Как выглядит антенна в телефоне
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Антенны в мобильных телефонах: виды и особенности
Роль антенн в сотовой связи предельно важна. Существуют несколько разновидностей антенн, каждые из которых имеют собственные отличительные особенности. Одни хороши для использования в обычных городских условиях, а к использование других прибегают лишь в крайних случаях.
Особенности и виды мобильных антенн
Их можно смело разделить на две главные категории – подключаемые мобильные антенны и встроенные. Последние в свою очередь делятся на внутренние устройства и внешние. Существует только два вида внешних антенн – они бывают либо штыревыми, либо выдвижными.
Существует отдельный вид антенн – репитеры. Они представляют собой конструкцию из двух антенн и более, а также усилителя сигнала.
Штыревые
Еще несколько лет назад данный тип антенн являлся одним из самых распространенных, на сегодняшний день встретить антенну данного типа весьма затруднительно.
Эффективность штыревых антенн достигает 90%, что значит о практически полном задействовании подводимой к ней энергии. Простыми словами, если эффективность антенны составляет 50%, то половина мощности используется, а вторая попросту теряется.
Еще одной немаловажной характеристикой является коэффициент усиления. Зачастую он измеряется в изотропных децибелах. Лучшим показателем считается более высокий коэффициент усиления.
Следует знать! Усиливать сигнал способны лишь устройства, что были оборудованы усилителем. Остальные антенны могут только его перераспределять.
Подключаемые
Распространен данный вид антенн очень слабо, так как современный пользователь не сильно нуждается в подобном девайсе и привык довольствоваться встроенной антенной в своем мобильном телефоне.
Еще одной причиной этому является невозможность установки подключаемой антенны в современные модели смартфонов.
Для подключения подобной антенны к телефону необходимо использовать коаксиальный кабель, а гаджет должен иметь соответствующий разъем.
Зачастую внешние антенны представляют собой направленную конструкцию и устанавливаются они владельцами дачных участков загородом.
Активно применяются и репитеры. С их помощью легко обеспечить стабильную связь для мобильных телефонов даже в самых неподходящий для этого условиях, к примеру, в подвалах или отдаленной от города местности.
Отличительное преимущества репитера в том, что он не требует подключения соответствующего кабеля к мобильному устройству. Поэтому человек может спокойной передвигаться по дому во время разговора по телефону.
Внутренние
Как правило, внутренние антенны являются встраиваемыми в мобильное устройство, а именно внутрь его корпуса.
Телефоны, оборудованные внутренними антеннами, не имеют выступающих частей. Ранее модели телефоном часто имели выступающие из корпуса части, в которых находились антенны, и их владельцы постоянно жаловались на неудобство пользования подобными девайсами. Сейчас такой проблемы нет.
Некоторые специалисты сомневаются в эффективности работы внутренних антенн. Бытует мнение, что эффективность лучших моделей встроенных антенн не превышает и 70 процентов, но в действительности достаточно трудно это проверить.
Основной недостаток таких антенн заключается в том, что производителю приходится разрабатывать подобный девайс под каждый гаджет индивидуально. Одна и та же антенна не будет пригодна для работы в других устройствах. Зачастую производители создают целую группу гаджетов, поддерживающих один тип антенн.
При разработке гаджета производители должны учитывать местонахождение деталей внутри мобильного телефона, а также особенности конструкции его корпуса.
Антенны для смартфонов – устройства сложные, но интересные. Как и другая техника, антенны не остаются на одном и том же месте, их чисто постоянно пополняется новыми моделями, хотя последние несколько лет данные устройства явно обделены вниманием потребителя. Однако их значимость остается прежней.
Антенна для телефона Как усилить сигнал телефона РАЗОБЛАЧЕНИЕ (1 видео)
Проблемы с сотовой связью: как усилить сигнал и правильно настроить смартфон
Содержание
Содержание
Стабильность и качество мобильной связи зависит от зоны покрытия, обеспечиваемой базовыми станциями оператора и нагрузкой на них. Соответственно, есть несколько причин ухудшения качества связи. Вы можете заметить это по таким признакам, как: невозможно позвонить, ничего не понятно во время разговора, скорость передачи данных оставляет желать лучшего — интернет не грузится. Это может быть связано с перегрузкой базовой станции из-за подключения большого количества абонентов. Но чаще причина плохой связи заключается в проблемах и физике процесса прохождения радиоволн. Связь может портиться из-за плотной застройки, рельефа местности, большого расстояния до базовой станции.
Перегрузки базовых станций — вещь достаточно редкая. Столкнуться с ней можно на массовых мероприятиях или в те моменты, когда всем вдруг становится срочно нужно позвонить. Например, на Новый Год, как только пробили куранты. И эта проблема решается относительно просто — через небольшой интервал времени все заработает.
А вот проблема с тем, что ваш загородный дом находится в «мертвой зоне» или глухой деревне, до которой еле добивает сигнал от ближайшей вышки — это реально сложная задача, которая не рассосется через несколько минут и вообще не решится без дополнительного оборудования. Также аналогичные сложности возникают, например, в тех случаях, когда ваш офис/магазин находится в полуподвальном/подвальном помещении или внутри большого железобетонного здания. В этом случае проблему с сотовой связью приходится решать установкой дополнительного оборудования или изменением настроек смартфона. С тем, что и как делать в этом случае, мы сейчас и разберемся.
Как работает сотовая связь: стандарты и частоты
Если коротко описывать принцип работы сотовой связи, то он заключается в следующем.
Существует комплекс приемопередающих базовых станций «сот», обеспечивающих связь на определенной территории. Приемопередающее устройство абонента — смартфон или мобильный телефон — работает в этой сети, связываясь с той базовой станцией, сигнал от которой качественнее.
При этом связь с базовыми станциями выполняется в разных стандартах:
Аппаратная платформа смартфонов построена таким образом, что мобильное устройство всегда подключается к сети самого технологичного стандарта даже в том случае, если уровень его сигнала ниже. Это один из моментов, которые приводят к проблемам со связью. Сейчас разберемся, как это можно решить.
Решение проблем со связью с помощью настроек смартфона
Исходя из особенностей работы сотовых сетей, первое решение заключается в изменении настроек подключения к сети или смене оператора.
Самое простое — поменять SIM-карту и посмотреть, что получится при использовании сети другого оператора. Возможно, в вашей местности плохо работает или вообще отсутствует сеть одного из операторов, но зато другой обеспечивает связь на «пять баллов».
Если смена сети не дает результата, можно попробовать поменять настройки подключения к сети, выбрав более старый стандарт.
В настройках вашего смартфона надо найти пункт, определяющий, к сети какого стандарта смартфон подключается. Обычно он установлен в автоматическом режиме, и устройство последовательно присоединяется сначала к сети 4G, потом 3G и только затем 2G. Если вы находитесь в месте, где сигнал 4G неустойчив, смартфон все равно зацепится за эту сеть и будет героически пытаться передать и принять данные, несмотря на некачественную связь, небольшую скорость, постоянные обрывы и сгорающий заряд аккумулятора.
Чтобы устранить проблему, следует попробовать установить подключение к сети 3G или даже 2G. Зоны покрытия этих сетей обычно больше, и связь в них работает стабильнее. Конечно, скорость передачи данных снизится, но они хотя бы начнут передаваться, или появится голосовая связь, если в первую очередь нужна именно она.
Но таким образом проблема решается далеко не всегда. В низинах, на большом удалении от базовых станций, в «мертвой зоне» за значительными препятствиями менять настройки смартфона в большинстве случаев бесполезно. Уровень сигнала просто недостаточен для его работы. В таких случаях нужна установка дополнительных устройств.
Что делать, если необходим мобильный интернет
Давайте рассмотрим способ решения следующей задачи: вы находитесь за городом и хотите получить стабильный, скоростной мобильный интернет. В этом случае, если уровень сигнала оставляет желать лучшего, вам потребуется внешняя антенна.
Антенна комбинируется с модемом, роутером или с тем и с другим. Получается готовое устройство, в котором сразу объединены антенна, модем и роутер — то есть, комплекс «все в одном». Это удобно, но и стоит дороже.
При выборе конкретного устройства надо знать, в каком стандарте и на какой частоте вы будете работать в том месте, для которого покупается антенна, а также каков уровень сигнала. Дело в том, что оператор может передавать сигнал на следующих частотах: 800 МГц (LTE800), 900 МГц (GSM-900, UMTS900), 1800 МГц (GSM-1800, LTE1800), 2100 МГц (UMTS2100) и 2600 МГц (LTE2600).
Частоту базовой станции в вашей местности можно узнать только экспериментальным путем, проверив, например, с помощью приложения «Информация сигнала сети» и в настройках смартфона.
Кроме того, необходимо знать, каков уровень принимаемого сигнала. Так, исходя из этого, вы поймете, нужна вам антенна с большим коэффициентом усиления или можно обойтись недорогим решением.
Усиление сигнала для мобильного интернета можно делать как для 3G, так и для 4G. Но ориентироваться следует в первую очередь на 4G, даже если уровень сигнала этого стандарта слабее. В любом случае за счет MIMO и агрегации частот скорость в 4G выше (конечно, при условии, что у антенны поддержка MIMO есть).
По коэффициенту усиления — чем слабее сигнал, тем больше должен быть коэффициент усиления. В относительно простых случаях, когда требуется небольшое усиление сигнала, можно обойтись например:
В более сложных случаях, когда сигнал слабый, антенну «для интернета» надо поднимать как можно выше. Желательно — на мачте. В зависимости от исполнения она может быть со встроенным усилителем или даже со встроенным модемом, как например, усилитель интернет-сигнала Триколор DS-4G-5kit.
Что нужно для разговоров и СМС
На даче далеко не всегда нужен только мобильный интернет. Голосовая связь или возможность отправки SMS нужны тоже. В этом случае решение будет другим. Внешнюю антенну подключить к современному смартфону не получится, разъемов на корпусе нет. А вот усилить сигнал с помощью репитера — вполне.
Репитер обеспечит прием и передачу сигнала всех сотовых операторов на определенной частоте.
Обычно для небольших частных владений приобретают готовые комплекты, не требующие покупки дополнительных роутеров и прочего оборудования. Репитер принимает сигнал, усиливает его, раздает на смартфоны через комнатные антенны и отдает сигнал со смартфона в обратном направлении через внешнюю антенну. Пример такого устройства: усилитель сигнала сотовой связи Locus Mobi-900 Country.
Для правильного выбора репитера надо знать, сигнал какой частоты предстоит усиливать и насколько большую площадь покрытия он должен обеспечить — чем больше площадь, тем мощнее должно быть усиление. Хорошим решением будет выбор репитера, работающего в нескольких диапазонах.
Важный момент: если требуется усилить сигнал для одновременного использования голосовой связи и интернета, надо знать, реализована ли на базовой станции, с которой обеспечивается связь, технология VoLTE. Если да — можно и нужно усиливать сигнал 4G, если нет — 3G, чтобы обеспечить голосовую связь.
Что вы знаете про антенны в вашем смартфоне?
В современных беспроводных устройствах может быть установлена просто куча антенн для LTE, GPS, Wi-Fi, NFC. И не только. Иногда даже по несколько штук на каждую перечисленную технологию. Из этой статьи вы узнаете о том, какие в ваших смартфонах установлены антенны, какую конструкцию они имеют и как работают.
В каждом телефоне есть антенна
Как утверждали в одном авторитетном источнике, антенны бывают «такие, такие и такие»:
Еще в 2014 году число абонентов мобильной связи во всем мире было соизмеримо с населением планеты и оценивалось примерно в 7 миллиардов, а это значит, что мобильные телефоны стали универсальным и незаменимым инструментом в современной жизни. Сегодня с помощью мобильного телефона можно говорить с кем угодно практически из любой точки земного шара.
Антенны и частоты
Производители современных смартфонов стремятся сделать антенну широкополосной для всех технологий беспроводной связи: LTE, Wi-Fi, GPS, LTE и Bluetooth.
Количество полос частот увеличивается с каждым годом. Телефон, разработанный для рынка США, может поддерживать только GSM850, PCS, полосу 5 (LTE и UMTS) и полосу 2 (LTE и UMTS). Некоторые компании пытаются разработать мировые телефоны, которые поддерживают все диапазоны, что значительно усложняет конструкцию антенны.
Есть несколько вещей, которые следует отметить в отношении полос частот. Во-первых, многие группы частот перекрываются. Например, GSM850, полоса 5 UMTS и полоса 5 LTE имеют одинаковый частотный диапазон. Следовательно, антенна, которая работает хорошо для одного из этих диапазонов, будет также хорошо работать и для других диапазонов.
Расположение первичной сотовой антенны почти всегда будет на нижнем или верхнем концах устройства.
Несколько примеров конструкции антенн в смартфонах
Говоря про строение антенны, стоит начать с небольшой теории. Самой простейшей антенной принято считать дипольную:
Допустим, наша полоса низких частот составляет около 810 МГц. Длина волны тогда равна
37 см, поэтому половина длины волны составляет примерно 18,5 см. Как правило, в мобильном телефоне можно разместить антенну длиной около 12-19 сантиметров.
Для эффективного излучения на частотах сотового телефона, антенна должна иметь размер всего устройства. Это означает, что антенна не является изолированным компонентом, она будет использовать всю структуру телефона для наиболее эффективного излучения.
Все антенны современного смартфона имеют сложную геометрию. А с переходом в миллиметровый диапазон 5G сложная геометрия сочетается с крайне минималистичным выполнением таких антенн. Разные элементы этой геометрии подключаются электрическим путем к основной конструкции. Таким образом, происходит изменение диапазона работы антенны. Ниже приведен один из примеров конструкции антенны для смартфона:
На рисунке показана структура патч-антенны, изготовленной на С-образной подложке FR4 с размерами 120×60 мм. Выбранные размеры всей печатной платы и антенны являются приемлемыми для большинства мобильных телефонов. Антенна состоит из монопольной антенны, соединенной в форме лестницы заземляющей полосы, и индуктора (левая верхняя часть рисунка). Управлять полосой пропускания антенны можно, подключая одну из четырех ветвей. Так, в антенну вносятся резонансные моды в более низкие и более высокие полосы частот. Диапазоны частот для работы такой антенны – 2260 МГц, 2740 МГц и 3450 МГц.
А не так давно на рынке появились первые смартфоны с поддержкой 5G. Более высокая скорость передачи данных и низкие задержки для взаимодействия в режиме реального времени привлекают все больше и больше пользователей. Данные аспекты позволяют не только транслировать новые форматы видео (360-градусные например), но и расширят спектр предоставляемых услуг, добавив в список: автономное вождение или, скажем, виртуальную и дополненную реальности. И это ещё не полный список возможностей новой технологии.
Так, например, выглядит 5G-антенна миллиметрового диапазона, разработанная компанией Qualcomm:
Выше показано идеализированное изображение беамформинга. Так его рисуют маркетологи. В реалиях же, если визуализировать диаграмму направленности, то система управления лучом формирует некую субстанцию, которая «вытягивается» в сторону лучшего приема.
Разработанная антенна достаточно мала, чтобы производители смартфонов могли установить ее в лицевую панель телефона. Модем Qualcomm X50 5G уже рассчитан на установку в системы, поддерживающие до четырех антенных решеток, по одной на каждую сторону телефона. Это позволяет использовать всего 16 антенн и гарантирует, что независимо от того, как вы держите телефон, сигнал не будет заблокирован и останется с достаточно хорошим отношением сигнал-шум (SNR).
Часто антенны в смартфонах строят по разнесенному принципу. Работа разнесенной антенны состоит в том, чтобы попытаться предоставить независимую выборку данных из сигналов, попадающих в зону действия телефона. В этом случае, приемник мобильного телефона обычно выполняет переключенное разнесение (то есть, выбирает принимаемый сигнал с наибольшим количеством энергии) или комбинированное разнесение (для суммирования мощностей двух приемных сотовых антенн).
Учитывая, что сотовые антенны требуют много места, можно заметить, что эти две антенны будут независимыми, но, при этом могут испытывать большие взаимные влияния:
У нас есть две антенны, которые расположены близко друг к другу. Передающая антенна хочет связаться с удаленной системой, а приемная антенна пытается поглотить как можно больше энергии вокруг нее. Любая мощность, поглощаемая этой антенной, является потерей эффективности антенны. Такая же ситуация происходит в обратном порядке. Это означает, что энергия, которая была бы поглощена разнесенной антенной, поглощается основной антенной. Это негативно влияет на производительность.
Чтобы максимизировать изоляцию (а также сделать диаграммы излучения несколько отличными), разнесенная антенна обычно размещается на верхней части смартфона.
В связи с появлением телефонов для 5G и уходом в миллиметровый диапазон, возникает большая проблема, связанная с быстрым затуханием высокочастотных сигналов. Именно поэтому в смартфонах пятого поколения планируется устанавливать по 3-4 антенных модуля. Использоваться будет тот, который в момент передачи сигнала не блокируется рукой пользователя. Даже на рекламной информации от Qualcomm это отмечено: расположение антенных модулей по периметру всего смартфона.
К чему это приведет, сказать пока сложно. Но, с учетом предъявляемых требований к системам связи пятого поколения, антенным решеткам быть, и от этого никуда не деться.
Особенности размещения антенн в смартфонах
Не стоит забывать и о том, что в каждом мобильном телефоне находятся не только антенны для сотовой связи, Wi-Fi, GPS, но и дополнительно антенны для совместимости с более старыми стандартами связи 4G, 3G и т.д.
Необходимо точно согласовать все антенные устройства между собой, ведь взаимное влияние и перекрестные помехи продолжают делать свою грязную работу и оказывать негативное влияние на систему в целом.
Оптимальное расположение антенн в телефоне,а также относительно друг друга, будет иметь ключевое значение и сказываться на их работе. Изменение положения на несколько миллиметров будет влиять на качество и стабильность связи работающего устройства. Как правило, на этапе тестовых испытаний вносятся коррективы в расположение антенн для обеспечения их оптимальной работы.
Из-за требований к повышению пропускной способности, используются технологии MIMO и Beamforming. Небольшой размер антенны, работающей на частотах более 28 ГГц увеличивает потенциал используемого стека технологий. Благодаря этому, увеличивается коэффициент усиления.
У высокочастотных антенн конструкция не так сильно связана с общей структурой телефона. Однако, большие проблемы возникают при интеграции антенны в устройство, за металлическую крышку. В этих реалиях она уже не является незаметной преградой на пути распространения волны, а оказывает достаточно сильное влияние на характеристики. И здесь нашли применение методы, используемые для проектирования обтекателей в космической промышленности. Крышка разрабатывается таким образом, что в определенном месте образует линзу, что позволяет улучшить диаграмму направленности, а также характеристики сканирования. При этом, данная проблема не настолько серьезна при размещении за стеклянной или пластиковой крышкой.
Не стоит забывать и о безопасности, особенно для устройства, которое человек носит примерно 80% времени в непосредственной близости от тела.
На частотах ниже 6 ГГц для оценки влияния электромагнитного излучения применяются существующие стандарты SAR (Structure–activity relationship). На частотах миллиметровых волн, электромагнитное поле почти не проникает в организм. Большая часть излучения отражается, а то, что проникает внутрь, полностью рассеивается в пределах 3 миллиметров от поверхности, поэтому SAR не является серьезной угрозой для организма:
