Небольшая доработка 4G маршрутизатора EDUP EP-9522 под подключение самодельной направленной антенны типа биквадрат

Всем привет. Сегодня я расскажу о небольшой доработке 4G маршрутизатора EDUP EP-9522, про который я писал обзор в начале прошлого года.
В этом году возникла потребность его частой эксплуатации в небольшой деревне у родственников, точнее в её части где по картам нескольких операторов отсутствует приём 4G сигнала, несмотря на то что деревня находится не сильно далеко от небольшого города. Что уж говорить, если даже голосовая связь 2G (GSM) там частенько работает не стабильно. Из-за этих обстоятельств было принято решение попробовать аккуратно доработать роутер, для удобного подключения внешних антенн.
Попутно, я решил сделать самодельную антенну биквадрат (антенна Харченко) для работы с LTE1800 (Band 3). Аналогичную антенну, для приёма цифрового ТВ я уже делал лет 5 назад, и показала она себя хорошо. Под частоту 1800МГц размер антенны получается ощутимо меньше чем для цифрового ТВ, а сама антенна легко рассчитывается в специальных калькуляторах, например этом, и так же легко изготавливается из доступных материалов.


Исходные данные такие: роутер в штатной комплектации, установлен в частном доме из газоблока, используется симкарта от МТС, но 4G сеть оказывается неработоспособной вообще (хотя принимается сигнал 4G с низким уровнем), 3G сеть так же не работает (роутер работает в авто режиме выбора сетей).

Вышка с 4G находятся буквально в нескольких километрах от деревни, но дом находится в той части деревни, которая расположена ниже, чем та часть, где интернет от того же МТС принимается даже смартфоном, пусть с небольшой скоростью и не высокой стабильностью, но он там по факту есть.

Вот как выглядит деревня на карте 4G покрытия от МТС (на 3G там по сути то же самое):

Я приехав погостить в деревню на пару дней, и конечно же не ожидал что роутер не сможет обеспечить меня пусть хоть и слабеньким, но интернетом, и при следующей поезде в отпуске, я решил попробовать сперва установить роутер на чердаке дома (так как эта точка ощутимо выше), запитывая роутер от Power Bank-а Ugreen PB501 (очень уж он удобен для этих целей).
В итоге, спаял самодельный переходник состоящий из кабеля со штекером 5.5мм (пришлось резать кабель из комплекта от автомобильного Jump Starter-а, так как я буквально пару дней не дождался пока с али приедет готовое решение), и PD триггера, что бы Power Bank выдавал те же 12В что и комплектный блок питания от маршрутизатора, хотя возможно и от 5В он заработал бы.
Дальше уже через кабель с Type-C коннектром, можно подключать роутер к Power Bank-у.

Интернет после установки роутера на чердаке появился, но скорость была не особо хорошая, а эксплуатировать там роутер, без необходимой на то инфраструктуры, было не особо удобно в этот момент.

Когда уезжал из деревни, с помощью программы NetMonster, проверил на своём Android смартфоне Meizu 16 какие частоты использует БС которая находится рядом с деревней, и какой там уровень сигнала. Программа показывает такие данные не на всех смартфонах, на моём показывает.

Вообще, в сетях 4G уровень сигнала оценивается по двум параметрам, в отличии от 3G, где параметр для оценки был как бы один. Вот здесь есть удобная табличка со значениями, для оценки уровня сигнала беспроводных сетей.

В итоге, было выяснено что у доступных мне операторов МТС и Тele2 (запасной вариант) были доступны сети LTE1800. Это наиболее распространённый вариант, особенно городах с небольшой плотностью населения, ведь он достаточно дальнобойный (в отличии например от быстрого LTE2600), и в целом может обеспечить более менее скорость при работе некоторого количества пользователей (тут уже конечно LTE2600 рулит, но таких БС надо больше для нормального покрытия, чем БС LTE1800).
Касаемо Tele2, в самой деревне, в той её части где есть 4G сеть, был ещё виден LTE800, примерно с тем же уровнем сигнала что и LTE1800, плюс под LTE800 надо делать антенну ощутимо большего размера, да и скорость вероятно там будет ниже чем у LTE1800, если БС обеспечивающая LTE1800 будет не перегружена, поэтому этот вариант было решено отложить на крайний случай, попробовав сделать антенну именно под корпоративную симку от МТС, интернет там бесплатный, да и по работе как раз могут написать в отпуске, поэтому интернет нужен не только развлечений ради.

Полной уверенности в том что антенна типа биквадрат (Харченко) поможет в плане работы 4G у меня не было, поэтому сразу же продумывал вариант использования разъёма, что бы сто раз не лазить в роутер, а просто организовав нужный переходник для другой антенны, ведь запасным вариантом я планировал использовать так же известную антенну типа «пушка», в частности вот в таком готовом и недорогом варианте ссылка, как раз под 1800МГц.

Плюс разъём удобен тем, что с помощью него можно сделать всё максимально надёжно, с возможностью быстрого возврата на штатную антенну в случае необходимости, что бы сравнить эффективность самодельной антенны пока я был в городе и уже понимать стоит ли рассчитывать на неё (что бы с ней роутер работал как минимум не хуже штатной).
В лифтовом холле свечки где я живу, как раз сильно ослабляется сигнал, и это место в целом подходило для экспериментов с проверкой эффективности антенны в черте крупного города, перед поездкой в деревню, что бы хотя бы понять что с ней роутер работает не хуже чем со штатной антенной. Да и LTE1800 (не считая быстрого LTE2600 и более редких LTE2100/LTE2300) есть в Нижнем Новгороде что у МТС, что у Тele2, что у Мегафона.

В самом роутере, штатные антенны подключаются к плате с помощью IPEX разъёма, поэтому я приобрёл вот такой пигтейл IPEX to SMA Female:
Пигтейл построен а базе кабеля RG178.

К SMA разъёму как раз и планируется подключать внешнюю антенну, имеющую соответствующий ответный разъём.
Сверлю в роутере отверстие сверлом на 6(нужно было потолще, но под рукой не было, пришлось немного покрутить имеющееся сверло что бы сделать отверстие пошире).

Вот как в итоге стал выглядеть роутер с установленным разъёмом:
Разъём пришлось установить рядом с антеннами отвечающими за WI-FI, хотя, на мой взгляд он не смотрится сильно инородно…

Необходимый пигтейл(SMA Male to PCB A, 1M) для подключения к разъёму на роутере и подпайки к самой антенне, был приобретён в этом магазине. Ссылка на сам кабель сейчас уже не работает. Кабель с разъёмом SMA Male на одном конце, и без разъёма на другом, расчитанный на припаивание к плате, я же буду припаивать его к антенне.
В данном пигтейле используется не самый лучший коаксиальный кабель RG-316, но так как длина небольшая, всего 1м, сильно на затухания сигнала он не должен влиять.

Что бы не запутаться в коннекторах, есть такая картинка:

Вот как выглядит связка двух разъёмов, вместе с внутрянкой роутера:

Далее, в электромагазине был приобретён кабель ВВГ 2.5*2 (ГОСТ), с длиною 2 метра (с запасом, под антенну нужно сильно меньше, причём только с одного проводника из двух).
Снимаю общую изоляцию с кабеля, и начинаю зачищать изоляцию с одного из проводников.

Далее, сгибаю проводник согласно данных из калькулятора:

В итоге, получил вот такую конструкцию, сделанную достаточно грубовато, но для сравнения со штатной антенной пойдёт и такое решение, которое всегда можно переделать, хотя по идее сильно лучше она не станет работать.

Так как это тестовый и кстати рабочий вариант антенны, для дополнительного улучшения её работы, сделаю ещё из «подножных» средств отражатель для неё, как и положено для таких антенн.
Выпиливаю из дсп кусок нужных размеров, и обклеиваю его фольгой для запекания. Используя пластиковую крышку от тюбика с клеем(как раз клей закончился, а более подходящего ничего я не нашёл поздно вечером), фиксирую её с помощью самореза к двп, и уже на неё закрепляю антенну, с помощью термоклея.

Получается такая не важно выглядящая, но быстро сделанная, а самое главное рабочая конструкция, достаточная для тестирования:
Вот она уже в деревне, собака кстати помогала в тестировании:

Ещё один саморез я дополнительно вкрутил в дсп что бы он не мешался в вещах, с расчётом на то что возможно антенну понадобится крепить к деревянной жерди.

Ещё пару слов о самом 4G модеме, встроенном в роутер.
Как выяснилось экспериментальным путём, разъём 4G DIV как будто бы не имеет связи с 4G модемом, так как роутер ни как не реагирует на подключении туда любой антенны.
(и штатной и не штатной), когда антенна из основного разъёма 4G Main отключена. Если отсоединить основную антенну и оставить только дочернюю, сразу сильно падает уровень сигнала даже в городе, как будто отключены обе антенны.
Вцелом, встроенный в роутер 4G модем хоть и простенький, но меня в целом его возможности устраивают.

Единственное, как показала практика, плохо то что роутер выводит только единственный параметр уровня сигнала в каких то попугаях, из-за чего сложно понять насколько хорошо принимается 4G, ведь при одном и том же значении уровня сигнала (15-16), интернета либо почти нет, либо он «летает». В городе максимальный уровень сигнала был на отметке 28 из 31, причём в квартире, в деревне максимум 16.
При уровне сигнала 12, 4G уже не работает.

В деревне, при уровне сигнала 16, скорости могут быть как в районе 6-8Мбит/c на приём, с 0.7-1.5Мбит/c отдачей, так и на уровне 10-25Мбит/c, с отдачей в районе 3-10Мбит/c, в основном в зависимости от положения внешней самодельной антенны, и от того где она находится и куда направлена.
В одном и том же месте, при горизонтальном положении скорость ниже чем при вертикальном чуть ли не в 1.5 раза, всё же не стоит забывать что антенна направленная. Ещё конечно нагрузка на БС влияет на результаты сделанные по крайней мере днём, но не похоже что БС перегружена.
При этом, не скажу что в городе скорости ощутимо выше, при работе с этим же роутером.

При подключении самодельной антенны, даже в доме 4G принимался стабильно, без разрывов, при скорости приёма 6-8Мбит/c, и скоростью отдачи около 0.9Мбит/c.
Роутер с антенной расположены на окне. Окно выходит на противоположную от БС сторону дома. Здесь запитываю роутер так же от Power Bank-а, так как удлинителя под рукой не оказалось, а розетка была далеко. В других комнатах не было особо времени протестировать работу, да и роутер там мог помешать родственникам.

Если поднять антенну ещё немного, минуя армированную часть стеклопакета, то скорость ещё возрастёт. Опять же, для этого использую то что попало под руку, не судите строго)).

Скорости в целом меня устраивают и ещё есть возможности для их стабилизации, так как тесты я проводил на скорую руку, ввиду загрузки другими делами.

Когда роутер установлен в доме, если выйти на задний двор, смартфон уже с трудом принимает WI-FI 2.4 ГГц, хорошо бы конечно улучшить и работу WI-FI сети, но возможно займусь этим позже.

Если отойти от деревенской тематики, то в городе бывают свои приколы, при приёме 4G на смартфоне, даже близко от БС.


Выводы

Самодельная антенна на мой взгляд справилась со своей задачей, так как она эффективно работает в условиях конкретно взятой деревни, и делает она это она ощутимо лучше штатной антенны роутера.
С теми скоростями что роутер обеспечивает даже работая в помещении (с подключенной внешней антенной), можно успешно выполнять большинство задач для которых требуется наличие интернета, и даже смотреть видео с youtube, который пока ещё хоть как то работает на мобильных устройствах.
Вообще, это был всего лишь эксперимент, с самодельной антенной типа биквадрат изготовленной на скорую руку, и в моём случае есть смысл сделать её в более пригодном для постоянной эксплуатации виде, установив её на определённой высоте, и уже запитав роутер на постоянку от сети.
Про антенну биквадрат (она же антенна Харченко) знают многие, так как успешно применяются такие антенны уже давно, и особенно популярны они стали с появлением цифрового вещания ТВ. Понятно что это не самый эффективный вариант из антенн, но в целом сделать её очень просто, а эффект от её использования явно будет, и возможно кому то она поможет получить пригодный для использования интернет, там где немного не хватает мощности сигнала для уверенной работы интернета, в том числе и в восходящем направлении (исходящий канал к БС).

Конечно было бы интересно протестировать ещё и антенну «пушку», но она по идее потребует более тщательной настройки, и вероятно я не получу сильно больших скоростей на встроенном в роутер модеме.