одну из разновидностей антенн MIMO.

Модели 3G при этом — это обычно простые устройства без усилителя. Но иногда используются и для таких антенн.

Разница между моделями 3G и 4G заключается прежде всего в том, что первая разновидность устройств ловит сигнал на частотах 2100 Гц или 900 Гц, а вторая — 2600 Гц, 800 Гц или 1800 Гц.

Мобильные устройства

Все внешние антенны LTE — конструкции стационарные. Устанавливаются они на мачту, стену или крышу дома. Сигнал в большинстве случаев они усиливают хорошо. Однако и стоят такие устройства, даже простые «Яги», довольно-таки дорого. В некоторых же случаях обеспечить достойную скорость интернета можно, и не затрачивая особенно больших денег.

Помимо стационарных на рынке существуют также мобильные LTE-антенны. Устройства этого типа подключаются к компьютеру, роутеру или ноутбуку и устанавливаются в доме — на подоконнике или в самой высокой в помещении точке. Использовать такие модели вместо дорогих внешних антенн целесообразно, к примеру, в пригородных поселках или на улицах деревень, частично закрытых от ближайших вышек небольшим холмом. То есть там, где сигнал от станции ловится и без антенны, но скорость интернета не слишком велика или же он несколько нестабилен.

Yota LTE-антенна

Yota — это относительно новый на российском рынке оператор. Однако зона его покрытия имеется уже в том числе и в глубинке России. Ловят модемы этого оператора сигнал в основном неплохо. Однако зона покрытия Yota до сих пор (на 2017 г) меньше, чем у старых операторов - «Билайна», «Мегафона» и МТС.

Продавцы модемов Yota, уговаривая покупателей из поселков или деревень приобрести свою продукцию, обычно успокаивают их тем, что сигнал от этого оператора хорошо ловится в тех же местах, где он стабилен и от «Мегафона». Однако это, к сожалению, не всегда соответствует действительности. Поэтому именно с модемами Yota приходится использовать LTE-антенны, в том числе и внешние, чаще всего.

Для модема Yota можно, в принципе, применить антенну и от сторонних производителей. Но можно купить и модель марки именно Yota. Тем более, что модемы от этого оператора часто идут уже в комплекте с антенной.

Вместо заключения

Разновидностей внешних антенн LTE, таким образом, на современном рынке существует несколько. При выборе наиболее подходящей модели стоит ориентироваться в первую очередь на количество вышек в окрестностях, их расположение, удаленность. Также следует принять во внимание и особенности той местности, на которой будет использоваться антенна. В любом случае перед покупкой стоит обязательно посоветоваться со специалистами. Либо же хотя бы договориться с продавцом о возврате антенны после пробы в том случае, если она вдруг окажется бесполезной.

Мы с вами живем в эпоху цифровой революции, уважаемый аноним. Не успели мы привыкнуть к какой-то новой технологии, нам уже со всех сторон предлагают еще более новую и продвинутую. И пока мы томимся размышлениями, действительно ли эта технология реально поможет нам получить более быстрый интернет или нас просто очередной раз разводят на деньги, конструкторы в это время разрабатывают еще более новую технологию, которую нам предложат взамен текущей уже буквально через 2 года. Это касается и технологии MIMO антенн.

Что же это за технология - MIMO? Multiple Input Multiple Output - множественный вход множественный выход. Прежде всего, технология MIMO является комплексным решением и касается не только антенн. Для лучшего понимания этого факта стоит совершить небольшой экскурс в историю развития мобильной связи. Перед разработчиками стоит задача передать больший объем информации в единицу времени, т.е. увеличить скорость. По аналогии с водопроводом - доставить пользователю больший объем воды в единицу времени. Мы можем сделать это увеличив "диаметр трубы", или, по аналогии, - расширив полосу частот связи. Первоначально стандарт GSM был заточен под голосовой трафик и имел ширину канала равную 0.2 МГц. Это было вполне достаточно. Кроме того есть проблема обеспечения многопользовательского доступа. Ее можно решить разделив абонентов по частоте (FDMA) или по времени (TDMA). В GSM применяются оба способа одновременно. В итоге мы имеем баланс между максимально возможным количеством абонентов в сети и минимально возможной полосой для голосового трафика. С развитием мобильного интернета эта минимальная полоса стала полосой препятствия для увеличения скорости. Две технологии основанные на платформе GSM - GPRS и EDGE достигли предельной скорости 384 кБит/с. Для дальнейшего увеличения скорости необходимо было расширить полосу для интернет трафика одновременно по возможности используя инфраструктуру GSM. В результате был разработан стандарт UMTS. Основным отличием здесь является расширение полосы сразу до 5 МГц, а для обеспечения многопользовательского доступа - применение технологии кодового доступа CDMA, при котором несколько абонентов одновременно работают в одном частотном канале. Такую технологию назвали W-CDMA, подчеркивая этим, что она работает в широкой полосе. Эта система была названа системой третьего поколения - 3G, но при этом она является надстройкой над GSM. Итак, мы получили широкую "трубу" в 5МГц, что позволило первоначально увеличить скорость до 2 МБит/с.

Как еще можно увеличить скорость, если у нас нет возможности дальше увеличивать "диаметр трубы"? Мы можем распараллелить поток на несколько частей, пустить каждую часть по отдельной небольшой трубе и затем сложить эти отдельные потоки на приемной стороне в один широкий поток. Кроме того, скорость зависит от вероятности ошибок в канале. Уменьшая эту вероятность путем избыточного кодирования, упреждающей коррекции ошибок, применения более совершенных способов модуляции радиосигнала, мы также можем увеличить скорость. Все эти наработки (совместно с расширением "трубы" путем увеличения числа несущих на канал) последовательно применялись в дальнейшем усовершенствовании стандарта UMTS и получили наименование HSPA. Это не замена для W-CDMA, а soft+hard upgrade этой основной платформы.

Разработкой стандартов для 3G занимается международный консорциум 3GPP. В таблицу сведены некоторые особенности разных релизов этого стандарта:

Технология 4G LTE, помимо обратной совместимости с 3G сетями, что позволило ей одержать верх над WiMAX, способна в перспективе развить еще большие скорости, до 1Гбит/с и выше. Здесь применяются еще более продвинутые технологии переноса цифрового потока в радиоинтерфейс, например OFDM модуляция, которая очень хорошо интегрируется с MIMO технологией.

Итак, что же такое MIMO? Распараллелив поток на несколько каналов можно пустить их разными путями через несколько антенн "по воздуху", и принять их такими же независимыми антеннами на приемной стороне. Таким образом мы получаем несколько независимых "труб" по радиоинтерфейсу не расширяя полосы . Это основная идея MIMO . При распространении радиоволн в радиоканале наблюдаются селективные замирания. Это особенно заметно в условиях плотной городской застройки, если абонент находится в движении или на краю зоны обслуживания соты. Замирания в каждой пространственной "трубе" происходят не одновременно. Поэтому если мы передадим по двум каналам MIMO одну и ту же информацию с небольшой задержкой, предварительно наложив на нее специальный код (метод Аламуоти, наложение кода в виде магического квадрата), мы можем восстановить потерянные символы на приемной стороне, что эквивалентно улучшению отношения сигнал/шум до 10-12 дБ. В итоге такая технология опять же приводит к возрастанию скорости. По сути это давно известный разнесенный прием (Rx Diversity) органично встроенный в MIMO технологию.

В конечном счете, мы должны понимать, что MIMO должно поддерживаться как на базе, так и у нашего модема. Обычно в 4G число каналов MIMO кратно двум - 2, 4, 8 (в Wi-Fi системах получила распространение трехканальная система 3x3) и рекомендуется, чтобы их число совпадало и на базе и на модеме. Поэтому для фиксации этого факта MIMO определяют с каналами прием∗передача - 2x2 MIMO, 4x4 MIMO и т.д. Пока в настоящее время мы имеем дело преимущественно с 2x2 MIMO.

Какие антенны применяются в технологии MIMO? Это обычные антенны, просто их должно быть две (для 2x2 MIMO). Для разделения каналов применяется ортогональная, так называемая X-поляризация. При этом поляризация каждой антенны относительно вертикали сдвинута на 45°, а относительно друг друга - 90°. Такой угол поляризации ставит оба канала в равные условия, поскольку при горизонтально/вертикальной ориентации антенн один из каналов неизбежно получил бы большее затухание из-за влияния земной поверхности. При этом 90° сдвиг поляризации между антеннами позволяет развязать каналы между собой не менее чем на 18-20 дБ.

Для MIMO нам с вами потребуется модем с двумя антенными входами и две антенны на крыше. Однако остается открытым вопрос поддерживается ли эта технология на базовой станции. В стандартах 4G LTE и WiMAX такая поддержка есть как на стороне абонентских устройств, так и на базе. В 3G сети не все так однозначно. В сети уже работают тысячи устройств не поддерживающих MIMO, для которых внедрение этой технологии приносит обратный эффект - пропускная способность сети понижается. Поэтому операторы пока не спешат повсеместно внедрять MIMO в 3G сетях. Чтобы база могла предоставить абонентам высокую скорость она сама должна иметь хороший транспорт, т.е. к ней должна быть подведена "толстая труба", желательно оптиковолокно, что тоже не всегда имеет место. Поэтому в 3G сетях технология MIMO в настоящий момент находится в стадии становления и развития, проходит тестирование как операторами, так и пользователями, причем последними не всегда успешно . Поэтому возлагать надежды на MIMO антенны стоит только в 4G сетях. На краю зоны обслуживания соты можно применять антенны с большим усилением, например зеркальные , для которых уже есть в продаже MIMO облучатели

В сетях Wi-Fi технология MIMO зафиксирована в стандартах IEEE 802.11n и IEEE 802.11ac и поддерживается уже многими устройствами. Пока мы наблюдаем приход в 3G-4G сети технологии 2x2 MIMO, разработчики не сидят на месте. Уже сейчас разрабатываются технологии 64x64 MIMO с умными антеннами имеющими адаптивную диаграмму направленности. Т.е. если мы пересядем с дивана на кресло или уйдем на кухню, наш планшет заметит это и развернет диаграмму направленности встроенной антенны в нужном направлении. Нужен ли кому-то будет этот сайт в то время?

Существующие сети мобильной связи используются не только для осуществления звонков и передачи сообщений. Благодаря цифровому методу передачи, с помощью существующих сетей возможна также передача данных. Данные технологии, в зависимости от уровня развития, обозначаются 3G и 4G. Технологию 4G поддерживает стандарт LTE. Скорость передачи данных зависит от некоторых особенностей сети (определяется оператором), достигая теоретически до 2 Мб/с для сети 3G и до 1 Гб/с для сети 4G. Все указанные технологии работают эффективнее при наличии сильного и стабильного сигнала. Для этих целей большинство модемов предусматривает подключение внешних антенн.

Панельная антенна

В продаже можно встретить различные варианты антенн для улучшения качества приема. Большой популярностью пользуется панельная антенна 3G. Коэффициент усиления подобной антенны составляет около 12 дБ в диапазоне частот 1900-2200 МГц. Подобный тип устройств способен также улучшить качество сигнала 2G – GPRS и EDGE.

Как и подавляющее большинство других пассивных устройств, она имеет одностороннюю направленность, что вместе с увеличением принимаемого сигнала позволяет снизить уровень помех с боковых направлений и сзади. Таким образом, даже в условиях неустойчивого приема можно поднять уровень сигнала до приемлемых значений, тем самым увеличивая скорость приема и передачи информации.

Применение панельных антенн для работы в сетях 4G

Поскольку рабочий диапазон сетей 4G практически совпадает с диапазоном предыдущего поколения, то не возникает никаких сложностей в использовании данных антенн в сетях 3G 4G LTE. Для любой из технологий применение антенн позволяет более приблизить скорости передачи данных к максимальным значениям.

Еще более увеличить скорости приема и передачи данных позволила новая технология, использующая раздельные приемники и передатчики в одной полосе частот. Конструкция существующего 4G модема предусматривает использование технологии MIMO.

Несомненное достоинство панельных антенн – их невысокая стоимость и исключительная надежность. В конструкции практически нет ничего, что может поломаться даже при падении с большой высоты. Единственное слабое место – высокочастотный кабель, который может переломиться в месте ввода в корпус. Для того чтобы продлить срок службы устройства, кабель должен быть надежно закреплен.

Технология MIMO

Для увеличения пропускной способности канала связи между приемником и передатчиком данных разработан метод обработки сигнала, когда прием и передача ведутся на различные антенны.

Обратите внимание! Применяя антенны LTE MIMO, можно увеличить пропускную способность на 20-30% относительно работы с простой антенной.

Основной принцип заключен в устранении взаимосвязи между антеннами.

Электромагнитные волны могут иметь различное направление относительно плоскости земли. Это носит название поляризации. В основном используется вертикально и горизонтально поляризованные антенны. Для исключения взаимного влияния между собой антенны отличаются друг от друга поляризацией на угол 90 гр. Чтобы влияние земной поверхности было одинаково для обеих антенн, плоскости поляризации каждой смещают на 45 гр. относительно земли. Таким образом, если одна из антенн имеет угол поляризации 45 гр., то другая, соответственно, 45 гр. Относительно друг друга смещение составляет необходимые 90 гр.

На рисунке наглядно видно, как развернуты антенны относительно друг друга и относительно земли.

Важно! Поляризация антенн должна быть такой же, как и на базовой станции.

Если для технологий 4G LTE поддержка MIMO по умолчанию имеется на базовой станции, то для 3G в связи с большим количеством устройств без MIMO, операторы не спешат внедрять новые технологии. Дело в том, что в сети MIMO 3G устройства будут работать гораздо медленнее.

Установка антенн для модема своими руками

Правила установки антенн не отличаются от обычных. Главное условие – отсутствие препятствий между клиентской и базовой станциями. Растущее дерево, крыша соседнего здания или, что еще хуже, линия электропередач, служат надежными экранами для электромагнитных волн. И чем выше частота сигнала, тем большее затухание будут вносить расположенные на пути распространения радиоволн препятствия.

В зависимости от типа крепления антенны можно устанавливать на стене здания или закреплять на мачте. Есть два вида антенн MIMO :

• моноблочные;
• разнесенные.

Моноблочные уже содержат внутри две конструкции, установленные с необходимой поляризацией, а разнесенные – состоят из двух антенн, которые нужно крепить отдельно, каждая из них должна быть направлена точно на базовую станцию.

Все нюансы установки антенны MIMO своими руками четко и подробно описаны в сопроводительной документации, но лучше предварительно проконсультироваться с провайдером или пригласить представителя для установки, заплатив не очень большую сумму, но получив определенную гарантию на произведенные работы.

Как сделать антенну самостоятельно

Принципиальных сложностей при самостоятельном изготовлении нет. Нужны навыки работы с металлом, умение держать в руках паяльник, желание и аккуратность.

Непременное условие – строгое соблюдение геометрических размеров всех, без исключения, составляющих частей. Геометрические размеры высокочастотных устройств должны быть соблюдены с точностью до миллиметра и точнее. Любое отклонение ведет к ухудшению характеристик. Упадет коэффициент усиления, увеличится взаимосвязь между антеннами MIMO. В конечном итоге вместо усиления сигнала буден наблюдаться его ослабление.

К сожалению, в широком доступе отсутствуют точные геометрические размеры. Как исключение, имеющиеся в сети материалы основаны на повторении некоторых заводских конструкций, не всегда скопированных с заданной точностью. Поэтому не стоит возлагать большие надежды на публикуемые в интернете схемы, описания и методики.

С другой стороны, если не требуется сверх сильного усиления, то выполненная самостоятельно, с соблюдением указанных размеров антенна MIMO, все равно даст, хоть и не большой, но положительный эффект.

Стоимость материалов невысока, затраты времени при наличии навыков также не слишком велики. К тому же никто не мешает испытать несколько вариантов и выбрать приемлемый по результатам тестирования.

Для того чтобы сделать MIMO антенну 4G LTE своими руками, нужны два абсолютно ровных листа оцинкованной стали толщиной 0.2-0.5 мм, а лучше одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Один из листов пойдет на изготовление рефлектора (отражателя), а другой – на изготовление активных элементов. Кабель для подключения к модему должен иметь сопротивление 50 Ом (таков стандарт для модемного оборудования).

Телевизионный кабель использовать нельзя по двум причинам:

• сопротивление 75 Ом вызовет рассогласованность со входами модема;
• большая толщина.

Также необходимо подобрать разъемы, которые должны в точности соответствовать разъемам на модеме.

Важно! Указанное расстояние между активными элементами и рефлектором должно отсчитываться от слоя фольги в случае использования фольгированного материала.

Кроме того понадобится небольшой отрезок медного провода толщиной 1-1.2 мм.

Изготовленная конструкция должна быть помещена в пластиковый корпус. Металл использовать нельзя, поскольку таким образом антенна будет заключена в электромагнитный экран и работать не будет.

Обратите внимание! Большая часть чертежей относится не к MIMO антеннам, а к панельным. Внешне они отличаются тем, что к простой панельной антенне подводится один кабель, а к MIMO нужно два.

Изготовив две панельные антенны, можно получить разнесенный вариант, выполненной своими руками антенны МИМО 4G.

Подводя итоги, можно сказать, изготовление антенны МИМО своими руками – не очень трудное дело. При надлежащей тщательности вполне возможно получить работоспособное устройство, сэкономив некоторое количество финансов. Несколько проще выполнить антенну 3G своими руками. В отдаленной местности, где еще нет покрытия ЛТЕ, это может быть единственным вариантом повысить скорость соединения.

Видео

Антенна 4G своими руками - неплохой универсальный и наиболее дешевый способ улучшить сигнал сотовой связи на даче или в загородном доме. Конструкция таких устройств простая, что дает возможность получать хороший и стабильный интернет-сигнал, если это позволяет расстояние до базовой станции оператора. Сделанный сигнала своими руками можно подключить к роутеру и раздавать Интернет на смартфон, планшет или ноутбук. Достаточно провести грамотный расчет устройства, подобрать правильные размеры в соответствии со схемой и все собрать. Получится простой и достаточно мощный прибор, который позволит существенно улучшить качество, скорость и стабильность связи.

Большинство пользователей мобильного и за пределами крупных городов, используя данный вид связи как основной. Однако до сих пор в России есть места, которые находятся на относительном удалении от вышек и станций операторов, поэтому качество связи недостаточно хорошее для нормального пользования Глобальной сетью. В таких случаях на помощь приходят самодельные .

Обратите внимание! Первые такие изделия, как готовые, так и самодельные, использовались для улавливания телевизионных каналов. Впоследствии их заменили спутниковые тарелки и кабельное телевидение. С распространением мобильной связи и Интернета пользователи стали активно устанавливать антенны на дачах, в частных домах.

На сегодняшний день наиболее популярным и распространенным стандартом связи является 3G. Для его улавливания и усиления часто недостаточно простого модема. Даже несмотря на старания операторов связи и постоянную установку новых базовых станций, в некоторых местах проблемы с сигналом остаются. Сделанная своими руками, чертежи которой есть в общем доступе, помогают исправить ситуацию.

Важно! Если в местности проживания вообще нет сигнала от мобильного оператора, то устанавливать антенны и усилители бесполезно.

Существует два вида таких устройств:

• внутренние;
• внешние.

Кроме этого, внешние делятся на однонаправленные и всенаправленные. Также существуют многочастотные антенны, имеющие возможность одновременно работать в нескольких частотах и диапазонах.

Устройство и габариты

Также антенны делятся на несколько типов. Это могут быть комнатные устройства, работающие в помещении, или наружные, которые устанавливаются и направляются на вышку с улицы. Наиболее оптимальными и качественными являются приборы второго варианта.

Обратите внимание! Все представленные устройства используются как для приема, так и для передачи сигнала.

Для соединения с сетью антенна принимает и усиливает сигнал от базовой станции, который впоследствии передается на модем при помощи USB порта и провода. Внешние усилители делятся на такие основные типы:

• направленные;
• всенаправленные;
• широкодиапазонные или многочастотные.

Направленные делятся еще на три различных подвида:

• способные улучшать сигнал только с одной стороны;
• секторные, так же, как и первые, относятся к однонаправленным устройствам. Они имеют возможность работать в одном направлении, но при этом охватывать дополнительное пространство;
• всенаправленные, что значит усиливают сигнал одновременно с нескольких сторон.

Как произвести предварительный расчет

Для качественной работы антенны в любом месте требуется предварительный расчет ее параметров. Устройство состоит из нескольких частей:

• вибратора;
• провода антенны;
• блока передачи сигнала;
• отражателя.

Требования к вибратору

Материалом для производства этой части служит медь или алюминий. Они стойки к коррозии и обладают хорошим вибрационным эффектом. Размеры представленной части совсем небольшие, а материал мягкий, поэтому соединение с проводом проводится методом пайки. Поперечное сечение находится в пределах 5-7 мм, а его диаметр должен превышать 3 мм.

Обратите внимание! Кроме этого, важно соблюдать симметрию квадратов и боковых поверхностей.

Провод

Для приема мобильного сигнала требуется определенный размер противодействия волны. Это значение должно составлять 55 Ом или 80 Ом. Во избежание потерь мощностей требуется провод с минимальным сопротивлением. Он имеет множество положительных сторон, выдает максимальные электронные данные, имеет небольшую потерю сигнала и подходит по габаритам для соединения с вибратором.

Рефлектор

Это наибольшая по габаритам часть устройства. Имеет непосредственное влияние на прием сигнала. Рефлектор можно сделать из металлической пластины. Если подобной под рукой нет, то подойдет даже дно старой кастрюли или обмотанная фольгой часть картона, а лучше фанеры. Некоторые умельцы создают небольшие отражатели из обыкновенного компакт-диска, к которому крепится модем, улавливающий усиленный сигнал.

Важно! Размер рефлектора должен быть сопоставим по масштабу с габаритами вибратора.

МИМО

Это устройства панельного типа для приема и усиления качества сигнала, которые работают с несколькими входами потоковых данных, соответственно, и несколькими выходами таковых. своими руками собирается немного сложнее, чем обычная. Однако при наличии схем и чертежей все получится.

При выборе такой антенны нужно учесть, что не все операторы могут полноценно работать с этой технологией. Примечательно, что скорость передачи информации при технологии МИМО равна 100 Мбит/сек. Это превышает показатели обычных антенн в 2 раза.

Обратите внимание! Такой прибор состоит из одного корпуса, внутри которого находятся две закрепленные антенны. Прием и передача сигнала происходят обеими частями одновременно и проходит по разным каналам.

Внешние усилители и их характеристики

Наиболее ответственным и влияющим на качество передачи данных параметром является коэффициент усиления сигнала. Им нужно руководствоваться при выборе антенн:

• при дальности 1-3 км до точки с хорошим сигналом нужна антенна с коэффициентом усиления 14 дБ;
• при дальности 3-8 км требуется коэффициент усиления 18 дБ;
• при дальности 8-12 км подойдет антенна с коэффициентом 20 дБ.

Процесс создания

Этапы сборки будут зависит от того, какой тип устройства был выбран.

Простое внешнее устройство

Обычная внешняя антенна представляет собой прибор для усиления качества сигнала сотовой сети, который устанавливается на улице. Может иметь различный внешний вид, например, в виде большого уловителя из пластины или простой телевизионной антенны, приспособленной для сигнала 3G.

Обратите внимание! В случае с внешними антеннами большую роль играет качество изоляции, поскольку усилителю придется работать в различных погодных условиях.

Важное значение в подобных устройствах имеет выбор наилучшего места для установки и направление в сторону базовой станции. Кроме этого, их следует качественно изолировать, чтобы вода не попала в места с микросхемами и проводными соединениями.

Рефлектор создается из металлического листа, который рекомендуется закруглить. Если нет стали, то можно использовать фанеру или картон, который следует обмотать фольгой.

Панельная антенна

Представляет собой большую металлическую пластину с закрепленными на ней патчами или небольшими панелями для лучшего улавливания. Для создания 4G антенны - «пушки» - своими руками нужно купить:

• ребристое оцинкованное железо для создания панели (один лист с размерами 334×290 мм);
• для создания патчей четыре листа оцинкованного железа (размерами 118×70,5 мм);
• медную проволоку (диаметром 2 мм);
• медную фольгу, желательно несколько больших кусков (вырезать окружность диаметром 21 мм);
• пенопласт для патчей;
• супер-клей.

Антенна Харченко для 4G модема своими руками

Она была названа в честь ученого, который впервые изобрел такое устройство. Является одной из наиболее простых по конструкции антенн для мобильного сигнала. Для сборки нужны:

• спиральная проволока;
• коаксиальный кабель;
• стержневая деревянная рейка;
• плоскогубцы, молоток, нож.

Обратите внимание! Перед сборкой очень важно провести качественный расчет.

Этапы сборки:

• определить поляризацию и частоту волны. Устройство должно быть линейным;
• сделать биквадратный тип антенного устройства в виде зигзага из меди. Все элементы должны быть расположены по углам, одним из которых соприкасаться. Для поляризации горизонтального типа восьмерка должна стоять стоймя. Если делать вертикальную поляризацию, то конструкция устанавливается на бок;
• сторона квадрата рассчитывается по специальной формуле: длина волны, поделенная на четыре;
• сборка конструкции, она должна быть овальной формы.

Таким образом, в создании усиливающего устройства нет ничего сложного. Главное - выбрать подходящий тип, следовать инструкциям выше и производить точные расчеты.