Чисельний розрахунок параметрів і характеристик зовнішніх антен стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900

Чіпенко, Олексій Іванович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8264
Title:	Чисельний розрахунок параметрів і характеристик зовнішніх антен стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900
Authors:	Лелеко, Сергій Анатолійович Чіпенко, Олексій Іванович
Keywords:	зовнішні антени стільникових телефонів;стандарти cdma і gsm900;смуга частот;діаграма направленості;коефіцієнт підсилення;ксх
Issue Date:	2021
Abstract:	В даній роботі досліджено дві зовнішні антени для стільникових телефонів, конструкції яких забезпечують або широку смугу частот (за рахунок складного рефлектора і вібратора) або гарне підсилення (за рахунок збільшення кількості елементів). Широкосмугова 9-елементна антена «хвильовий канал» для стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 працює в діапазоні частот 824 – 965 МГц і має відносну смугу 15,8%.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8264
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Б_172_ТК_Чіпенко_Лелеко_2021.pdf Restricted Access		1.85 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І 
РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ 
 
До захисту допущено  
завідувач кафедри РТРС 
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін  
"_____" червня 2021 року 
 
 
Пояснювальна записка 
до випускної роботи 
освітнього ступеня «бакалавр» 
на тему: «Чисельний розрахунок параметрів і характеристик зовнішніх антен 
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900» 
 
 Виконав студент 4 курсу, групи ТК-76ск 
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та 
 
радіотехніка» 
 Освітня програма – «Телекомунікації» 
 Чіпенко Олексій Іванович 
 Керівник роботи Лелеко С.А. 
 Рецензент Липовий Я.В. 
 
 
 
 
 
Черкаси 2021 
Форма № Н-9.01 
Черкаський державний технологічний університет 
(назва вузу) 
Факультет електронних технологій і робототехніки 
Кафедра Радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем 
Освітній ступінь бакалавр 
Спеціальність 172 -  Телекомунікації та радіотехніка 
Освітня програма Телекомунікації 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 Завідувач кафедри РТРС 
 д.т.н., професор Палагін В.В. 
   
 «  »   2021 р. 
ЗАВДАННЯ 
на дипломний проект (роботу) студенту 
Чіпенка Олексія Івановича 
(прізвище, ім'я, по батькові) 
1. Тема проекту (роботи) Чисельний розрахунок параметрів і характеристик зовнішніх антен  
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 
керівник проекту (роботи) Лелеко Сергій Анатолійович, к.т.н.  
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 
затверджена наказом по університету від «  »    лютого 2021 р.  №  
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 25 травня 2021 р. 
3. Вихідні дані до проекту (роботи)  частота 900 МГц; КСХ<2; 
відносна смуга частот – 15%; підсилення: >10 дБі; вхідний опір: 50 Ом 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______ 
Вступ. 1. Загальні відомості про стандарти GSM, CDMA та зовнішні антени для мобільних  
телефонів. 2. Огляд програмних засобів моделювання антен. 3. Дослідження параметрів і 
характеристик зовнішніх антен стільникових телефонів 4. Охорона праці. Висновки. Список  
використаної літератури 
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)  
1. Постановка задачі. 2. Моделювання зовнішньої 9-елементної антени «хвильовий канал»  
3. Чисельний розрахунок параметрів і характеристик 17-елементної антени «хвильовий 
канал». 4. Вплив висоти підвісу антени на її параметри і форму діаграми направленості 
5. Плакат з охорони праці 
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються 
  Підпис, дата 
Розділ Прізвище, ініціали та посада  завдання         завдання 
консультанта видав прийняв 
Охорона праці  Кожем’якін О. С., ст. викладач   
 кафедри безпеки життєдіяльності   
    
    
    
    
 
7. Дата видачі завдання 08 лютого 2021 р. 
 
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
№ Назва етапів дипломного                               С  т  р  о  к   виконання етапів      П   р имітка 
з/п проекту (роботи) проекту (роботи) 
1. Аналіз технічного завдання та огляд літератури 08.02.2021  
2. Ознайомлення з особливостями зовнішніх антен    
 мобільних телефонів 24.02.2021  
3. Огляд програми моделювання антен GAL-ANA 09.03.2021  
4. Моделювання зовнішньої 9-елементної антени    
 «хвильовий канал» в середовищі GAL-ANA 10.03.2021  
5. Аналіз параметрів і характеристик 17-елементної    
 антени «хвильовий канал» 29.03.2021  
6. Розробка розділу з охорони праці  03.05.2021  
7. Оформлення пояснювальної записки 17.05.2021  
8. Оформлення плакатів 25.05.2021  
    
    
    
   
 
 Студент   Чіпенко О.І. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
Керівник проекту (роботи)   Лелеко С.А. 
  (підпис) (прізвище та ініціали) 
 
ЗМІСТ 
Вступ 4 
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СТАНДАРТИ GSM, CDMA ТА ЗОВНІШНІ  
АНТЕНИ ДЛЯ МОБІЛЬНИХ ТЕЛЕФОНІВ 6 
1.1 Стандарти зв'язку в Україні 6 
1.2 Конструкції антен мобільних телефонів 8 
2 ОГЛЯД ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН 19 
2.1 Програми, що використовують метод кінцевих елементів 21 
2.2 Програми, що використовують метод кінцевих різниць у часовій області  23 
2.3 Програми, що використовують метод моментів 26 
2.4 Програма Comsol Multiphysics 30 
3 ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ І ХАРАКТЕРИСТИК ЗОВНІШНІХ  
АНТЕН СТІЛЬНИКОВИХ ТЕЛЕФОНІВ  33 
3.1 Постановка задачі 33 
3.2 Моделювання 9-елементної антени «хвильовий канал» для стільникових  
телефонів стандартів CDMA і GSM900 у вільному просторі 35 
3.3 Моделювання 9-елементної антени «хвильовий канал» для стільникових  
телефонів стандартів CDMA і GSM900 з урахуванням підйому над  
поверхнею землі 42 
3.4 Чисельний розрахунок параметрів і характеристик 17-елементної антени  
«хвильовий канал» у вільному просторі 46 
3.5 Дослідження параметрів 17-елементної антени «хвильовий канал» з  
урахуванням висоти підвісу над землею 52 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ  55 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника  
дослідницької лабораторії 55 
4.2 Модернізація системи загального штучного освітлення 62 
Висновки 67 
Список використаної літератури 69 
 
 
Вступ 
 
GSM - це один із стандартів мобільного зв'язку, який почав активно 
використовуватися з 1982 року. Однією з проблем GSM сигналів виступає їх 
нестабільність і загасання, хоча це визначення можна віднести і до сигналів будь-
якого іншого стандарту, наприклад, CDMA. Саме тому найперші моделі 
стільниковий телефонів мали кілька видів антен - спочатку великі висувні, потім 
статичні невеликі, виступаючі з корпусу телефону. Зараз же такі антени вбудовані 
в корпус телефону.  
Не тільки мобільні телефони, смартфони працюють на частоті GSM 
сигналів. Цілий ряд моделей GSM модемів також використовують цей стандарт 
зв'язку для забезпечення своїм користувачам бездротового доступу до мережі 
Інтернет. Тут на виручку приходить виносна GSM антена. Антени GSM потрібні 
для підсилення прийнятого і випромінюваного GSM сигналу. Зважаючи на велике 
географічне віддалення точок доступу від зон стабільного покриття зв'язку 
сигнали GSM можуть значно розсіюватися і погіршуватися. Таким чином, якщо 
стоїть завдання посилити показник швидкості GSM сигналу, то найкращим 
рішенням буде скористатися GSM антеною.  
На даний момент виробники антен GSM випускають величезну кількість 
моделей таких антен, кожна з яких відповідає певній частоті, коефіцієнту 
підсилення сигналу, вимогам і побажанням користувача. Враховуючі різноманіття 
антен доцільно для їх синтезу і аналізу використовуються спеціалізовані програми 
комп’ютерного моделювання, серед яких виділяється програма GAL-ANA, яка 
дозволяє провести чисельний розрахунок їх параметрів і характеристик. 
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами.  
Випускна бакалаврська робота виконана в рамках наукових досліджень по 
комп’ютерному імітаційному моделюванню антен та НВЧ пристроїв, що 
проводяться співробітниками кафедри РТРС Черкаського державного 
технологічного університету.  
Метою роботи є чисельний розрахунок параметрів і характеристик 
зовнішніх антен стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 засобами 
програми комп’ютерного моделювання GAL-ANA. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: 
 розглянути стандарти зв’язку в Україні і провести аналіз поширених 
конструкцій внутрішніх і зовнішніх антен стільникових телефонів; 
 провести огляд програмних засобів моделювання антен і розглянути 
функціональні можливості та переваги  програми GAL-ANA; 
 дослідити 9-елементну антену «хвильовий канал» для стільникових 
телефонів стандартів CDMA і GSM900 у вільному просторі; 
 провести чисельний розрахунок параметрів і характеристик 17-елементної 
антени «хвильовий канал» у вільному просторі; 
 проаналізувати вплив висоти підвісу антен над землею на їх параметри та 
діаграми направленості. 
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що за 
результатами моделювання антен можна обрати таку конструкцію, що 
оптимально відповідає вимогам користувача. 
 
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СТАНДАРТИ GSM, CDMA ТА ЗОВНІШНІ 
АНТЕНИ ДЛЯ МОБІЛЬНИХ ТЕЛЕФОНІВ 
 
1.1 Стандарти зв'язку в Україні 
 
Будь-який мобільний телефон або модем підтримує як мінімум один 
стандарт мобільного зв'язку. Донедавна в Україні використовувалося чотири 
стандарти: GSM, CDMA 1X, його модифікація CDMA EV-DO, а також WCDMA 
(UMTS). Всі стандарти умовно діляться на три покоління і позначаються, 
відповідно: 1G, 2G і 3G. GSM і CDMA 1X - стандарти другого покоління (2G), 
CDMA EV-DO і WCDMA (UMTS) - стандарти третього покоління (3G) [1]. 
3G - не стандарт мобільного зв'язку. Цим словом позначається покоління 
мобільного зв'язку, до якого входять п'ять самостійних стандартів, серед яких 
CDMA EV-DO і WCDMA (UMTS). Будь-стандарт мобільного зв'язку, який 
здатний забезпечити передачу даних на швидкості вище 2 Мбіт/с для нерухомого 
абонента, є стандартом третього покоління. GPRS і EDGE ніякого відношення до 
3G не мають. 
До стандартам четвертого покоління відносять стандарти, що 
задовольняють спеціальним вимогам по швидкості передачі даних для нерухомих 
(до 1 Гбіт/с) і мобільних абонентів (до 100 Мбіт/с). Спочатку до 4G віднесли LTE-
Advanced і WiMAX 2, як єдині стандарти бездротового зв'язку, здатні 
задовольнити пред'явленим вимогам. Але трохи пізніше було прийнято рішення 
допустити до числа стандартів четвертого покоління існуючі, використовувані по 
всьому світу LTE і WiMax. Тому LTE і WiMax хоч і не задовольняють вимогам 
4G, офіційно їх можна такими називати. 
У стандарті CDMA EV-DO на частоті 800 Мгц в Україні працюють 
PEOPLEnet і Інтертелеком. Компанія CDMA Україна (ITC) в 2012 році втратила 
частоти по всій Україні, абоненти оператора передані компанії Інтертелеком, а 
вивільнені частоти розділені між Інтертелекомом і компанією Астеліт, яка в 
цьому ж році отримала ліцензію для роботи в стандарті CDMA-800. У стандарті 
CDMA EV-DO на частоті 450 Мгц працює тільки МТС з послугою МТС-Коннект 
3G. У стандарті WCDMA (UMTS) на даний момент працює тільки Укртелеком. 
Київстар і інші оператори надають послугу 3G-доступу в Інтернет, але потрібно 
розуміти, що самі ці оператори не можуть забезпечити таку послугу через 
відсутність у них необхідних на те ліцензій, а суть їх послуги полягає в тому , що 
купується у них USIM-картка (аналог SIM-карти в мережах UMTS (WCDMA)) 
працює в мережі Укртелекому в режимі роумінгу. Тобто в будь-якому випадку 
ваш модем буде працювати в мережі Укртелекому.  
Оскільки оператори PEOPLEnet і Інтертелеком розгорнули мережі 
стандарту CDMA EV-DO, який задовольняє вимогам до стандартів третього 
покоління, ці оператори є повноцінними 3G-операторами. Потрібно розуміти, що 
мережі цих операторів не скрізь мають покриття EV-DO. У тих місцях, де 
відсутнє таке покриття, пристрій переходить в режим 1X; 
Якщо це спеціальним чином не позначено в специфікації GSM телефону, 
він ніколи не зможе працювати в мережах стандарту CDMA. Не варто плутати 
WCDMA (UMTS) і CDMA - це два абсолютно різних стандарти. 
У мережах CDMA-операторів України буде працювати будь-який телефон 
або модем, в специфікації якого зазначено, що він підтримує стандарт CDMA, що 
зазвичай позначається як "CDMA 1X", "CDMA 1X EV-DO", "CDMA-2000", 
"CDMA 800 Mhz". Якщо в специфікації телефону не позначено хоча б одне з 
перерахованих, не варто пробувати підключити ваш телефон до мережі 
PEOPLEnet і Інтертелеком. 
МТС-Коннект 3G - теж послуга мобільного зв'язку третього покоління. Це 
мережа, що працює теж в стандарті CDMA, але на іншій частоті, відмінній від 
тієї, в якій працюють PEOPLEnet і Інтертелеком. У мережі МТС-Коннект 3G 
працюють пристрої, що підтримують стандарт CDMA на частоті 450 Mhz. 
Телефон або модем, з позначкою CDMA 1X в мережі МТС-Коннект працювати не 
буде. Не варто плутати послугу МТС Коннект 3G з послугою МТС Коннект (без 
3G) - це дві різні послуги, що використовують різні технології (CDMA 450 Mhz в 
першому випадку і GSM - у другому), у них різна тарифікація і для них потрібно 
різне устаткування. 
1.2 Конструкції антен мобільних телефонів 
 
У перших конструкціях стільникових телефонів застосовувалися 
телескопічні антени, а дещо пізніше - малогабаритні антени. У стільникових 
телефонах можна зустріти такі малогабаритні антени: спіральні, вібраторні і 
низькопрофільні [2]. 
При відповідному виборі параметрів спіральної антени вона дуже 
ефективна. Для мобільних пристроїв використовується режим ненаправленого 
випромінювання, який реалізується при діаметрі спіралі D значно менше довжини 
хвилі. При цьому в площині витків антена рівномірно випромінює в усіх 
напрямках, а в площині, що збігається з віссю спіралі, діаграма спрямованості має 
форму вісімки. 
Спіральні антени представляють собою закриту полімерною оболонкою 
спіраль на діелектричному стрижні. Існують моделі зі спіраллю, укладеною в 
гумовий корпус, «в гнучкому виконанні». Спіральні антени мають фізичну 
довжину 1/12 при чвертьхвильовій електричній довжині. При подальшому 
зменшенні фізичної довжини різко зростають втрати. Незадовільна робота 
спіральної антени в портативних радіотелефонах в діапазоні частот 800 ... 900 
МГц привела до того, що розробники ускладнили її, домігшись виграшу в 
порівнянні з одиночною спіраллю. Ускладнена спіральна антена складається з 
двох спіралей: первинної, жорстко встановленої на корпусі, довжиною приблизно 
2 см і вторинної, довжиною приблизно 10 см, яка розміщена всередині корпусу 
радіотелефону. У висунутому стані вторинна спіраль стає основним 
випромінювачем. 
Зменшення розмірів стільникових телефонів змусило відмовитися від 
використання вібраторних і спіральних випромінювачів і перейти до 
низькопрофільних конструкцій. Мікрополоскові антени і F-подібні антени відомі 
як типові низькопрофільні антени і їх широко застосовують в радіотелефонах. 
Габарити телефонного апарату дозволяють розташувати антену на лицьовій або 
бічній стороні корпусу. 
У сучасних апаратах антени виконані у вигляді короткого стаціонарного 
штиря, який встановлений всередині корпусу, і його майже не видно. Зміна 
конструкції застосовуваних антен пов'язана, в першу чергу, із зростанням робочої 
частоти, а також вимогами зручності їх експлуатації. Зменшення розмірів корпусу 
і відповідно розмірів антени призводить, як правило, до зменшення ефективності 
її роботи під час передачі і прийому. Тому застосування невеликих за розмірами 
стільникових телефонів виправдано тільки там, де мережа мобільного зв'язку 
досить розвинена і має потужні базові станції. 
Досвід показує, що в більшості випадків краща антена - стандартна. При 
необхідності можна буде купувати стаціонарну або автомобільну антену. 
Стаціонарна направлена антена встановлюється на вулиці так само, як телевізійна, 
і направляється до найближчої базової станції. Такі антени використовують для 
поліпшення якості зв'язку в будівлях і підвальних приміщеннях, а також для 
забезпечення зв'язку поза зоною прийому в передмісті. 
У стільникового зв'язку класичну напівхвильову антену, що не залежить від 
втрат в ближній зоні, як правило, використовують в якості виносної антени. У 
більшій частині сучасних мобільних телефонів використовуються чвертьхвильові 
вібратори різних форм, в яких сама конструкція апарату служить для антени 
нижньою частиною випромінюючої структури - як би противагою. Виміряна 
щільність потоку випромінювання мобільного телефону може становити кілька 
десятків відсотків від номінальної потужності і залежить від того, як розташована 
рука користувача з апаратом у вуха (робоче положення апарата). 
Основні втрати ефективності антени в робочому положенні апарату звуться 
«втрати ближньої зони». Ці втрати визначаються в основному двома чинниками: 
результуючою ізрізаностю діаграми направленості і втратами потужності 
випромінювання на одиницю маси тіла користувача і, природно, що у абонента 
великих розмірів втрати ближньої зони більше. Перебуваючи далеко від міст, 
користувачі стільникового зв'язку нерідко стикаються з поганим прийомом 
базових станцій. Виходом з даної ситуації є використання для роботи телефону 
зовнішньої антени. Розглянемо деякі особливості радіозв'язку в широко 
поширеному стандарті GSM. У стандарті GSM-900 всього 124 частотних каналу. 
Стільниковий телефон, як і базова станція, можуть працювати на будь-якій 
частоті, визначеній оператором. Передача від базової станції (BS) на телефон 
(MS) ведеться на одних частотах (935,2 ... 959,8 МГц), в той час як передача від 
стільникового телефону на базову станцію - на інших на частотах (890,2. ..914,8 
МГц). Канал від базової станції (BS) до мобільної станції (MS) носить назву Down 
Link, а від MS до BS - Up Link. 
Оператори зазвичай використовують обмеження дальності роботи 
мобільного телефону від базової станції до 35 км, що обумовлено особливостями 
стандарту. Якщо в мережі стандартної конфігурації в одному частотному каналі 
формується 8 часових інтервалів (тайм-слотів): один службовий, а сім - 
розмовних, то в цьому випадку максимальна дальність зв'язку на кожному каналі 
становить 35 км. У GSM можна користуватися і нестандартною конфігурацією 
соти. В цьому випадку дальність зв'язку збільшується до 70 ... 100 км 
(конфігурація Extended Cell), а ємність мережі зменшується до 2-3 каналів. 
Такий режим роботи є неприйнятним для міських умов, так як зменшується 
кількість абонентів стільникового зв'язку. Цей режим роботи стільникового 
зв'язку іноді використовується на морському узбережжі для створення 
прибережної зони, покриття. 
Резюмуючи висловлене, можна зробити висновок, що при наявності 
телефону стандарту GSM-900 для нормальної роботи стільникового телефону не 
слід віддалятися від найближчої базової станції на відстань понад 35 км, в іншому 
випадку зв'язок з нею буде утруднений або просто неможливий. 
На дальність радіозв'язку, як відомо, впливають такі чинники:  
 місцезнаходження BS і MS і рельєф місцевості;  
 потужність і чутливість стільникового телефону (MS);  
 потужність і чутливість базової стільникового станції (BS);  
 антени, встановлені на MS і BS; 
 пора року і погодні умови. 
Зазвичай базові станції мають потужність 20 ... 30 Вт. Антени 
застосовуються або штирові, або спрямовані. Чутливість базових станцій 
становить мінус (100...115) дБ, в той час як вихідна потужність телефону 
становить 0,3 ... 2 Вт, а чутливість - мінус (90...105) дБ. Чутливість телефону в 
основному визначається технологіями, що використовуються при створенні 
малошумлячих вхідних пристроїв. 
Якщо в зонах впевненого прийому різниця в чутливості і потужності між 
різними моделями телефонів практично непомітна, то в зоні невпевненого 
прийому вона може стати критичною. Найчастіше трубка показує рівень сигналу 
від базової станції 1-2 кубика (за шкалою), а встановити з'єднання не може: не 
вистачає потужності. І хоча стандартизація ETSI регламентує стандартні вихідні 
потужності для кожного класу телефонів, реальне значення може незначно 
коливатися. Гарною чутливістю відрізняються трубки Sagem, Alcatel, Motorola. А 
по потужності проходять всі старі телефони, особливо Motorola. Всі телефони 
мають приблизно однакову потужність. 
Під час створення сеансу радіозв'язку слід враховувати, що радіохвилі 
поширюються краще на рівній місцевості і по поверхні річки, в той час як в лісі 
проходження хвиль гірше, ніж в місті. Радіосигнал поширюється або приймається 
краще, якщо ви перебуваєте на висоті, яка панує над навколишньою місцевістю. 
Буває так, що під час сеансу зв'язку вас чують добре, в той час як співрозмовник 
час від часу пропадає. Для виправлення ситуації слід замінити ваш телефон на 
апарат з більшою чутливістю. Якщо ж ви перебуваєте на такій відстані від базової 
станції, що телефон ловить сигнал мережі на межі або нестабільно, то для 
поліпшення радіозв'язку слід спробувати підключити до телефону зовнішню 
антену. 
У зонах невпевненого прийому між каналами з однаковими і сусідніми 
частотами часто спостерігаються інтерференційні завади. Це пов'язано з 
обмеженістю частотного ресурсу, виділеного операторам GSM-900. І в зв'язку з 
цим, в зоні невпевненого прийому часто фіксуються сигнали від різних базових 
станцій, що мають однакові або сусідні значення частоти сигналу. 
Такі сигнали створюють взаємні перешкоди, що заважають зв'язку, а при 
певних рівнях сигналів зв'язок стає і зовсім неможливим. Якщо на екрані 
телефону фіксується сильний сигнал від базової станції, а з'єднання втрачено або 
вдається, але мова весь час пропадає, значить, ви зіткнулися з «чужинцями». У 
такій ситуації телефон не завжди здатний вибрати іншу частоту, тому якщо у вас 
телефон Nokia, то можна спробувати скористатися функцією «NetMonitor». При 
відсутності в телефоні функції NetMonitor слід застосувати зовнішню спрямовану 
антену з гарною діаграмою спрямованості. 
Всі стаціонарні антени можна розділити на два типи: направлені і 
ненаправлені. Як ненаправлені стаціонарні антени в основному застосовуються 
напівхвильові і колінеарні антени. Ненаправлені антени в порівнянні з 
направленими антенами мають, як правило, менше підсиленнм і застосовуються в 
основному там, де можливий прийом сигналу від кількох базових станцій. За 
конструкцією і характеристиками вони дуже схожі на автомобільні антени. 
Існує багато типів направлених антен, які відрізняються тільки 
конструктивним виконанням. В основному використовуються направлені антени 
типу хвильовий канал, логоперіодичні і плоскі друковані. Антена типу хвильовий 
канал має більший коефіцієнт підсилення і проста у виготовленні. 
Логоперіодична антена має більш складну конструкцію при тих же габаритах, що 
і антена типу «хвильовий канал». 
Хоча логоперіодична антена і має менший коефіцієнт підсилення, але вона є 
широкосмуговою, що дозволяє її використовувати в більшому інтервалі 
радіочастот. Для порівняння наведемо коефіцієнти посилення найбільш 
поширених зовнішніх антенних для стільникових телефонів. Проста автомобільна 
антена має підсилення 1 ... 3 дБ (1-2 кубика за шкалою телефону), хвильовий 
канал - 7 ... 15 дБ (в залежності від кількості елементів, якості збірки і 
налаштування антени), що становить вже 2-3 кубика за шкалою, а логоперіодична 
антена - 7 ... 12 дБ. 
У стільниковому зв'язку в якості стаціонарних антен набула широкого 
поширення антена типу Уда-Ягі або «хвильовий канал» (рис.1.1). Ця антена має 
багато різновидів, які різняться між собою числом елементів, площинами 
поляризації і конструкцією окремих елементів. Антена для стільникового зв'язку 
має вертикальну поляризацію, і тому її активні вібратори, рефлектори та 
директора встановлюються вертикально. «Хвильовий канал» до теперішнього 
часу є однією з кращих антен для радіозв'язку на УКХ, а також прийому 
телебачення. Застосування такої антени дозволяє значно збільшити дальність дії 
стільникового телефону, дозволяючи вести зв'язок з місць значно віддалених від 
зони обслуговування вашого оператора. 
 
Рисунок 1.1 – Антена GSM Енергія 900 МГц - 10 Дб 
 
Вибір зовнішньої антени проводиться, виходячи з її основних параметрів: 
робочий діапазон (frequency range); коефіцієнт посилення (gain); імпеданс антени 
(impedance); КСХ - коефіцієнт стоячої хвилі (SWR). 
Робочий діапазон антени повинен відповідати діапазону частот, в якому 
працює стільниковий телефон. Коефіцієнт підсилення слід вибирати по 
можливості найбільший, імпеданс антени (хвильовий опір) повинен бути рівний 
50 Ом, а коефіцієнт стоячої хвилі - не перевищувати двох. Всі перераховані вище 
параметри антени зазвичай вказуються в її паспорті, а якщо такого немає, то 
необхідну інформацію може дати продавець магазину. У продажу є антени з 
аналогічними радіотехнічними характеристиками і інших фірм, які за вартістю 
менше зазначених вище типів антен. Це пояснюється їх низькою механічною 
надійністю і поганий корозійною стійкістю. Зауважимо, що в Західній Європі 
відсутні зони невпевненого прийому, і тому спрямованих антен для терміналів 
GSM-900 практично не випускається. У продажу є тільки направлені фірмові 
антени GSM-900 для роботи з ретрансляторами (репітерами) операторів. 
Таблиця 1.1 
Характеристики промислових спрямованих антен для стільникових телефонів 
Тип Назва Число Робочий Стандарт Підсиле Хвильовий КСХ 
елементів діапазон, МГц зв'язку ння, дБ опір, Ом 
YAGI10 Polaris 10 890...960 GSM-900 15 50 <2 
900-10 
ACV Polaris - 890...960 NMT-450 5 50 <2 
900 
ABV9 CARANT 9 800...960 GSM-900, 11 50 <2 
AMPS 
YAGI7 Polaris 7 450...470 NMT-450 11 50 <2 
450-7 
ACV26 CARANT 26 800...960 GSM-900, 16 50 <2 
AMPS 
AGV10 CARANT - 1710...1990 GSM-1800 8 50 <2 
GSM-1900 
WLP CARANT - 890...960 GSM-900 8 50 <2 
 
Після вибору зовнішньої антени наступним етапом є її правильна установка. 
Найпростіше антену розмістити на вертикальній трубі заввишки кілька метрів і 
діаметром 30 ... 50 мм, встановленої на даху будинку або пагорбі. Антена 
кріпиться кронштейнами, скобами, болтами з гайками та іншими деталями 
кріплення. При цьому потрібно пам'ятати, що антена повинна бути направлена в 
бік найближчої базової станції, а її штирі розташовуватися вертикально. 
Направлення на базову станцію визначають наступним чином. Підключають 
стільниковий телефон до антени за допомогою кабелю і антенного адаптера, а 
потім, обертаючи антену в різних напрямках, проводять фіксацію максимальних 
показань індикатора рівня сигналу. При цьому руки повинні бути прибрані з 
антени. Вимірювання кожного показання повинно тривати не менше 10 ... 20 
секунд. 
Установка ненаправленої антени трохи простіша. Штир антени 
встановлюють у вертикальному положенні, як можна вище. Довжина 
з'єднувального кабелю антени повинна бути якомога менше. Застосовується 
зазвичай для цих цілей кабель типу RG-58 довжиною 5 м, який послаблює сигнал 
майже вдвічі. При довжині з'єднувального кабелю до 10 м краще використовувати 
кабель типу RG-59, що має низькі втрати (low loss). При більшій довжині краще 
взяти кабель типу RG-213, його діаметр приблизно 10 мм. 
При довжині з'єднувального кабелю близько 50 м для компенсації втрат в 
ньому слід застосувати так званий бустер. Бустер представляє собою пару 
антенних підсилювачів, один з яких працює на прийом, а інший - на передачу 
сигналу. 
Щоб мати можливість переміщатися по приміщенню і не бути прив'язаним 
до сполучного кабелю зовнішньої антени, зазвичай використовують ретрансляція 
або ретранслятор. Репітер складається з антенного підсилювача (50 ... 60 дБ) і 
передавачів, один з яких працює на передачу сигналу від оператора на 
стільниковий телефон, а інший здійснює передачу сигналу від телефону до 
базової станції. 
Репітер зовні представляє невеличке плоску коробочку, на одній з малих 
граней якої є гніздо для підключення зовнішньої антени, а на іншій - роз'єм з 
прикріпленою невеликою кімнатною антеною, як правило, у вигляді гнучкого 
штиря з підсиленням 3 дБ (рис.1.2). Зв'язок стільникового телефону з репітером 
здійснюється на відстані до 30 м. Репітер створює як би одну маленьку соту, в 
зоні дії якої можна вільно переміщатися. При покупці репітера потрібно вибирати 
модель, яка працює в одному стандарті з вашим мобільним телефоном. 
Слід зауважити, що репітером можуть користуватися кілька абонентів. 
Розмовляти одночасно за своїми стільниковим телефонам можуть від 3 до 6 осіб, 
в залежності від стандарту і типу репітера, а ось в режимі очікування може 
перебувати необмежену кількість користувачів. Таким чином, ваші друзі, які 
прийшли до вас в гості або клієнти в вашому офісі теж можуть скористатися 
репітером. 
 
Рисунок 1.2 – GSM-підсилювач сигналу мобільного зв'язку репітер ABX 900 МГц 
з антенами і радіочастотними кабелями 
 
Бувають випадки, що навіть застосування направленої антени з високим 
коефіцієнтом підсилення спільно з бустером або репітером не дає ніяких 
результатів, і зв'язку немає, що б ви не робили. Причин може бути декілька, але 
дві основні такі: ви потрапили в зону так званої зони відсутності сигналу або ви 
перебуваєте занадто далеко від зони дії найближчого стільникового оператора. 
Сигнал високочастотного діапазону стільникового зв'язку представляє хвилі дуже 
малої довжини, які поширюються в основному по прямій і, зустрічаючи на своєму 
шляху перешкоду, вони або відбиваються від неї, або затухають в її товщі. 
Для того, щоб вийти із зони відсутності сигналу, потрібно підняти антену 
якомога вище, тобто встановити антену на більш високу щоглу. Вітчизняна 
промисловість випускає щогли декількох типів, висотою від 7 до 30 метрів. Якщо 
ж в цьому випадку зв'язок з оператором так і не вдасться встановити, то тоді 
необхідно купувати супутниковий телефон. 
В діапазоні 900 МГц питання вибору кабелю набуває першорядну роль. 
Вітчизняні телевізійні коаксіальні кабелі можна використовувати тільки 
обмежено (загасання більше 30 дБ на 100 м занадто велике). З доступних 
імпортних зразків підійде RG-6 - коаксіальний кабель з подвійною опліткою. Його 
можна знайти в будь-якому магазині. Загасання складає 20 ... 24 дБ на 100 м 
(перевірено експериментально) [2]. Довжина кабелю між антеною та телефоном 
повинна бути не більше 30 м, щоб були менше втрати сигналу. 
Промислові штирові автомобільні антени зазвичай включають в себе кабель 
RG-59 із згасанням 28 дБ на 100 м. Антена типу хвильовий канал з коефіцієнтом 
посилення 12 дБ і 10 м кабелю RG-6U дають загальне підсилення 9,6 дБ, а при 20 
м - 7 дБ. 
На більшості стільникових телефонів є роз'єм для зовнішньої антени. Крім 
того, для кожного типу телефону існує так званий антенний перехідник (коштує 
близько 5$), він підключається до зазначеного роз'єму і представляє собою 
короткий шматок кабелю, з одного боку якого знаходиться специфічний 
телефонний високочастотний роз'єм, а з іншого - стандартний ВЧ-роз'єм. 
Зазвичай згасання в антенному перехіднику не перевищує 1 дБ. 
При покупці антенного перехідника необхідно переконатися в його 
працездатності. При включенні перехідника в телефон вбудована в телефон 
антена відключається, а вихідний каскад перемикається на перехідник. Іншими 
словами, на шкалі телефону можна помітити, що при підключенні до нього 
одного перехідника відбувається деяке падіння величини сигналу. Якщо ж після 
цього підключити до перехідника зовнішню антену, то сигнал повинен зрости. 
Все це говорить про те, що перехідник працює. 
Встановлену антену за допомогою кабелю підключають до стільникового 
телефону і роблять її налаштування. Телефон слід розмістити так, щоб було видно 
його екран. При налаштуванні антени з апаратами Nokia найкраще 
використовувати функцію NetMonitor. В цьому випадку орієнтуються за рівнем 
сигналу в децибелах: якщо значення рівня в децибелах більше, то сигнал 
сильніше. В іншому випадку налаштовуються за стандартною шкалою рівня 
сигналу. 
В інших типах телефонів можна ввести спеціальний код і відкрити 
службове меню. Меню дозволяє побачити приймальний рівень 6 ... 8 частот, що 
приймаються телефоном в порядку убування, номер частоти, відстань до базової 
станції, відсоток помилок в каналі та ін. 
Під час налаштування антену повертають навколо щогли повільно і з 
зупинками, так як рівень сигналу, що відображається в телефоні, змінюється з 
затримкою до кількох секунд. Якщо відомо напрямок на найближче місто, то 
антену можна спочатку направити на нього. Обертання антени роблять до того 
моменту, поки не буде встановлено напрямок, звідки приходить сигнал 
максимального рівня. Отримавши необхідний результат, антену фіксують. Буває і 
так, що вдається визначити напрямок, звідки приходить сигнал, але його сила 
така, що не дозволяє встановити якісний зв'язок, тоді слід застосувати антенний 
підсилювач. 
 
2 ОГЛЯД ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН 
 
Період інтенсивного розвитку САПР НВЧ підняв технологію 
автоматизованого проектування на новий рівень, який здавався ще зовсім недавно 
недосяжним. На ринку програмних продуктів визначилися лідери, які утримують 
основну його частину. До них належать такі компанії: Agilent, Computer 
Simulation Technology (CST), Ansoft, Mentor Graphics, Sonnet Software, Applied 
Wave Research. У табл.2.1 представлені характеристики найбільш популярних 
програмних продуктів зазначених фірм в області НВЧ САПР [3].  
Таблиця 2.1 
Деякі параметри комерційних ВЧ і НВЧ САПР 
Програма Компанія Базовий метод Розв’язок задач 
HFSS ANSYS  ANSYS FEM в частотній Тривимірне 
області електродинамічне 
CST Microwave Computer Simulation FIT моделювання 
Studio  Technology антен і пасивних 
FEKO  EM Software & Гібридизація НВЧ пристроїв 
Systems -S.A. (Pty) методом MOM, довільної геометрії 
Ltd FEM, PO, GO і UTD 
IE3D SSD  Mentor Graphics MOM в частотної 
області 
Sonnet  Sonnet Software MOM 
XFdtd  REMCOM FDTD в часовій 
області 
Momentum  Agilent EEs of EDA MOM в частотній Моделювання 
області планарних ЕМ 
структур 
Advanced Design Agilent EEs of EDA MOM в частотної Моделювання 
System  області активних і 
Microwave Office  AWR Corporation пасивних ЕМ 
структур 
Слід зазначити, що в даний час застосування в САПР наближених методів, 
таких як метод Олінера або теорія НВЧ ліній передачі стрімко скорочується. На 
перший план виходять чисельні методи електродинаміки, що дозволяють 
отримувати параметри НВЧ пристроїв і антен з контрольованою точністю. При 
цьому необхідно мати на увазі, що наближені методи не зникнуть з САПР 
повністю. Змінюється їх місце в загальній ієрархії інструментів, що надаються 
проектувальнику. Раніше вони були практично єдиною можливістю отримати 
прийнятну по точності оцінку параметрів складних НВЧ структур. Зараз завдяки 
зростанню продуктивності комп'ютерів стало можливим точне рішення граничних 
задач. Однак, таке рішення вимагає досить значних витрат комп'ютерних 
ресурсів. Воно погано придатне для швидкої оцінки показників якості 
розроблюваного пристрою. Також з ним важко проводити перебір великого числа 
варіантів. Рішення таких завдань, як видно, ще довго буде здійснюватися за 
допомогою наближених, відносно простих моделей.  
Проте, в останні десятиліття основною тенденцією в розвитку САПР було 
впровадження в них чисельних методів електродинаміки. З табл.2.1 видно, що в 
даний час найбільш популярні наступні методи: метод моментів (МОМ), метод 
скінченних елементів (МСЕ) і метод FDTD (finite difference time domain). Нижче 
постараємося коротко охарактеризувати програми з табл.2.1, об'єднуючи їх за 
ознакою застосовуваного методу вирішення граничних задач.  
2.1 Програми, що використовують метод кінцевих елементів  
 
МКЕ або finite element method (FEM) широко використовувався в механіці і 
термодинаміці. У сучасній формі придатній для створення комп'ютерних 
алгоритмів він був сформульований в п'ятдесяті роки ХХ століття, хоча 
математична база розвивалася значно раніше. Перше застосування в 
електромагнетизмі було здійснено в кінці шістдесятих років. Як у випадку його 
основного конкурента - методу FDTD, МКЕ успішно застосовується для аналізу 
структур з неоднорідними матеріалами і складної конфігурації. Метод 
призначений для прямого рішення диференціальних рівнянь в приватних 
похідних. У разі НВЧ структур роль таких рівнянь грає система рівнянь 
Максвелла.  
Простір в рамках МКЕ дискретизуєтся. При цьому використовується сітка, 
що складається з кінцевих елементів, найчастіше тетраедрів в тривимірному 
випадку і трикутників в двовимірному. Трикутники і тетраедри мають ряд переваг 
перед іншими елементарними комірками, так як за їх допомогою вдається з 
більшою точністю здійснити дискретизацію тіл складної форми.  
Традиційно МКЕ в електродинаміці застосовувався в частотній області, 
тобто для вирішення стаціонарних задач. Серед комерційних продуктів, що 
використовують МКЕ виділяється система HFSS Ansoft, що вважається лідером 
ринку. Розглянемо лінійку продуктів цієї фірми на основі МКЕ більш докладно. 
До 2005 року фірмою розробником перших версій HFSS була всесвітньо відома 
компанія Hewlett Packard. З 2005 року програма електродинамічного моделювання 
HP HFSS перейшла в компанію Ansoft і стала називатися HFSS ANSOFT, 
спочатку версія HFSS-9, потім версії HFSS-10 ... 13. 
У 2010 році була створена 64-бітова версія HFSS-14, а потім HFSS-15. 
Потім стався якісний стрибок, пов'язаний з появою HFSS ANSYS - 16 який є 
системою, що включає кілька програм, що реалізують різні методи вирішення 
граничних задач електродинаміки (рис.2.1).  
В їх число входять: МКЕ, метод інтегральних рівнянь (IE), фізичної оптики 
(PO), метод кінцевих елементів у часовій області (FDTD). Таким чином, ми 
можемо спостерігати тенденцію до конвергенції різних методів. Вона 
спостерігається не тільки в продуктах фірми Ansoft. Аналогічні зміни 
відбуваються і з продукцією фірми CST.  
 
Рисунок 2.1 – Інтерфейс програми HFSS ANSYS - 16 з завданням розрахунку 
дзеркальної антени, що збуджується гофрованим рупором [3] 
 
Об'єднання різних методів в одному проекті відкриває нові можливості для 
розробника НВЧ техніки, дозволяючи йому вибрати оптимальний для кожного 
типу пристроїв метод.  
2.2 Програми, що використовують метод кінцевих різниць у часовій 
області (FDTD)  
 
Метод кінцевих різниць у часовій області (FDTD) починає обговорюватися 
в науковій літературі в шістдесятих роках, як і MОM і МКЕ. Подібно МКЕ він 
заснований на вирішенні диференціальних рівнянь в приватних похідних, і не 
потребує функції Гріна.  
На відміну від МКЕ, метод FDTD не використовує мінімізацію варіаційних 
функціоналів, або обчислення зважених залишкових різниць. FDTD 
безпосередньо апроксимує диференціальні оператори в рівняннях Максвелла, на 
сітці, яка вводиться в часі і просторі. Поля E і H обчислюються на регулярній 
сітці, з дискретизацією по простору з кроком Δs в моменти часу, що йдуть із 
заданим кроком Δt. При цьому чисельне диференціювання першого порядку 
забезпечує точність другого порядку. Схема FDTD - єдина широко 
використовувана схема МКЕ, що працює в часовій області.  
З різних причин, метод FDTD в практичних розробках не використовувався 
в шістдесяті і сімдесяті роки, але став дуже популярним в вісімдесятих роках. 
Застосування FDTD стимулювали два завдання: моделювання неоднорідних 
середовищ, зокрема оцінка впливу поля на тіло людини, і розробка технології -
Стелс. Важливим чинником, що пояснює популярність FDTD служить пряма 
залежність його ефективності від продуктивності комп'ютерів, яка різко почала 
рости в зазначений період часу. Дескриптор «Finite-difference time-domain» і 
відповідне позначення FDTD було запропоновано Allen Taflove в 1980 р.  
Розробка J. Berenger ідеально узгодженого шару в 1994 році вирішила 
задачу створення поглинаючої поверхні і дозволила застосувати метод FDTD для 
аналізу випромінюючих структур і антен. Таким чином, було усунено останню 
перешкоду до широкого застосування методу в універсальних САПР. У новому 
тисячолітті, з появою персональних комп'ютерів з ОЗП в сотні гігабайтів, 
доступних за відносно низьку ціну, метод FDTD твердо утвердився як один з 
найбільш популярних методів серед розробників і в науковому співтоваристві.  
Слід зазначити простоту основного алгоритму FDTD. Вона визначає його 
популярність серед аспірантів і студентів в університетах. На перших етапах 
FDTD критикували саме за зазначену вище простоту, вважаючи, що він дає -
рішення в лоб. Однак, відсутність математичної елегантності і тонкощі було 
компенсовано ефективністю чисельних рішень, одержуваних за допомогою 
FDTD. Більшість інженерів, які вирішують складні завдання більше цікавляться 
тим, як працюють програми, а не тим, які витончені формули і алгоритми 
застосовуються в них. Тому метод FDTD був надзвичайно успішний в багатьох 
додатках.  
Метод FDTD реалізований в комерційних версіях таких систем як CST 
MWS STUDIO і XFDTD REMCON. Вони використовують алгоритми дуже 
близькі до FDTD.  
 
Рисунок 2.2 – Складання та моделювання системи в CST STUDIO SUITE 
 
В останньому продукті компанії CST ми можемо спостерігати зазначену 
вище тенденцію конвергенції різних методів вирішення електродинамічних задач 
(рис.2.2). У програмі комп'ютерного моделювання CST SUITE використовуються 
як метод FDTD, так і методи інтегральних рівнянь (IE) і МКЕ в частотної області. 
З їх допомогою реалізуються такі важливі опції, як розрахунок власних значень в 
блоці Eigenmode і асимптотичні рішення в блоці Asimptotic. Програма CST-5 на 
основі методу FDTD, що з'явилася на ринку в 2005 році, швидко завоювала 
популярність серед розробників НВЧ пристроїв. Потім їй на зміну, щорічно 
приходили нові версії: CST-2007, CST-2008, CST - 2010 .... CST-2014, CST-2015. 
Зараз система CST включає блоки CST MWS (НВЧ структури), CST EM Studio 
(багатошарові структури), CST Particle Studio (потоки частинок), CST MPhysics 
Studio, CST Design Studio, CST PCB Studio (багатошарові друковані схеми), CST 
CABLE STUDIO (кабельні лінії), CST Microstripes (мікрополоскові лінії). 
2.3 Програми, що використовують метод моментів  
 
Застосуванню MОM для аналізу НВЧ пристроїв і антен дала імпульс 
підтримка урядом США, який в кінці вісімдесятих фінансував розробку програми, 
яка використовує метод моментів. Вона відома як NEC-2. NEC-2 - потужна, 
універсальна програма моделювання антен, але без графічних можливостей, і з 
дуже недосконалим генератором сітки.  
В пізніших версіях програми NEC-4 були усунені зазначені вище недоліки і 
з'явилися деякі спеціальні функціональні можливості. В даний час, є програмні 
коди, які реалізують всі функціональні можливості NEC-2, але з належними 
графічними інструментальними засобами користувача і часто значно 
розширеними можливостями. На їх основі розроблені наступні САПР: SuperNEC, 
Ensemble, і IE3D, MMANA. Тільки SuperNEC є прямим нащадком NEC, інші 
системи виконані незалежно, але в рамках тієї ж концепції.  
Система FEKO також була розроблена на основі методу моментів. 
Теоретичні основи цієї програми беруть початок в докторській дисертації M. 
Jakobus з університету Штутгарта в Німеччині на початку дев'яностих років. 
FEKO - це акронім німецького імені FEldberechnung bei K ¨ orpern beliebiger Ober 
flield, який перекладається як польові обчислення для тіл довільної форми.  
Метод моментів тісно пов'язаний з методом інтегральних рівнянь. Одним з 
його переваг є простота, з якою він інтегрується з асимптотичними методами 
електродинаміки, такими як методи фізичної оптики, геометричної оптики, 
геометричної теорії дифракції. Асимптотичні методи застосовуються для 
вирішення дифракційних задач розсіювання на тілах великих електричних 
розмірів, коли інші методи, такі як МКЕ і FDTD незастосовні. Вперше в 
комерційних САПР ці методи були реалізовані в FEKO.  
Зараз FEKO представляє собою інтегровану систему електродинамічного 
моделювання, що включає різні методи вирішення електродинамічних задач. 
Найбільша універсальність досягнута в програмах FEKO версій 5.5 - 7.0. З ними в 
тандемі працює програма Antenna Magus, яка представляє собою банк даних 
більш ніж 150 антен, що дозволяє виконати первісний синтез структури на 
підставі заданих характеристик антени, включаючи діаграму направленості.  
 
Рисунок 2.3 – Інтерфейс програми FEKO-7 і об'єкт великого розміру (вертоліт) на 
якому вирішується завдання електромагнітної сумісності 
 
Програма постпроцесорної обробки POSTFEKO виконує вивод даних на 
графіки і їх обробку з використанням макросів. Програма EDITFEKO дозволяє 
вводити вихідні дані в змішаному режимі: за допомогою стандартного меню і за 
допомогою макросів. При цьому з'являються можливості зручного завдання 
параметрів складних багатоелементних структур, таких, наприклад, як 
логоперіодичні антени.  
Комп'ютерне моделювання грає свою важливу роль в області проектування 
антен, дозволяючи в автоматичному режимі провести складні розрахунки і 
оцінити параметри задуманої антени (вносячи в міру необхідності зміни в модель) 
ще навіть не приступивши до її фізичного втілення, що дозволяє радикально 
знизити часові та фінансові витрати. На сьогоднішній день, найбільш популярною 
програмою для моделювання антен є так звана MMANA. Залежно від версії: 
MMANA, MMANA-GAL, MMANA-GAL PRO, GAL-ANA. 
Багато в чому цей успіх забезпечений діяльністю одного із співавторів 
програми - Ігоря Гончаренко, який створив великий обсяг якісних матеріалів, 
присвячених комп'ютерного моделювання за допомогою MMANA.  
MMANA (Macoto Mori Antenna Analyzer) розроблялася японським 
програмістом Макото Морі (JE3HHT) в період з 1999 по 2001 рік. 
Обчислювальним ядром послужила програма MININEC, створена в Washington 
Research Institute для цілей ВМС США. Макото Морі були реалізовані додаткові 
функції і графічна оболонка над MININEC. З 2001 року доопрацюванням і 
просуванням програми (з дозволу Макото) зайнявся Ігор Гончаренко. До 2004 му 
році були реалізовані англійська і німецька локалізації програми. У 2004-му році 
розробкою програмної частини зайнявся Олександр Шевельов. Проект був 
повністю переписаний на C++ Builder 6, оптимізований код MININEC3 для 
прискорення розрахунків, додано велику кількість нових функцій, реалізована 
підтримка декількох мов. 
 
Рисунок 2.4 – Робоче вікно програми GAL-ANA 
Настільки значні переробки привели до появи, по суті, нового продукту. 
Тому в травні 2006-го року програма отримала нову назву: MMANA-GAL 
(Goncharenko + ALexander). Програма стала підтримуватися в двох версіях: 
MMANA-GAL Basic – безкоштовна і MMANA-GAL Pro - платна, для 
професійного використання. У 2011 році була випущена MMANA-GAL Basic 3.0, 
позначена авторами як остання. Далі безкоштовну версію MMANA-GAL автори 
розвивати і підтримувати не будуть. Це не стосується MMANA-GAL Pro, чий 
розвиток і підтримка буде здійснюватися як раніше. 
Основні ж зусилля автори приділяють роботі над програмою нового 
покоління - GAL-ANA (рис.2.4), що використовує двигуни MININEC3, NEC2 і 
NEC4 [4]. 
2.4 Програма Comsol Multiphysics  
 
Система COMSOL представляє собою новий етап у розвитку 
багатофункціональних САПР останнього покоління [3]. Це потужна програма для 
моделювання і рішення різних типів наукових і інженерних задач, що дозволяє 
моделювати не тільки електромагнітні 72 процеси в досліджуваних і 
розроблюваних об'єктах, але також здійснювати моделювання пов'язаних з ними 
процесів іншої фізичної природи, наприклад, теплових процесів, електронних 
пучків і т.д.  
Програма була розроблена на початку 2000 років в Швеції, в Королівському 
технічному університеті (автори Літман і Суіді). Потім вона удосконалювалася 
великим колективом програмістів і дослідників фірми Softline (президент Карл 
Бітнер). Програма Comsol спочатку формувалася як доповнення до MathLab, а 
потім включила всі функції розрахунку рівнянь в приватних похідних в власний 
код.  
У програмі Сomsol Мultiphysics можна звичайні, традиційні НВЧ об'єкти, 
наприклад фільтр, включити в «мультифізичну» модель, наприклад в умови 
безповітряного простору, що дозволяє аналізувати нові фізичні явища. Доступ до 
цих потужних можливостей не вимагає поглибленого знання математики або 
чисельного аналізу.  
COMSOL Multiphysics дозволяє додавати довільні рівняння, що 
характеризують властивості матеріалів, вводити граничні умови і окремі члени 
рівнянь, що описують джерела і тепловіддачу, і навіть системи рівнянь в 
приватних похідних. На основі введених рівнянь можуть створюватися нові 
фізичні об'єкти (рис.2.5).  
Середовище розробки додатків дозволяє доповнювати додатки для 
користувача інтерфейсами на основі ваших власних моделей. Такий призначений 
для користувача інтерфейс може представляти собою спрощену версію моделі, 
або містити частину полів введення і виведення, які необхідно зробити 
доступними для користувача. Крім того, до складу COMSOL Multiphysics входить 
модуль COMSOL API для користувачів з Java, що відкриває додаткові можливості 
інтеграції моделей COMSOL Multiphysics з іншими додатками.  
За допомогою вбудованих інтерфейсів Physics Interfaces і розширеної 
підтримки властивостей матеріалів, можна створити моделі, задаючи відповідні 
фізичні величини, такі як різноманітні характеристики матеріалів - щільність, 
пружність, навантаження, граничні умови, джерела тепла і теплові потоки. Можна 
використовувати змінні, вирази або задані константи для опису областей твердих 
і рідких тіл, їх параметрів на кордонах, ребрах і точках незалежно від сітки 
розбиття. Після цього Comsol компілює систему рівнянь, що представляють всю 
модель. 
 
Рисунок 2.5 – Розрахунок теплового потоку в програмі COMSOL 
 
За допомогою Physics Interfaces можна виконувати різні види досліджень, в 
тому числі:  
• розрахунок усталеного і залежить від часу перехідного процесу;  
• лінійні і нелінійні дослідження;  
• дослідження власних частот, типів хвиль і частотних характеристик.  
Програма виконує аналіз, починаючи з розбиття простору на сітку, 
виконуючи контроль помилок з використанням різних чисельних програм. 
Розрахунки, що виконуються COMSOL можуть ділитися на потоки обчислень 
загального завдання, виконуватися паралельно, для чого можна використовувати 
багатопроцесорні системи. Для доступу до розширених функцій САПР є 
додатковий модуль CAD Import (імпорт даних з САПР) і продукти LiveLink для 
САПР. Вони підтримують можливості моделювання геометрії за рахунок 
геометричного ядра Parasolid і пропонують ряд форматів САПР для імпорту і 
експорту, а також можливість взаємодії з провідними системами САПР  
У список завдань доступних в COMSOL входять: завдання AC/DC, пов'язані 
з перетворення змінного струму в постійний, Acoustic - акустичні завдання, 
Battery_and_Fuel - моделювання джерел живлення, SFD - моделювання 
перетворювачів енергії, модуль хімічних реакцій, модуль корозії, електрохімічний 
модуль, Electrodeposition модуль, модуль втоми Fatigue, Геомеханічний модуль, 
модуль теплопередачі, модуль MEMS, модуль гідродинаміки і потоків 
Microfluidics, модуль змішаних даних Mixel, модуль молекулярних потоків 
Molecular Flow, багатооб'єктний динамічний модуль, модуль матеріалів з 
нелінійними структурами, модуль оптимізації, модуль розрахунку траєкторій 
частинок, модуль потоків в трубах Pipe Flow, модуль плазми. 
 
 
3 ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ І ХАРАКТЕРИСТИК ЗОВНІШНІХ 
АНТЕН СТІЛЬНИКОВИХ ТЕЛЕФОНІВ  
 
3.1 Постановка задачі 
 
Як правило, антени «хвильовий канал» мають відносну смугу частот BW з 
КСХ < 2 від 2% до 5% [5, с.169]. Цього вистачить, щоб з запасом перекрити будь-
який з радіоаматорських УКХ діапазонів. Але для інших застосувань такої смуги 
може виявитися мало. Наприклад, для стандарту GSM (890 – 965 МГц) потрібно 
понад 8% відносної BW, але оплачується це втратою майже 2 дБ підсилення 
порівняно з більш вузько смуговими антенами [5, с.172]. 
Максимальна відносна смуга за рівнем КСХ<2, яку можна реалізувати в 
антені «хвильовий канал» з одним елементом живлення, становить 30... 35%.  
При проектуванні широкосмугової антени «хвильовий канал» треба 
вирішити дві проблеми.  
Перша – збереження терпимої форми ДН (Ga і F/B) у всій смузі частот. 
Робиться це збільшенням розмірів рефлектора, і зменшенням директорів. Ідея в 
тому, щоб на найнижчій частоті працювали б рефлектор, вібратор і кілька перших 
директорів. А на найвищій: вібратор і далекі директорів.  
Звідси випливають такі властивості широкосмугових антен «хвильовий 
канал»:  
Через змушене велике розлагодження рефлектора і директорів підсилення 
Ga відчутно (на 1...3 дБ) нижче підсилення вузькосмугової антени з такою ж 
кількістю елементів.  
Ці антени є електричним аналогом широкосмугових LC-фільтрів. Такі 
фільтри мають плоску АЧХ в широкій смузі. Але це оплачується складністю 
проектування і налаштування, яка різко збільшується із зростанням порядку 
(тобто кількості контурів) фільтра. Це ж справедливо і для широкосмугових антен 
«хвильовий канал». Тому кількість елементів в них не роблять великим. Типові 
значення 3... 5, рідше 7 ... 9 елементів.  
Резонансний рефлектор у вигляді однієї трубки не може бути 
широкосмуговим (не можна на одному резонансному проводі отримати постійний 
фазовий зсув при значній зміні частоти). Це призводить до помітного падіння F/B 
на краях смуги. Якщо величина F/B у смузі критична, то рефлектор повинен бути 
складним (складатися з декількох проводів), щоб забезпечувати ефективне 
відбиття у всій смузі частот. Але незалежно від того, зі скількох трубок 
складається рефлектор, він вважається одним елементом антени.  
Друга проблема при створенні широкосмугових антен «хвильовий канал» – 
узгодження вібратора з прийнятним КСХ. Способів для цього два:  
1) Дуже близько від вібратора розмістити короткий директор. Власне, 
директором його можна назвати лише формально: із-за близькості до вібратора на 
підсилення та форму ДН він практично не впливає. Фактично це додаткова 
частина вібратора, що забезпечує широкосмугове узгодження. Тому його 
називають не директором, а паразитним вібратором, і навіть не враховують в 
загальній кількості елементів. Просто кажуть, що використовується складний 
вібратор з двох трубок. Його залежність реактивної складової імпедансу JX від 
частоти S-подібний і перетинає нуль тричі. Перевага цього способу в тому, що 
можна отримати Ra = 50 або 75 Ом. Тобто прямо живити вібратор кабелем з будь-
яким з широкосмугових пристроїв симетрування. 
2) Використовувати петльовий вібратор. Він більш широкосмуговий, ніж 
простий диполь. Вхідний опір виходить близько 200 ... 300 Ом (із-за сильного 
розлагодження пасивні елементи не можуть його помітно знизити). На жаль, 
використовувати U-коліно для узгодження в даному випадку не можна. Цей 
пристрій резонансний і відносно вузькосмуговий. Тому доводиться застосовувати 
ШПТДЛ [5, с.173] без сердечника, намотаний парою двопровідних ліній з 
хвильовим опором 100 ...150 Ом (тонкі обмотувальні дроти, складені разом). А у 
такого трансформатора існує паразитна індуктивність (виводи + розсіяння). Для її 
компенсації треба закладати ємнісну реактивність вібратора в кілька десятків ом.  
3.2 Моделювання 9-елементної антени «хвильовий канал» для 
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 у вільному 
просторі 
 
Поширене завдання, де може знадобитися широка смуга - зовнішня антена 
для стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900. Необхідну перекриття 
від 824 до 965 МГц [5, с.14]. На відміну від прийомних радіомовних антен тут 
потрібна і робота на передачу, тому потрібно краще узгодження, тобто нижчий 
KСХ в робочій смузі. 
Розглянемо, як реалізувати широкосмугову антену «хвильовий канал» для  
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 в діапазоні 824 – 965 МГц, 
відносна смуга 15,8%.  
Графічна побудова зовнішньої 9-елементної антени «хвильовий канал» для 
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 в середовищі GAL-ANA 
представлена на рис.3.1 і 3.2 [6]. Антена складається з 12 дротів (рис.3.1,а), 
оскільки, як зазначено вище, потрійний рефлектор вважається одним елементом. І 
складний вібратор (трубки 15,6 і 13 см) – теж. Тому елементів в антені рис.3.2 
всього 9: потрійний рефлектор, складний вібратор і сім директорів. Всі елементи 
антени виконані із трубок діаметром 6 мм, за винятком вібратора, діаметр якого 
10 мм. Живлення подається на вібратор з симетричними плечима, який має 
порядковий номер 12.   
Розглянемо антену, що працює на середній частоті 900 МГц зі смугою 152 
МГц, довжина хвилі при цьому дорівнює 33,3 см. Опір навантаження становить 
50 Ом. Розрахуємо параметри і характеристики антени для вільного простору і 
використаємо движок NEC-2. 
Використовувана некомерційна версія програми GAL-ANA має обмежені 
функціональні можливості, тому для з’ясування поведінки КСХ і підсилення в 
робочій смузі частот необхідно почергово збуджувати антену в заданій смузі 
частот з кроком 10 МГц (табл.3.1) і на підставі отриманих значень побудувати 
графічні залежності (рис.3.3 і рис.3.4).  
    
а)      б) 
Рисунок 3.1 – Закладки «Геометрія» (а) і «Джерела живлення» (б) 
програми GAL-ANA для 9-елементної антени «хвильовий канал» 
 
Рисунок 3.2 – Загальний вигляд зовнішньої 9-елементної антени «хвильовий 
канал», побудованої в середовищі GAL-ANA 
 
 
Таблиця 3.1 
Залежність КСХ 9-елементної антени «хвильовий канал» від частоти 
Частота, МГц КСХ50 Підсилення Ga 
820 1,23 10,6 
830 1,29 10,8 
840 1,33 10,9 
850 1,35 11,1 
860 1,33 11,2 
870 1,30 11,3 
880 1,23 11,5 
890 1,15 11,6 
900 1,07 11,8 
910 1,06 12,0 
920 1,14 12,2 
930 1,20 12,4 
940 1,21 12,6 
950 1,18 12,6 
960 1,22 12,5 
970 1,45 12,2 
 
Рисунок 3.3 – Залежність КСХ від частоти 
 
Рисунок 3.4 – Залежність підсилення від частоти 
 
З рис.3.3 видно, що у смузі частот 820-970 МГц КСХ50 ні в одній точці не 
перевищує 1,35, за виключенням крайньої точки діапазону частот, для якої КСХ50 
дорівнює 1,45 тобто забезпечується дуже гарне узгодження. Найкраще 
узгодження досягається на частотах, близьких до середньої частоти. Залежність 
Ga від частоти антени наведене на рис.3.4 з якої видно, що діапазон зміни 
підсилення в робочій смузі частот складає 2 dBi від 10,6 до 12,6 dBi. При цьому з 
ростом частоти підсилення антени спочатку збільшується і при наближенні до 
правої межі інтервалу починає зменшуватися. Також можна показати, що 
відношення F/B в робочій смузі коливається в межах 15...18 дБ. 
Розглянемо результати моделювання на центральній частоті 900 МГц для 
вільного простору (рис.3.5). Підсилення антени Ga  становить 11,77 dBi, а КСХ 
антени становить 1,07 при 50-омному фідері, тому додаткове узгодження не 
потрібне. Максимальне випромінення антени буде під кутом 0о. Результати 
моделювання антени у вільному просторі отримані для зручності їх порівняння з 
результатами для інших типів антен.  
Діаграма направленості антени, наведеної на рис.3.2, розрахована для 
вільного простору і представлена на рис.3.5,а. Ця антена має приорітетний 
напрямок випромінювання. Тривимірна ДН досліджуваної антени представлена 
на рис.3.5,б.  
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.5 – Параметри (а) і діаграма направленості (б) 9-елементної  
антени «хвильовий канал» у вільному просторі 
Для повноти розуміння процесів випромінення антени розглянемо розподіл 
електричної та магнітної складових ближнього поля (рис.3.6) 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.6 – Ближнє поле 9-елементної антени 
«хвильовий канал» для вільного простору 
Отримані в даному пункті результати вказують на широкосмуговість 
досліджуваної антени, для чого використано наступні конструктивні рішення: 
 конструкція рефлектора складається з трьох трубок довжиною 19 см, 
рознесених по висоті з кроком 4,7 см;  
 складний вібратор з двох трубок (паразитний вібратор довжиною 13 см 
розташовано в 1,2 см від основного довжиною 15,6 см). Для порівняння 
найближчий директор розташовано на відстані 5,3 см від паразитного 
вібратора, що більше ніж 4 рази порівняно з відстанню між елементами 
складного вібратора. 
 
 
3.3 Моделювання 9-елементної антени «хвильовий канал» для 
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 з урахуванням 
підйому над поверхнею землі 
 
Розглянемо вплив висоти підвісу антени на її параметри і форму діаграми 
направленості. Для цього в меню програми GAL-ANA виберемо реальну землю і 
висоту підвісу антени – 1 м (висота підвіконня або робочого столу), що становить 
три довжини хвилі. Натискаючи на кнопку «Setup», у виринаючому вікні 
пропонуються значення «стандартної» землі: діелектрична проникність 13, 
питома провідність 5 мСм/м (рис.3.7). 
 
Рисунок 3.7 – Вікно для задання параметрів реальної землі 
 
Результати моделювання зовнішньої 9-елементної антени з врахуванням 
впливу землі при висоті підйому 1 м представленні на рис.3.8. Зенітна діаграма 
направленості має ізрізаний характер. Це відбувається тому, що хвиля, відбита від 
земної поверхні, зазнає додатковий фазовий зсув, який залежить від пройденої 
нею відстані, тобто від зенітного кута. Тому для певних кутів пряма і відбита від 
землі хвилі синфазні і дають збільшення амплітуди, а для решти кутів ці хвилі 
протифазні, тому взаємно компенсують одна іншу, що проявляється у вигляді 
глибоких провалів в зенітній ДН.  
Теоретично відомо, що максимальний приріст підсилення за рахунок 
впливу земної поверхні складає 6 dBi, в конкретному випадку підсилення антени 
Ga  з врахуванням впливу землі склало 17,49 dBi, що на 5,72 dBi більше порівняно 
з вільним простором. Решта параметрів антени (вхідний імпеданс, КСХ) майже не 
змінилася, отже практично не залежить від висоти підйому антени над землею. 
Максимальне випромінювання антени спостерігається під кутом 5о, що не значно 
відрізняється від випадку вільного простору. 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.8 – Параметри та тривимірна діаграма направленості 9-елементної  
антени «хвильовий канал» при висоті підвісу над землею 1 м 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.9 – Ближнє поле 9-елементної антени 
«хвильовий канал» при висоті підвісу 1 м (три довжини хвилі) 
 
Тривимірна діаграма направленості зовнішньої 9-елементної антени з 
врахуванням впливу земної поверхні наведена на рис.3.8,б і відрізняється від ДН 
для вільного простору, наведеної на рис.3.5,б, наявністю додаткових пелюсток, 
кількість яких кратна висоті підвісу, вираженій в довжинах хвиль. 
На рис.3.9 наведено розподіл ближнього поля антени, що піднята на висоту 
три довжини хвилі. Характер поля на рис.3.9 помітно відрізняється від поля на 
рис.3.6. Дослідження структури ближнього поля антени представляє великий 
практичний інтерес, оскільки знання цієї структури дозволяє правильно 
проектувати додаткові конструктивні елементи антени, враховувати взаємний 
вплив близько розташованих антен тощо. 
3.4 Чисельний розрахунок параметрів і характеристик 17-елементної 
антени «хвильовий канал» у вільному просторі 
 
Зовнішня антена «хвильовий канал» для  стільникових телефонів стандартів 
CDMA і GSM900, розглянута в попередніх пунктах, побудована таким чином, 
щоб забезпечити широкосмуговість за рахунок складної конструкції рефлектора і 
вібратора. В даному випадку розглянемо антену, конструкція якої направлена на 
збільшення підсилення антени без додаткових заходів для забезпечення 
широкосмуговості. 
Імітаційна модель зовнішньої 17-елементної антени «хвильовий канал» для 
стільникових телефонів стандартів CDMA і GSM900 в середовищі GAL-ANA 
представлена на рис.3.10 [6]. Довжина траверси складає 1,727 м на якій 
розміщується вібратор довжиною 14,8 см, рефлектор довжиною 16,4 см і 15 
директорів, розмір найбільшого становить 13,6 см, а найкоротшого – 9,8 см. 
Вібратор виконано з алюмінієвої трубки діаметром 6,35 мм, а решта елементів – із 
трубок діаметром 4 мм (рис.3.11).  
 
Рисунок 3.10 – Конструкція 17-елементної антени «хвильовий канал», 
побудованої в середовищі GAL-ANA 
    
 
а)      б) 
Рисунок 3.11 – Закладки «Геометрія» (а) і «Джерела живлення» (б) 
для 17-елементної антени «хвильовий канал» в програмі GAL-ANA 
 
Таблиця 3.2 
Залежність КСХ 17-елементної антени «хвильовий канал» від частоти 
Частота, МГц КСХ50 Підсилення Ga 
840 2,55 13,3 
850 2,14 13,8 
860 1,81 14,1 
870 1,54 14,4 
880 1,35 14,7 
890 1,26 14,9 
900 1,33 15,1 
910 1,59 15,3 
920 1,94 15,4 
930 1,94 15,3 
940 1,35 15,1 
950 2,83 14,9 
Дослідимо антену, представлену на рис.3.10, визначимо експериментально 
її середню частоті і смугу частот за критерієм КСХ50<2. Моделювання будемо 
проводити для вільного простору з використанням движка NEC-2. Параметри 
антени отримано для різних частот і зведено в табл.3.2. 
 
Рисунок 3.12 – Залежність КСХ 17-елементної антени від частоти 
 
Рисунок 3.13 – Залежність підсилення 17-елементної антени від частоти 
 
З рис.3.12 видно, що КСХ50<2 буде виконуватися у смузі частот 855-945 
МГц, а частота, на якій спостерігається найкраще узгодження  - 890 МГц. Отже 
абсолютна смуга частот звузилася до 90 МГц, а відносна смуга частот становить 
10%. Це помітно гірше ніж у антени, представленій на рис.3.2, проте цілком 
достатньо для практичних додатків. 
Графічна залежність підсилення антени Ga від частоти наведена на рис.3.13, 
з якої видно, що підсилення антени збільшилось на 2,7 dBi і в робочій смузі 
частот змінюється від 13,3 до 15,4 dBi. Максимальне підсилення антени 
досягається на частоті 920 МГц, а потім плавно зменшується. 
Результати моделювання антени на центральній частоті 900 МГц для 
вільного простору представлені на рис.3.14,а. Підсилення антени Ga  доволі 
високе 15,11 dBi, а КСХ антени становить 1,33. Гарне узгодження досягається 
завдяки тому, що вхідний імпеданс антени має невелике значення реактивної 
складової, а дійсна частина дорівнює 38,3 Ом, що близько до опору навантаження 
50 Ом. Кут елевації антени складає 0о.  
Тривимірна діаграма направленості 17-елементної антени, що розрахована 
для вільного простору, представлена на рис.3.14,б. Порівнюючи ДН на рис.3.14,б і 
рис.3.5,б бачимо їх подібність, проте зі збільшенням кількості елементів антени 
головна пелюстка ДН помітно звужується. 
Зауважимо, що ніяка спрямована зовнішня антена GSM не зможе збільшити 
дальність зв'язку понад 35 км. Радіус дії майже всіх базових станцій GSM 
програмно обмежений цією величиною за часом затримки (timing advance) 
поширення сигналу (радіохвилі потрібно ~ 233 мкс, щоб пройти 2 рази по 35 км). 
Іноді (на морському узбережжі, в пустелях, горах) базова станція може 
працювати в режимі extended ceil, при якій допустима затримка збільшена, і 
граничний радіус GSM зв'язку зростає до 75 км. Але такі випадки рідкісні, так як 
в цьому режимі падає пропускна здатність базової станції [6]. 
Для розуміння процесів, що відбуваються в безпосередній близькості біля 
антени на рис.3.15 наведено розподіл ближнього електричного і магнітного полів.  
 
 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.14 – Параметри (а) і діаграма направленості (б) 17-елементної  
антени «хвильовий канал» у вільному просторі 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.15 – Ближнє поле електричного (а) і магнітного (б) полів  
17-елементної антени «хвильовий канал» для вільного простору 
3.5 Дослідження параметрів 17-елементної антени «хвильовий канал» з 
урахуванням висоти підвісу над землею 
 
Врахуємо вплив земної поверхні, не змінюючи висоту підвісу антени, 
порівняно з випадком рис.3.8. Обираємо реальну землю і висоту підвісу антени – 
1 м або три довжини хвилі. Встановлюємо стандартні параметри землі, як 
показано на рис.3.7. 
Розглянемо результати моделювання 17-елементної антени з врахуванням 
впливу земної поверхні (рис.3.16,а). Зенітна діаграма направленості має 
інтерференційні максимуми і мінімуми. Підсилення антени Ga  з врахуванням 
впливу землі становить 20,72 dBi, що на 5,61 dBi більше порівняно з вільним 
простором. Вхідний імпеданс і КСХ антени не змінилися. Кут елевації становить 
5о.  
Загальний вигляд тривимірної діаграми направленості антени, з 
врахуванням впливу земної поверхні, наведено на рис.3.16,б і антена переважно 
випромінює електромагнітні хвилі під невеликими кутами до горизонту вздовж 
заданого напрямку (вісь Ох) в секторі 30о.  
На рис.3.17 представлені результати чисельного розрахунку ближнього поля 
антени, що піднята на висоту три довжини хвилі над земною поверхнею. 
Характер ближнього поля на рис.3.17 принципово не відрізняється від поведінки 
поля на рис.3.15. Цей факт накладає менше обмежень на додаткові конструктивні 
елементи антени і розміщення сторонніх об’єктів в безпосередній близькості до 
проектованої антени. 
 
 
 
 
 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.16 – Результати моделювання та тривимірна діаграма направленості 17-
елементної антени «хвильовий канал» при висоті підвісу над землею 1 м 
 
а) 
 
б) 
Рисунок 3.17 – Ближнє поле 17-елементної антени 
«хвильовий канал» при висоті підвісу 1 м  
 
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 
 
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на  
       співробітника дослідницької лабораторії 
 
В процесі розробки та моделювання зовнішніх антен стільникових 
телефонів на співробітників лабораторії впливають різноманітні параметри 
робочої обстановки, до яких відносяться: температура, вологість і швидкість 
руху повітря, шум, вібрація, шкідливі речовини, різноманітні випромінювання 
тощо. Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність 
співробітника, який працює у дослідницькій лабораторії. 
Робоче місце співробітника являє собою простору аудиторію, яка 
мебльована столами та шафами, укомплектована ПК та периферійним 
обладнанням.  
Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота – 
3 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно 
працюючих становить 4 особи. Звідси площа, що припадає на одного 
робітника, становить 9 м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм  
приміщення  складає 108 м3. Звідси визначаємо, що об'єм який припадає на 
одну людину дорівнює 27 м3. Нормативне значення складає 15 м3. З 
наведених даних можна зробити висновок, що дане приміщення задовольняє 
вимогам ДБН В.2.2.28-2010 з розрахунку на одну людину. 
Усі пристрої в лабораторії живляться від електромережі змінного струму 
напругою 220 В 50 Гц. За відповідними показниками (ПУЕ-17) приміщення 
лабораторії відноситься до 3 типу: приміщення без підвищеної небезпеки 
ураження працівників електричним струмом. Деяке обладнання, зокрема ПК, має 
металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-36:2016 в аудиторії передбачена 
магістраль захисного заземлення.  
Під час роботи з обладнанням працівники лабораторії не уклінно 
дотримуються наступних правил: 
1. При раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно 
вимкнути електрообладнання. 
2. Категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,  вмикати  та 
вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи. 
3. Категорично забороняється проводити будь-які перемикання на 
головному розподільному щиті. 
4. Не знімати запобіжні кожухи. 
5. У випадку виявлення неполагодженого електрообладнання, 
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу і звернутись до 
керівника лабораторії. 
6. У випадку ураження електричним струмом слід терміново звільнити 
потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої допомоги, при 
необхідності викликати лікаря. 
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією пожежовибухо- 
небезпеки типу В, оскільки в лабораторії в наявності деревяні меблі, плакати, 
підлога, які є твердими важкогорючими матеріалами (ДСТУ Б В.1.1-36:2016). Для 
попередження пожеж в лабораторії використовується електрична пожежна 
сигналізація  променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 6 
шт, відповідно ДБН В.2.5.56-2014. Також дана лабораторія обладнана двома 
ручними порошковими вогнегасниками типу ВП-5. 
При виникненні пожежі в приміщенні лабораторії працівники зобов'язані: 
1. Сповістити про пожежу за телефоном 101. Назвати своє прізвище та 
прізвище керівника установи; 
2. Повідомити про пожежу керівника установи; 
3. Негайно організувати евакуацію людей, використовуючи наявні засоби; 
4. Відключити електроенергію, вентиляцію та провести інші заходи, що 
запобігають поширенню пожежі та задимленості у приміщенні; 
5. Приступити до гасіння пожежі наявними засобами пожежогасіння, а  
при неможливості   виконання   даних  дій  вийти  з приміщення, зачинивши за 
собою двері, та діяти згідно з розпорядженнями свого керівника або команди, яка 
організовує гасіння пожежі; 
6. Одночасно з гасінням пожежі організувати евакуацію та захист майна, 
матеріальних цінностей; 
7. Забезпечити дотримання техніки безпеки працівниками, які беруть 
участь у гасінні пожежі; 
8. Після прибуття на пожежу пожежних підрозділів забезпечити їм 
вільний доступ на території об'єкта. 
Проаналізуємо вплив шуму на організм працівників лабораторії. Організм 
людини по різному реагує на шум. Максимальний рівень шуму, що витримують 
органи слуху людини близько 130 дБ, понад цієї норми можлива біль в слуховому 
апараті і навіть порушення слуху. Кожна людина, схильна до тривалого і 
інтенсивного шуму ризикує залишитися глухою. 
Шум створює велике навантаження на центральну нервову систему людини, 
збільшуючи вміст гормонів стресу в крові, що порушує психіку. Страждає вся 
серцево-судинна система, порушується артеріальний тиск. При тривалому впливі 
шуму підвищується ризик такого захворювання як ішемічна хвороба серця, 
з'являється безсоння. 
Працівники в таких умовах скаржаться на запаморочення, відчувають 
постійну дратівливість, часті головні болі, знижується пам'ять, швидка 
стомлюваність, а значить і зниження працездатності. На таких виробництвах за 
статистикою вище захворюваність і нижче продуктивність праці. Тому 
роботодавцям треба заздалегідь створити комфортні шумові умови на робочих 
місцях для підвищення продуктивності з метою зменшення витрат на оплату 
листків непрацездатності. 
Для ефективного захисту від шуму застосовують засоби індивідуальні 
захисту органів слуху, більш сучасні конструкції і машини, за можливістю заміну 
технологічних процесів на менш шумні. Для цього використовують 
звукопоглинаючі матеріали, віброізоляцію, глушники, звукоізолюючі конструкції. 
В лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений одночасною 
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі 
принтера це значення досягає 55 дБА. Але відповідно ДСН 3.3.6.037-99 
нормативне значення допустимого рівню звукового тиску, рівню звуку та 
еквівалентного рівню звуку на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА. 
Таким чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують 
нормативні значенні цього параметру. 
Дані як вітчизняних, так і зарубіжних дослідників свідчать про високу 
біологічну активність електромагнітних полів (ЕМП) в усіх частотних діапазонах. 
ЕМП високої частоти призводять до нагрівання тканин організму. Численні 
дослідження в області біологічної дії ЕМП визначили найбільш чутливі системи 
організму: нервову, імунну, ендокринну, статеву. Біологічний ефект ЕМП в 
умовах багаторічного впливу накопичується, внаслідок чого можливий розвиток 
віддалених наслідків дегенеративних процесів в центральній нервовій системі, 
новоутворень, гормональних захворювань. До електромагнітних полів особливо 
чутливі діти, вагітні, люди з порушеннями в серцево-судинної, гормональної, 
нервової, імунної системах. 
На робочих місцях лабораторії вплив електромагнітного випромінювання на 
людину відбувається на частоті системної шини персонального комп’ютера та від 
мережі змінного струму частотою 50 Гц. Відповідно ДСН 3.3.6.096-2002 
знаходимо, що гранично допустимий рівень напруженості електромагнітного 
поля (ЕМП) по електричній складовій (В/м) на робочих місцях персоналу 
протягом робочого дня у діапазоні частот від 50 до 300 МГц не повинен 
перевищувати встановленої межі у 5 В/м. У нашому випадку напруженість ЕМП 
становить 0,1-0,2 В/м. Таким чином, фактичне значення параметру не перевищує 
нормативне. Можна зробити висновок, що клас умов праці за даним параметром 
відноситься до допустимих. 
Освітлення в приміщенні лабораторії здійснюється через віконні отвори 
(природне однобічне освітлення), за допомогою світильників на стелі (штучне 
верхнє освітлення) або одночасно - світильники і вікна (сполучене 
освітлення). В приміщенні вздовж однієї зі стін розташовано 2 вікна, розміри 
кожного з яких становлять 2 м на 1,3 м. 
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення 
нормується з ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується величина 
освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від характеристики 
зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта розрізнення, фона, 
контраста об'єкта розрізнення з фоном. 
За найменший об’єкт розрізнення приймемо крапку в тексті книги чи на 
екрані монітору, розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись ДБН 
В.2.5-28-2018, визначаємо, що за розміром обраного нами найменшого об’єкта 
розрізнення, ступінь точності зорової праці відноситься до високого і становить ІІ 
розряд. Нормативне значення КПО для визначеного розряду зорової роботи 
відповідає – ен = 1,8%. Фактичне значення КПО становить 22-24%. Отже, рівень 
природного освітлення в даному приміщенні знаходиться в нормі. 
Нормативне значення штучного загального освітлення становить  
400 лк. Фактичне значення згаданого параметра становить 150-200 лк, що в два 
рази нижче зазначеної норми, відповідно ДБН В.2.5-28-2018. 
В якості джерел світла при штучному освітленні використовуються  
люмінесцентні світильники типу ЛСП 02В - 1×40, загальна кількість яких 
становить 4. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується 
модернізувати систему штучного освітлення. 
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо 
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості 
руху повітря. 
Враховуючи характеристику трудової діяльності людини, яка визначає 
ступінь залучення до роботи м'язів і відображає фізіологічні витрати внаслідок 
фізичного навантаження, потрібно відмітити, що дана робота є сидячою і при 
цьому не спостерігається фізична напруга працівника. Людина на такій посаді 
працює з витратами до 120 ккал/год, а отже дана робота відноситься до легкої 
фізичної (категорія Iа). Оскільки на даному робочому місці робітник безперервно 
знаходиться більшу частину свого робочого часу, при цьому не змінюючи 
оточення, то дане робоче місце можна віднести до постійного. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року: 
- Оптимальне значення температури 22-24°С; 
- Допустиме значення температури 21-25°С; 
- Оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с; 
- Допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с. 
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху 
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року: 
- Оптимальне значення температури 23-25°С; 
- Допустиме значення температури 22-28°С; 
- Оптимальне значення відносної вологості 40-60%; 
- Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с; 
- Допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с. 
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року 
становить 20°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого значення. 
Таким чином, дані умови праці відносяться до першого ступеня шкідливості. Це в 
свою чергу може призвести до легких форм застуди. Рекомендується в даному 
приміщенні модернізувати систему водяного опалення за рахунок встановлення 
більш потужних радіаторів. 
Фактичне значення температури повітря в теплий період року становить 
26°С, що в свою чергу перевищує оптимальне значення, але знаходиться в 
допустимих межах. Проте як відомо, висока температура негативно впливає на 
самопочуття робітника і, як наслідок, веде за собою зниження працездатності. В 
такому випадку рекомендується в даному приміщенні встановити додатковий 
кондиціонер, що сприятиме більш комфортній роботі.  
Фактичне значення швидкості руху повітря становить 0,2 м/с, що 
перевищує максимально допустиме значення лише в холодну пору року. Це може 
негативно вплинути на здоров’я робітника, так як з протягом пов’язані такі 
хвороби, як запалення м’язів, гострі респіраторні захворювання і ін. Виходом з 
даної ситуації може бути реконструкція вікон, пов’язана з заміною їх на більш 
сучасні – пластикові.  
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить 
67%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці. Перевищення 
вологості в теплий період року призводить до збільшення температури тіла. 
Особливо дане явище має місце при відхиленні температури від оптимальних меж 
в сторону збільшення. При пониженні температури підвищена вологість може 
призвести до переохолодження тіла. Як підвищення, так і зниження температури 
тіла може призвести до застуди. 
На основі вищенаведених даних можна сказати, що технічний рівень 
робочого місця не відповідає нормативним вимогам. Це проявляється внаслідок 
недостатньої кількості джерел світла. Таким чином, в даному приміщенні 
рекомендується модернізувати систему загального штучного освітлення. 
 
 
4.2 Модернізація системи загального штучного освітлення 
 
Одним з факторів, що визначають сприятливі умови праці, є раціональне 
освітлення робочої зони і робочих місць. При правильно  розрахованому і 
підібраному освітленні виробничих приміщень очі працюючого протягом 
тривалого часу зберігають здатність добре розрізняти предмети і знаряддя праці. 
Такі умови сприяють зниженню виробничого травматизму і професійного 
захворювання очей. 
Незадовільне освітлення виробничої зони може призвести до погіршення 
якості виконуваних робіт, наприклад, можуть залишитися непоміченими розриви, 
що з'явилися, потертості, витік палив і олій, механічні домішки в паливі й інше, 
що, у свою чергу, призводить до зниження безпеки праці. Погане освітлення 
виробничих територій може стати причиною багатьох важких і смертельних 
випадків, таких як наїзд самохідних засобів механізації, що рухаються. 
Недостатнє освітлення робочих місць є однією з причин низької 
продуктивності праці. При недостатньому освітленні очі працюючого напружені, 
при цьому складно відрізнити оброблювані предмети, знижується темп роботи, 
що погіршує загальний стан організму людини. 
На органах зору негативно позначаються як недостатнє, так і надмірне 
освітлення. Надмірна освітленість характеризується різкою подразливою дією і 
різзю в очах, при цьому очі швидко втомлюються, зорове сприйняття 
погіршується, що призводить до сліпоти. 
Раціональне освітлення повинно задовольняти ряд вимог і умов. Воно 
повинно бути: 
- достатнім, щоб очі без напруги могли розрізняти деталі, що 
розглядаються; 
- стабільним – для цього напруга в електричній мережі не повинна 
коливатися більше ніж на 4%; 
- рівномірно розподіленим по робочих поверхнях, щоб очам не доводилося 
потрапляти з дуже темного місця у світле і навпаки; 
- таким, що не викликає сліпучої дії на око людини як самого джерела 
світла, так і від відбиваючих поверхонь, що знаходяться в полі зору робітника. 
Зменшення відзеркалювання джерел світла досягається шляхом застосування 
світильників; 
- таким, щоб не викликали різкі тіні на робочих місцях, у проїздах, 
проходах. Цього можна уникнути при правильному розташуванні світильників, 
прожекторів; 
- безпечним – не призводити до вибуху, пожежі у виробничих приміщеннях. 
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту 
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного 
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення 
нормативного рівня штучного освітлення за формулою: 
 
Eн SzКз
                                          N                           (4.1) 
nFл 
де: 
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018); 
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі 
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,4); 
S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина приміщення, В – 
ширина приміщення); 
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,15; 
n – кількість ламп у світильнику; 
Fл – світловий потік лампи; 
 – коефіцієнт використання, відн. од. 
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо: 
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі 
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у книзі; 
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які 
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно 
оцінюємо їх розмір у 0,15-0,3 мм; 
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший об’єкт 
розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є  світлим (ρ > 
0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому фоні, як в книзі так 
і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт відбиття поверхні ρ = 0,9; 
- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко сприймається 
найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні. Контраст є великим 
(між білим і чорним). 
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного 
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах 0,15-
0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці. 
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням 
характеристики фону та контрасту складає: Ен = 400 лк. 
Відповідно типу приміщення  приймаємо світильник в залежності від умов 
середовища і типу приміщення. Обираємо світлодіодний офісний світильник 
CLG-office 418. 
Офісний світильник CLG-office 418 вбудовується в підвісні стелі типу 
«Армстронг». Світлодіодні офісні світильники серії CLG-office призначені для 
освітлення офісних приміщень, медичних і загальноосвітніх установ. Являють 
собою вбудовані або накладні світильники квадратної форми 595х595мм. 
Створені на основі світлодіодних ламп типу Т8. 
 
 
Рисунок  4.1 - Світлодіодний офісний світильник CLG-office 418 
 
Технічні характеристики світильника: 
- Ступінь захисту (IP): 20 
- Світловий потік лампи з урахуванням матового розсіювача (лм): 860 
- Колірна температура (К): 3500-4500, 4500-5500, 5500-6500 
- Споживання електроенергії (Вт): 32 
- Матеріал корпусу: сталь 
- Тип розсіювача: растровий 
- Тип лампи: Т8 (0,6 м, 8 Вт, цоколь G13) 
- Кількість ламп: 4 шт 
- Коефіцієнт пульсації: менше 1% 
- Висота підвісу: від 2-х метрів 
- Робоча температура (°C): -40...+40 
- Габаритні розміри (мм): 595х595х80 
- Термін служби (годин): не менше 50000 
- Мінімальний світловий потік світильника (з урахуванням втрати на   
  розсіювач)  при температурі світіння 4000-6500 К (лм): 3400 
- Індекс передачі кольору: більш 76 Ra 
Сучасні світлодіодні  (led) лампи пропонують відмінні можливості для 
енергозбереження. Лампи led мають безліч переваг, які складають конкуренцію 
звичайним лампам розжарювання. 
В основі led лампи знаходяться світлодіод, який перетворює електричний 
струм у світлове випромінювання. Світлодіоди працюють без збоїв при 
довгостроковому використанні, а також при частому включенні/виключенні, 
завдяки системі терморегулювання. 
Термін служби світлодіодних ламп в середньому становить близько 40 тис. 
годин. Це перевищує термін служби люмінесцентної лампи в 3-4 рази. Також led 
лампи відрізняються екологічністю і безпекою, тому що в них відсутній 
шкідливий газ і ртуть. При цьому останнім часом вартість led ламп на основі 
світлодіодів значно знизилася, що зробила їх доступними практично для всіх. 
Світлодіодна лампа Т8 використовується для загального освітлення в 
світильниках, побудова яких дозволяє встановити і експлуатувати лампи 
потужністю 18 Вт з патроном G13: офіси, лікарні, громадські приміщення, 
коридори, підвали, вулиці, гаражі, школи, бізнес-центри, склади, підземні 
переходи, метро. 
Основні характеристики світлодіодної лампи CLG-tube06/8 
- Ступінь захисту (IP): 20 
- Світловий потік (лм): 700, 800, 900 
- Колірна температура (К): 3000-3500, 4000-4500, 5500-6500 
- Споживання електроенергії (Вт): 8 
- Матеріал корпусу: алюмінієвий сплав 
- Тип розсіювача: полікарбонат (матовий, прозорий) 
- Тип, кількість світлодіодів: SMD4014, 66 шт. 
- Габаритні розміри (мм): Ø26мм, L-600мм 
- Тип цоколя: G13, поворотний 
- Термін служби (годин): 50 000 
 
Рисунок 4.2 - Светлодіодна лампа CLG-tube06/8 
 
За формулою (4.1) розраховуємо кількість світильників N: 
400361,151,4
N 9,92
48600,68  
Таким чином приймаємо N=10. 
Необхідно розташувати 10 світильників рівномірно на усій площі стелі 
заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення та 
світильників. При цьому, оскільки кількість світильників відповідає наявній, 
рекомендується нові встановити на існуючі місця розташування. 
 
ВИСНОВКИ 
 
Зараз неможливо собі уявити життя без мобільного телефону, але в деяких 
випадках він стає даремний. Відсутній зв'язок або дуже слабкий сигнал буває в 
підвальних приміщеннях, в автомобілях, в місцевості, далеко розташованій від 
ретрансляційної антени або в місті, де багато висотних будівель, що гасять 
сигнал. У цих випадках можна скористатися готовим додатковим пристроєм або 
зробити і підключити антену до мобільного телефону своїми руками. 
В бакалаврській роботі досліджено дві зовнішні антени для стільникових 
телефонів, конструкції яких забезпечують або широку смугу частот (за рахунок 
складного рефлектора і вібратора) або гарне підсилення (за рахунок збільшення 
кількості елементів).  
Широкосмугова 9-елементна антена «хвильовий канал» для  стільникових 
телефонів стандартів CDMA і GSM900 працює в діапазоні частот 824 – 965 МГц і 
має відносну смугу 15,8%. Для вільного простору підсилення антени Ga  
змінюється від 10,6 до 12,6 dBi, а КСХ антени на частоті 900 МГц становить 1,07 
при 50-омному фідері, що вказує на гарне узгодження. Найкраще узгодження 
досягається на частотах, близьких до центральної частоти. Діаграма 
направленості антени має приорітетний напрямок випромінювання.  
Досліджувана 17-елементна антена «хвильовий канал» забезпечує 
збільшення підсилення антени, але не гарантує збереження широкосмуговості.  
Підсилення антени Ga  збільшилось на 2,7 dBi на центральній частоті і в 
робочій смузі частот змінюється від 13,3 до 15,4 dBi. Опір антени близький до 
опору фідера, тому на центральній частоті забезпечується гарне узгодження. 
Смуга частот 17-елементної антени звузилася до 90 МГц, а відносна смуга частот 
дорівнює 10%.  
Тривимірна діаграма направленості 17-елементної антени подібна до ДН 9-
елементної антени, проте зі збільшенням кількості елементів антени головна 
пелюстка ДН помітно звужується. 
Досліджено вплив висоти підвісу антени на її параметри і форму діаграми 
направленості. Показано, що зенітна діаграма направленості має флюктуючий 
характер, при чому кількість інтерференційних максимумів пропорційна висоті 
підвісу, вираженій в напівхвилях. Для 9-елементної антени підсилення Ga  з 
врахуванням впливу землі збільшилося на 5,72 dBi (при теоретично можливих 6 
дБі) порівняно з вільним простором. Решта параметрів антени (вхідний імпеданс, 
КСХ) майже не змінилася, отже практично не залежить від висоти підйому антени 
над землею.  
В розділі з охорони праці проведено аналіз небезпек та шкідливостей, що 
впливають на співробітника дослідницької лабораторії та проведена модернізація 
системи загального штучного освітлення. 
 
 
Список використаної літератури 
 
1. Основы знаний о стандартах связи в Украине. – Режим доступу: https://shik-
market.com.ua/statya-o-3g.html 
2. Внешние антенны для увеличения дальности действия мобильной связи для 
мобильных телефонов стандарта GSM-900 и бесшнуровых телефонов 900 МГц. 
Режим доступу: http://mobilradio.ru/information/artikles/antennas_cellular.htm 
3. Банков С.Е., Курушин А.А. История САПР СВЧ (1950-2010). – Москва, 2016, 
90 с. 
4. Опис програми GAL-ANA. – Режим доступу:  http://gal-ana.de/Helpr/ 
5. Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ. Часть VI. УКВ антенны. - М.: ИП 
РадиоСофт, 2014.— 332 с. 
6. Моделі зовнішніх телефонних антен Уда-Ягі. – Режим доступу: 
http://dl2kq.de/mmana/4-3-58.htm 
7. Методичні рекомендації до виконання випускних робіт бакалавра та дипломних 
робіт для студентів спеціальності 172 Телекомунікації і радіотехніка (напрям 
підготовки 6.050901 – Радіотехніка) / Уклад.: В.В.Палагін, В.В. Філіпов; М-во 
освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2016. 50 с.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
