Для чего я это делаю
Иногда мне приходится выезжать далеко за город и оставаться там несколько дней. Да тут вот и окончательно переезжать поближе к природе задумал к осени. Интернета не то чтобы хочется, он просто необходим для работы. Покрытие сетью 3G в отдалённых районах нашей области постепенно улучшается, но до идеала всё ещё
Краткий обзор ситуации с 3G
Подавляющее большинство готовых 3G-устройств работают только со своей встроенной антенной и никаких возможностей подключить внешнюю антенну не имеют. Тех, которые таковую имеют, во-первых, днём с огнём
Качество встроенных антенн приемлемо для городской среды, где БСки натыканы через шаг. Для походных же условий такая условно-всенаправленная супер-укороченная антенна не годится совершенно.
Однако многие 3G-модемы, даже не имеющие видимого разъёма для подключения внешней антенны, имеют точку подключения для антенны на своей плате, видимо, для диагностики. Зачастую на этой точке даже распаян разъём.
Без «хирургического вмешательства», таким образом, не обойтись.
Под катом большие картинки.
«Хирургическое вмешательство» в 3G-модем
Модем может быть каким угодно. Мой выбор пал на Huawei E1550, ибо это старьё
В общем же случае надо:
- удалить или отключить встроенную антенну
- найти точку диагностического подключения, если на ней уже напаян разъём — удалить (хорошо получается феном)
- подпаять к ней кусочек подходящего коаксиального кабеля, не забывая, что это всё же СВЧ (оплётка припаивается двумя точками по обе стороны от центральной жилы, конфигурация контактов на плате это предусматривает).
Так как контакты точки подключения расположены очень близко, популярный кабель вроде РК-50 или RG-58, конечно же, не подойдёт. Я лично выкусил кусочек такого кабеля из списанного в утиль нерабочего ноутбука — там он соединял модуль Wi-Fi с антенной. Его диаметр не превышает 2мм, что отлично подходит для таких манипуляций с модемом.
Вот что получилось у меня (фото на фоне рефлектора описываемой далее антенны):
В дополнение ко всему прочему модем был «разлочен», чтобы имелась возможность протестировать различных операторов.
Почему антенна Харченко?
Диполь или GP здесь слабоваты. Волновой канал и логопериодическая помимо сложности ручного изготовления на таких частотах и, как следствие, «хрупкости», имеют очень узкий главный лепесток диаграммы направленности. В походных условиях точно «прицелиться» на базовую станцию (БС) и надёжно зафиксировать такую антенну очень сложно.
Компромисс был найден в виде зигзагообразной антенны Харченко (о которой я упоминал в одной из предыдущих статей — вот и настала пора её попробовать). Её главный лепесток диаграммы достаточно широк, чтобы не очень мучаться с нацеливанием на БС, при этом антенна достаточно проста в изготовлении и имеет относительно неплохой коэффициент усиления (6..9dB).
Модификация антенны
Антенна Харченко достаточно широкополосна, но при этом группы частот передачи «от МТ к БС» (1885..2025 МГц) и «от БС к МТ» (2110..2200 МГц) в стандарте UMTS разнесены достаточно далеко. Как я уже упоминал в комментариях к предыдущей статье, у БС практически всегда хватит мощности «докричаться» до мобильного терминала, но у мобильного терминала (МТ) мощности маловато (особенно у USB-«свистка»). Можно, конечно, изготовить антенну, оптимально работающую в группе частот передачи «от МТ к БС», и довольствоваться средней паршивости приёмом, но мне захотелось выжать из этой технологии максимум.
Я узнал, что антенну Харченко можно сделать ещё более широкополосной, включив несколько вибраторов антенны параллельно в одной плоскости в точке «запитки». Однако рассчитанные размеры этих вибраторов для частотных групп UMTS в части «короткого плеча» различались менее чем на полмиллиметра при требуемой ширине проводника 0.8-0.9мм. То есть разнести «короткие плечи» при сохранении плоскости вибратора мне не представлялось возможным.
И я решил: сделаю «не по правилам» и посмотрю, что получится. Отсюда и некоторая небрежность при изготовлении первых вариантов антенны: я просто не верил, что это «взлетит».
Первый начерченный на бумаге вариант вибратора выглядел так:
Для «малого» контура центральная частота была выбрана равной 2145 МГц, для «большого» — 2010 МГц.
Антенна Харченко (зигзагообразная)
— Центральная частота f: 2010 МГц
Волновое сопротивление антенны ?: 50 Ом
Полоса пропускания при КСВ < 1.5: 126 МГц
Полоса пропускания при КСВ < 2: 234 МГц
— Длина волны ?: 149.25 мм
Размер L1 (внешняя сторона квадрата): 38.5 мм
Размер L2 (внутренняя сторона квадрата): 34.3 мм
Размер L3 (длина вибратора): 125 мм
Размер L4 (промежуток в месте подключения): 7.7 мм
Размер B (ширина рефлектора): 85 мм
Размер H (длина рефлектора): 146 мм
Диаметр проволоки: 0.9 мм
Общая длина проволоки: 303 мм
Расстояние вибратор-рефлектор D: 23.1 мм
Крайний угол ромба ?: 65°
Антенна Харченко (зигзагообразная)
— Центральная частота f: 2145 МГц
Волновое сопротивление антенны ?: 50 Ом
Полоса пропускания при КСВ < 1.5: 134 МГц
Полоса пропускания при КСВ < 2: 250 МГц
— Длина волны ?: 139.86 мм
Размер L1 (внешняя сторона квадрата): 36.1 мм
Размер L2 (внутренняя сторона квадрата): 32.1 мм
Размер L3 (длина вибратора): 117.2 мм
Размер L4 (промежуток в месте подключения): 7.2 мм
Размер B (ширина рефлектора): 80 мм
Размер H (длина рефлектора): 137 мм
Диаметр проволоки: 0.8 мм
Общая длина проволоки: 283 мм
Расстояние вибратор-рефлектор D: 21.7 мм
Крайний угол ромба ?: 65°
Вибратор было решено изготовить из имевшегося в наличии фольгированного стеклотекстолита с последующим обильным лужением.
Изготовление пробной версии
Построение контуров вибратора антенны было повторено на текстолите:
Это вызовет священный ужас у многих студентов:
Впрочем, я тоже давненько не работал стеклянным рейсфедером, потому опущу промежуточные стадии:
Вообще, конечно, делать это можно хоть знаменитым фломастером Edding 404 при наличии сноровки, но мне почему-то захотелось вот так, по старинке, тёплым ламповым цапонлаком.
Впервые попробовал метод травления меди в растворе состава «Лимонная кислота+Поваренная соль+Перекись водорода». Сначала были сложности, связанные с некачественным (отсыревшим) гидроперитом. В чём было дело, я понял, бросив в раствор пару таблеток из новой пачки (отсыревшие таблетки гидроперита распухшие, рассыпавшиеся, зернистые — толку от них нет; кошерные таблетки плотные, имеют чёткие формы и не рассыпаются в руках). Травится медь и в самом деле быстро, аккуратно и экстремально дёшево.
Задумался теперь, куда девать несколько килограммов хлорного железа, купленного некогда «про запас»…
Готовый вибратор после лужения:
Припаиваю. Да-да, ножки — из мягкого пенопласта. Повторяю: я не верил, что это «взлетит» и оставлял пространство для манёвров в виде «регулируемого» расстояния между вибратором и рефлектором.
В сборе. USB-разъём приляпан двусторонним скотчем к рефлектору. Рефлектор вставлен в прорезь половины пластиковой бутылки — чтоб стояло без рук.
Результаты испытаний пробной версии
Параметры максимума приятно порадовали: со стандартной антенной модем больше 83% не показывал.
Speedtest неоднозначен, но это, судя по всему, проблема не радиоканала (тесты повторялись неоднократно, у каждого тест-сервера были свои «тараканы»):
(хорошая скорость, плохой пинг)
(не очень скорость, хороший пинг)
Ну хорошо, это город. На гвоздь ловить можно, как говорили когда-то. Я направлял эту антенну в пол и даже так ловил какие-то отголоски сигнала.
Но вот настало время выехать за город. Нахожусь в деревянном срубе с металлической крышей. Телефоны ловят так себе, интернет — на скоростях GPRS. Ловлю ближайшую БС.
Казалось бы, негусто. Но интернет есть, и он UMTS (да и попробовал бы он быть иным с такой-то антенной!) Попробуем-ка Speedtest…
Вот так! Практически мегабит!
На этом этапе я понял: антенна в данной конфигурации работает. Можно приступать к защите от механических воздействий, грязи и влаги.
Подготовка к походным условиям
Сначала я хотел поместить антенну в специализированный ящик для внешней электропроводки. Однако товарищ harmboy подсказал мне гораздо более простое, дешёвое и долговечное решение: полиэтиленовый контейнер для СВЧ-печи. И правда, полиэтилен более долговечен и уж точно прозрачен для интересующих нас частот. К тому же такие контейнеры имеются практически в любом хозяйственном магазине, а ящики с гермовводами надо искать по специализированным.
Минус такого решения — надо колхозить. Но меня это, как все уже поняли, не пугает.
Для того, чтобы закончить конструкцию, мне даже не потребовалось возвращаться в город. Практически всё нужное для сборки я нашёл в местном сельпо, остальное (включая инструмент) у меня было с собой:
Для начала я ввёл USB-кабель внутрь контейнера (пришлось его разрезать и спаять заново, чтобы не делать огромных размеров дыру):
Затем я отложил паяльник и взял один из своих любимых инструментов:
Закрепляем антенну внутри, прихватываем капельками клея критичные места, чтобы ничего не болталось при переноске:
Наплавляем две
После всех этих экзерсисов антенна, разумеется, работает по-прежнему, ведь в радиочастотной части ничего не поменялось, а USB — это «настоящая бездушная цифрА», которую удлинять и перепаивать гораздо проще и спокойнее. Следующим этапом будет попытка поднять её на чердак или на мачту, где висит сейчас телеантенна, но сегодня вечер пятницы и мне лень этим заниматься, тем более в такую погоду. Лучше включу его, залью оставшиеся фотографии девайса и допишу этут статейку.
(неуловимо напоминает какой-то фирменный роутер)
О результатах поднятия антенны отпишусь потом в комментариях или апдейтом.
Комментарии (45)
forgot10
09.05.2015 04:00+2Честно говоря уже не представляю полноценной «жизни» на таких скоростях. Сам колхозил из-за нестабильного сигнала (частый сброс на Edge) на даче, но с 1-2 мегабита просто бросил бы эту затею к чертям, а так вытянул 7-8 DW / 2-3 UP (~7-10км до БС). Хоть как-то жить можно.
Совет: на таких частотах каждый миллиметр играет огромную роль. Делать надо точно, по штангенциркулю, желательно прочно (делал на болтах) и калибровать мониторя сигнал/шум.
ps: честно говоря здесь на Хабре надеялся прочитать что-то посерьёзней того, чего уже и так тонны в интернете. Например о материалах, расчете их сопротивления (R параметров антенны), расчете затухания и ТТХ волноводов, согласовании приемопередатчика с антенной и другими антеннами и тд…
m0Ray Автор
09.05.2015 09:45+11-2 мегабита — это вполне себе жизнь, поверьте. Почитать новости да поадминить серваки (большей частью по SSH) вполне хватает. Ничего лучше тут нет и не предвидится пока. Тем более что на мобильном интернете настоящего безлимита нет и опять же не предвидится.
Далее: это в комнате, на уровне половины человеческого роста, через стенку и деревья в огороде. Подыму на чердак или крышу — наверняка скорость возрастёт почти до предельной. А модем, который я здесь рассматриваю, сам по себе умеет не более 3.5 вниз и 0.4 вверх. Возможно, с другим будет лучше — попробую, когда найдутся лишние деньги.
Миллиметры, как видите, я и ловил с линейкой и циркулем.
NickKolok
09.05.2015 14:26Мобильный безлимит — действительно редкость, но таки бывает. МТС, Воронежская область, что-то около 600-700 рублей в месяц, без ограничений скорости после N гигабайт.
Хотя субъективно мне этот провайдер неприятен, приходится пользоваться, другого безлимита нет.forgot10
09.05.2015 15:24+1К сожалению, я не нашел по Воронежу такого тарифа, возможно уже архивные. И Мегафон и МТС говорят одинаково — 600р за 30ГБ трафика и безлимит с часу ночи до 8 утра. Да и только у МТС есть 4G LTE, единственные.
doubledron
09.05.2015 15:31В новгородской тоже БЫЛ честный безлимит у мтс, недавно зашел в личный кабинет — Оп-па! 50 Гб днем, безлимит с 1:00 до 7:00. Приехали.
А хуже всего то, что у них при тарификации время сдвинуто, т.е. анлим трафик учитывается не так, как написано в описании к тарифу(с 1:00 до 7:00), а с 00:00 до 06:00. Эту свинью я тоже обнаружил не сразу.
Так что, зайдите в личный кабинет и проверьте, честный ли там еще безлимит?forgot10
09.05.2015 15:39И прям поменяли условия тарификации? Мегафон такой свиньи не подкладывал (не реклама), поясню: с год-полтора назад подключал «интернет для компьютера», честные 5120 мегабайт трафика за цену в 200р, а сейчас таких цен и тарифов нет в принципе, но мой старый архивный так и работает без изменений. На тех же условиях что и при подключении, только название в ЛК сменили на какую-то кучу циферок.
А вообще тенденция крайне хреновая. Мобильный интернет за 2 года только дорожает, когда на земле десятки магистралей и проводной интернет чуть ли не по 300р за 100 мегабит. Как-будто на «земле» есть конкуренция, а в воздухе альянс и договорённости. Даже тарифы идентичные!khim
09.05.2015 16:41Как-будто на «земле» есть конкуренция, а в воздухе альянс и договорённости.
Почему «как будто»? Не «как будто», а «так и есть». «Альянсы и договорённости» имеют простое название: стандарт.
Полоса пропускания не резиновая, в 3G/4G/5G скорость вроде как большая, но она делится на всех участников в соте. Ничего личного, простая физика. Как только процент пользователей, пользующихся интернетом, пересёк некую границу анлим исчез — у операторов-то и выбора особого не было.
Даже тарифы идентичные!
Ну дык. Оборудование-то тоже у всех примерно одинаковое! Берём полосу, которую даёт базовая станция, делим на её цену, получаем тариф. Плюс-минус, конечно, но в общем где-то так.forgot10
09.05.2015 18:27Спасибо за пояснение. В 3G то оно понятно, но я думал что ввод 4G LTE как раз и нацелен на хоть какое-то динамическое распределение нагрузки, уплотнения и повышение средней скорости на абонента с увеличением количества абонентов и что операторы с 4G теоретически могли бы снижать цены как в «старые добрые». Очень жаль.
khim
09.05.2015 18:434G не может отменить физику. Там можно делать меньшие соты, тогда на абонента будет больше спектра доставаться — но они же будут и дороже стоить тогда. А можно наоборот — затрамбовать до 200 абонентов в 5MHz соту. Но тогда нужно как-то их убедить тратить в среднем не более 0.5% канала — какой тут, нафиг, анлим?
NickKolok
11.05.2015 00:13Позвонил в справочную (субъективно приятнее, чем ЛК), уточнил. Да, архивный честный неизменный (тьфу-тьфу) безлимит.
AlexHa
14.05.2015 06:49А не пробовали «свисток» не ломать, а просто поместить его в фокус параболического цилиндра? Взять лист кровельного железа, согнуть — усиление, теоретически, можно такое получить, что со спутника ловить будет :) И диаграмма должна получиться в одной плоскости узкая, в другой достаточно широкая. Усиление и ширина диаграммы легко регулируются размером листа, точность нужна тем ниже, чем меньше лист. На принтере из какой-нибудь графической программы распечатывается профиль параболы, по нему из чего-нибудь плоского вырезаются «щёчки», к ним крепится лист — пайкой, винтами, как угодно, поперечина, «свисток» в фокусе приматывается к поперечине скотчем. Я такое давно пользую, но правда не для «свистков», для более-менее направленных излучателей и для более высоких частот, вплоть до длины волны 8 мм. У «свистка» диаграмма, по идее, должна быть всенаправленной, но на практике там вроде бы полосковые излучатели ставят, у них какая-то минимальная направленность должна быть.
Oval
09.05.2015 05:48делаю электронный тир с передачей точки попадания по wifi
хочу совместить стальной корпус тира и антенну
будет ли работать такая связка?
wifi 2ГГц
airgun.org.ru/forum/download/file.php?id=459722&mode=view
varnav
09.05.2015 09:03А я просто купил на dealextreme антенну китайскую за 6 долларов. А разъём на моём модеме Huawei E-367 и так был.
m0Ray Автор
09.05.2015 09:38Вам повезло найти такой модем. Мне вот не удалось, отсюда и «колхоз»,
varnav
09.05.2015 17:43А я и не искал, это типовой модем из набора «модем за доллар» мегафона трёхлетней давности.
Удивлён что сейчас трудно найти модем с антенным разъёмом — несколько лет назад это вполне типовая фича была — разъёмчик MCX.
varnav
09.05.2015 18:12Кстати я видел безразъёмный вариант — модем кладётся в металлическую коробочку, от которой идёт кабель к антенне.
Работает отлично.
cvs
09.05.2015 10:59не поделитесь ссылкой на антенну? как она себя показала в зоне неустойчивого приема?
varnav
09.05.2015 18:20Там в продаже куча разных антенн, разной длины и цены. Обсуждать конкретную модель смысла нет, антенна вещь примитивная, и по качеству они друг от друга не отличаются. Выбор надо делать основываясь на наличии разъёма, уровне приёма, типа помещения где будет стоять антенна, расположении БС и так далее.
Между прочим не стоит недооценивать направленную антенну (вернее, отражатель сигнала) из жестяной или консервной банки, которая делается за минуту. Мне как то раз на селе она очень помогла.
Tonna
09.05.2015 09:09+1Попробуйте заменить E1550 на 4G модем. Звучит странно, но проверено уже на трех модемах в разных местах.
Скорость с 1 Mbps возросла до 6-8. При том что у провайдера пока нет 4G.
Танцы с самодельными антеннами тоже проходил — не эффективно.m0Ray Автор
09.05.2015 09:384G в этих местах отсутствует напрочь. Проверял.
Tonna
09.05.2015 09:45У меня тоже отсутствует напрочь. Однажды мне принесли 4G модем с просьбой помочь в настройке и я был приятно удивлен скоростью 3G у него. Все вокруг сменили 3G модемы на 4G.
Сейчас у меня есть оба. Если интересует могу сделать замеры скорости.
lybin
10.05.2015 14:28Дело не в 4G, а что в более новом девайсе новее версия 3G, и поддерживаемая максимальная скорость, соответственно. + самоделку для стабильности.
MichaelBorisov
09.05.2015 13:44+2У Kreosan антенны получились аккуратнее. Они тоже использовали фольгированный стеклотекстолит в качестве рефлектора, но сам биквадрат гнули из медного провода. Вот видео.
NickKolok
09.05.2015 14:28+2Чую я, скоро Луганская Народная Республики наладит экспорт радиоэлектроники. Я бы себе такую антенну на дачу купил. С одним условием: работа под Linux и конфиг wvdial в комплекте.
Nomad1
10.05.2015 12:08Замените 1550 на нормальный модем. Достоинств у 1550 аж два — его не жалко и он обновляет данные приема каждую секунду. А так выше 3 мбит по понятным причинам он не даст. У меня замена 1550 на 3131 дала скачек скорости до 6 мегабит с той же антенной (биквадрат в фокусе параболы).
m0Ray Автор
10.05.2015 18:30Ну мне и надо было на чём-то потренироваться. Потом, конечно, при случае заменю на что-нибудь получше.
je56
11.05.2015 16:40Если будет не трудно, снимите диаграмму направленности антенны.
m0Ray Автор
11.05.2015 23:34Ох, было б чем. Наведите на «колхозный» способ?
je56
13.05.2015 01:24Если источник сигнала не один, может быть проблемка. И, насколько я понял, нигде не видна сила сигнала в децибелах. Как вариант, можно построить зависимость скорости интернета от азимута, но не буду настаивать, уж очень долгие получатся измерения.
mrClouda
12.05.2015 14:56Засовывал антенну сделанную на коленке в разрезанную 5-ти л. бутылку из под воды., заматывал скотчем. 5 лет жила ок на солнце.
VT100
Хинты:
1. Лужение — абсолютно лишнее ввиду того, что удельное сопротивление припоя существенно выше, чем у меди. Если есть возможность (незасвеченная фотобумага и фиксаж) — лучше посеребрить.
2. При выносе на большое расстояние чрезвычайно внимательно отнеситесь к качеству линий питания USB-кабеля. В импульсе модем может потреблять и полтора и два ампера.
А полиэтилен наверняка скоро придёт в негодность от УФ. Промышленная коробка будет лучше.
m0Ray Автор
Благодарствую.
Однако на таких частотах сильно ли влияет удельное сопротивление? Скин-эффект же, нет?
Про питание — понятное дело. Сейчас я обошёлся дешёвым удлинителем именно потому, что достаточно поставить девайс на полочку в паре метров от компьютера.
Промышленные коробки — не знаю, конечно, может мне просто исключительно такие бяки попадались, но трескаться и крошиться они начинали уже через год пребывания на солнечной стороне зданий. В любом случае тем, кто будет повторять или импровизировать на тему этой конструкции, предоставлена полная свобода выбора, из чего делать корпус.
VT100
Именно. Всё будет происходить не в «тёплой ламповой» меди, а в припойной эвтектике (ф-фу, мЭрзость).
Хотя — половина меди таки осталась необлуженной.
m0Ray Автор
> половина меди таки осталась необлуженной
Прошу прощения, но что даёт повод так думать?
mishaskt
Имеется в виду медь со стороны стеклотекстолита
philfreeeu
Вероятно, половина, обращенная к текстолиту.
А вообще было бы интересно сравнить работу этой антенны с двойным квадратом согнутым из просто медного провода.
m0Ray Автор
Точнее, двумя двойными квадратами на разные частоты, включенными параллельно.
Я вот только не очень понимаю, как на эти две частоты так сделать.
Вообще-то, если честно, я изначально и пытался согнуть обычный биквадрат из проволоки. Но проволока 0.8 очень мягкая, мне никак не удавалось придать ей стабильную форму. В итоге после множества перегибов она сломалась сразу в нескольких местах. Вот и решил наколхозить так, чтоб было строго по чертежу (а это сразу лак и текстолит). А потом посмотрел на частоты и подумал: надо делать не один биквадрат. То, сё, слово за слово… Вот так и родилась эта статья. ;)
VT100
Миллиметра полтора взять провод. И толстого кабеля не надо бояться.
А так — годная статья.
m0Ray Автор
Да я всё понимаю, вон, даже на фото в упомянутом онлайн-калькуляторе проволчка заметно потолще.
Но меня же учили думать и сомневаться, вот я и начал: а откуда 2145МГц? почему такая антенна в основном на приём, а не на передачу? а как совместить?
Ну вот, досомневался до какой-то не очень понятной (для меня) конфигурации антенны, которая внезапно работает. Иначе б я эту статью не писАл. Раз работает — значит, кому-то пригодится.
maxp
У меня уже год висит кожух из старой полиэтиленовой канистры — пока никаких проблем не замечено.
barabanus
Еще можно наложить дешевую однокомпонентную паяльную маску, причем можно не заморачиваться, а наляпать на плату, размазать чем-нибудь, выставить на солнце.
shoorick
Небольшое уточнение: пищевой контейнер, скорее всего, сделан не из полиэтилена, а из полипропилена. Впрочем, разница меж ними незначительна, хотя, если верить википедии, полипропилен быстрее полиэтилена стареет под воздействитем кислорода с УФ-излучением. Так что, похоже, действительно контейнер придёт в негодность.