Yellow Rabbit

Изготовление антенны для 4G модема

Изготовление антенны для 4G модема

После расчёта приступаем к изготовлению частей антенны. Особая аккуратность нужна при сгибании собственно провода антенны и изготовлении балуна.

Сгибание провода

Я ни секунды не сомневался, что не смогу просто взять и согнуть провод с соблюдением всех радиусов и расстояний, поэтому на моём CNC3018 я изготовил шаблон, куда готовый антенный провод должен входить без усилий: Шаблон для антенны

Практика показала, что эта штука полезна для окончательной выправки антенны, но собственно согнуть помогает слабо. Нужно было ещё сделать один угол чтобы сгибать провод только на нём, но теперь мне это уже не актуально:smile:

Посмотрю какой длины медный провод мне нужен:

octave:2> quad_size*8
ans =  224.38

отмечу это расстоянии в блокноте и уложу в шаблон простой 22AWG: 22AWG в шаблоне для антенны

Отметка должна совпадать с чертежом в блокноте: Отрезок в блокноте 22AWG рядом с отрезком в блокноте

Аккуратно сгибаем медный провод: Сгибание медного провода Почти готовая антенна Я спаиваю антенну сразу. Спаянная антенна

Балун

Непосредственно к антенне будет присоединён кабель RG174 (диаметр первого экрана 1.98мм, диаметр жакета 2.79мм). Я рассматривал возможность использования балуна-базуки, но два соображения заставили меня отказаться от этой идеи:

  1. у меня нет трубки диаметром мм, а именно при таком соотношении диаметров этот тип балуна становится эффективным;
  2. балун типа базука соединяется по окружности экрана коаксиального кабеля на определённом расстоянии ( или меньше, если балун свернутый) от вибратора, я очень сомневаюсь, что смогу сделать это аккуратно и равномерно по всей окружности такого маленького провода. Я видел и читал про варианты когда балун соединяется прямо к вибратору, но я думаю, что при таком соединении балун превращается в дополнительный вибратор, а мне очень не хочется повторять расчёт антенны с учётом этой вибраторной поверхности.

Так что я решил реализовать менее эффективный, но более простой в изготовлении балун из отрезка провода.

Кроме осторожных манипуляций с внешней оболочкой коаксиального кабеля желательно не перегреть экран: может расплавиться внутренний диэлектрик и характеристики кабеля ухудшаться.

С конца снимает только минимум изоляции Снятая изоляция для соединения с балуном Готовый балун

Рефлектор

Теперь можно переходить к другим деталям конструкции. Вот как выглядит антенна во FreeCAD:

Альтернативная ссылка на видео

Два вибратора располагаются под углом друг к другу и под к горизонту.

Я предоставляю полные исходные тексты моделей, для работы с которыми понадобится AppImage версии не раньше 2020.08.18. Их можно скачать по ссылке.

Антенна задумывалась как подвесная под потолок на проволочную петлю — две треугольных гребёнки вверху рефлектора позволяют выбирать угол антенны в горизонтальной плоскости. Подставка под модем имеет вырез для кабеля USB и также имеются два крючка для мягкого закрепления верхней части модема.

На лицевой стороне рефлектора нужно располагать немного деталей чтобы минимизировать нарушение отражающей поверхности, которая, кстати представляет собой обыкновенную фольгу для запекания всяких вкусных вещей.

Самая важная деталь рефлектора — стойки крепления вибраторов. Они выполняют важную функцию сохранения расчётной формы вибраторов и расстояния между вибраторами и отражающей поверхностью рефлектора.

Отдельно скажу о материале стоек. В то время как все остальные части антенны можно делать почти из чего угодно, то стойки вибраторов должны быть радиопрозрачны на частоте антенны. Моя частота близка к излучению внутри микроволновки, так что нагревание кусочка пластика в течении пары минут показало его пригодность (нет обугливания и других неприятных проявлений взаимодействия с излучением). Есть мнение, что в точках нулевого потенциала можно использовать любой материал для стоек вплоть до металла, иногда стойки даже припаивают к отражателю. Я так не делаю по следующим причинам:

У меня нет 3D принтера поэтому изготовление стоек это забавная задачка. Пришлось сделать вспомогательный фиксатор чтобы точно вырезать канавки на торцах стоек:smile:. Вот первый вариант фиксатора, неудачный: Плохой вариант вспомогательного фиксатора

Вспомогательный фиксатор с усиленной жесткостью: Вспомогательный фиксатор

Рефлектор много больше рабочего стола моего CNC3018, но это решаемо: Большой лист для рефлектора в CNC

Пайка кабелей и балунов к вибраторам, последний этап перед волнующим тестированием антенны: Пайка кабелей к вибраторам

Тестирование

Вид сзади награды за дизайн не получит:) Сборка и проверка работоспособности Сборка и проверка работоспособности

Модемы Huawei имеют удобный механизм оценки качества сигнала на странице по адресу http://192.168.8.1/html/antennapointing.html

Итак просто модем без антенны: Параметры сигнала без антенны

Модем с антенной: Параметры сигнала с подключенной антенной

Отлично! Условия приёма изменились и ушли в полностью зелёную зону. Справка по параметрам сигнала LTE

Заключение

Это было забавно:smile: и я узнал много нового для себя. Кстати, первоначальный вариант с креплением антенны под потолком не оправдал себя: на столе условия приёма значительно лучше. Антенна в висячем положении

Так что пришлось спроектировать простую подставку: Антенна на подставке Антенна на подставке. Вид сзади