حاليا ، يستخدم العديد من الإنترنت LTE. ومع ذلك ، إذا لم تكن هناك بالفعل مشاكل في تغطية الشبكة وسرعة الإنترنت في المدن الكبيرة ، فعندئذ في الضواحي ، يواجه المشتركون مشكلة ضعف الاستقبال. والسبب في ذلك ليس فقط الإشارة الضعيفة نفسها ، ولكن أيضًا حدوث انعكاسات إشارة متعددة على طول الطريق من محطة القاعدة (BS) إلى المشترك. تصف هذه المقالة تطور هوائي ذكي يتكيف مع ظروف استقبال الإشارة.
على الإنترنت ، هناك العديد من العروض لبيع الهوائيات الخارجية للاتصال بأجهزة مودم 4G. وعلى الرغم من أن مشغلي الهاتف المحمول لا يوصون بذلك بل ويهددون بإزالة المودم من الضمان ، نظرًا لأن الموصلات الموجودة على المودم تعتبر خدمة حصرية ، إلا أن الهوائيات الخارجية تباع بشكل جيد. قبل بضع سنوات ، عندما ظهرت أول أجهزة مودم Yota Wimax من Samsung ، لم تكن تغطية تلك الشبكة جيدة جدًا حتى في المدينة. في الوقت نفسه ، ظهرت في السوق أول هوائيات خارجية للشركة المصنعة الصينية وشركة روسية واحدة ، وهي شركة Resonance. تم استبدال معيار Wimax الآن بـ LTE ، ويبيع جميع مشغلي الهواتف المحمولة أجهزة المودم المحمولة. توسع سوق الهوائيات الخارجية بشكل ملحوظ ؛ يمكن العثور على عشرات الأنواع المختلفة على الإنترنت. تقدم بعض الشركات تركيب تسليم المفتاح وإنشاء أنظمة كاملة للمنازل الريفية باستخدام مضخمات نشطة وهوائيات إضافية مثبتة داخل المنزل للتوزيع المحلي للإشارة. ولكن في الغالبية العظمى من الحالات ، يتم استخدام هوائيات عالية الاتجاه للتواصل مع المحطة الأساسية ، وغالباً ما تكون صفائف الهوائي المطبوعة بعرض حزمة يبلغ حوالي 20 درجة في كل من السمت والارتفاع. إن المشكلة الرئيسية للهوائيات الاتجاهية هي أنها ترسل يدويًا مرة واحدة إلى محطة BS معينة ، وفي حالة فقدان الإشارة من هذه المحطة القاعدة ، سيتم قطع الاتصال. الحل لهذه المشكلة هو الهوائيات الذكية ، والتي يتم ضبطها هي نفسها على المحطة الأساسية دون أي تدخل بشري. في أغلب الأحيان ، يتم استخدامها للتثبيت على السيارات والأجسام المتحركة الأخرى (وليس في روسيا) أو لإنشاء قنوات اتصال مؤقتة عند الضرورة ولا توجد طرق أخرى لإنشاء الاتصال بسرعة.
تأتي الهوائيات الذكية في نوعين: التكيف والتبديل. في الواقع ، إن الهوائي التكيفي عبارة عن صفيف هوائي مع إمكانية توليف الحزمة الفورية في اتجاهات عشوائية. يحتوي هوائي التبديل على العديد من الهوائيات في اتجاهات مختلفة (عادة في دائرة) ، واعتمادًا على الاتجاه الذي تكون فيه الإشارة أقوى ، هذا الهوائي أو ذلك الهوائي قيد التشغيل ، تكون الهوائيات المتبقية غير نشطة وتنتظر إما تغيير في موضع المشترك أو التحول إلى محطة قاعدة أخرى ، إذا كانت الإشارة من ذلك أصبح أقوى لسبب ما. وبالتالي ، يختلف الهوائي الذكي عن الأنظمة المعروفة في أنه يتكيف مع ظروف الاستقبال المتغيرة. غالبًا ما تختلف الإشارة من محطات القاعدة المختلفة اعتمادًا على الوقت من اليوم أو الوقت من السنة. ومع ذلك ، وبفضل هذه الميزة ، يمكن استخدام مثل هذا الهوائي ، على سبيل المثال ، في المشي لمسافات طويلة أو في منازل السيارات.
من أجل اختبار كيفية عمل هذا الهوائي في ظروف حقيقية ، طور فريق المؤلفين أبسط وأرخص هوائي ذكي وأجروا تجارب ميدانية.
من المعروف أن نطاق التردد المخصص لشبكة LTE هو 200 ميجاهرتز - ثم 2.5 إلى 2.7 جيجاهرتز. من أجل التحقق من ذلك بصريًا ، تم توصيل هوائي متعدد الاتجاهات بمحلل الطيف ، تم تحويل المحلل نفسه إلى وضع التراكم وترك لفترة طويلة إلى حد ما. النتائج معروضة في الرسم البياني أعلاه. هناك ، يتم رسم النطاقات الفرعية لمختلف المشغلين على الرسم البياني (توجد معلومات حول ترددات المشغلين على الإنترنت). التعليقات الإضافية غير مطلوبة ، باستثناء أن قنوات Wi-Fi العليا تم التقاطها أيضًا على الرسم البياني.
التصميم المقترح عبارة عن أسطوانة من 8 وجوه وتتضمن مفتاح ميكروويف ولوحة تحكم. كل وجه هو هوائي منفصل ، وهو عبارة عن شبكة مطبوعة 4 × 1. بحيث لا تتداخل الأشعة ، ولكن لا توجد مناطق "عمياء" ، يبلغ عرض الشعاع في السمت 65 درجة و 19 درجة في الارتفاع لتحقيق مكاسب عالية (اتضح حوالي 12 ديسيبل). لسهولة التصنيع ، تم استخدام عزل مسامي ، ولكن جامد بما فيه الكفاية ، بسمك 5 مم كركيزة لبقع microstrip. الثابت العازل لمثل هذه المواد قريب من الوحدة ، وفقدان الإدراج ضئيل ، تم اختباره على رقعة واحدة مصنوعة خصيصًا. تم قطع خطوط الشريط ، بالإضافة إلى شاشات الهوائي ، من رقائق النحاس المودعة على الداكرون الرقيق ولصقها بشريط لاصق على الركيزة. تم تصميم الهوائيات بتردد 2.6 جيجا هرتز ، وتبين أن SWR عند التردد المركزي قريب من 1 ، عند حواف النطاق ارتفعت إلى 2 ، وهو أمر مقبول تمامًا لهوائيات أجهزة الاتصال.
تم تصنيع مفتاح ثماني القنوات بشكل منفصل ، وربط إدخال المودم بأحد الهوائيات الثمانية ، التي تستهدف BS بأفضل إشارة. تم استخدام صمامات Infineon pin كعناصر يمكن التحكم فيها ، ويجب التحكم في التحكم ، وفقًا للمؤلفين ، بواسطة لوحة تحكم ، والتي ، عند تلقي المعلومات من المودم ، تحدد الجانب الأفضل للاستقبال ، ويتم تشغيل هذه القناة أيضًا. يجب أن يحدث مثل هذا المسح (فحص إشارات جميع الهوائيات) عدة مرات في الدقيقة. وبالتالي ، مع التغييرات في بيئة التشويش أو قوة الإشارة من BS ، يمكن للهوائي الذكي اختيار اتجاه مختلف. تظهر الصور أدناه المفتاح والهوائي الذكي مع قطعتين.
أجريت اختبارات الهوائي الذكية في منطقة لينينغراد ، حيث كانت تغطية جميع المشغلين ضعيفة إلى حد ما. تم فحص إشارات عاملين - مكبر الصوت و Tele2. للاختبار ، تم استخدام مودم Huawei E8372 ، والذي يحتوي على موصلات "مشروعة" لتوصيل الهوائيات الخارجية. باستخدام speedtest.net ، تم قياس سرعات الإنترنت لكلا المشغلين دون توصيل هوائي ، ثم باستخدام هوائي والتبديل بين جميع الجوانب الثمانية. النتائج معروضة في الصورة أدناه.
تُظهر الخريطة مواقع أقرب محطات القاعدة (وفقًا للبيانات من الإنترنت) ، بالإضافة إلى تلك التي يراها الهاتف باستخدام بطاقة SIM مكبر الصوت (تطبيق Network Cell Info ، الذي يعرض موقع محطة BS الحالية والعديد من المحطات المجاورة). يوضح السطران "MegaFon modem" و "Tele2 modem" سرعة الإنترنت دون توصيل هوائي ، أي عند استخدام هوائي شامل الاتجاهات في المودم. يستقبل هذا الهوائي إشارات من جميع الجوانب ولا يرى فقط الإشارة مباشرة من المحطة الأساسية (أو قد لا يكون في خط البصر المباشر على الإطلاق) ، ولكن أيضًا الإشارات المنعكسة من جميع الاتجاهات. يعمل الهوائي الاتجاهي ذو التضخيم في اتجاه معين بكفاءة أكبر من الهوائي متعدد الاتجاهات ، حتى إذا تم تضخيم الإشارة بواسطة مكبر للصوت ، حيث سيتم أيضًا تضخيم الضوضاء.
يوضح الخطان Megafon و Tele2 سرعة الإنترنت باستخدام هوائي متصل بالمودم. يمكن ملاحظة أنه في بعض الاتجاهات تم إضعاف الإشارة بشكل كبير ، وفي حالات أخرى تم تضخيمها ، مما يشير إلى الانتقائية المكانية للهوائي الذكي. لسوء الحظ ، فإن سرعة الإنترنت ليست خاصية تقنية راديوية ، مثل قوة الإشارة أو نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، ومع ذلك ، لم يتمكن المؤلفون من الحصول على بعض معلومات "الخدمة" على الأقل من المودم المستخدم. على الأرجح ، يمكن أن يوفر برنامج أجهزة المودم الأخرى الوصول إلى معلومات الراديو ، ولكن ليس لدينا.
في المرحلة الأولى ، يرضي اهتمام المؤلفين تمامًا ، في الخطط المستقبلية إضافة مرشحات تمرير النطاق بعد الهوائيات لتقليل التداخل من الإشارات خارج النطاق ، إضافة مضخم منخفض الضوضاء ثنائي الاتجاه مع فصل ترددات الإرسال والاستقبال.