当前，许多人使用LTE互联网。 但是，如果在大城市中网络覆盖和Internet速度已经不存在问题，那么在郊区，用户将面临接收质量差的问题。 造成这种情况的原因不仅是信号本身很弱，而且还包括从基站（BS）到用户的多次信号反射。 本文介绍了适应信号接收条件的智能天线的开发。
在Internet上，有许多出售用于连接4G调制解调器的外部天线的报价。 尽管移动运营商不建议这样做，甚至威胁要从保证书中删除调制解调器，但由于调制解调器上的连接器被视为专门服务，因此外部天线的销售情况非常好。 几年前，当三星推出第一批Yota Wimax调制解调器时，即使在城市中，该网络的覆盖范围也不是很好。 同时，中国和俄罗斯一家制造商Resonance公司的首批外部天线出现在市场上。 Wimax标准现已被LTE取代，所有蜂窝运营商都在销售便携式调制解调器。 外部天线的市场已经大大扩展；在互联网上可以找到数十种不同类型的天线。 一些公司使用有源放大器和安装在房屋内部用于信号本地分配的附加天线，为乡村房屋提供总包安装和整个系统的创建。 但是在绝大多数情况下，高度定向的天线用于与基站通信，最常见的是印刷的天线阵列，其方位角和仰角的波束宽度均为约20度。 定向天线的主要问题是将它们手动发送到特定的BS一次，如果该BS信号丢失，通信将中断。 解决此问题的方法是智能天线，它们本身无需任何人工干预即可调谐到基站。 大多数情况下，它们用于安装在汽车和其他移动物体上（不在俄罗斯）或在必要时创建临时通信渠道，没有其他方法可以快速建立通信。
智能天线分为两种：自适应天线和开关天线。 实际上，自适应天线是具有在任意方向上进行瞬时波束合成的可能性的天线阵列。 开关天线有几个方向不同的天线（通常是圆形的），根据信号较强的方向，该天线会打开，该其余天线将处于非活动状态，并等待用户位置的变化或切换到另一个基站（如果来自该方向的信号）由于某种原因变得更强大。 因此，智能天线与已知系统的不同之处在于它适应于变化的接收条件。 通常，来自不同基站的信号可能会根据一天中的时间或一年中的时间而有所不同。 然而，由于这个优点，这种天线可以用于例如远足或汽车房中。
为了测试这种天线在实际条件下如何工作，作者团队开发了最简单，最便宜的智能天线并进行了现场试验。
众所周知，分配给LTE的频率范围是200 MHz，然后是2.5到2.7 GHz。 为了从视觉上验证这一点，将全向天线连接到频谱分析仪，分析仪本身切换到累积模式，并放置了相当长的时间。 结果显示在上图中。 在那里，各种运营商的子带都绘制在图表上（有关运营商频率的信息可在Internet上找到）。 除了上面的Wi-Fi通道也被记录在图表上之外，不需要其他注释。
提议的设计是一个具有8个面的鼓，并包括一个微波开关和一个控制板。 每个面都是一个单独的天线，是4x1的印刷网格。 因此光线不会重叠，但是没有“盲区”，方位角的光束宽度为65度和19度高，以实现高增益（结果约为12 dBi）。 为了易于制造，将多孔但足够刚性的5毫米厚的绝缘材料用作微带贴片的基材。 这种材料的介电常数接近于1，插入损耗可以忽略不计，这是在特制的单个贴片上测试的。 从沉积在薄涤纶上的铜箔上切下带状线和天线屏，然后用胶带将其粘合到基板上。 天线设计用于2.6 GHz的频率，中心频率的SWR接近于1，范围的边缘上升到2，这对于通信设备的天线是完全可以接受的。
单独制造了一个八通道开关，将调制解调器输入连接到八个天线之一，以最佳信号对准BS。 英飞凌管脚二极管用作受控元件，根据作者的意图，控制应由控制板控制，控制板从调制解调器接收信息，选择哪一侧最好接收，该通道也打开。 这样的检查（检查所有天线的信号）应该每分钟进行几次。 因此，随着干扰环境或基站信号强度的变化，智能天线可以选择不同的方向。 下图显示了已拍摄2张画布的开关和智能天线。
在列宁格勒地区进行了智能天线测试，该地区所有运营商的覆盖范围都很薄弱。 检查了两个操作员的信号-扩音器和Tele2。 为了进行测试，使用了华为E8372调制解调器，该调制解调器具有用于连接外部天线的“合法”连接器。 使用speedtest.net，无需连接天线，然后连接天线并在所有8个侧面之间进行切换，即可测量两个运营商的Internet速度。 结果如下图所示。
该地图显示了最近基站的位置（根据来自Internet的数据），以及带有Megaphone SIM卡的电话所看到的位置（Network Cell Info应用程序，显示了当前基站和附近几个BS的位置）。 “ MegaFon调制解调器”和“ Tele2调制解调器”行显示的是没有连接天线即使用调制解调器内置的全向天线时的互联网速度。 这样的天线接收来自所有方向的信号，不仅看到直接来自基站的信号（或者根本看不到直接在视线内的信号），而且看到来自所有方向的反射信号。 即使信号被放大器放大，在某个方向上具有放大作用的定向天线也将比全向天线更有效地工作，因为噪声也会被放大。
Megafon和Tele2线路通过连接调制解调器的天线演示了Internet的速度。 可以清楚地看到，在某些方向上信号明显减弱，而在其他方向上则被放大，这表明智能天线的空间选择性。 不幸的是，互联网的速度不是无线电技术的特征，例如信号强度或信噪比，但是，作者无法从所使用的调制解调器中获得至少一些“服务”信息。 其他调制解调器的软件可能可以提供对无线电信息的访问，但不能访问我们的。
在第一阶段，作者的兴趣很满足，未来计划在天线之后增加带通滤波器以减少来自带外信号的干扰，并增加具有分离发射和接收频率的双向低噪声放大器。