Портативные антенны мобильных телефонов

Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 – 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи – мобильный радиотелефон – базовая станция (БС). Т. е, чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125–1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 – 0,2 Вт.

Таким образом, можно заключить, что наибольшей выходной мощностью обладает при максимальном удалении от базовой станции или при уменьшении сигнала в результате эффекта экранирования (например, во время разговора в тоннеле, железном гараже или железобетонном здании).

Бурное внедрение сотовой связи потребовало уменьшения массы и габаритов телефонных трубок и их приемопередающих антенн. Раз­работку портативных антенн мобильных телефонов определяют два основ­ных аспекта: приемлемая широкополосность (около 10% относительно не­сущей частоты) и максимальная равномерность электромагнитного излуче­ния по азимутальному углу. Данные условия противоречат тому факту, что антенна подносится близко к голове пользователя, которая по электрическим параметрам близка к поглощающе­му диэлектрическому эллипсоиду с размером главной оси, соизмеримой с длиной волны. При телефонных переговорах голова абонента поглощает и рассеивает электромагнитную энергию, излучаемую антенной, так, что на­рушается азимутальная (меридиональная) равномерность излучения.

Антенны для сотовых телефонов можно разделить на два вида – это антенны, встроенные в сотовый телефон и подключаемые антенны. Есть ещё один класс устройств – репитеры – комплексы из нескольких антенн (как минимум 2-х) и усилителя.

Встроенные антенны делятся на внутренние, внешние (штыревые и низкопрофильные) и внешние выдвижные. Последние для современных GSM-аппаратов не актуальны.
В недалёком прошлом (80 – 90 годы 20 века) основным видом антенн для мобильников были внешние штыревые антенны (шлейфовые и спиральные антенны). Такие антенны можно встретить и сегодня, но ими оснащены считанные единицы телефонов.

Шлейфовая антенна (рисунок 7.22), работаю­щая в диапазоне 800 – 900 МГц, представляет собой симметричный полуволновый вибратор, имеющий круговую диаграмму направленности в азиму­тальной плоскости.

Рисунок 7.22 - Шлейфовая антенна

Вибратор состоит из двух проводников разного диаметра. Один из них соединен с центральным проводом питающей коаксиальной линии, и он должен иметь длину, близкую к l/4, чтобы достичь хорошего согласования антенны в рабочей полосе частот. Проводник с большим диаметром и разомкнутым концом (шлейф) имеет вид металлического стакана. Он со­единен с внешней оплеткой питающей коаксиальной линии и выполняет функции согласующего дросселя для высокочастотных токов. Дроссель наиболее эффективен, если отрезок линии, образованный внешним проводником коаксиальной линии и внутренней поверхностью шлейфа, настроен в резонанс на несущую частоту. Резонансная длина металлического шлейфа должна быть немного меньше l/4. Работа такой антенны зависит от геометрических размеров питающей коаксиальной линии и формы металлических поверхностей корпуса телефона. Вибратор имеет неоднородности диаметра в плече шлейфа-стакана и точке питания антенны. Ухудшения в работе наблюдаются за пределами диапазона ±5% от частоты резонанса, по­скольку в этом случае высокочастотные токи потекут по внешней поверхно­сти питающей линии. Протекающие по корпусу радиотелефона высокочас­тотные токи частично поглощаются рукой абонента, увеличивая дополни­тельные омические потери и снижая коэффициент усиления антенны.

Спиральные антенны (рисунок 7.23) при соответст­вующем выборе параметров имеют прием­лемые габариты и весьма эффективны по равномерности излучения и коэффициенту усиления. Однако их рабочая полоса частот сравнительно узка. Цилиндрическая спиральная антенна (рисунок 7.23, а) представляет собой свернутый в спираль проводник 1, который питается через коаксиальную линию 2. Внутренний провод коаксиальной линии соединяется со спиралью, а внешняя оплетка — с небольшим металлическим диском 3. На рисунке 1.39, а показаны размеры спирали: а — радиус; s — шаг; L — длина по ее оси.

Рисунок 7.23 - Спиральная антенна:

а – цилиндрическая спиральная антенна; б – двойная

Дата добавления: 2017-02-01