3D и 3G: печатаем антенны

Одним из важнейших достоинств 3D-принтеров является способность точно воспроизвести размеры модели. Ей и может воспользоваться радиолюбитель для облегчения создания антенн. Конечно, типичный 3D-принтер не сможет напечатать проводящие элементы антенн, как и очень большие детали антенн КВ-диапазона, однако для гигагерцовых диапазонов вполне возможно создание шаблонов и опорных конструкций, что я и хочу продемонстрировать в этой статье. Для примера выбран диапазон 2100МГц, использующийся для сотовой связи в стандарте 3G (специалистов прошу не пинать меня ногами за такую формулировку, это же научпоп).

Модели выполнены в openSCAD и параметризованы, так что можно легко пересчитать их под другие частоты (например, под 4G 1800МГц или 2600МГц, под Wi-Fi 2400МГц).

Я сам живу в деревне, поэтому проблемы связи мне знакомы не понаслышке. К тому же я радиолюбитель. Ну и наличие 3D-принтера дало стимул к творчеству. Дешёвый модем-"свисток" с антенным выходом дополнил картину.

Cantenna, она же Банктенна

Одна из простейших конструкций, которую можно, в принципе, изготовить и из пивной банки, и её не надо паять: достаточно воткнуть на нужную глубину "свисток". Но для нашего диапазона не так-то просто подобрать подходящую по размерам банку: нужно найти пиво в литровой жестяной банке, что в деревенских условиях сложновато. Поэтому я набросал модель и напечатал её. Пришлось разделить цилиндр на три части: во-первых, целиком он не проходил в ограничения моего принтера по высоте, во-вторых, я рассудил, что при печати высоких тонкостенных деталей могут начаться проблемы, приводящие к деформации. Получилось следующее.

Сегмент с вырезом - 2шт.

Сегмент без выреза - 1шт.

Стойки - 2шт.

Напечатал (слегка упростив для скорости):

Обклеил цилиндр фольгой и собрал:

Всё, антенна готова.

Конечно, усиление у неё не ахти (3-6dBi), но при такой простоте изготовления и применения, как говорится, чего вы таки из-под неё хотели? Тем не менее она нашла своё место в одном из соседских домов: там модем не ловил практически совсем, разве что в хорошую погоду, а с ней стабильно находит сеть и выжимает из неё 1-2 Мбит/с.

Biquad, она же зигзагообразная, она же антенна Харченко

Эта антенна чуть посложнее: придётся попаять. Но и усиление она даёт чуть побольше (7-10dBi).

В этой конструкции важны размеры вибратора (гусары, молчать!) и расстояние до рефлектора. Соблюсти их позволит вот такой шаблончик:

Наклеиваем его по центру на металлическую пластину или что-нибудь ровное и обклеенное фольгой. Гнём из проволоки вибратор и подгоняем под шаблон. Сверлим отверстие, продеваем провод от модема и распаиваем на вибратор.

Ножки будут поддерживать изделие в вертикальном положении.

Теоретически можно добавить штангу для системы директоров, чтобы увеличить усиление, но это, скажем так, на любителя. Я этого делать не стал. Антенна и так проработала у меня больше года, пока я не купил крутую 4G-тарелку на крышу. Модем выжимал из хиленького сигнала до 3 Мбит/с.

Yagi, она же Уда-Яги, она же волновой канал

Эта антенна "масштабируемая", то есть её можно удлинять для получения лучшего усиления. Изготовление её относительно непростое, важно соблюдать размеры, к тому же, придётся рассчитать и изготовить согласующий трансформатор ("балун"). С размерами нам и поможет 3D-принтер.

Нарисовал 6-директорную, как раз влезает на стол. Усиление должно быть примерно 10-12dBi.

Остаётся нарезать и согнуть соответствующие элементы из проволоки и "вписать" их в шаблон.

Я же сделал вариант попроще: нарезать и согнуть проволоку по размеру я могу и руками, напечатал только продольную штангу ("бум").

Директоры и вибратор из медной проволоки вставляются в отверстия и при необходимости фиксируются клеем.

Сделаем подставочку:

Испытать антенну не довелось - с установкой хорошего коммерческого решения надобность в "колхозе" отпала. Так что если кто заморочится этим вариантом - отпишитесь, насколько оно хорошо в конструкции и работе..

На этом всё. Мораль сей басни такова: 3D-принтер - годный инструмент радиолюбителя не только для изготовления корпусов аппаратуры и ручек верньеров.