Первые шаги и эксперименты в изучении СВЧ диапазона.

Появилась у меня необходимость создать GPS антенну для модуля. Из китая было ждать очень долго, в ближайших магазинах ничего не нашёл, поэтому решил попробовать себя в изготовлении СВЧ приборов (опыт как никак).

Первым было решение «в лоб», сделать небольшой диполь на частоту в 1575.42мгц (плечи по 47.7 мм каждый).

Антенна ожидаемо заработала, только вот GPS модуль с антенной приходилось прижимать к оконному стеклу, что было восем не то что нужно (сам девайс должен находится в 2-3х метрах от окна). Если посадить диполь на удлиняющий кабель, то он уже не работал. Нужно применять или более толстый и дорогой коаксиал, или делать активную антенну, которая будет усиливать сигнал ДО того, как он затеряется в кабеле.

Следующей попыткой было создание антенны бабочки на куске текстолита.

Антенна мало чем отличалась от диполя, и работала лишь с очень коротким соединяющим кабелем.

Под рукой оказался малошумящей усилитель PGA-103 из старых запасов, решил распаять его прямо на плате с антенной. Питание подаётся по коаксиалу, поэтому обвязка минимальна.

И да, она заработала, ужасно, но заработала. Поиск спутников происходил по 2-3 минуты. Тут и «фольга» на второй стороне антенны сыграла, и усилитель незаэкранирован.

К этому моменту я уже начитался о прекрасном L-Band диапазоне, что можно там услышать, поэтому решил сделать сразу более-менее адекватную антенну «ну будущее». Как раз можно купить HackRF И послушать что там обитает на этих частотах, т.к. RTL-SDR на этом диапазоне почти не работает (крайне малая чувствительность).

Спроектировал в Antenna Magus’е патч-антенну правосторонней поляризации (RHCP).

И т.к. медных листов под рукой не было, решил изготовить из кусков старого текстолита (отверстия запаяны).

Обратная сторона «патча» освобождена от фольги дремелем.

Ввод кабеля сделан из RG-402 с алиэкспресса.

На тыльной стороне зафиксирован медной фольгой.

Разделители — пластиковые компьютерные стойки подходящей высоты и суперклей.

Итоговый вид:

Антенна готова, теперь нужно сделать малошумящий усилитель LNA, который усилит сигнал с антенны и донесёт его до модуля. Важно использовать именно малошумящий усилитель (NF 0.6 и менее), т.к. любой другой не только усилит сигнал, но и добавит собственных шумов настолько, что от сигнала ничего не останется.

Целью всего этого мероприятия было не создание идеальной конструкции, а простейшего подручного прототипа, то всё сделано опять же вручную, из текстолита. Дорожки прорезаны скальпелем.

Тут важно заметить, что на таких частотах всё должно быть хорошо заэкранировано, иначе вместо полезного сигнала мы насобираем GSM, сигнализации и прочую нечисть. Например так выглядит на спектре связка SDR приёмник-LNA усилитель-50ом нагрузка.

Идеальный приёмник для сотовой связи! но явно не GPS сигналов.
Оборачиваем всё это дело в медную фольгу. И о чудо! ничего лишнего.

Но вот проблема, если подключить LNA к антенне, то GPS работает плохо (долго), потому что снова лезут GSM помехи, теперь уже через антенну, надо сделать фильтр.

Фильтры я под такие частоты никогда не делал, да и аппаратуры у меня подходящей нет (максимальная частота NanoVNA это 1.5GHz), но всё же попробуем «на глаз» (прототип же).

Выбран полосовой фильтр вида Comblined изза своей простоты, считаем:

Делать опять же буду из текстолита, перманентного маркера и горсти хлорного железа (СВЧ, ага-ага, особенно когда ты художник от бога)

Травим, убираем лишнее, облуживаем, ставим 3 подстроечных конденсатора на 2-7пФ КТ4-23.

Проверяем в NanoVNA что же у нас получилось.

Частота пропускания слишком низкая, и ёмкость конденсаторов слишком велика даже в минимальном положении. Ставим последовательно с подстроечниками по smd ёмкости на 1pf.

Идеально, то что надо, полоса начинается где-то на 1.5ghz, а дальше надеемся что длится ещё пару сотен мегагерц (проверить то не чем).

Фильтр обязательно экранируем корпусом из медной фольги, как это сделано с LNA.

Вот так выглядит спектр частот GSM, которые давит фильтр (его по хорошему надо ставить после LNA, но тогда будет сложнее пускать питание по фидеру). Если ставить фильтр до LNA, то он вносит своё затухание, усложняя работу LNA.

Общий вид тестовой установки, висит на окне балкона, дальше кабель длинной 7-8 метров до GPS модуля.

И наградой за старания сделать из «не пойми каких компонентов» стала идеальная работа GPS. Модуль находит первые спутники уже спустя 5-10 секунд после холодного запуска!!