Saat ini, banyak yang menggunakan internet LTE. Namun, jika di kota-kota besar sudah tidak ada masalah dengan jangkauan jaringan dan kecepatan internet, maka di pinggiran kota, pelanggan dihadapkan dengan masalah penerimaan yang buruk. Alasan untuk ini bukan hanya sinyal lemah itu sendiri, tetapi juga terjadinya beberapa pantulan sinyal di sepanjang jalan dari base station (BS) ke pelanggan. Artikel ini menjelaskan pengembangan antena pintar yang beradaptasi dengan kondisi penerimaan sinyal.
Di Internet, ada banyak penawaran untuk penjualan antena eksternal untuk menghubungkan ke modem 4G. Dan meskipun operator seluler tidak merekomendasikan ini dan bahkan mengancam untuk menghapus modem dari jaminan, karena konektor pada modem dianggap layanan eksklusif, antena eksternal dijual cukup baik. Beberapa tahun yang lalu, ketika modem Yota Wimax pertama dari Samsung muncul, jangkauan jaringan itu tidak terlalu baik bahkan di kota. Kemudian antena eksternal pertama dari Cina dan satu pabrikan Rusia - perusahaan Resonance - muncul di pasar. Standar Wimax sekarang telah digantikan oleh LTE, dan semua operator seluler menjual modem portabel. Pasar untuk antena eksternal telah berkembang secara signifikan, puluhan jenis berbeda dapat ditemukan di Internet. Beberapa perusahaan menawarkan pemasangan turnkey dan pembuatan seluruh sistem untuk rumah negara menggunakan amplifier aktif dan antena tambahan yang dipasang di dalam rumah untuk distribusi sinyal lokal. Tetapi dalam sebagian besar kasus, antena yang sangat terarah digunakan untuk berkomunikasi dengan stasiun pangkalan, paling sering susunan antena memiliki lebar balok sekitar 20 derajat baik dalam azimuth maupun elevasi. Masalah utama dari antena directional adalah bahwa mereka secara manual dikirim satu kali ke BS tertentu dan, jika terjadi kehilangan sinyal dari BS ini, komunikasi akan terputus. Solusi untuk masalah ini adalah antena pintar, yang dengan sendirinya disetel ke stasiun pangkalan tanpa campur tangan manusia. Paling sering, mereka digunakan untuk menginstal pada mobil dan objek seluler lainnya (bukan di Rusia) atau untuk membuat saluran komunikasi sementara jika diperlukan dan tidak ada cara lain untuk dengan cepat membangun komunikasi.
Antena pintar datang dalam dua jenis: adaptif dan switching. Antena adaptif, pada kenyataannya, adalah array antena dengan kemungkinan sintesis berkas seketika dalam arah yang sewenang-wenang. Antena switching memiliki beberapa antena dalam arah yang berbeda (biasanya dalam lingkaran), dan, tergantung pada arah mana sinyal lebih kuat, antena ini atau itu menyala, antena yang tersisa tidak aktif dan menunggu perubahan posisi pelanggan atau beralih ke stasiun pangkalan lain, jika sinyal dari sana untuk beberapa alasan menjadi lebih kuat. Dengan demikian, antena pintar berbeda dari sistem yang dikenal dalam hal itu beradaptasi dengan perubahan kondisi penerimaan. Seringkali sinyal dari stasiun pangkalan yang berbeda dapat bervariasi tergantung pada waktu hari atau tahun. Namun, berkat keunggulan ini, antena seperti itu dapat digunakan, misalnya, dalam hiking atau di rumah motor.
Untuk menguji bagaimana antena tersebut akan bekerja dalam kondisi nyata, tim penulis mengembangkan antena pintar paling sederhana dan termurah dan melakukan uji coba lapangan.
Diketahui bahwa rentang frekuensi yang dialokasikan untuk LTE adalah 200 MHz - kemudian 2,5 hingga 2,7 GHz. Untuk memverifikasi secara visual ini, antena omnidirectional dihubungkan ke penganalisis spektrum, penganalisa sendiri dialihkan ke mode akumulasi dan dibiarkan untuk waktu yang agak lama. Hasilnya ditunjukkan dalam grafik di atas. Di sana, sub-band dari berbagai operator diplot pada grafik (informasi tentang frekuensi operator ditemukan di Internet). Komentar tambahan tidak diperlukan, kecuali bahwa saluran Wi-Fi atas juga ditangkap pada grafik.
Desain yang diusulkan adalah drum dari 8 wajah dan termasuk saklar microwave dan papan kontrol. Setiap wajah adalah antena terpisah, yang merupakan kisi cetak 4x1. Agar sinar tidak tumpang tindih, tetapi tidak ada zona "buta", lebar balok di azimuth adalah 65 derajat dan ketinggian 19 derajat untuk mencapai gain tinggi (ternyata sekitar 12 dBi). Untuk kemudahan pembuatan, isolasi berpori, tetapi cukup kaku, tebal 5 mm digunakan sebagai substrat untuk tambalan microstrip. Konstanta dielektrik bahan tersebut mendekati kesatuan, dan kehilangan sisipan dapat diabaikan, yang diuji pada tambalan tunggal yang dibuat khusus. Garis strip, serta layar antena, dipotong dari kertas tembaga yang diendapkan pada dacron tipis dan dilem dengan pita perekat pada substrat. Antena dirancang untuk frekuensi 2,6 GHz, SWR pada frekuensi pusat ternyata mendekati 1, di tepi rentang naik menjadi 2, yang cukup dapat diterima untuk antena perangkat komunikasi.
Sakelar delapan saluran diproduksi secara terpisah, yang menghubungkan input modem ke salah satu dari delapan antena, yang ditujukan ke BS dengan sinyal terbaik. Diode pin Infineon digunakan sebagai elemen yang dikendalikan, dan kontrol, sesuai dengan maksud penulis, harus dikontrol oleh papan kontrol, yang, menerima informasi dari modem, memilih sisi mana yang terbaik untuk menerima, dan saluran itu juga menyala. Survei semacam itu (memeriksa sinyal semua antena) harus terjadi beberapa kali per menit. Dengan demikian, dengan perubahan dalam lingkungan gangguan atau kekuatan sinyal dari BS, antena pintar dapat memilih arah yang berbeda. Foto-foto di bawah ini menunjukkan sakelar dan antena pintar dengan 2 kanvas diambil.
Tes antena pintar dilakukan di Wilayah Leningrad, di mana jangkauan semua operator agak lemah. Sinyal dari dua operator diperiksa - Megaphone dan Tele2. Untuk pengujian, modem Huawei E8372 digunakan, yang memiliki konektor "sah" untuk menghubungkan antena eksternal. Menggunakan speedtest.net, kecepatan Internet kedua operator diukur tanpa menghubungkan antena, dan kemudian dengan antena dan beralih di antara semua 8 sisi. Hasilnya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Peta menunjukkan posisi stasiun pangkalan terdekat (menurut data dari Internet), serta yang terlihat oleh ponsel dengan kartu SIM Megaphone (aplikasi Info Sel Jaringan, menunjukkan lokasi arus dan beberapa BS terdekat). Garis "modem MegaFon" dan "modem Tele2" menunjukkan kecepatan Internet tanpa menghubungkan antena, yaitu ketika menggunakan antena omnidirectional yang dibangun ke dalam modem. Antena semacam itu menerima sinyal dari semua sisi dan tidak hanya melihat sinyal langsung dari stasiun pangkalan (atau mungkin tidak berhadapan langsung sama sekali), tetapi juga sinyal yang dipantulkan dari semua arah. Antena terarah yang memiliki amplifikasi ke arah tertentu akan bekerja lebih efisien daripada antena omnidirectional, bahkan jika sinyal diperkuat oleh amplifier, karena noise juga akan diperkuat.
Garis Megafon dan Tele2 menunjukkan kecepatan Internet dengan antena yang terhubung ke modem. Dapat dilihat dengan jelas bahwa pada arah tertentu sinyal melemah secara signifikan, pada yang lain diperkuat, yang menunjukkan selektivitas spasial antena pintar. Sayangnya, kecepatan Internet bukanlah karakteristik teknis radio, seperti kekuatan sinyal atau rasio sinyal-terhadap-noise, namun, penulis tidak bisa mendapatkan setidaknya beberapa "layanan" informasi dari modem yang digunakan. Mungkin, perangkat lunak modem lain dapat menyediakan akses ke informasi radio, tetapi bukan milik kita.
Pada tahap pertama, minat penulis cukup puas, dalam rencana masa depan penambahan filter band-pass setelah antena untuk mengurangi gangguan dari sinyal out-of-band, penambahan penguat low-noise dua arah dengan pemisahan frekuensi pengiriman dan penerimaan.