Разъем для подключения внешней антенны к телефону

Обновлено: 25.01.2025

Вместе с приходом лета начался и дачный сезон, а это значит, что люди выбираются на дачи в поисках свежего воздуха и отдыха от шума большого города. У многих дачников есть сотовые телефоны, которые не всегда удовлетворительно работают в Подмосковье, так как местные условия приема зачастую разительно отличаются от городских. И если старичок Siemens C10 в области работает стабильно, то более современные аппараты проигрывают ему, имея при этом меньшую мощность. С одной стороны, это досадно, потому что новые модели не работают там, где довольно старые аппараты не только работают, но и обеспечивают более чем приемлемую связь. С другой стороны, благодаря уменьшенной мощности передатчика излучение телефона стало намного менее интенсивным. Конечно, люди, которые не верят во вредное воздействие сотовых телефонов на здоровье человека, могут пользоваться старыми моделями, это их право. В данной статье речь пойдет о том, как, не меняя телефон, улучшить качество связи.

Внешние антенны и варианты их креплений

На сегодняшний день существует несколько основных вариантов автомобильных антенн для сотовых телефонов. Отличаются они друг от друга способом крепления и характеристиками. Так, купленная мной на Митинском радиорынке автомобильная антенна неизвестного производителя на поверку оказалась просто куском провода, за который с меня содрали около 15 долларов. По своим характеристикам эта антенна не выдерживала никакой критики, усиление сигнала было, но всего на 1 дБ, при этом улучшения качества связи при разговоре в движущейся машине не наблюдалось. Антенна крепилась на лобовое стекло внутри машины с помощью липучки. Далее с помощью антенного адаптера она подключалась к разъему на телефоне.

Кстати, почему-то многие считают, что внешнюю антенну (не только автомобильную) можно напрямую подключить к разъему внешней антенны на телефоне. Это далеко не так, практически всегда нужен антенный адаптер — небольшой кусочек провода, имеющий на концах два различных разъема для подключения к телефону и антенне. Стоимость антенного адаптера, например, для Nokia 6210 составляет около 19 долларов, что достаточно дорого. Тем не менее, без такого адаптера подключить антенну не получится. Те же, кто дружен с паяльником, могут сделать адаптер сами, благо и разъемы, и качественный кабель можно купить либо в магазине радиоэлектроники, либо на радиорынке. Как промежуточный вариант можно предложить покупку антенн от третьих производителей, таких например, как Hama.

Как уже было сказано, автомобильные антенны для телефона отличаются способом крепления. В частности, два основных способа крепления — это изнутри на стекле автомобиля и наружное. Во втором случае приходится сверлить кузов машины, чтобы запустить внутрь кабель от антенны и зафиксировать саму антенну на крыше, что не всегда позволительно. От тестирования антенн этого типа я сразу же отказался, так как для меня неприемлемо сверление крыши моего автомобиля. Конечно, антенны этого типа должны обеспечивать более качественную работу телефона, но неудобство их установки зачеркивает, для меня по крайней мере, их преимущества. Такие антенны (чтобы они были открыты со всех сторон) лучше всего устанавливать на крыше автомобиля.

Справедливости ради стоит отметить, что существуют антенны на магнитном основании, которые могут быть установлены практически на любую часть кузова. Недостатком этой разновидности крепления является его невысокая прочность: на большой скорости или при сильной тряске антенна может сползти. Оставшийся провод от антенны нужно каким-то образом запустить внутрь салона. Еще один недостаток заключается в том, что при плохой погоде грязь легко попадает под основание антенны, что может привести к порче покрытия кузова. Вообще же автомобильную антенну на магнитном основании стоит рассматривать только как временное решение, так как в идеале такую антенну каждый раз следует снимать после использования. Машину с подобной антенной не рекомендуется оставлять на улице: уж больно легко сорвать антенну с крыши.

Более дружественный вариант крепления внешней антенны — это установка ее на стекло. При этом варианте антенна прочно крепится, как правило, к лобовому стеклу и затем уже подключается к комплекту громкой связи или непосредственно к телефону. Надежность подобной установки антенны достаточно высока, проблем с креплением не возникает. Антенна крепится с помощью двухсторонней липкой ленты, аналогичной применяемой при установке антенн для магнитол на лобовое стекло.

Последний нуждающийся в рассмотрении теоретический вопрос — это принцип работы внешней антенны. В простейшем случае в качестве антенны используется металлический штырь, длина которого равна 1/4 длины волны. При этом коэффициент усиления такой антенны будет равен 0 дБ, то есть антенна не будет обладать никаким усилением. Более сложные антенны называются коллинеарными и состоят из двух и более штырей, соединенных между собой специальными элементами — катушками индуктивности. Такие антенны могут иметь коэффициент усиления более 3 дБ и обеспечивают более надежную связь. Но есть одна проблема: антенны, рассчитанные на применение в диапазоне 900 МГц, в диапазоне 1800 МГц не дают никакого преимущества. Более того, если вы пользуетесь однодиапазонным аппаратом стандарта GSM 1800, внешние антенны могут даже ухудшить связь. Но существуют двухстандартные антенны, точнее двух-, трехстандартные и комбинированные антенны, которые можно применять с сотовыми телефонами различных стандартов, в том числе и CDMA, а также системой глобального позиционирования GPS. Кстати говоря, использование внешней антенны в большинстве случаев увеличивает срок работы телефона от аккумулятора, так как в зависимости от уровня приема варьируется и мощность передатчика телефона, а в случае применения внешней антенны она меньше.

Про всевозможные антенны, схемы их создания, а также теорию очень хорошо написано на сайте Кубанских радиолюбителей, рекомендую интересующимся посетить этот ресурс.

Антенны от AlphaSat и их тестирование

Компания AlphaSat занимается разработкой адаптивных компонент и систем приема для стационарных и мобильных применений в диапазоне частот 400 МГц — 40 Гц начиная с 1993 года. AlphaSat предлагает достаточно широкий выбор антенн, при этом можно выделить три основные линейки: OmniPlanar, DirecPlanar и SectorPlanar. Это планарные (плоские) антенны для сотовых телефонов, которые могут работать как с одним частотным диапазоном, так и с несколькими (двухдиапазонные и комбинированные антенны). Антенны линейки OmniPlanar имеют круговую направленность, в то время как антенны линейки DirecPlanar направленные. SectorPlanar — это антенны с высокой направленностью, которые монтируются снаружи автомобиля или могут применяться на дачном участке. Подобные антенны требуют ориентации, но именно они обеспечивают максимальное усиление сигнала до 17 дБ.

Итак, у нас на тестировании были следующие антенны: SectorPlanar 150, DirecPlanar (30, 60, 90), OmniPlanar (30, 60). Все антенны двухстандартные и поддерживают работу в диапазонах частот 890-960 и 1710-1880 МГц. В комплект поставки входит сама антенна с коаксиальным кабелем длиной 1.8 (30, 60) и 2.5м(90), клейкая двухсторонняя лента для установки на стекло автомобиля и протирочная салфетка, смоченная изопропиловым спиртом. Цифра в названии модели указывает диаметр антенны: он составляет 95 мм при высоте 18 мм, 67 мм при высоте 8 мм и 30 мм при высоте 6 мм. Для всех антенн поляризация вертикальная, тип антенны — микрополосковая резонансная. Отношение вход/выход составляет 15 дБ, КПД для направленных антенн около 2 dBi, для ненаправленных — 1 dBi. Все технические данные приведены из проспекта производителя.

Перед установкой антенны стекло обязательно должно быть обработано с помощью салфетки, иначе крепление будет ненадежным. При правильной установке проблем с антенной быть не должно. Сам провод можно вывести под приборной доской автомобиля, но это кому как нравится, можно пустить и поверху.

Тестирование антенн проходило с помощью телефонов Nokia 6210 и Siemens C35i, измерялись дБ до подключения антенны и после. Тестирование проводилось в прилегающей к Ярославскому шоссе местности, так как именно на этой трассе есть несколько мертвых зон, где телефон, как правило, не работает. Полевые испытания были также проведены в других районах, для этого нашим сотрудникам были розданы антенны. Однако в этом случае измерения не производилось - все впечатления сугубо субъективные.

Итак, в области тестирования телефоны показывали напряженность поля от -90 до -99 дБ, что можно охарактеризовать как неустойчивую связь. На пути следования находятся две небольшие мертвые зоны. При движении в машине на скорости около 80 км в час через этот район говорить по телефону было трудно: выпадали слова, зачастую собеседник не слышал некоторые фразы. Подключение внешней антенны, закрепленной на ветровом стекле в правом нижнем углу, дало следующие результаты:

До подключения антенны к Nokia 6210 — от -90 до -99 дБ, Siemens C35i от -92 до -101 дБ.

После подключения DirecPlanar 30, 60, 90 усиление составило в среднем 4 дБ, соответственно от - 86 до - 95 дБ (здесь и далее результаты для Nokia 6210, для Siemens они подобны). При этом выпадений слов при разговоре в движущейся машине не было замечено, на всем протяжении трассы была обеспечена уверенная связь. При среднем усилении в 4дБ максимальное усиление было зафиксировано для антенн DirecPlanar 60 и 90 — до 5 дБ. С антеннами этого типа не было отмечено никаких проблем, они обеспечивали связь даже в мертвых зонах. Претензий к качеству связи также не было.

Результаты, полученные при тестировании антенн OmniPlanar, были несколько хуже. В среднем усиление составило 1-2 дБ, при этом младшая модель OmniPlanar 30 обеспечивала усиление на 1 дБ, качество связи было не очень хорошим, наблюдалось выпадение слов. Старшие модели оказались лучше: выпадения слов практически не было. Тем не менее в одной из мертвых зон усиление сигнала не смогли обеспечить и они, что привело к потере связи.

Пользователи OmniPlanar не заметили существенных изменений при использовании этих антенн. Связь в тех местах, где она отсутствовала, не появилась, а там, где она была и раньше — осталась. Было отмечено, что использование антенн всех типов в дождливые дни увеличивает устойчивость связи и ее качество.

И, наконец, антенна SectorPlanar прошла тестирование в качестве стационарной на дачном участке. Было получено усиление сигнала на 7 дБ, что достаточно интересно. Справедливости ради стоит отметить, что начальная напряженность поля составила от -72 до - 77 дБ.

Направленные антенны линейки DirecPlanar показали себя с лучшей стороны и смогли обеспечить устойчивую и качественную связь в проблемных зонах, а также при движении через такие участки. При розничной цене в 29 долларов эти антенны можно рекомендовать всем, кому требуется уверенная связь в машине. Большой разницы между 60-й и 90-й моделью по качеству работы нет, а вот в размере есть, так что стоит устанавливать именно 60-ю модель: она смотрится более опрятно и не так сильно бросается в глаза.

Ненаправленные антенны OmniPlanar не обеспечивают значительного усиления сигнала, в среднем всего на 1 дБ, что нельзя считать оптимальным при цене за антенну в 18 долларов. Антенны этой линейки больше подойдут для использования в неблагоприятных погодных условиях в городе, именно тогда они начинают действительно работать. Но направленные антенны в любом случае предпочтительнее.

Антенна SectorPlannar 150 идеально подойдет в качестве стационарной. Использовать ее в автомобиле нецелесообразно, если только вы не владелец большегрузной машины.

Приносим свою благодарность компании Альт-Телеком за предоставленные на тестирование антенны, а также компании Zoom за предоставленные антенные адаптеры.

Если пользователь на своем телефоне сталкивается с проблемами со скоростью интернета, то это может быть следствием определенных факторов. Часть из них зависит от расположения.

Если скорость соединения слабая, то причины этого могут быть следующие:

Превышение допустимого лимита мобильного трафика, вследствие чего скорость будет снижена до конца дня или месяца оператором в зависимости от тарифа.
Слабый сигнал сотовой сети, в результате чего не ловит 4G/3G сеть. Сейчас 3G-покрытие у мобильных операторов достаточно неплохое, в отличие от стандарта 4G, который еще только внедряется.
Неровная местность, в которой находится абонент. Холмы, горы, овраги и леса, как и всевозможные бетонные препятствия, сильно снижают качество передаваемого сигнала.
Какие-либо операционные ошибки, вирусы или глюки.
Большая дальность до вышки.

Важно! Антенна для интернета на телефон может помочь усилить плохой сигнал, если причинами его являются большое расстояние и неровная местность.

Выбор наружной антенны

В чем отличия между сетями 3G и 4G: особенности, преимущества и недостатки

По конструктивным особенностям и видам антенны различаются по нескольким категориям.

С различной направленностью

В представленной категории существуют три вида усилителей:

С возможностью направления только в одну сторону. Из названия можно определить, что антенна этого типа может работать только в одном направлении. Ее требуется расположить непосредственно в сторону раздающей вышки оператора.
Всенаправленные. Такие устройства способны улучшать качество сигнала с нескольких сторон. В этом случае усилитель имеет возможность самостоятельно выбирать наиболее бесперебойный и качественный сигнал от одной из нескольких подходящих передающих станций.
Секторные. Так же, как и первые, имеют возможность работать в одном направлении, но охватывают увеличенный сектор. Они могут принимать сигналы сразу с нескольких станций одного сектора, и в случае перебоев самостоятельно переключаться.

Широкодиапазонные или многочастотные

Такие аппараты способны улучшать качество сигнала, при этом работая сразу в нескольких частотных диапазонах. Выбор устройств других моделей делает невозможной смену диапазонов и стандартов связи. Из-за этого некоторыми изготовителями предлагаются специальные широкодиапазонные приборы, которые могут принимать и усиливать сигналы во всех возможных частотах, таких как GSM 1800, 3G 2100, LTE, Wi-Fi.

Интересно! Это избавит от необходимости приобретения сразу нескольких устройств, работающих в различных стандартах.

Как измерить

Смартфоны, которые работают при поддержке операционной системы «Андроид» получили наибольшее распространение во всем мире. При помощи такого гаджета, можно измерить сигнал, который получает устройство.

Мобильные устройства и сигнал, который на них подается от базовой станции, осуществляется при помощи радиоволн, функционирующих в AM/FM диапазонах. Единицей измерения указанного показателя является децибел. Любой планшет или телефон, который подключен к интернету от сотового оператора, работает при поддержке такого стандарта. Уровень сигнала измеряется в отрицательном порядке и составляет от −50 до −120 децибел. При этом, −50 предоставляет максимальное качество, а −120 — зона, где он отсутствует полностью.

Узнать, какое количество Дб ловит конкретный телефон на «Андроиде», может любой владелец такого устройства. Для этого следует выполнить: «Настройки» — «О телефоне» — «Общая информация» — «Уровень сигнала».

Обратите внимание! Указанный путь может отличаться, названия разделов могут быть иными. Все зависит от версии операционной системы, производителя и марки устройства

Усиление уровня приема GPS сигналов смартфоном

Умельцам удавалось улучшать прием GPS сигналов на смартфонах, используя кустарный метод – припаивая к квадрату-контакту GPS многожильный медный провод, который аккуратно крепился затем по периметру девайса.

Описывается способ и установки пассивной GPS антенны с MMCX коннектором типа male. Это довольно сложно и требует определенных навыков в пайке. Да и выбрать следует именно пассивное приемное устройство, поскольку установленная внутри корпуса активная GPS антенна для смартфона не подходит. Ей требуется подать питание в пределах 3-5 В, что нереально. Аккумулятор при такой нагрузке разряжаться будет очень быстро. В магазинах же чаще всего продается именно активная антенна.

Какая внешняя антенна нужна смартфону

Передатчики можно разделить по двум классификациям. По направлению и по диапазону. Разнонаправленные передатчик делятся на:

Направленные в одну сторону. Такая антенна усиливает сигнал, но работает, только когда направлена в сторону вышки. Если нет информации о том, в каком направлении ближайшая станция, – становится бесполезной.
Всенаправленные. В отличие от предыдущего вида, улучшает качество связи со всех сторон. Нет необходимости направлять устройство на вышку.
Секторные. Рассчитаны на определенный диапазон. Нет необходимости направлять на вышку.

Разнонаправленные усилители отличаются по уровню сигнала. Чем уже диапазон, тем эффективнее будет улучшение. Направленный в одну сторону передатчик может улучшить соединение настолько, что он пробьется через несколько стен.

Если взять последние модели Xiaomi, то их слабый сигнал может быть компенсирован узконаправленным усилителем. За счет этого проблемы, которые характерны для модели, будут исправлены.

По диапазону можно выделить два направления: фиксированного диапазона и широкодиапазонные. В первом случае нужно несколько устройств, которые будут работать в определенных ситуациях. Второй – универсальный.

Самодельная антенна

3G, 4G антенна для смартфона своими руками — это эффективный прибор, который можно сделать самостоятельно. Существует множество способов, начиная от стальной банки, у которой одно дно необходимо вырезать и внутрь вставить модем, до более сложных устройств. Например, направленная антенна-пушка.

Для сборки последней необходимо:

нарезать медные диски различных диаметров;
каждый из дисков накрутить на специальные шпильки;
подсоединить к последним двум пластинам провода;
подключить конструкцию к модему.

Важно! Материалы для сборки и полный процесс с описанием, можно найти в глобальной сети

Усилить сигнал глобальной сети для смартфона можно многими способами. Наиболее простой — найти ближайшую вышку и избегать препятствий, которые могут мешать качеству соединения. Рекомендуется попробовать решить проблему при помощи различных программ для усиления. Наибольшую эффективность могут предоставить только аппаратные устройства в виде антенн, усилителей и репитеров. При помощи хорошей системы усиления, можно обеспечить стабильным и быстрым сигналом большую площадь торгового центра или офиса. Главное — соблюдать правила и рекомендации по установке и настройке оборудования. Антенну можно собрать собственноручно, представлено множество схем.

Программные настройки и аппаратное улучшение

К сожалению, сегодня не существует программы, при помощи которой можно было бы реально улучшить качество получаемого сигнала на телефоне. Есть специальные приложения, позволяющие контролировать качество связи, то есть напрямую передают данные пользователю об уровне принимаемого интернета. С их помощью можно выбрать место с лучшим уровнем связи. Некоторые программы могут автоматически переключиться на станцию с лучшей скоростью получения информации. На этом возможности подобных программных способов исчерпываются.

Обзор и настройка модема D-Link Dir-320

Что касается аппаратных средств, к ним относятся следующие приборы, имеющие возможность улучшения сигнала при помощи лучшего улавливания, без вмешательства в системные и программные настройки:

Репитеры;
Антенны;
Рефлекторы;
Роутеры.

Обратите внимание! Их принцип работы заключается в воздействии на принимаемые электромагнитные волны.

Как сделать усилитель сигнала сотовой связи и Интернета своими руками

Положительной стороной аппаратного усиления является возможность повысить скорость интернета для всех устройств, которые подключены к домашней сети.

Поиск станции

Желательно, чтобы устройство пользователя была на удалении от других телефонов, роутеров и прочих. Даже микроволновая печь способна кардинально изменить качество соединения, если она находится недалеко от телефона. Модем или телефон лучше положить на окно, там бетон и металл мешают менее всего.

Как можно узнать, есть ли функция NFC в смартфоне и способы ее использования

Технологии делают мир практичнее и удобнее. Первая революция произошла с повсеместным внедрением смартфонов: функционал компьютеров перешел в портативное устройство связи. Вторая – с появлением банковских карт и цифровизацией. Сейчас третья, где все

Элементы для усилителя получения сигнала и принцип их работы

Подобное устройство является дополнением к антенне. С его помощью можно получать усиленный сигнал в тех районах, где использования одной антенны недостаточно. Усилитель состоит из двухстороннего репитера, внешней и внутренней антенны, кабельного разветвителя, кабеля и разъемов.

Интересно! Принцип работы репитера заключается в усилении сигнала MS-BS и в обратном направлении BS-MS.

Подключение смартфона к внешней антенне

Такое подключение производится путем соединения коаксиальным проводом. Это разъем, работающий на высоких частотах, что делает его максимально совместимым с мобильным телефоном.

Однако таким путем можно улучшить только сигнал у одного телефона, если он не работает в режиме модема. Чтобы распространить его на все устройства домашней сети, лучше подключить антенну непосредственно к 3G или 4G модему.

Устройство и оптимальные габариты

Как известно, 4G-модем функционирует на частоте 2100 МГц. Ей равносильна длина волны 143 миллиметра. Сейчас ещё попадаются модели, которые созданы под 900 МГц, и те, которые используют составной порядок, однако они уже утрачивают свою актуальность.

Ключевыми узлами усилителя являются:

вибратор — на него индуцируются волны магнитоэлектрических колебаний, которые посылаются передатчиком провайдера 4G;
антенный провод с элементом согласования, который транслирует индуцированный радиосигнал от вибратора;
блок передачи сигнала с провода на вход модема;
отражатель, который устраняет перерывы сигнала и отражающие шумы — он нужен для повышения мощности приема.

Выбор кабеля

Основное отличие от стандартных антенн, с которым может столкнуться частный мастер — это размер волнового противодействия, а оно может составлять 75 или 50 Ом. Для сокращения утрат мощности надежнее применять провод с меньшим сопротивлением. Он больше годится по электронным показателям, сильнее согласовывается, гарантирует наименьшие потери сигнала. Впрочем, употребляя один из этих видов проводов, лучше точнее подобрать под него механические габариты вибратора. В таком случае утечки мощности сигнала станут наименьшими.

Специфика конструкции рефлектора

В роли экрана может быть любая стальная пластина. Его можно вырезать из жести или выпилить болгаркой из ненужной алюминиевой кастрюли. Если и металла никакого нет, то можно выйти из положения и взять фанеру или картон и оклеить фольгой. Можно не переживать за результат — ощутимой разницы не будет. В любом случае полученная конструкция сможет перекрыть идущий волновой фон с разных сторон.

Отлично себя показывает отработанный DVD-диск. Повысить его эффективность можно, покрыв алюминиевой фольгой одну из сторон. Этот вариант превосходно справляется с отражением волн. Его дополнительный плюс — эстетичный облик и существенное облегчение работы.

Чтобы использовать диск, потребуется лишь помазать его клеем и зафиксировать на крышке от пластиковой бутылки. Также нужно отрегулировать дальность вибратора от рефлектора. Это можно сделать с помощью дополнительных шайб (можно взять от винтов) или обрезки лишней толщины.

Как подключить внешнюю антенну к мобильному телефону

Обычно сотовые телефоны настроены на высокие частоты. Поэтому для эффективности работы внешней конструкции огромное значение имеет качество кабеля и его соединения. Лучше всего использовать коаксиальный провод (RG-6 от известных производителей) и высокочастотный разъём. Если нет гнезда для крепления внешней антенны, можно использовать устройство громкой связи. В этом случае антенный провод присоединяется к устройству громкой связи, а мобильник вставляется в гнездо этого устройства. Также можно центральной жилой кабеля сделать 3–4 витка вокруг мобильника, вблизи встроенной антенны.

Конечно же, такой способ использования телефона не совсем удобен и ограничивается длиной провода. Но этих неудобств можно избежать, сделав мобильное устройство стационарным.

Репитер для мобильной связи

Как сделать своими руками репитер и систему усиления сигнала

Собрать самостоятельно такой усилитель можно без труда. Начать необходимо с антенны. После сборки рекомендуется установить ее и проверить качество улучшения сигнала. Возможно, одной антенны хватит. Если нет, то требуется репитер. Создать самоделку в домашних условиях сложно, поэтому рекомендуется приобрести готовый. Когда все будет готово, можно собрать систему усиления. Для этого надо соединить все перечисленные элементы и настроить их на корректную работу.

Важно! Подобная система управления является совокупностью из репитера (усилителя) и антенны.

Улучшить сигнал 4G сети можно при помощи антенны. Если ее недостаточно, то требуется собрать систему усиления, которая сделает сигнал приема максимально мощным.

В современных беспроводных устройствах может быть установлена просто куча антенн для LTE, GPS, Wi-Fi, NFC. И не только. Иногда даже по несколько штук на каждую перечисленную технологию. Из этой статьи вы узнаете о том, какие в ваших смартфонах установлены антенны, какую конструкцию они имеют и как работают.

В каждом телефоне есть антенна

Как утверждали в одном авторитетном источнике, антенны бывают "такие, такие и такие":

Еще в 2014 году число абонентов мобильной связи во всем мире было соизмеримо с населением планеты и оценивалось примерно в 7 миллиардов, а это значит, что мобильные телефоны стали универсальным и незаменимым инструментом в современной жизни. Сегодня с помощью мобильного телефона можно говорить с кем угодно практически из любой точки земного шара.

В самом простом виде сотовый телефон - это двухстороннее радио, состоящее из радиопередатчика и радиоприемника. Когда происходит вызов по мобильному, телефон преобразует голос в электрический сигнал, который затем передается с помощью радиоволн на ближайшую вышку сотовой связи. Сеть таких вышек передает информацию, закодированную в радиоволне, на мобильный телефон принимающей стороны, который преобразует ее в электрический сигнал, а затем – в звук.

Сотовые телефоны содержат, по меньшей мере, одну антенну для передачи или приема радиосигналов. Антенна преобразует электрический сигнал в радиоволну (передатчик) и волну в электрический сигнал (приемник). Некоторые сотовые телефоны используют одну антенну в качестве передатчика и приемника, в то время как другие, например iPhone (начиная с 5й серии) и большинство современных смартфонов, имеют несколько передающих или приемных антенн. Технология, при которой используется несколько антенн для передачи и приема называется MIMO (англ.: Multiple Input Multiple Output - множественный вход и множественный выход). Она позволяет передавать данные в несколько потоков, увеличивая, тем самым, качество связи и скорость передачи данных.

Антенна - это металлический элемент (например, медный), сконструированный таким образом, чтобы иметь определенный размер и форму для передачи и приема определенных частот радиоволн. В то время, как сотовые телефоны первых поколений имеют внешние или извлекаемые антенны, современные смартфоны содержат более компактные антенны внутри устройства.

Внешняя антенна излучает равномерно во все стороны (как монополь), в том числе в сторону головы человека, совершающего звонок. Поэтому в современных смартфонах используют такую конструкцию антенны, которая позволяет большую часть мощности излучать в противоположную от головы абонента, сторону.
Конструкция антенн в виде монополя в принципе не позволяла производить развязку между антенными системами. Два "провода" будут оказывать друг на друга сильные помехи. Поэтому антенны стали выполнять в виде печатных плат и интегрировать в корпус. Это же увеличило свободу действий при модификации конструкции антенных систем.
Вынос внешней антенны за пределы корпуса смартфона не позволяет сделать телефон компактным.

первичная сотовая антенна (прием и передача);
вторичная сотовая антенна (только прием);
антенна GPS (только прием);
антенна Wi-Fi (прием или передача);
NFC-антенна.

Антенны и частоты

В первую очередь следует отметить, что конструкция и размеры антенны зависят от того, на какой частоте она будет работать. Большинство антенн общего пользования стараются сделать такими, чтобы они работали в максимально широкой полосе частот из выбранного диапазона. Ведь на сегодняшний день, используемых частот, как и беспроводных технологий, существует просто колоссальное количество. Разобраться во всех тонкостях мира беспроводной связи - непростая задача. На рисунке ниже, например, приводится распределение по частотному диапазону стандартов мобильной связи в нашей стране.

Производители современных смартфонов стремятся сделать антенну широкополосной для всех технологий беспроводной связи: LTE, Wi-Fi, GPS, LTE и Bluetooth.

GSM (2G) - GSM850 (824-894 MHz), GSM900 (890-960), DCS (1710-1880 MHz), PCS (1850-1990);
UMTS (3G) - 5 полоса (824-894), 8 полоса (890-960), 4 полоса (1710-1880), 2 полоса (1850-1990), 1 полоса (1922-2170);
LTE (4G) - 17 полоса (704-746), 13 полоса (746-790), 7 полоса (2500-2690).

Количество полос частот увеличивается с каждым годом. Телефон, разработанный для рынка США, может поддерживать только GSM850, PCS, полосу 5 (LTE и UMTS) и полосу 2 (LTE и UMTS). Некоторые компании пытаются разработать мировые телефоны, которые поддерживают все диапазоны, что значительно усложняет конструкцию антенны.

Есть несколько вещей, которые следует отметить в отношении полос частот. Во-первых, многие группы частот перекрываются. Например, GSM850, полоса 5 UMTS и полоса 5 LTE имеют одинаковый частотный диапазон. Следовательно, антенна, которая работает хорошо для одного из этих диапазонов, будет также хорошо работать и для других диапазонов.

Во-вторых, обратите внимание, что частоты для передачи данных обычно являются нижним пределом полосы, а частоты для приема - верхним. Например, для полосы 5 UMTS полоса передачи (Tx) составляет 824–849 МГц, а полоса приема (Rx) составляет 869–894 МГц.

Расположение первичной сотовой антенны почти всегда будет на нижнем или верхнем концах устройства.

Несколько примеров конструкции антенн в смартфонах

Говоря про строение антенны, стоит начать с небольшой теории. Самой простейшей антенной принято считать дипольную:

Дипольная антенна должна иметь длину около половины длины волны, чтобы иметь наиболее эффективную диаграмму направленности и, как следствие, ширину полосы рабочих частот. Первое, что необходимо знать - какая самая низкая частота будет выбрана в качестве основной для работы антенны. Это частота будет соответствовать самой большой длине волны, следовательно, поможет нам определить общий размер антенны.

Допустим, наша полоса низких частот составляет около 810 МГц. Длина волны тогда равна

37 см, поэтому половина длины волны составляет примерно 18,5 см. Как правило, в мобильном телефоне можно разместить антенну длиной около 12-19 сантиметров.

Для эффективного излучения на частотах сотового телефона, антенна должна иметь размер всего устройства. Это означает, что антенна не является изолированным компонентом, она будет использовать всю структуру телефона для наиболее эффективного излучения.

Все антенны современного смартфона имеют сложную геометрию. А с переходом в миллиметровый диапазон 5G сложная геометрия сочетается с крайне минималистичным выполнением таких антенн. Разные элементы этой геометрии подключаются электрическим путем к основной конструкции. Таким образом, происходит изменение диапазона работы антенны. Ниже приведен один из примеров конструкции антенны для смартфона:

На рисунке показана структура патч-антенны, изготовленной на С-образной подложке FR4 с размерами 120×60 мм. Выбранные размеры всей печатной платы и антенны являются приемлемыми для большинства мобильных телефонов. Антенна состоит из монопольной антенны, соединенной в форме лестницы заземляющей полосы, и индуктора (левая верхняя часть рисунка). Управлять полосой пропускания антенны можно, подключая одну из четырех ветвей. Так, в антенну вносятся резонансные моды в более низкие и более высокие полосы частот. Диапазоны частот для работы такой антенны – 2260 МГц, 2740 МГц и 3450 МГц.

А не так давно на рынке появились первые смартфоны с поддержкой 5G. Более высокая скорость передачи данных и низкие задержки для взаимодействия в режиме реального времени привлекают все больше и больше пользователей. Данные аспекты позволяют не только транслировать новые форматы видео (360-градусные например), но и расширят спектр предоставляемых услуг, добавив в список: автономное вождение или, скажем, виртуальную и дополненную реальности. И это ещё не полный список возможностей новой технологии.

Разработка антенны для 5G еще больше усложнила жизнь инженерам, отвечающим за проектирование. Специалисты говорят об экспоненциальном росте в сложности создания устройств для 5G. Это связано с частотами, используемыми в сетях нового поколения - менее 6 ГГц и свыше 24 ГГц. В первых моделях сотовых телефонов использовались антенны первого типа, т.е. для частот меньше 6 ГГц, но при этом, вопрос о миллиметровых волнах еще не закрыт, ведь именно на данных частотах планируется взаимодействие с "интернетом вещей". Также, ситуацию усугубляет то, что в каждой стране выделен свой конкретный диапазон частот.

Так, например, выглядит 5G-антенна миллиметрового диапазона, разработанная компанией Qualcomm:

Антенна от Qualcom QTM052 - это крошечная антенная решетка, размером с монету. Она имеет в своем составе четыре антенны, которые с помощью интеллектуальных алгоритмов и технологии Beamforming могут точно направлять сигнал в сторону ближайшей базовой станции 5G.

Выше показано идеализированное изображение беамформинга. Так его рисуют маркетологи. В реалиях же, если визуализировать диаграмму направленности, то система управления лучом формирует некую субстанцию, которая "вытягивается" в сторону лучшего приема.

Разработанная антенна достаточно мала, чтобы производители смартфонов могли установить ее в лицевую панель телефона. Модем Qualcomm X50 5G уже рассчитан на установку в системы, поддерживающие до четырех антенных решеток, по одной на каждую сторону телефона. Это позволяет использовать всего 16 антенн и гарантирует, что независимо от того, как вы держите телефон, сигнал не будет заблокирован и останется с достаточно хорошим отношением сигнал-шум (SNR).

Часто антенны в смартфонах строят по разнесенному принципу. Работа разнесенной антенны состоит в том, чтобы попытаться предоставить независимую выборку данных из сигналов, попадающих в зону действия телефона. В этом случае, приемник мобильного телефона обычно выполняет переключенное разнесение (то есть, выбирает принимаемый сигнал с наибольшим количеством энергии) или комбинированное разнесение (для суммирования мощностей двух приемных сотовых антенн).

Учитывая, что сотовые антенны требуют много места, можно заметить, что эти две антенны будут независимыми, но, при этом могут испытывать большие взаимные влияния:

У нас есть две антенны, которые расположены близко друг к другу. Передающая антенна хочет связаться с удаленной системой, а приемная антенна пытается поглотить как можно больше энергии вокруг нее. Любая мощность, поглощаемая этой антенной, является потерей эффективности антенны. Такая же ситуация происходит в обратном порядке. Это означает, что энергия, которая была бы поглощена разнесенной антенной, поглощается основной антенной. Это негативно влияет на производительность.

Тогда стоит максимизировать изоляцию между двумя антеннами. Это сведет к минимуму эффект этой потери. Значения изоляции для смартфонов в нижней полосе частот составляют около 10 дБ, а для высоких частот - 20 дБ.

Чтобы максимизировать изоляцию (а также сделать диаграммы излучения несколько отличными), разнесенная антенна обычно размещается на верхней части смартфона.

В связи с появлением телефонов для 5G и уходом в миллиметровый диапазон, возникает большая проблема, связанная с быстрым затуханием высокочастотных сигналов. Именно поэтому в смартфонах пятого поколения планируется устанавливать по 3-4 антенных модуля. Использоваться будет тот, который в момент передачи сигнала не блокируется рукой пользователя. Даже на рекламной информации от Qualcomm это отмечено: расположение антенных модулей по периметру всего смартфона.

К чему это приведет, сказать пока сложно. Но, с учетом предъявляемых требований к системам связи пятого поколения, антенным решеткам быть, и от этого никуда не деться.

Особенности размещения антенн в смартфонах

Не стоит забывать и о том, что в каждом мобильном телефоне находятся не только антенны для сотовой связи, Wi-Fi, GPS, но и дополнительно антенны для совместимости с более старыми стандартами связи 4G, 3G и т.д.

Необходимо точно согласовать все антенные устройства между собой, ведь взаимное влияние и перекрестные помехи продолжают делать свою грязную работу и оказывать негативное влияние на систему в целом.

Оптимальное расположение антенн в телефоне,а также относительно друг друга, будет иметь ключевое значение и сказываться на их работе. Изменение положения на несколько миллиметров будет влиять на качество и стабильность связи работающего устройства. Как правило, на этапе тестовых испытаний вносятся коррективы в расположение антенн для обеспечения их оптимальной работы.

Из-за требований к повышению пропускной способности, используются технологии MIMO и Beamforming. Небольшой размер антенны, работающей на частотах более 28 ГГц увеличивает потенциал используемого стека технологий. Благодаря этому, увеличивается коэффициент усиления.

У высокочастотных антенн конструкция не так сильно связана с общей структурой телефона. Однако, большие проблемы возникают при интеграции антенны в устройство, за металлическую крышку. В этих реалиях она уже не является незаметной преградой на пути распространения волны, а оказывает достаточно сильное влияние на характеристики. И здесь нашли применение методы, используемые для проектирования обтекателей в космической промышленности. Крышка разрабатывается таким образом, что в определенном месте образует линзу, что позволяет улучшить диаграмму направленности, а также характеристики сканирования. При этом, данная проблема не настолько серьезна при размещении за стеклянной или пластиковой крышкой.

Другой подход, который также использует малый размер антенны - интеграция конструкций в металлический контур телефона. Это явно продемонстрировано на рисунке ниже.

Не стоит забывать и о безопасности, особенно для устройства, которое человек носит примерно 80% времени в непосредственной близости от тела.

На частотах ниже 6 ГГц для оценки влияния электромагнитного излучения применяются существующие стандарты SAR (Structure–activity relationship). На частотах миллиметровых волн, электромагнитное поле почти не проникает в организм. Большая часть излучения отражается, а то, что проникает внутрь, полностью рассеивается в пределах 3 миллиметров от поверхности, поэтому SAR не является серьезной угрозой для организма:

Заключение

Несомненно, тенденция развития беспроводных технологий будет способствовать дальнейшему уменьшению радиосистем. Частоты будут становиться все выше, а длина волны - уменьшаться, что приведет к необходимости уменьшения самой антенны. С переходом в диапазон десятков гигагерц увеличатся и требования к точности выполнения излучателей. При реализации радиотракта в этом диапазоне, погрешность в долю миллиметра может привести к полной неработоспособности системы. Пусть антенны будущего и станут меньше, но их количество будет только возрастать. Ведь такие технологии как MIMO и Beamforming продолжают развиваться, а эффективность этих технологий прямо пропорциональна количеству установленных антенн в вашем смартфоне.

Мобильный интернет — способ подключить телефон к сети при помощи стандартов LTE, 3G-5G. Их применение позволило получить относительно стабильное и скоростное беспроводное соединение. Однако его качество сильно зависит от множества факторов, таких как дальность до точки доступа, то есть вышки, рельефа местности и других. Антенна для телефона 4G или более старого 3G позволяет улучшить качество сигнала, а соответственно, стабильность и скорость интернет-соединения. Подобные устройства можно приобрести или сделать самостоятельно в домашних условиях.

Причины плохого интернета на телефоне