Антенна для сотового телефона. Внешняя антенна мобильного телефона

Что вы понимаете про антенны в вашем смартфоне?

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

В каждом телефоне есть антенна

Как утверждали в одном знатном источнике, антенны бывают “такие, такие и такие”:

Еще в 2014 году число абонентов мобильной связи во всем мире было соизмеримо с популяцией планетки и оценивалось приблизительно в 7 млрд, а это означает, что мобильные телефоны стали всепригодным и неподменным инвентарем в современной жизни. Сейчас с помощью мобильного телефона можно говорить с кем угодно фактически из хоть какой точки земного шара.

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

Сотовые телефоны содержат, по наименьшей мере, одну антенну для передачи либо приема радиосигналов. Антенна преобразует электрический сигнал в радиоволну (передатчик) и волну в электрический сигнал (приемник). Некие сотовые телефоны употребляют одну антенну в качестве передатчика и приемника, в то время как остальные, к примеру iPhone (начиная с 5й серии) и большая часть современных телефонов, имеют несколько передающих либо приемных антенн. Разработка, при которой употребляется несколько антенн для передачи и приема именуется 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 железный элемент (например, медный), сконструированный таковым образом, чтоб иметь определенный размер и форму для передачи и приема определенных частот радиоволн. В то время,  как сотовые телефоны первых поколений имеют наружные либо извлекаемые антенны, современные телефоны содержат наиболее малогабаритные антенны снутри устройства.

Причина, по которой был произведен отказ от наружных антенн носит полный характер:

  • Внешняя антенна излучает умеренно во все стороны (как монополь), в том числе в сторону головы человека, совершающего звонок. Потому в современных телефонах употребляют такую конструкцию антенны, которая дозволяет огромную часть мощности источать в противоположную от головы абонента, сторону.
  • Конструкция антенн в виде монополя в принципе не позволяла создавать развязку меж антенными системами. Два “провода” будут оказывать друг на друга мощные помехи. Потому антенны стали делать в виде печатных плат и интегрировать в корпус. Это же прирастило свободу действий при модификации конструкции антенных систем.
  • Вынос наружной антенны за пределы корпуса телефона не дозволяет сделать телефон компактным.

Важно осознавать, что любые железные составляющие устройства, к примеру, печатная плата и железный основа для iPhone, могут взаимодействовать с передающей антенной (или антеннами) и вносить собственный вклад в структуру передаваемого сигнала. Так, в каждом телефоне имеется несколько типов антенн: 

  • первичная сотовая антенна (прием и передача);
  • вторичная сотовая антенна (только прием);
  • антенна GPS (только прием);
  • антенна Wi-Fi (прием либо 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. Большая часть антенн общего использования стараются сделать таковыми, чтоб они работали в очень широкой полосе частот из избранного спектра. Ведь на нынешний день, используемых частот, как и беспроводных технологий, существует просто колоссальное количество. Разобраться во всех тонкостях мира беспроводной связи – сложная задачка. На рисунке ниже, к примеру, приводится распределение по частотному спектру стандартов мобильной связи в нашей стране.

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

Первичная сотовая антенна является основной коммуникационной антенной на телефоне и, следовательно, очень принципиальна. Эта антенна берет на себя главные функции передачи данных, потому имеет много спецификаций и требований. Она имеет как низкочастотную полосу (где-то меж 700 и 960 МГц), так и широкополосную (где-то меж 1710 и 2700 МГц). Большая часть телефонов поддерживают некую комбинацию последующих диапазонов частот / поддиапазонов:

  • 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).
Читайте также  Установка и настройка teamviewer. Как установить Тимвивер: подробная инструкция

Количество полос частот возрастает с каждым годом. Телефон, разработанный для рынка США, может поддерживать лишь GSM850, PCS, полосу 5 (LTE и UMTS) и полосу 2 (LTE и UMTS). Некие компании пробуют создать мировые телефоны, которые поддерживают все спектры, что существенно усложняет конструкцию антенны.

Есть несколько вещей, которые следует отметить в отношении полос частот. Во-1-х, почти все группы частот перекрываются. К примеру, GSM850, полоса 5 UMTS и полоса 5 LTE имеют однообразный частотный спектр. Следовательно, антенна, которая работает отлично для 1-го из этих диапазонов, будет также отлично работать и для остальных диапазонов.

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

Расположение первичной сотовой антенны практически постоянно будет на нижнем либо верхнем концах устройства.

Несколько примеров конструкции антенн в смартфонах

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

Дипольная антенна обязана иметь длину около половины длины волны, чтоб иметь более эффективную диаграмму направленности и, как следствие, ширину полосы рабочих частот. 1-ое, что нужно знать – какая самая низкая частота будет выбрана в качестве основной для работы антенны. Это частота будет соответствовать самой большой длине волны, следовательно, поможет нам найти общий размер антенны. 

Допустим, наша полоса низких частот составляет около 810 МГц. Длина волны тогда равна ~37 см, потому половина длины волны составляет приблизительно 18,5 см. Как правило, в мобильном телефоне можно расположить антенну длиной около 12-19 сантиметров.

Для действенного излучения на частотах сотового телефона, антенна обязана иметь размер всего устройства. Это значит, что антенна не является изолированным компонентом, она будет применять всю структуру телефона для более действенного излучения.

Все антенны современного телефона имеют сложную геометрию. А с переходом в миллиметровый спектр 5G непростая геометрия смешивается с очень минималистичным выполнением таковых антенн. Различные элементы данной для нас геометрии подключаются электрическим методом к основной конструкции. Таковым образом, происходит изменение спектра работы антенны. Ниже приведен один из примеров конструкции антенны для смартфона:

На рисунке показана структура патч-антенны, сделанной на С-образной подложке FR4 с размерами 120×60 мм. Избранные размеры всей печатной платы и антенны являются применимыми 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 4 веток. Так, в антенну вносятся резонансные моды в наиболее низкие и наиболее высочайшие полосы частот. Спектры частот для работы таковой антенны – 2260 МГц, 2740 МГц и 3450 МГц.

А не так издавна на рынке возникли 1-ые телефоны с поддержкой 5G. Наиболее высочайшая скорость передачи данных и низкие задержки для взаимодействия в режиме настоящего времени завлекают все больше и больше юзеров. Данные нюансы разрешают не лишь передавать новейшие форматы видео (360-градусные например), но и расширят диапазон предоставляемых услуг, добавив в список: автономное вождение либо, скажем, виртуальную и дополненную действительности. И это ещё не полный перечень способностей новейшей технологии. 

Разработка антенны для 5G еще больше усложнила жизнь инженерам, отвечающим за проектирование. Спецы молвят о экспоненциальном росте в трудности сотворения устройств для 5G. Это соединено с частотами, используемыми в сетях новейшего поколения – наименее 6 ГГц и выше 24 ГГц. В первых моделях сотовых телефонов использовались антенны первого типа, т.е. для частот меньше 6 ГГц, но при этом, вопросец о миллиметровых волнах еще не закрыт, ведь конкретно на данных частотах планируется взаимодействие с “интернетом вещей”. Также, ситуацию ухудшает то, что в каждой стране выделен собственный определенный спектр частот.

Так, к примеру, смотрится 5G-антенна миллиметрового спектра, разработанная компанией Qualcomm:

Антенна от Qualcom QTM052 – это  крошечная антенная сетка, размером с монету. Она имеет в собственном составе четыре антенны, которые с помощью интеллектуальных алгоритмов и технологии Beamforming могут точно направлять сигнал в сторону наиблежайшей базисной станции 5G. 

Выше показано идеализированное изображение беамформинга. Так его рисуют рекламщики. В реалиях же, ежели визуализировать диаграмму направленности, то система управления лучом сформировывает некоторую субстанцию, которая “вытягивается” в сторону лучшего приема.

Разработанная антенна довольно мала, чтоб производители телефонов могли установить ее в лицевую панель телефона. Модем Qualcomm X50 5G уже рассчитан на установку в системы, поддерживающие до 4 антенных решеток, по одной на каждую сторону телефона. Это дозволяет применять всего 16 антенн и гарантирует, что независимо от того, как вы держите телефон, сигнал не будет заблокирован и остается с довольно неплохим отношением сигнал-шум (SNR).

Часто антенны в телефонах строят по разнесенному принципу. Работа разнесенной антенны состоит в том, чтоб попробовать предоставить независимую подборку данных из сигналов, попадающих в зону деяния телефона. В этом случае, приемник мобильного телефона традиционно выполняет переключенное разнесение (то есть, выбирает принимаемый сигнал с большим количеством энергии) либо комбинированное разнесение (для суммирования мощностей 2-ух приемных сотовых антенн).

Читайте также  Идет загрузка подождите пожалуйста. Все причины почему не работает приставка Билайн ТВ

Учитывая, что сотовые антенны требуют много места, можно увидеть, что эти две антенны будут независящими, но, при этом могут испытывать огромные взаимные влияния:

У нас есть две антенны, которые размещены близко друг к другу. Передающая антенна желает связаться с удаленной системой, а приемная антенна пробует поглотить как можно больше энергии вокруг нее. Неважно какая мощность, поглощаемая данной для нас антенной, является потерей эффективности антенны. Таковая же ситуация происходит в обратном порядке. Это значит, что энергия, которая была бы поглощена разнесенной антенной, поглощается основной антенной. Это плохо влияет на производительность.

Тогда стоит максимизировать изоляцию меж 2-мя антеннами. Это сведет к минимуму эффект данной нам утраты. Значения изоляции для телефонов в нижней полосе частот составляют около 10 дБ, а для больших частот – 20 дБ.

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

В связи с возникновением телефонов для 5G и уходом в миллиметровый спектр, возникает крупная неувязка, сплетенная с скорым затуханием высокочастотных сигналов. Конкретно потому в телефонах 5-ого поколения планируется устанавливать по 3-4 антенных модуля. Употребляться будет тот, который в момент передачи сигнала не блокируется рукою юзера. Даже на маркетинговой инфы от Qualcomm это отмечено: размещение антенных модулей по периметру всего смартфона.

К чему это приведет, огласить пока трудно. Но, с учетом предъявляемых требований к системам связи 5-ого поколения, антенным сеткам 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 лишь антенны для сотовой связи, Wi-Fi, GPS, но и дополнительно антенны для сопоставимости с наиболее старенькыми эталонами связи 4G, 3G и т.д.

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

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

Из-за требований к увеличению пропускной способности,  употребляются технологии MIMO и Beamforming. Маленькой размер антенны, работающей на частотах наиболее 28 ГГц наращивает потенциал используемого стека технологий. Благодаря этому, возрастает коэффициент усиления.

У высокочастотных антенн конструкция не так сильно связана с общей структурой телефона. Но, огромные трудности появляются при интеграции антенны в устройство, за железную крышку. В этих реалиях она уже не является неприметной преградой на пути распространения волны, а оказывает довольно мощное влияние на свойства. И тут отыскали применение способы, используемые для проектирования обтекателей в космической индустрии. Крышка разрабатывается таковым образом, что в определенном месте образует линзу, что дозволяет сделать лучше диаграмму направленности, а также свойства сканирования. При этом, данная неувязка не так серьезна при размещении за стеклянной либо пластмассовой крышкой.

Другой подход, который также употребляет малый размер антенны – интеграция конструкций в железный контур телефона. Это очевидно продемонстрировано на рисунке ниже.

Не стоит забывать и о сохранности, в особенности для устройства, которое человек носит приблизительно 80% времени в конкретной близости от тела.

На частотах ниже 6 ГГц для оценки влияния электромагнитного излучения используются имеющиеся стандарты SAR (Structure–activity relationship). На частотах миллиметровых волн, электромагнитное поле практически не просачивается в организм. Крупная часть излучения отражается, а то, что просачивается вовнутрь, на сто процентов рассеивается в пределах 3 мм от поверхности, потому SAR не является суровой опасностью для организма:

Заключение

Несомненно, тенденция развития беспроводных технологий будет содействовать предстоящему уменьшению радиосистем. Частоты будут становиться все выше, а длина волны – уменьшаться, что приведет к необходимости уменьшения самой антенны. С переходом в спектр 10-ов гигагерц увеличатся и требования к точности выполнения излучателей. При реализации радиотракта в этом спектре, погрешность в долю мм может привести к полной неработоспособности системы. Пусть антенны грядущего и станут меньше, но их количество будет лишь возрастать. Ведь такие технологии как MIMO и Beamforming продолжают развиваться, а эффективность этих технологий прямо пропорциональна количеству установленных антенн в вашем смартфоне.

Как усилить сигнал сотовой связи своими руками? Есть несколько способов

Мобильные телефоны издавна стали практически неотклонимыми атрибутами жизни. Эти устройства разрешают постоянно оставаться на связи, иметь возможность не лишь разговаривать, но и воспользоваться вебом. К маленьким устройствам все так привыкли, что когда они отрешаются работать, люди ощущают себя совсем немощными. К огорчению, на просторах родины еще много таковых мест, где сигнал оставляет желать лучшего. Чтоб гарантировать постоянную доступность всех благ цивилизации, нужен его усилитель, но есть одно «но»: заводские конструкции обходятся в огромную сумму. Чтоб не мириться со сбоями сети, но сэкономить средства, лучше выяснить, как усилить сигнал сотовой связи своими руками. Методов достичь цели есть несколько.

Читайте также  Возврат средств в steam за игру. Как вернуть деньги за игру в Steam

Причины слабенького сигнала

Самые главные преграды для него — стенки больших спостроек, деревья и маленький рельеф местности. Остальные предпосылки — мертвые зоны, дыры в покрытии — те места, где сигнал отсутствует, нестабилен или постоянно слабенький. К таковым зонам относятся:

  • места, находящиеся на большом отдалении от передающей станции;
  • низменности, подвалы, подземные парковки, куда сигнал просто не может проникнуть;
  • здания из металлоконструкций, которые не могут пропустить сигнал;
  • последние этажи небоскребов, огромные возвышенности.

Однако далековато не постоянно трудности со связью зависят от местности, от удаленности от базисной станции. Часто причина кроется в самом телефоне. Даже на схожих устройствах, с тем же сотовым оператором бывают различные уровни сигнала. Разъяснений этому непонятному факту есть несколько:

  1. Телефон имеет железный корпус или чехол. Такие надежные «доспехи» не дают устройству отлично ловить сеть.
  2. Аппарат вначале имел недостаток антенны. Это частая причина отвратительного сигнала дешевых моделей китайских производителей.
  3. Нормальному функционированию устройства мешает его прошивка, которую именуют «корявой».
  4. Телефон получил какие-либо повреждения при контакте с жидкостью, или во время падения.

Поэтому вопросец насчет того, как усилить сигнал сотовой связи своими руками, имеет достаточно большой перечень ответов.

Выбор «правильного» оператора

Первая операция, которая требуется в случае слабенького сигнала, — поиск наиблежайшей базисной станции, измерение сигналов различных операторов. У телефонов на Android есть возможность пользоваться особыми приложениями.

Например, программа «Сотовые вышки, локатор», указывает размещение наиблежайшей базисной станции, расстояние, рабочую частоту соединения. Крайний параметр будет нужно при настройке репитера (ретранслятора), для ориентировки антенны: как заводской, так и изготовленной своими руками.

Если в качестве дополнения скачать «Netmonitor», то, используя функцию разделения экрана, можно проверить и сопоставить мощность сигналов различных операторов, а означает, выбрать лучшего из их в данной местности.

Если предпосылки — препядствия внутри

Так как методов усилить сигнал достаточно много, начинать лучше с более обычных вариантов, равномерно переходя к наиболее сложным методам.

Телефон побывал в экстремальных условиях

Нередко отказ от «ловли» сети возникает опосля каких-то повреждений телефона. К более суровым и всераспространенным ЧП относится принужденное «купание» аппарата, падение на твердую поверхность. Такие устройства лучше сходу нести в сервисный центр, так как сложность конструкции не дает способности отыскать источник задачи и устранить ее.

Вина лежит на прошивке «тела»

Неправильная работа программных средств — частая причина неправильного функционирования телефонов. Перепрошивка — операция легкая, но ее употребляют лишь для тех телефонов, срок гарантии которых уже истек. Для каждого производителя и модели в сети можно отыскать все необходимое: как заводскую прошивку, так и приложения для ее осуществления.

Чтобы не утратить все принципиальные контакты и данные, поначалу делают резервные копии. Но данный метод не панацея: в этом случае обладатели часто достигают противоположного результата. Почти все юзеры, решившиеся на таковой «подвиг» отмечают, что качество сигнала, напротив, усугубилось. Ежели перепрошивка не посодействовала совершенно, то нужно употреблять остальные подсказки.

Если причина в недостатке антенны

Некорректно работающее устройство для приема и излучения волн в телефоне — еще одна из более нередко встречающихся обстоятельств. Сиим часто грешат дешевые китайские модели телефонов, в которых соединение материнской платы с антенной чрезвычайно далековато от эталона. Ежели обладатель в общих чертах соображает устройство собственного телефона, то операцию можно «провернуть» без помощи других. Но лишь в том случае, ежели гарантийный срок уже закончился.

  1. Так как все устройства чрезвычайно различаются, то поначалу хозяева отыскивают на просторах веба видеоролики, показывающие, как верно открывать его модель.
  2. Находят антенну. Традиционно она размещается в верхней или в нижней части корпуса. Ежели контакты неплотно прилегают к шлейфу, находящемуся с тыльной стороны, то их подправляют пинцетом.

Затем телефон собирают и инспектируют сеть. Ежели итог так и остается нулевым, сигнал слабеньким, то действуют дальше.

Система «антенна к антенне»

Вышеописанные методы достойны внимание лишь в том случае, ежели вина за слабенький сигнал лежит на самом устройстве. Когда неувязка в удаленности от станции либо в преградах, стоящих на его пути, советуют усилить антенну кусочком провода.

  1. Сначала также разбирают смартфон: снимают заднюю крышку и отыскивают антенный разъем, предназначенный для подключения наружного устройства GSM. Ежели их несколько (3G, 4G, wi-fi), то определяют нужный.
  2. Берут маленький отрезок провода с изоляцией. Поперечник центральной жилы должен совпадать размером гнезда разъема. С одной стороны проводок оголяют. Сиим концом его вставляют в разъем.
  3. Самодельную антенну сгибают в…

Оставьте комментарий