Fraktal antenaların istehsalı üçün tel texnologiyası. Alüminium teldən və ya kabeldən öz əlinizlə bir televiziya antenası necə etmək olar: TV siqnalını qəbul etmək üçün sadə dizayn. Minkowski fraktalı Koch əyrisinə bənzər şəkildə qurulmuşdur və eynidir

Haqqında yazmaq istədiyim ilk şey fraktal antenaların tarixi, nəzəriyyəsi və istifadəsi haqqında kiçik bir girişdir. Fraktal antenalar bu yaxınlarda kəşf edilmişdir. Onlar ilk dəfə 1988-ci ildə Nathan Cohen tərəfindən icad edilmiş, sonra o, teldən televizor antenasının necə hazırlanacağına dair araşdırmasını dərc etmiş və 1995-ci ildə onu patentləşdirmişdir.

Vikipediyada yazıldığı kimi fraktal antenna bir neçə unikal xüsusiyyətə malikdir:

"Fraktal antena müəyyən bir ümumi səth sahəsi və ya həcm daxilində elektromaqnit siqnallarını qəbul edə və ya ötürə bilən materialın uzunluğunu artırmaq və ya perimetrini (daxili yerlərdə və ya xarici strukturda) artırmaq üçün fraktal, özünü təkrarlayan dizayndan istifadə edən antennadır. ."

Bu dəqiq nə deməkdir? Yaxşı, fraktalın nə olduğunu bilmək lazımdır. Həmçinin Vikipediyadan:

"Fraktal adətən kobud və ya parçalanmış həndəsi formadır və parçalara bölünə bilər, parçaların hər biri bütövün kiçildilmiş ölçülü surətidir - özünə bənzərlik adlanan bir xüsusiyyət."

Beləliklə, fraktal ayrı-ayrı hissələrin ölçüsündən asılı olmayaraq dəfələrlə təkrarlanan həndəsi formadır.

Fraktal antenaların adi antenalardan təxminən 20% daha səmərəli olduğu aşkar edilmişdir. Bu xüsusilə TV antenanızın rəqəmsal və ya yüksək dəqiqlikli video qəbul etməsini, mobil rabitə diapazonunu, Wi-Fi diapazonunu, FM və ya AM radio qəbulunu və s. artırmasını istəyirsinizsə faydalı ola bilər.

Əksər cib telefonlarında artıq fraktal antenalar var. Cib telefonlarının artıq kənarda antenaları olmadığı üçün siz bunu fərq etmiş ola bilərsiniz. Bunun səbəbi, onların içərisindəki dövrə lövhəsinə həkk olunmuş fraktal antenaların olmasıdır ki, bu da onlara daha yaxşı siqnal qəbul etməyə və tək antenadan Bluetooth, mobil və Wi-Fi kimi daha çox tezlikləri götürməyə imkan verir.

Vikipediya:

“Fraktal antenanın cavabı ənənəvi antenna dizaynlarından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir ki, o, eyni vaxtda müxtəlif tezliklərdə yaxşı performansla işləməyə qadirdir. Yalnız bu tezliyi qəbul etmək üçün standart antenaların tezliyi kəsilməlidir. Buna görə də fraktal antena adi antenadan fərqli olaraq genişzolaqlı və çoxzolaqlı tətbiqlər üçün əla dizayndır”.

Hiylə, fraktal antenanızı istədiyiniz xüsusi mərkəz tezliyində rezonans yaratmaq üçün dizayn etməkdir. Bu o deməkdir ki, antenna almaq istədiyinizdən asılı olaraq fərqli görünəcək. Bunun üçün riyaziyyatdan (və ya onlayn kalkulyatordan) istifadə etməlisiniz.

Mənim nümunəmdə bunu edəcəyəm sadə antena, lakin siz onu daha mürəkkəb edə bilərsiniz. Nə qədər çətin bir o qədər yaxşıdır. Mən antenanı düzəltmək üçün 18 telli bərk nüvəli naqildən istifadə edəcəyəm, lakin siz öz dövrə lövhələrinizi estetikanıza uyğunlaşdıra, onu daha kiçik və ya daha mürəkkəb hala gətirə və daha yüksək qətnamə və rezonans əldə edə bilərsiniz.

Rəqəmsal TV və ya TV qəbul etmək üçün televizor antenası hazırlayacağam yüksək dəqiqlik. Bu tezliklərlə işləmək daha asandır və uzunluğu yarım dalğa uzunluğu üçün təxminən 15 sm-dən 150 sm-ə qədər dəyişir. Parçaların sadəliyi və ucuzluğu üçün onu ümumi dipol antennasına yerləşdirəcəyəm, o, 136-174 MHz (VHF) diapazonunda dalğaları tutacaq.

UHF dalğalarını (400-512 MHz) qəbul etmək üçün bir rejissor və ya reflektor əlavə edə bilərsiniz, lakin bu şəkildə qəbul antenanın istiqamətindən daha çox asılı olacaq. VHF də istiqamətdən asılıdır, lakin UHF quraşdırılması zamanı birbaşa televiziya stansiyasına işarə etmək əvəzinə, VHF qulaqlarını TV stansiyasına perpendikulyar qoymalısınız. Burada bir az daha çox səy göstərmək lazımdır. Mən tikintini mümkün qədər sadə etmək istəyirəm, çünki bu, artıq olduqca mürəkkəb bir şeydir.

Əsas komponentlər:

• Montaj səthi, məsələn, plastik korpus (20 sm x 15 sm x 8 sm)
• 6 vint. Mən polad təbəqə metal vintlərdən istifadə etdim
• 300 ohm-dan 75 ohm-a qədər müqavimət göstərən transformator.
• Montaj teli 18 AWG (0,8 mm)
• Terminatorlu RG-6 koaksial kabel (və əgər quraşdırma açıq havada olarsa, rezin örtüklə)
• Reflektordan istifadə edərkən alüminium. Yuxarıdakı əlavədə biri var idi.
• İncə marker
• İki cüt kiçik kəlbətin
• Hökmdar 20 sm-dən qısa deyil.
• Bucaq ölçmək üçün konveyer
• İki matkap, biri vintlərinizdən bir qədər kiçikdir
• Kiçik tel kəsici
• Tornavida və ya tornavida

Qeyd: Alüminium məftilli antenanın alt hissəsi şəklin sağ tərəfində, transformatorun çıxdığı yerdədir.

Addım 1: Reflektor əlavə edin

Korpusu plastik qapağın altındakı reflektorla yığın

Addım 2: Qazma delikləri və qoşma nöqtələrinin quraşdırılması

Bu mövqelərdə reflektorun əks tərəfində kiçik kran delikləri qazın və keçirici vint yerləşdirin.

Addım 3: Naqilləri ölçün, kəsin və soyun

Dörd 20 sm tel parçasını kəsin və korpusa qoyun.

Addım 4: Naqillərin ölçülməsi və markalanması

Bir markerdən istifadə edərək, hər 2,5 sm teldə qeyd edin (bu yerlərdə əyilmələr olacaq)

Addım 5: Fraktallar yaradın

Bu addım hər bir tel parçası üçün təkrarlanmalıdır. Hər bir əyilmə tam olaraq 60 dərəcə olmalıdır, çünki fraktal üçün bərabərtərəfli üçbucaqlar edəcəyik. İki cüt kəlbətin və bir iletki istifadə etdim. Hər bir döngə bir etiket üzərində hazırlanır. Qıvrımları düzəltməzdən əvvəl, onların hər birinin istiqamətini görüntüləyin. Bunun üçün əlavə edilmiş diaqramdan istifadə edin.

Addım 6: Dipolların yaradılması

Ən azı 15 sm uzunluğunda daha iki tel parçasını kəsin.Bu telləri uzun tərəfi boyunca uzanan yuxarı və aşağı vintlər ətrafında sarın və sonra onları mərkəzə sarın. Sonra artıq uzunluğu kəsin.

Addım 7: Dipolların quraşdırılması və transformatorun quraşdırılması

Fraktalların hər birini künc vintlərinə bərkidin.

Düzgün empedansın transformatorunu iki mərkəzi vintə bağlayın və onları sıxın.

Montaj tamamlandı! Yoxlayın və həzz alın!

Addım 8: Daha çox İterasiya/Təcrübə

GIMP-dən kağız şablonundan istifadə edərək bəzi yeni elementlər hazırladım. Mən kiçik möhkəm telefon naqilindən istifadə etdim. Mərkəz tezliyi (554 MHz) üçün tələb olunan mürəkkəb formalara əyilmək üçün kifayət qədər kiçik, güclü və elastik idi. Bu ortadır rəqəmsal siqnal Kanallar üçün UHF efir televiziyası mənim ərazimdə.

Foto əlavə olunub. Mis məftilləri az işıqda kartona və onun üzərindəki lentə qarşı görmək çətin ola bilər, amma siz fikirləşirsiniz.

Bu ölçüdə elementlər olduqca kövrəkdir, buna görə də onları diqqətlə idarə etmək lazımdır.

Mən də png şablonu əlavə etdim. İstədiyiniz ölçüdə çap etmək üçün onu GIMP kimi foto redaktorunda açmalısınız. Şablon mükəmməl deyil, çünki mən onu siçan ilə əl ilə hazırlamışam, lakin insan əlləri üçün kifayət qədər rahatdır.

Bu tezisdə tədqiq olunan tel fraktal antenalar printerdə çap edilmiş kağız şablonuna uyğun olaraq telin əyilməsi ilə hazırlanmışdır. Tel cımbızla əl ilə əyildiyi üçün antenanın "əyilmələrini" hazırlamaq dəqiqliyi təxminən 0,5 mm idi. Buna görə də tədqiqat üçün ən sadə həndəsi fraktal formalar götürüldü: Kox əyrisi və Minkovskinin "bipolyar sıçrayışı".

Məlumdur ki, fraktallar antenaların ölçüsünü azaltmağa imkan verir, fraktal antenanın ölçüləri isə simmetrik yarımdalğalı xətti dipolun ölçüləri ilə müqayisə edilir. Tezisdəki sonrakı tədqiqatlarda naqilli fraktal antenalar 900 MHz rezonans tezliyi ilə 78 mm-ə bərabər olan /4 qollu xətti dipol ilə müqayisə ediləcək.

Koch əyrisinə əsaslanan fraktal antenaları tel

Kağız Koch əyrisi əsasında fraktal antenaların hesablanması üçün düsturları təqdim edir (Şəkil 24).

a) n= 0 b) n= 1 c) n = 2

Şəkil 24 - Müxtəlif iterasiyaların Koch əyrisi n

Ölçü DÜmumiləşdirilmiş Koch fraktalını düsturla hesablayır:

Əgər (35) düsturunda Kox əyrisinin standart əyilmə bucağını = 60 ilə əvəz etsək, onda alarıq. D = 1,262.

Koch dipolunun birinci rezonans tezliyindən asılılıq f Fraktalın ölçüsü üzrə K D, iterasiya nömrələri n və düzxətli dipolun rezonans tezliyi f Koch qırıq xətti ilə eyni hündürlükdə D (həddindən artıq nöqtələrdə) düsturla müəyyən edilir:

Şəkil 24 üçün b ilə n= 1 və D(36) düsturundan = 1.262 alırıq:

f K= f D 0.816, f K = 900 MHz 0,816 = 734 MHz. (37)

Şəkil 24, n = 2 və D = 1.262 olan c üçün (36) düsturundan alırıq:

f K= f D 0.696, f K = 900 MHz 0,696 = 626 MHz. (38)

Formulalar (37) və (38) də bizə tərs məsələni həll etməyə imkan verir - əgər fraktal antenaların tezlikdə işləməsini istəyiriksə f K = 900 MHz, onda düz dipollar aşağıdakı tezliklərdə işləməlidir:

n = 1 f D = f K / 0,816 = 900 MHz / 0,816 = 1102 MHz üçün, (39)

n = 2 f D = f K / 0,696 = 900 MHz / 0,696 = 1293 MHz üçün. (40)

Şəkil 22-dəki qrafikə əsasən, düzxətli dipolun /4 qollarının uzunluqlarını təyin edirik. Onlar 63,5 mm (1102 MHz üçün) və 55 mm (1293 MHz üçün) bərabər olacaq.

Beləliklə, Koch əyrisi əsasında 4 fraktal antena hazırlanmışdır: ikisi ölçüləri / 4-qol 78 mm, ikisi isə daha kiçik ölçülüdür. Şəkil 25-28-də rezonans tezliklərini eksperimental olaraq təyin etmək üçün istifadə edilə bilən PK2-47 ekranının şəkilləri göstərilir.

Cədvəl 2 hesablanmış və eksperimental məlumatları ümumiləşdirir, onlardan nəzəri tezliklərin f T eksperimentaldan fərqlənir f E 4-9% -dən çox deyil və bu olduqca yaxşı nəticədir.

Şəkil 25 - /4-çiyinləri 78 mm-ə bərabər olan n = 1 iterasiyasının Koch əyrisi ilə antenanı ölçərkən PK2-47 ekranı. Rezonans tezliyi 767 MHz

Şəkil 26 - /4-çiyinləri 63,5 mm-ə bərabər olan n = 1 iterasiyasının Koch əyrisi ilə antenanı ölçərkən PK2-47 ekranı. Rezonans tezliyi 945 MHz

Şəkil 27 - /4-çiyinləri 78 mm-ə bərabər olan n = 2 iterasiyasının Koch əyrisi ilə antenanı ölçərkən PK2-47 ekranı. Rezonans tezliyi 658 MHz

Şəkil 28 - /4-çiyinləri 55 mm-ə bərabər olan n = 2 iterasiyasının Koch əyrisi ilə antenanı ölçərkən PK2-47 ekranı. Rezonans tezliyi 980 MHz

Cədvəl 2 - Koch əyrisi əsasında fraktal antenaların hesablanmış (nəzəri fT) və eksperimental fE rezonans tezliklərinin müqayisəsi

"Bipolar jump" əsasında tel fraktal antenalar. radiasiya nümunəsi

İşdə "bipolyar atlama" tipli fraktal xətlər təsvir edilmişdir, lakin antenanın ölçüsündən asılı olaraq rezonans tezliyinin hesablanması üçün düsturlar işdə verilmir. Buna görə də rezonans tezliklərinin eksperimental olaraq təyin edilməsi qərara alındı. 1-ci iterasiyanın sadə fraktal xətləri üçün (Şəkil 29, b) 4 antena hazırlanmışdır - uzunluğu 78 mm-ə bərabər olan /4 qollu, uzunluğunun yarısı və iki aralıq uzunluğu ilə. 2-ci iterasiyanın çətin istehsal olunan fraktal xətləri üçün (Şəkil 29, c) uzunluğu 78 və 39 mm olan 4 qollu 2 antena hazırlanmışdır.

Şəkil 30 bütün hazırlanmış fraktal antenaları göstərir. Şəkil 31, 2-ci iterasiyanın "bipolar jump" fraktal antenası ilə eksperimental qurğunun görünüşünü göstərir. Şəkillər 32-37 rezonans tezliklərinin eksperimental təyinini göstərir.

a) n= 0 b) n= 1 c) n = 2

Şəkil 29 - Minkowski əyri "bipolyar jump" müxtəlif iterasiya n

Şəkil 30 - Görünüş bütün istehsal olunan tel fraktal antenalar (tel diametrləri 1 və 0,7 mm)

Şəkil 31 - Eksperimental quraşdırma: panoramik VSWR və 2-ci iterasiyanın "bipolyar atlama" tipli fraktal antenası olan RK2-47 zəifləmə ölçmə cihazı

Şəkil 32 - Ekran PK2-47 antenna "bipolar jump" iterasiya n = 1 ölçülən zaman / 4-qolu 78 mm-ə bərabərdir.

Rezonans tezliyi 553 MHz

Şəkil 33 - Ekran PK2-47 antenna ölçü zaman "bipolar jump" iterasiya n = 1 ilə /4-qolu 58,5 mm-ə bərabərdir.

Rezonans tezliyi 722 MHz

Şəkil 34 - Ekran PK2-47 antenna "bipolar jump" iterasiya n = 1 ölçülməsi zaman /4-qolu 48 mm-ə bərabərdir. Rezonans tezliyi 1012 MHz

Şəkil 35 - Ekran PK2-47 antenna "bipolar jump" iterasiya n = 1 ölçülməsi zaman /4-qolu 39 mm-ə bərabərdir. Rezonans tezliyi 1200 MHz

Şəkil 36 - Ekran PK2-47 antenna "bipolar jump" iterasiya n = 2 ölçülən zaman /4-qolu 78 mm-ə bərabərdir.

Birinci rezonans tezliyi 445 MHz, ikincisi 1143 MHz-dir

Şəkil 37 - /4-qolu 39 mm-ə bərabər olan n = 2 iterasiyasının "bipolar jump" antenasını ölçərkən PK2-47 ekranı.

Rezonans tezliyi 954 MHz

Eksperimental tədqiqatların göstərdiyi kimi, əgər simmetrik yarımdalğalı xətti dipol və eyni uzunluqda fraktal antenna götürsək (Şəkil 38), onda “bipolyar atlama” tipli fraktal antenalar daha aşağı tezlikdə (50 və 61%, və Koch əyrisi şəklində fraktal antenalar xətti dipoldan 73 və 85% daha aşağı tezliklərdə işləyir. Buna görə də, həqiqətən, fraktal antenalar daha kiçik edilə bilər. Şəkil 39, şərti yarım dalğalı dipolun qolu ilə müqayisədə eyni rezonans tezlikləri (900-1000 MHz) üçün fraktal antenaların ölçülərini göstərir.

Şəkil 38 - Eyni uzunluqda olan "müntəzəm" və fraktal antenalar

Şəkil 39 - Eyni rezonans tezlikləri üçün antenanın ölçüləri

5. Fraktal antenaların radiasiya nümunələrinin ölçülməsi

Antena nümunələri adətən divarları onların üzərinə düşən radiasiyanı udur olan "anekoik" kameralarda ölçülür. Bu tezisdə ölçmələr Fizika-texnika fakültəsinin adi laboratoriyasında aparılıb və alətlərin metal qutularından və dəmir dayaqlardan əks olunan siqnal ölçmələrdə müəyyən xətalara yol verib.

Mikrodalğalı siqnal mənbəyi olaraq biz öz panoramik VSWR generatorumuzdan və RK2-47 zəifləmə ölçmə cihazından istifadə etdik. Səviyyə ölçən fraktal antenanın radiasiya qəbuledicisi kimi istifadə edilmişdir. elektromaqnit sahəsi 50 MHz-dən 3,5 GHz-ə qədər tezlik diapazonunda ölçməyə imkan verən ATT-2592.

İlkin ölçmələr göstərdi ki, simmetrik yarımdalğalı xətti dipolun şüalanma nümunəsi birbaşa (uyğun cihazlar olmadan) dipolla birləşdirilmiş koaksial kabelin kənarından gələn radiasiyanı əhəmiyyətli dərəcədə təhrif edir. Ötürülmə xəttinin radiasiyasını boğmağın bir yolu, "yer" rolunu oynayan dörd qarşılıqlı perpendikulyar /4 "əks çəki" ilə birlikdə dipol əvəzinə monopoldan istifadə etməkdir (Şəkil 40).

Şəkil 40 - /4 "əks çəkilər" ilə monopol və fraktal antenna

Şəkil 41 - 45 tədqiq olunan antenaların "əks çəkilərlə" eksperimental olaraq ölçülmüş radiasiya nümunələrini göstərir (dipoldan monopola keçərkən şüalanmanın rezonans tezliyi praktiki olaraq dəyişmir). Mikrodalğalı radiasiyanın güc axınının sıxlığının hər kvadrat metrə mikrovatlarda ölçülməsi üfüqi və şaquli müstəvilərdə 10 vasitəsilə həyata keçirilmişdir. Ölçmələr antenanın "uzaq" zonasında 2 məsafədə aparılmışdır.

Əvvəlcə düzxətli /4-vibrator şəklində olan antena tədqiq edilmişdir. Bu antenanın radiasiya sxemindən (şəkil 41) nəzəri cəhətdən fərqləndiyini görmək olar. Bu, ölçmə səhvləri ilə əlaqədardır.

Tədqiq olunan bütün antenalar üçün ölçmə xətaları aşağıdakı kimi ola bilər:

Laboratoriya daxilində metal əşyalardan radiasiyanın əks olunması;

Antena və əks çəkilər arasında ciddi qarşılıqlı perpendikulyarlığın olmaması;

Koaksial kabelin xarici qabığının radiasiyasını tamamilə boğmamaq;

Bucaq dəyərlərinin qeyri-dəqiq oxunması;

ATT-2592 sayğacının antenaya qeyri-dəqiq "hədəflənməsi";

Cib telefonlarından müdaxilə.

Bunun nə olduğunu və harada istifadə edildiyini kim bilmirsə, deyə bilərəm ki, fraktallar haqqında video filmlərə baxın. Və belə antenalar bizim dövrümüzdə hər yerdə, məsələn, hər mobil telefonda istifadə olunur.

Belə ki, 2013-cü ilin axırlarında qayınatam və qayınanam bizə qonaq gəldi, bu, o, və burada qayınana Yeni il bayramı ərəfəsində bizdən istədi. kiçik televizoru üçün antena. Qayınata televizora peyk antenasından və adətən özünə məxsus bir şeylə baxır, amma qayınata qayınatasını çəkmədən sakitcə Yeni il proqramlarına baxmaq istəyirdi.

Yaxşı, biz ona döngə antenimizi (kvadrat 330x330 mm) verdik, onun vasitəsilə həyat yoldaşım bəzən televizora baxırdı.

Sonra Soçidə Qış Olimpiya Oyunlarının açılış vaxtı yaxınlaşdı və arvad dedi: Antena düzəldin.

Başqa antena düzəltmək mənim üçün problem deyil, sadəcə məqsəd və məna olacaq. Bunu edəcəyinə söz verdi. İndi vaxt gəldi ... amma mən düşündüm ki, başqa bir döngə antennasını heykəlləndirmək nədənsə darıxdırıcıdır, lakin 21-ci əsr həyətdədir və sonra antenaların qurulmasında ən mütərəqqi olanların EH antenaları, HZ antenaları və fraktal antenalar olduğunu xatırladım. . İşim üçün ən uyğun olanı təxmin edərək, fraktal antenada qərar verdim. Xoşbəxtlikdən, mən fraktallar haqqında kifayət qədər müxtəlif filmlərə baxmışam və çoxdan İnternetdən hər cür şəkil çəkmişəm. Ona görə də ideyanı maddi reallığa çevirmək istədim.

Şəkillər bir şeydir, cihazın spesifik tətbiqi başqadır. Uzun müddət narahat olmadım və düzbucaqlı fraktal boyunca bir anten qurmağa qərar verdim.

Təxminən 1 mm diametrli bir mis məftil çıxardım, kəlbətin götürdüm və işləməyə başladım ... ilk layihə çoxlu fraktallardan istifadə edərək tam miqyaslı idi. Mən bunu vərdişimdən uzun müddət, soyuq qış axşamlarında etdim, nəticədə etdim, maye polietilendən istifadə edərək bütün fraktal səthi fiberboarda yapışdırdım, kabeli birbaşa, təxminən 1 m uzunluğunda lehimlədim, cəhd etməyə başladım. ... Vay! Və bu antenna televiziya kanallarını çərçivədən daha aydın şəkildə qəbul etdi ... Mən belə bir nəticədən məmnun qaldım, deməli, naqili fraktal formada əyərkən qarğıdalılarımı ovuşdurmağım və sürtməyim əbəs yerə deyildi.

Təxminən bir həftə keçdi və məndə belə bir fikir yarandı ki, yeni antenanın ölçüsü demək olar ki, çərçivə antenası ilə eynidir, qəbulun bir qədər yaxşılaşmasını nəzərə almasanız, heç bir xüsusi faydası yoxdur. Buna görə də mən müvafiq olaraq daha az fraktaldan və daha kiçik ölçüdən istifadə edərək yeni fraktal antenna quraşdırmağa qərar verdim.

fraktal antena. Birinci seçim

02/08/2014-cü il şənbə günü, ilk fraktal antennadan qalan kiçik bir mis tel parçası çıxardım və olduqca tez, təxminən yarım saat ərzində yeni bir antena quraşdırdım ...

fraktal antena. İkinci variant

Sonra kabeli birincidən lehimlədim və bitmiş bir cihaz oldu. fraktal antena. İkinci versiya kabel ilə

Performansı yoxlamağa başladı ... Vay! Bəli, bu daha yaxşı işləyir və əvvəllər döngə antennasından istifadə etməklə əldə edilə bilməyən 10-a qədər rəngli kanal qəbul edir. Qələbə əlamətdardır! Əgər mənim qəbul şərtlərimin tamamilə əhəmiyyətsiz olduğuna da diqqət yetirsəniz: ikinci mərtəbə, evimiz hündürmərtəbəli binalar tərəfindən televiziya mərkəzindən tamamilə kəsilib, birbaşa görünmə sahəsi yoxdur, onda qazanc həm baxımından təsirli olur. qəbulu və ölçüsü.

İnternetdə folqa ilə örtülmüş fiberglas üzərində aşındırma üsulu ilə hazırlanmış fraktal antenalar var ... Məncə, nə etməli olduğum fərq etməz və dizdə işin hüdudlarında televizor antenası üçün ölçülərə ciddi riayət edilməməlidir. .

Dünya yaxşı insanlarsız deyil :-)
Valeri UR3CAH: "Axşamınız xeyir, Eqor. Düşünürəm ki, bu məqalə (yəni "Fraktal antenalar: daha azdır" bölməsi) saytınızın mövzusuna uyğundur və sizin üçün maraqlı olacaq:) 73!"
Bəli, əlbəttə ki, maraqlıdır. Müəyyən dərəcədə biz heksabimlərin həndəsəsindən bəhs edərkən bu mövzuya artıq toxunmuşuq. Orada da elektrik uzunluğunun həndəsi ölçülərə "qablaşdırılması" ilə bağlı bir dilemma var idi :-). Beləliklə, Valeri, göndərilən materiala görə çox sağ olun.
Fraktal antenalar: az daha yaxşıdır, amma daha yaxşıdır
Son yarım əsrdə həyat sürətlə dəyişdi. Çoxumuz nailiyyətləri qəbul edirik müasir texnologiyalar verilən. Həyatı daha rahat edən hər şeyə çox tez öyrəşirsən. Nadir hallarda kimsə “Bu haradan gəldi?” sualını verir. və "Bu necə işləyir?". Mikrodalğalı soba səhər yeməyini qızdırır - yaxşı, əla, smartfon başqa bir insanla danışmağa imkan verir - əla. Bu, bizə açıq bir imkan kimi görünür.
Ancaq insan baş verən hadisələrin izahını axtarmasaydı, həyat tamamilə fərqli ola bilərdi. Məsələn götürək Mobil telefonlar. İlk modellərdə çəkilə bilən antenaları xatırlayırsınız? Onlar müdaxilə etdilər, cihazın ölçüsünü artırdılar, sonda tez-tez qırıldılar. Biz inanırıq ki, onlar əbədi olaraq unudulublar və qismən də buna görə ... fraktallar.
Fraktal rəsmlər naxışları ilə valeh edir. Onlar mütləq kosmik obyektlərin təsvirlərinə bənzəyirlər - dumanlıqlar, qalaktika qrupları və s. Buna görə də Mandelbrotun fraktallar nəzəriyyəsini səsləndirdiyi zaman onun tədqiqatlarının astronomiya ilə məşğul olanlar arasında marağın artması tamamilə təbiidir. Nathan Cohen adlı bu həvəskarlardan biri Budapeştdə Benoit Mandelbrotun mühazirəsinə qatıldıqdan sonra bu ideya ilə alovlandı. praktik tətbiq biliklər əldə etmişdir. Düzdür, o, bunu intuitiv şəkildə etdi və onun kəşfində təsadüf mühüm rol oynadı. Bir radio həvəskarı olaraq, Natan mümkün olan ən yüksək həssaslığa malik bir anten yaratmağa çalışdı.
Yeganə yol o dövrdə məlum olan antenanın parametrlərini yaxşılaşdırmaq onun həndəsi ölçülərini artırmaq idi. Bununla belə, Nathanın Bostonun mərkəzindəki mənzilinin sahibi dam örtüyünə böyük cihazların quraşdırılmasına qəti şəkildə qarşı çıxdı. Sonra Nathan minimum ölçü ilə maksimum nəticə əldə etməyə çalışaraq müxtəlif antena formaları ilə sınaq keçirməyə başladı. Fraktal formalar ideyası ilə alovlanan Koen, necə deyərlər, təsadüfi olaraq məftildən ən məşhur fraktallardan birini - "Koch qar dənəciyi" düzəltdi. İsveç riyaziyyatçısı Helge von Koch bu əyri ilə hələ 1904-cü ildə ortaya çıxdı. Seqmenti üç hissəyə bölmək və orta seqmenti bu seqmentlə üst-üstə düşən tərəfi olmayan bərabərtərəfli üçbucaq ilə əvəz etməklə əldə edilir. Tərifi başa düşmək bir qədər çətindir, lakin rəqəm aydın və sadədir.
"Koch əyrisinin" digər növləri də var, lakin əyrinin təxmini forması oxşar olaraq qalır.

Natan antenanı radio qəbuledicisinə qoşduqda çox təəccübləndi - həssaslıq kəskin şəkildə artdı. Boston Universitetinin gələcək professoru bir sıra eksperimentlərdən sonra anladı ki, fraktal naxış üzrə hazırlanmış antenna yüksək effektivliyə malikdir və klassik həllərlə müqayisədə daha geniş tezlik diapazonunu əhatə edir. Bundan əlavə, fraktal əyri şəklində antenanın forması həndəsi ölçüləri əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. Nathan Cohen yaratmaq üçün hətta bunu sübut edən bir teorem də ortaya atdı genişzolaqlı antena ona özünə bənzəyən fraktal əyri formasını vermək kifayətdir.

Müəllif öz kəşfini patentləşdirdi və fraktal antenaların hazırlanması və dizaynı üzrə şirkətin əsasını qoydu Fractal Antenna Systems, haqlı olaraq gələcəkdə onun kəşfi sayəsində mobil telefonların həcmli antenalardan xilas olacağına və daha yığcam olacağına inandı. Əsasən, belə oldu. Düzdür, Natan bu günə qədər onunla dava edir böyük korporasiyalaröz kəşfindən qeyri-qanuni istifadə edərək yığcam rabitə cihazları istehsal edən. Bəzi tanınmış istehsalçılar mobil cihazlar məsələn, Motorola, fraktal antenanın ixtiraçısı ilə artıq sülh razılaşması əldə edib. orijinal mənbə

Bilik bazasında yaxşı işinizi göndərin sadədir. Aşağıdakı formadan istifadə edin

Tədris və işlərində bilik bazasından istifadə edən tələbələr, aspirantlar, gənc alimlər Sizə çox minnətdar olacaqlar.

http://www.allbest.ru/ ünvanında yerləşir

Giriş

Antena şüalanma və ya qəbul etmək üçün nəzərdə tutulmuş radio qurğusudur elektromaqnit dalğaları. Antena radio dalğalarının emissiyası və ya qəbulu ilə əlaqəli hər hansı bir radiotexniki sistemin ən vacib elementlərindən biridir. Belə sistemlərə aşağıdakılar daxildir: radiorabitə sistemləri, yayım, televiziya, radionəzarət, radiorele rabitəsi, radar, radioastronomiya, radionaviqasiya və s.

Struktur olaraq, antenna məftillərdən, metal səthlərdən, dielektriklərdən, maqnitodielektriklərdən ibarətdir. Antenanın məqsədi radio bağlantısının sadələşdirilmiş diaqramı ilə izah olunur. Faydalı bir siqnal ilə modullaşdırılan və generator tərəfindən yaradılan yüksək tezlikli elektromaqnit rəqsləri ötürücü antena tərəfindən elektromaqnit dalğalarına çevrilir və kosmosa şüalanır. Adətən, elektromaqnit rəqsləri ötürücüdən antenaya birbaşa deyil, elektrik xəttinin (elektromaqnit dalğa ötürmə xətti, qidalandırıcı) köməyi ilə gətirilir.

Bu vəziyyətdə, onunla əlaqəli elektromaqnit dalğaları qidalandırıcı boyunca yayılır, antenna tərəfindən boş yerin divergent elektromaqnit dalğalarına çevrilir.

Qəbul edən antenna sərbəst radio dalğalarını götürür və onları qidalandırıcı vasitəsilə qəbulediciyə qidalanan birləşdirilmiş dalğalara çevirir. Antenanın geri çevrilməsi prinsipinə uyğun olaraq, ötürmə rejimində işləyən antenin xüsusiyyətləri bu antenna qəbul rejimində işlədildikdə dəyişmir.

Antenalara bənzər cihazlar da həyəcanlandırmaq üçün istifadə olunur elektromaqnit rəqsləri in müxtəlif növlər dalğa ötürücüləri və boşluq rezonatorları.

1. Antenaların əsas xüsusiyyətləri

1.1 Antenaların əsas parametrləri haqqında qısa məlumat

Antenaları seçərkən onların əsas xüsusiyyətləri müqayisə edilir: iş tezliyi diapazonu (bant genişliyi), qazanc, radiasiya nümunəsi, giriş empedansı, polarizasiya. Kəmiyyətcə, antenin qazancı Ga müəyyən bir anten tərəfindən qəbul edilən siqnalın gücünü neçə dəfə göstərir, daha çox gücən sadə antenna tərəfindən qəbul edilən siqnal - kosmosda eyni nöqtədə yerləşdirilən yarım dalğalı vibrator (izotropik radiator). Qazanc desibel dB və ya dB ilə ifadə edilir. Yuxarıda müəyyən edilmiş dB və ya dBd (dipol və ya yarımdalğalı vibratora nisbətən) ilə ifadə edilən qazanc və dBi və ya dB ISO ilə işarələnən izotrop radiatora nisbətən qazanc arasında fərq qoyulmalıdır. Hər halda, eyni tipli dəyərləri müqayisə etmək lazımdır. Yüksək qazanclı bir antenanın olması arzu edilir, lakin qazancın artırılması, bir qayda olaraq, onun dizaynını və ölçülərini çətinləşdirməyi tələb edir. Yüksək qazanclı sadə kiçik antenalar yoxdur. Antenin radiasiya nümunəsi (RP) antenanın siqnalları necə qəbul etdiyini göstərir müxtəlif istiqamətlər. Bu halda, həm üfüqi, həm də şaquli müstəvilərdə antenna nümunəsini nəzərə almaq lazımdır. Hər hansı bir müstəvidə çox yönlü antenalar bir dairə şəklində bir naxışa malikdir, yəni antenna hər tərəfdən eyni şəkildə siqnalları qəbul edə bilər, məsələn, üfüqi bir müstəvidə şaquli pin radiasiya nümunəsi. İstiqamətli antenna, ən böyüyü əsas adlanan bir və ya daha çox yönlü lobun olması ilə xarakterizə olunur. Adətən, əsas lobdan əlavə, səviyyəsi əsas lobdan çox az olan arxa və yan loblar var, buna baxmayaraq antenanın işini pisləşdirir, buna görə də səviyyələrini mümkün qədər minimuma endirməyə çalışırlar. .

Antenanın giriş empedansı ani gərginlik dəyərlərinin antenin qidalanma nöqtələrindəki siqnal cərəyanına nisbətidir. Əgər siqnalın gərginliyi və cərəyanı fazadadırsa, o zaman nisbət real dəyərdir və giriş müqaviməti sırf aktivdir. Faza dəyişikliyi ilə, aktiv komponentə əlavə olaraq, cərəyanın fazadakı gərginlikdən geri qalmasından və ya ona rəhbərlik etməsindən asılı olaraq, reaktiv komponent görünür - induktiv və ya kapasitiv. Giriş empedansı qəbul edilən siqnalın tezliyindən asılıdır. Yuxarıda göstərilən əsas xüsusiyyətlərə əlavə olaraq, antenalar bir sıra digər vacib parametrlərə malikdir, məsələn, dayanıqlı dalğa nisbəti SWR (SWR - Daimi Dalğa Nisbəti), çarpaz qütbləşmə səviyyəsi, işləmə temperaturu diapazonu, külək yükləri və s.

1.2 Antenanın təsnifatı

Antenalar müxtəlif meyarlara görə təsnif edilə bilər: LH-groove prinsipinə görə, radiasiya elementlərinin təbiətinə görə (xətti cərəyanları olan antenalar və ya vibrator antenalar, açılış vasitəsilə yayılan antenalar - aperture antenalar, səth iradəsi antenaları); antenanın istifadə olunduğu radiotexnika sisteminin növü ilə (radio rabitəsi üçün antenalar, yayım, televiziya və s.). Biz sıra təsnifatına sadiq qalacağıq. Eyni (növə görə) radiasiya elementləri olan antenalar müxtəlif dalğa uzunluğu diapazonlarında çox tez-tez istifadə olunsa da, onların dizaynı fərqlidir; bu antenaların parametrləri və onlara olan tələblər də əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.

Aşağıdakı dalğa diapazonlarının antenaları nəzərə alınır (diapazonların adları Radio Qaydalarının tövsiyələrinə uyğun olaraq verilir; ədəbiyyatda antenna-fider cihazları haqqında geniş istifadə olunan adlar mötərizədə göstərilir): miriametr (əlavə uzun) dalğalar (); kilometr (uzun) dalğalar (); hektometrik (orta) dalğalar (); dekametr (qısa) dalğalar (); metr dalğaları (); desimetr dalğaları (); santimetr dalğaları (); millimetr dalğaları (). Son dörd diapazon bəzən "ultra-qısa dalğalar" (VHF) ümumi adı altında birləşdirilir.

1.2.1 Anten diapazonları

Son illərdə radiorabitə və yayım bazarında müxtəlif xüsusiyyətlərə malik müxtəlif təyinatlı çoxlu sayda yeni rabitə sistemləri peyda olmuşdur. İstifadəçilərin nöqteyi-nəzərindən radiorabitə sistemi və ya yayım sistemini seçərkən ilk növbədə rabitənin (yayım) keyfiyyətinə, eləcə də bu sistemin (istifadəçi terminalı) istifadəsinin rahatlığına diqqət yetirilir. ölçüləri, çəkisi, işləmə rahatlığı və əlavə funksiyaların siyahısı ilə müəyyən edilir. Bütün bu parametrlər əsasən antena cihazlarının növü və dizaynı və nəzərdən keçirilən sistemin antenna qidalandırıcı yolunun elementləri ilə müəyyən edilir, onsuz radio rabitəsi ağlasığmazdır. Öz növbəsində, antenaların dizaynında və səmərəliliyində müəyyənedici amil onların işləmə tezliklərinin diapazonudur.

Tezlik diapazonlarının qəbul edilmiş təsnifatına uyğun olaraq, bir-birindən əsaslı şəkildə fərqlənən bir neçə böyük sinif (qrup) antenaları fərqləndirilir: ultra uzun dalğa (VLF) və uzun dalğa (LW) diapazonlarının antenaları; orta dalğa (MW) diapazonunun antenaları; qısa dalğalı (HF) antenalar; ultra qısa dalğa (VHF) diapazonunun antenaları; mikrodalğalı antenalar.

Son illərdə fərdi rabitə xidmətlərinin göstərilməsi, radio və televiziya yayımı baxımından ən populyar olanlar HF, VHF və mikrodalğalı radio sistemləridir, onların antena cihazları aşağıda müzakirə ediləcəkdir. Eyni zamanda qeyd etmək lazımdır ki, antenna biznesində yeni bir şey icad etməyin qeyri-mümkün görünməsinə baxmayaraq, son illərdə yeni texnologiya və prinsiplər əsasında klassik antenalarda əhəmiyyətli təkmilləşdirmələr aparılıb və yeni antenalar hazırlanıb. dizaynı, ölçüləri, əsas xüsusiyyətləri və s. ilə əvvəllər mövcud olanlardan əsaslı şəkildə fərqlənir ki, bu da müasir radio sistemlərində istifadə olunan antena cihazlarının növlərinin sayının əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb oldu.

İstənilən radio rabitə sistemində ya yalnız ötürən, ötürən-qəbul edən və ya yalnız qəbul edən antena tənzimləmələri ola bilər.

Tezlik diapazonlarının hər biri üçün, həmçinin istiqamətli və qeyri-istiqamətli (hər yönlü) fəaliyyət göstərən radio cihazlarının antena sistemlərini fərqləndirmək lazımdır ki, bu da öz növbəsində cihazın məqsədi (rabitə, yayım və s.) , cihazın həll etdiyi vəzifələr (xəbərdarlıq, rabitə, yayım və s.) d.). Ümumi halda, antenaların istiqamətini artırmaq üçün (radiasiya nümunəsini daraltmaq üçün) elementar radiatorlardan (antenalardan) ibarət olan antena massivləri istifadə edilə bilər ki, bu da onların mərhələlərinin müəyyən şərtlərində istiqamətdə lazımi dəyişiklikləri təmin edə bilər. kosmosda anten şüasının (antenanın şüalanma nümunəsinin mövqeyinə nəzarəti təmin edin). Hər bir diapazonda yalnız müəyyən bir tezlikdə (tək tezlikli və ya dar diapazonlu) işləyən antena cihazlarını və kifayət qədər geniş tezlik diapazonunda (genişzolaqlı və ya genişzolaqlı) işləyən antenaları da ayırd etmək olar.

1.3 Anten massivlərindən radiasiya

Təcrübədə tez-tez tələb olunan yüksək radiasiya istiqamətini əldə etmək üçün müəyyən bir şəkildə kosmosda yerləşən və tələb olunan cərəyanlarla həyəcanlanan vibratorlar, yuvalar, dalğa ötürücülərinin açıq ucları və başqaları kimi zəif istiqamətli antenalar sistemindən istifadə edə bilərsiniz. amplitudaların və fazaların nisbəti. Bu vəziyyətdə, xüsusilə çox sayda radiator ilə ümumi istiqamətləndirmə əsasən bütün sistemin ümumi ölçüləri və daha az dərəcədə fərdi radiatorların fərdi yönləndirici xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir.

Anten massivləri (AR) belə sistemlər sırasındadır. Adətən AR kosmosda bərabər yönümlü və müəyyən qanuna uyğun olaraq yerləşən eyni şüalanma elementləri sistemidir. Elementlərin yerləşdiyi yerdən asılı olaraq xətti, səthi və həcmli barmaqlıqlar fərqləndirilir ki, bunlar arasında ən çox yayılmış düzxətli və düz massivlərdir. Bəzən şüalanma elementləri dairəvi qövs boyunca və ya AR-nin yerləşdiyi obyektin formasına uyğun gələn əyri səthlərdə yerləşir (uyğun AR).

Ən sadəi, şüalanma elementlərinin bir-birindən bərabər məsafədə (bərabər məsafədə massiv) massiv oxu adlanan düz xətt boyunca yerləşdiyi xətti massivdir. Emitentlərin faza mərkəzləri arasındakı məsafə d ızgara meydançası adlanır. Xətti AR, müstəqil dəyəri ilə yanaşı, çox vaxt digər AR növlərinin təhlili üçün əsasdır.

2 . Perspektiv antena strukturlarının təhlili

2.1 HF və VHF antenalar

Şəkil 1 - Anten əsas stansiyaları

HF-də və VHF lentləri Hal-hazırda müxtəlif təyinatlı çoxlu sayda radio sistemləri fəaliyyət göstərir: rabitə (radiorele, mobil, trankinq, peyk və s.), radio yayımı və televiziya yayımı. Dizaynına və xüsusiyyətlərinə görə, bu sistemlərin bütün antena cihazlarını iki əsas qrupa bölmək olar - stasionar antenalar və mobil cihazların antenaları. Stasionar antenalara baza rabitə stansiyalarının antenaları, qəbuledici televiziya antenaları, radiorele rabitə xətlərinin antenaları və şəxsi rabitə istifadəçi terminallarının mobil antenaları, avtomobil antenaları, daşınan (daşınan) radio stansiyalarının antenaları.

Baza stansiyasının antenaları üfüqi müstəvidə əsasən qeyri-istiqamətlidir, çünki onlar əsasən hərəkət edən obyektlərlə əlaqə yaradırlar. Dizaynının sadəliyi və kifayət qədər səmərəliliyi səbəbindən "Ground Plane" ("GP") tipli şaquli polarizasiyanın ən geniş yayılmış qamçı antenaları. Belə bir antenna, adətən mast üzərində quraşdırılmış üç və ya daha çox əks çəkiyə malik l əməliyyat dalğasına uyğun olaraq seçilmiş L uzunluğunda şaquli bir çubuqdur (Şəkil 1).

L sancaqlarının uzunluğu l / 4, l / 2 və 5/8 l, əks çəkilər isə 0,25 l ilə 0,1 l arasındadır. Antenanın giriş empedansı əks çəki ilə dirək arasındakı bucaqdan asılıdır: bu bucaq nə qədər kiçik olarsa (əks çəkilər dirəyə qarşı nə qədər sıxılırsa), müqavimət də o qədər böyük olur. Xüsusilə, L = l/4 olan bir antenna üçün 30º ... 45º-ə bərabər bir açı ilə 50 ohm giriş empedansı əldə edilir. Şaquli müstəvidə belə bir antenin radiasiya nümunəsi üfüqə 30º bucaq altında maksimuma malikdir. Antenaların qazancı şaquli yarımdalğalı dipolun qazancına bərabərdir. Bu dizaynda, lakin tələb olunan dirək ilə sancağın heç bir əlaqəsi yoxdur əlavə istifadə antenanı ildırımdan və statik elektrikdən qorumaq üçün l / 4 kabelin qısa qapanmış döngəsi.

Uzunluğu L = l/2 olan bir antenanın rolu mast tərəfindən oynanan əks çəkilərə ehtiyac yoxdur və şaquli müstəvidə DN üfüqə daha güclü şəkildə basılır, bu da onun diapazonunu artırır. Bu halda, giriş müqavimətini aşağı salmaq üçün yüksək tezlikli transformator istifadə olunur və pin əsası, ildırımdan qorunma və statik elektrik problemini avtomatik olaraq həll edən uyğun bir transformator vasitəsilə torpaqlanmış mastla birləşdirilir. Yarım dalğalı dipol ilə müqayisədə antenna qazancı təxminən 4 dB-dir.

Uzun məsafəli rabitə üçün "GP" antenalarından ən effektivi L = 5/8l olan antendir. Yarım dalğalı antenadan bir qədər uzundur və qidalandırıcı kabel vibratorun bazasında yerləşən uyğun induktora bağlıdır. Əks çəkilər (ən azı 3) üfüqi bir müstəvidə yerləşir. Belə bir antenin qazancı 5-6 dB-dir, maksimum DN üfüqə 15º bir açıda yerləşir və pin özü uyğun bir rulon vasitəsilə mast üçün əsaslandırılmışdır. Bu antenalar yarımdalğalı antenalardan daha dardır və buna görə də daha diqqətli tənzimləmə tələb olunur.

Şəkil 2 - Antenna yarım dalğa vibratoru

Şəkil 3 - Rombik yarımdalğalı vibrator antenası

Əsas antenaların əksəriyyəti damlarda quraşdırılır, bu da onların işinə böyük təsir göstərə bilər, buna görə də aşağıdakılar nəzərə alınmalıdır:

Antenanın əsasını dam təyyarəsindən ən azı 3 metr məsafədə yerləşdirmək məsləhətdir;

Antenanın yaxınlığında metal əşyalar və konstruksiyalar olmamalıdır ( televiziya antenaları, məftillər və s.);

Antenaları mümkün qədər yüksək quraşdırmaq arzu edilir;

Antenanın işləməsi digər baza stansiyalarına mane olmamalıdır.

Sabit radio rabitəsinin qurulmasında mühüm rol qəbul edilən (şüalanan) siqnalın qütbləşməsi ilə oynayır; çünki uzun məsafəli yayılma ilə səth dalğasıüfüqi qütbləşmə ilə əhəmiyyətli dərəcədə daha az zəifləmə yaşayır, sonra uzun məsafəli radio rabitəsi üçün, eləcə də televiziya ötürülməsi üçün üfüqi polarizasiyaya malik antenalardan istifadə olunur (vibratorlar üfüqi vəziyyətdə yerləşir).

İstiqamətli antenaların ən sadəsi yarım dalğalı vibratordur. Simmetrik yarım dalğa vibratorunda, iki eyni qolunun ümumi uzunluğu təxminən l / 2 (0,95 l / 2) bərabərdir, radiasiya nümunəsi üfüqi müstəvidə səkkiz rəqəmi və dairədə bir dairə şəklindədir. şaquli. Gücləndirmə əmsalı, yuxarıda göstərildiyi kimi, ölçü vahidi kimi qəbul edilir.

Belə antenanın vibratorları arasındakı bucaq b olarsa<180є, то получают антенну типа V, у которой ДН складывается из ДН составных её частей, причём угол раскрыва зависит от длины вибратора (рисунок 2). Так, например, при L =л получаем б=100є, а при L = 2л, б =70є, а усиление равно 3,5 дБ и 4,5 дБ, входное сопротивление - 100 и 120 Ом соответственно.

İki V tipli antena onların RP-ləri yekunlaşdırılacaq şəkildə birləşdirildikdə, yönləndiriciliyin daha aydın olduğu bir rombik antena əldə edilir (Şəkil 3).

Rombun yuxarı hissəsinə, güc nöqtələrinin əksinə qoşulduqda, ötürücünün gücünün yarısına bərabər olan gücü yayan yük müqaviməti Rn, RP-nin arxa lobunu 15 ... 20 dB sıxışdırır. Üfüqi müstəvidə əsas lobun istiqaməti diaqonal a ilə üst-üstə düşür. Şaquli müstəvidə əsas lob üfüqi olaraq yönəldilmişdir.

Ən yaxşı nisbətən sadə yönlü antenalardan biri 8...9 dB qazancı olan "ikiqat kvadrat" döngə antennasıdır, AP-nin arxa lobunun yatırılması - 20 dB-dən az olmayan, polarizasiya - şaquli.

Şəkil 4 - Antenna "dalğa kanalı"

Ən çox istifadə olunan, xüsusən də VHF diapazonunda, "dalğa kanalı" tipli antenalar (xarici ədəbiyyatda - Uda-Yaga antenaları), çünki onlar olduqca yığcamdır və nisbətən kiçik ölçüləri olan böyük Ga dəyərlərini təmin edir. Bu tip antenalar bir sıra elementlərdir: aktiv - vibrator və passiv - bir reflektor və bir ümumi bumda quraşdırılmış bir neçə direktor (Şəkil 4). Bu cür antenalar, xüsusilə çox sayda elementi olan, istehsal zamanı diqqətli tənzimləmə tələb edir. Üç elementli antenna (vibrator, reflektor və bir rejissor) üçün əsas xüsusiyyətlərə əlavə tənzimləmə olmadan nail olmaq olar.

Bu tip antenaların mürəkkəbliyi həm də ondan ibarətdir ki, antenanın giriş empedansı passiv elementlərin sayından asılıdır və əhəmiyyətli dərəcədə antenin tənzimlənməsindən asılıdır, buna görə də belə antenaların giriş empedansının dəqiq dəyəri ədəbiyyatda çox vaxt göstərilmir. Xüsusilə, giriş müqaviməti təxminən 300 ohm olan bir vibrator kimi Pistohlkors döngə vibratorunu istifadə edərkən, passiv elementlərin sayının artması ilə antenanın giriş müqaviməti azalır və 30-50 ohm dəyərlərə çatır. , bu qidalandırıcı ilə uyğunsuzluğa gətirib çıxarır və əlavə koordinasiya tələb edir. Passiv elementlərin sayının artması ilə antenna nümunəsi daralır və qazanc artır, məsələn, üç elementli və beş elementli antenalar üçün qazanclar 5 ... 6 dB və 8 ...

Səyahət dalğası antenaları (TW) dalğa kanalı antenaları ilə müqayisədə daha genişzolaqlıdır və bir-birindən eyni məsafədə yerləşən bütün vibratorların aktiv olduğu və toplama xəttinə qoşulduğu tənzimləməyə ehtiyac yoxdur (Şəkil 5). Onlar tərəfindən alınan siqnal enerjisi toplama xəttinə demək olar ki, fazada əlavə olunur və qidalandırıcıya daxil olur. Belə antenaların qazancı toplama xəttinin uzunluğu ilə müəyyən edilir, bu uzunluğun qəbul edilmiş siqnalın dalğa uzunluğuna nisbəti ilə mütənasibdir və vibratorların istiqamət xüsusiyyətlərindən asılıdır. Xüsusilə, tələb olunan tezlik diapazonuna uyğun gələn və toplama xəttinə 60º bucaq altında yerləşən müxtəlif uzunluqlu altı vibratoru olan ABV üçün qazanc iş diapazonunda 4 dB-dən 9 dB-ə qədər dəyişir və arxa şüalanma səviyyəsi 14 dB aşağı.

Şəkil 5 - Səyahət dalğası antenası

Şəkil 6 - Loqarifmik dövrilik strukturu və ya log-periodik antenna ilə antenna

Nəzərə alınan antenaların istiqamət xüsusiyyətləri qəbul edilən siqnalın dalğa uzunluğundan asılı olaraq dəyişir. Geniş tezlik diapazonunda sabit RP formalı antenaların ən çox yayılmış növlərindən biri strukturun loqarifmik dövriliyinə malik antenalar və ya log-periodik antenalardır (LPA). Onlar geniş diapazonla fərqlənirlər: qəbul edilən siqnalın maksimum dalğa uzunluğu minimumu 10 dəfədən çox üstələyir. Eyni zamanda, bütün əməliyyat diapazonunda antenanın qidalandırıcıya yaxşı uyğunluğu təmin edilir və qazanc praktiki olaraq dəyişməz qalır. LPA-nın toplama xətti adətən bir-birinin üstündə yerləşən iki keçirici ilə formalaşır, onlara vibratorların qolları biri vasitəsilə növbə ilə üfüqi şəkildə bağlanır (Şəkil 6, yuxarıdan görünüş).

LPA vibratorları b təpəsində bir bucaq və ən böyük vibratora bərabər olan əsası olan ikitərəfli üçbucaqda yazılmışdır. Antenanın iş bant genişliyi ən uzun və ən qısa vibratorların ölçüləri ilə müəyyən edilir. Antena şəbəkəsinin loqarifmik quruluşu üçün bitişik vibratorların uzunluqları arasında, eləcə də onlardan strukturun yuxarı hissəsinə qədər olan məsafələr arasında müəyyən bir nisbət təmin edilməlidir. Bu əlaqə φ quruluşunun dövrü adlanır:

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=…=f

Beləliklə, vibratorların ölçüləri və üçbucağın yuxarı hissəsindən olan məsafəsi eksponent olaraq azalır. Antenanın xüsusiyyətləri f və b dəyəri ilə müəyyən edilir. B bucağı nə qədər kiçik və b daha böyükdür (b həmişə 1-dən azdır), antenna qazancı daha çox olur və AP-nin arxa və yan loblarının səviyyəsi bir o qədər aşağı olur. Lakin bu halda vibratorların sayı artır, antenanın ölçüləri və çəkisi artır. Optimal olaraq b bucağının dəyərlərini 3є ... 60є və f - 0.7 ... 0.9 arasında seçin.

Qəbul edilən siqnalın dalğa uzunluğundan asılı olaraq, ölçüləri siqnal dalğa uzunluğunun yarısına yaxın olan antenanın strukturunda bir neçə vibrator həyəcanlanır, buna görə də LPA prinsipcə hər biri bir-birinə qoşulmuş bir neçə "dalğa kanalı" antenasına bənzəyir. vibrator, reflektor və rejissordan ibarətdir. Müəyyən bir siqnal dalğa uzunluğunda yalnız bir trio vibrator həyəcanlanır, qalanları isə antenanın işinə təsir göstərməyəcək qədər detuned olunur. Buna görə də, LPA-nın qazancı eyni sayda elementə malik "dalğa kanalı" antennasının qazancından az olur, lakin LPA-nın bant genişliyi daha genişdir. Beləliklə, on vibratorun LPA və b = 45º, f = 0.84 dəyərləri üçün hesablanmış qazanc 6 dB-dir ki, bu da praktiki olaraq bütün iş tezliyi diapazonunda dəyişmir.

Radiorele rabitə xətləri üçün digər elektron vasitələrə mane olmamaq və yüksək keyfiyyətli rabitəni təmin etmək üçün dar şüalanma sxeminin olması çox vacibdir. Nümunəni daraltmaq üçün müxtəlif müstəvilərdə naxışı daraldan və əsas lobun genişliyinin müxtəlif dəyərlərini təmin edən anten massivləri (AR) geniş istifadə olunur. Tamamilə aydındır ki, antena massivinin həndəsi ölçüləri və radiasiya nümunəsinin xüsusiyyətləri iş tezliyi diapazonundan əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır - tezlik nə qədər yüksək olarsa, antenna massivi daha yığcam olacaq və radiasiya nümunəsi bir o qədər dar olacaq və nəticədə , qazanc bir o qədər çox olar. Eyni tezliklər üçün massivin ölçüsünün artması (elementar emitentlərin sayı) ilə nümunə daralacaq.

VHF diapazonu üçün tez-tez vibrator antenalarından (döngü vibratorları) ibarət massivlər istifadə olunur, onların sayı bir neçə onlarla ola bilər, qazanc 15 dB və ya daha çox artır və hər hansı bir təyyarədə naxışın eni ola bilər. 10º-ə qədər daraldı, məsələn, 395 ... 535 MHz tezlik diapazonunda 16 şaquli yerləşdirilmiş döngə vibratorları üçün DN şaquli müstəvidə 10º-ə qədər daralır.

İstifadəçi terminallarında istifadə edilən antenaların əsas növü üfüqi müstəvidə dairəvi naxışlı şaquli polarizasiyalı qamçı antenalarıdır. Bu antenaların səmərəliliyi aşağı qazanc dəyərləri, eləcə də ətrafdakı obyektlərin radiasiya nümunəsinə təsiri, habelə tam hüquqlu torpaqlamanın olmaması və antenaların həndəsi ölçülərinin məhdudlaşdırılması səbəbindən kifayət qədər aşağıdır. Sonuncu, antenanın radio cihazının giriş sxemləri ilə yüksək keyfiyyətli uyğunluğunu tələb edir. Uyğunluq üçün tipik dizayn variantları uzunluq boyunca paylanmış endüktans və antenanın altındakı endüktansdır. Radio rabitəsinin diapazonunu artırmaq üçün bir neçə metr uzunluğunda xüsusi uzanmış antenalardan istifadə olunur ki, bu da qəbul edilən siqnalın səviyyəsində əhəmiyyətli artıma nail olur.

Hal-hazırda avtomobil antenalarının bir çox növləri var, görünüşü, dizaynı, qiyməti ilə fərqlənir. Bu antenalar ciddi mexaniki, elektrik, performans və estetik tələblərə tabedir. Rabitə diapazonu baxımından ən yaxşı nəticələr uzunluğu l / 4 olan tam ölçülü antenaya malikdir, lakin böyük həndəsi ölçülər həmişə əlverişli deyildir, buna görə antenaların qısaldılmasının müxtəlif üsulları xüsusiyyətlərində əhəmiyyətli bir pisləşmə olmadan istifadə olunur. Təmin etmək mobil rabitə mikrozolaqlı rezonans antenaları (bir, iki və üç zolaqlı) avtomobil şüşəsinin içərisinə bərkidildiyinə görə xarici hissələrin quraşdırılmasını tələb etməyən avtomobillərdə istifadə oluna bilər. Belə antenalar 450 ... 1900 MHz tezlik diapazonunda şaquli polarlaşdırılmış siqnalların qəbulunu və ötürülməsini təmin edir, 2 dB-ə qədər qazanc əldə edir.

2.1.1 Mikrodalğalı antenaların ümumi xarakteristikası

Son illərdə mikrodalğalı diapazonda həm əvvəllər mövcud olan, həm də yeni inkişaf etdirilən rabitə və yayım sistemlərinin sayında da artım müşahidə edilmişdir. Yerüstü sistemlər üçün bunlar radiorele rabitəsi, radio və televiziya yayımı, mobil televiziya sistemləri və s., peyk sistemləri üçün - birbaşa televiziya yayımı, telefon, faks, peyqinq, video konfrans, İnternetə çıxış və s. Müəyyən edilmiş rabitə və yayım növləri üçün istifadə olunan tezlik diapazonları bu məqsədlər üçün ayrılmış tezlik spektrinin bölmələrinə uyğundur, bunlardan əsasları: 3,4 ... 4,2 GHz; 5,6…6,5 GHz; 10,7…11,7 GHz; 13,7…14,5 GHz; 17,7…19,7 GHz; 21,2…23,6 GHz; 24,5…26,5 GHz; 27,5…28,5 GHz; 36…40 GHz. Bəzən texniki ədəbiyyatda mikrodalğalı diapazona 1 GHz-dən yuxarı tezliklərdə işləyən sistemlər daxildir, baxmayaraq ki, ciddi şəkildə bu diapazon 3 GHz-dən başlayır.

Yerüstü mikrodalğalı sistemlər üçün antena qurğuları dirəklərə quraşdırılmış və zərərli atmosfer təsirlərindən qorunan kiçik ölçülü reflektor, buynuz, buynuz obyektivli antenalardır. Məqsədindən, dizaynından və tezlik diapazonundan asılı olaraq istiqamətləndirici antenalar geniş xüsusiyyətlərə malikdir, yəni: qazanc baxımından - 12-dən 50 dB-ə qədər, nümunənin eni baxımından (səviyyə - 3 dB) - 3,5-dən. 120º-ə qədər. Bundan əlavə, mobil televiziya sistemləri bir-birinə işarə edən iki metal konusdan, konuslar arasında quraşdırılmış dielektrik linzadan və həyəcanlandırma qurğusundan ibarət bikonik çox yönlü (üfüqi müstəvidə) antenalardan istifadə edir. Belə antenaların qazancı 7 ... 10 dB, şaquli müstəvidə əsas lobun eni 8 ... 15º, yan lobların səviyyəsi isə mənfi 14 dB-dən pis deyil.

3. Anten fraktal strukturlarının sintezi üçün mümkün üsulların təhlili

3.1 fraktal antenalar

Fraktal antenalar, həndəsələri ilə məlum həllərdən əsaslı şəkildə fərqlənən, elektrik cəhətdən kiçik antenaların (ESA) nisbətən yeni sinfidir. Əslində, antenaların ənənəvi təkamülü tam ölçülü obyektlərlə (xətt, dairə, ellips, paraboloid və s.) işləyən Evklid həndəsəsinə əsaslanırdı. Fraktal həndəsi formalar arasındakı əsas fərq, orijinal deterministik və ya təsadüfi nümunələrin artan və ya azalan miqyasında rekursiv təkrarda özünü göstərən kəsr ölçüsüdür. Fraktal texnologiyalar siqnalın filtrasiya vasitələrinin formalaşmasında, təbii landşaftların üçölçülü kompüter modellərinin sintezində, təsvirlərin sıxılmasında geniş yayılmışdır. Fraktal "dəb"in antenalar nəzəriyyəsindən yan keçməməsi tamamilə təbiidir. Üstəlik, antena texnologiyasında müasir fraktal texnologiyaların prototipi ötən əsrin 60-cı illərinin ortalarında təklif edilmiş log-periodik və spiral konstruksiyalar idi. Düzdür, ciddi riyazi mənada, bu cür konstruksiyalar inkişaf zamanı fraktal həndəsə ilə əlaqəli deyildi, əslində yalnız birinci növ fraktallar idi. İndi tədqiqatçılar, əsasən sınaq və səhv yolu ilə, həndəsədə məlum olan fraktalları anten həllərində istifadə etməyə çalışırlar. Simulyasiya modelləşdirməsi və eksperimentlər nəticəsində məlum olub ki, fraktal antenalar adi antennalarla demək olar ki, eyni qazanc əldə etməyə imkan verir, lakin mobil proqramlar üçün vacib olan daha kiçik ölçülərə malikdir. Müxtəlif növ fraktal antenaların yaradılması sahəsində əldə edilən nəticələri nəzərdən keçirək.

Cohen tərəfindən nəşr olunan yeni antenna dizaynının xüsusiyyətlərinə dair araşdırmaların nəticələri mütəxəssislərin diqqətini çəkdi. Bir çox tədqiqatçının səyləri sayəsində bu gün fraktal antenalar nəzəriyyəsi EMA-nın sintezi və təhlili üçün müstəqil, kifayət qədər inkişaf etmiş bir aparata çevrilmişdir.

3.2 Xüsusiyyətlərfraktal antenalar

SFC-lər monopollar və dipol qolları, çap edilmiş antenaların topologiyası, Tezlik Seçmə Səthləri (FSS) və ya güzgü reflektor qabıqları, döngə antenalarının konturları və buynuz aperturalarının profilləri, həmçinin yuva antenalarında yuvaların frezelenmesi üçün şablon kimi istifadə edilə bilər.

Cushcraft şirkətinin Koch əyrisi, dörd təkrarlama və spiral antenna üçün əldə etdiyi eksperimental məlumatlar Koch antennasının elektrik xüsusiyyətlərini dövri quruluşa malik digər radiatorlarla müqayisə etməyə imkan verir. Bütün müqayisə edilmiş radiatorlar çox tezlikli xüsusiyyətlərə malik idi, bu da impedans qrafiklərində dövri rezonansların olması ilə özünü göstərirdi. Bununla birlikdə, çox diapazonlu tətbiqlər üçün Koch fraktalları ən uyğundur, bunun üçün artan tezliklə reaktiv və aktiv müqavimətlərin pik dəyərləri azalır, menderes və spiral üçün isə artır.

Ümumiyyətlə, qeyd etmək lazımdır ki, mürəkkəb topologiyalı keçiricidə dalğa proseslərinin analitik təsviri olmadığından fraktal qəbuledici antenna ilə ona düşən elektromaqnit dalğaları arasında qarşılıqlı təsir mexanizmini nəzəri cəhətdən təqdim etmək çətindir. Belə bir vəziyyətdə fraktal antenaların əsas parametrlərini riyazi modelləşdirmə ilə müəyyən etmək məqsədəuyğundur.

İlk öz-özünə bənzər fraktal əyrinin qurulması nümunəsi 1890-cı ildə italyan riyaziyyatçısı Cüzeppe Peano tərəfindən nümayiş etdirilmişdir. Onun limitdə təklif etdiyi xətt bütün nöqtələri ətrafında qaçaraq kvadratı tamamilə doldurur (Şəkil 9). Daha sonra, öz ailəsini kəşf edənin adı ilə "Peano əyriləri" ümumi adını alan digər oxşar obyektlər tapıldı. Düzdür, Peano tərəfindən təklif olunan əyrinin sırf analitik təsviri səbəbindən SFC xətlərinin təsnifatında bəzi qarışıqlıq yarandı. Əslində, "Peano əyriləri" adı yalnız quruluşu Peano tərəfindən nəşr olunan təhlilə uyğun gələn orijinal əyrilərə verilməlidir (Şəkil 10).

Şəkil 9 - Peano əyri iterasiyaları: a) baza, b) birinci, c) ikinci və d) üçüncü iterasiyalar

Şəkil 10 - 1891-ci ildə Hilbert tərəfindən təklif edilən qırıq xəttin iterasiyaları

Çox vaxt rekursiv Peano əyrisi kimi şərh olunur

Buna görə də, nəzərdən keçirilən antenna texnologiyasının obyektlərini konkretləşdirmək üçün fraktal antenanın bu və ya digər formasını təsvir edərkən, mümkünsə, SFC-nin müvafiq modifikasiyasını təklif edən müəlliflərin adlarını qeyd etmək lazımdır. Bu, daha vacibdir, çünki hesablamalara görə, SFC-nin məlum növlərinin sayı üç yüzə yaxınlaşır və bu rəqəm hədd deyil.

Qeyd etmək lazımdır ki, Peano əyrisi (Şəkil 9) orijinal şəklində dalğa ötürücüsünün, çap edilmiş və digər fraktal antenaların divarlarında yuvalar etmək üçün olduqca uyğundur, lakin bir tel antenna qurmaq üçün məqbul deyil, çünki ona bitişikdir. bölmələr. Buna görə də Fractus mütəxəssisləri onun "Peanodec" adlanan modifikasiyasını təklif etdilər (Şəkil 11).

Şəkil 11 - Peano əyrisinin modifikasiyası variantı ("Peanodec"): a) birinci, b) ikinci c) üçüncü iterasiya

Koch topologiyası ilə antenaların perspektivli tətbiqi MIMO rabitə sistemləridir (bir çox giriş və çıxışı olan rabitə sistemləri). Bu cür rabitə vasitələrində abunəçi terminallarının anten massivlərinin miniatürləşdirilməsi üçün Patras Universitetinin (Yunanıstan) Elektromaqnetizm Laboratoriyasının mütəxəssisləri ters çevrilmiş L-antenaya (ILA) fraktal oxşarlıq təklif etmişlər. İdeyanın mahiyyəti Koch vibratorunu 2:1 uzunluq nisbəti ilə seqmentlərə ayıran nöqtədə 90° əyməkdir. ~2,4 Hz daşıyıcı tezliyi olan mobil rabitə üçün belə antenanın çap şəklində ölçüləri 12,33×10,16 mm (~l/10×l/12), ötürmə qabiliyyəti ~20%, səmərəliliyi isə 93% təşkil edir. .

Şəkil 12 - İki diapazonlu (2,45 və 5,25 GHz) antenna massivinin nümunəsi

Azimutda yönləndirmə nümunəsi demək olar ki, vahiddir, qidalandırıcı giriş baxımından qazanc ~ 3,4 dB-dir. Doğrudur, məqalədə qeyd edildiyi kimi, bu cür çap elementlərinin şəbəkənin bir hissəsi kimi işləməsi (Şəkil 12) bir elementlə müqayisədə onların səmərəliliyinin azalması ilə müşayiət olunur. Beləliklə, 2.4 GHz tezliyində 90 ° əyilmiş Koch monopolunun səmərəliliyi 93-dən 72% -ə, 5.2 GHz tezliyində isə 90-dan 80% -ə qədər azalır. Yüksək tezlikli diapazonlu antenaların qarşılıqlı təsiri ilə vəziyyət bir qədər yaxşıdır: 5,25 GHz tezliyində mərkəzi cüt antenaları təşkil edən elementlər arasında izolyasiya 10 dB-dir. Müxtəlif diapazonlu bir cüt qonşu elementdə qarşılıqlı təsirə gəldikdə, siqnalın tezliyindən asılı olaraq, izolyasiya 11 dB (2,45 GHz) ilə 15 dB (5,25 GHz tezlikdə) arasında dəyişir. Antenaların səmərəliliyinin pisləşməsinin səbəbi çap elementlərinin qarşılıqlı təsiridir.

Beləliklə, Kochun qırıq xəttinə əsaslanan antena sisteminin müxtəlif parametrlərini seçmək imkanı dizayna daxili müqavimətin dəyəri və rezonans tezliklərinin paylanması üçün müxtəlif tələbləri təmin etməyə imkan verir. Bununla belə, rekursiv ölçü və antena xarakteristikalarının qarşılıqlı asılılığı yalnız müəyyən həndəsə üçün əldə edilə bildiyindən, digər rekursiv konfiqurasiyalar üçün nəzərdən keçirilən xassələrin etibarlılığı əlavə tədqiqata ehtiyac duyur.

3.3 Fraktal antenaların xarakteristikası

Şəkil 13 və ya 20-də göstərilən Koch fraktal antenası bərabərtərəfli başlanğıc rekursiya üçbucağından istifadə etməklə həyata keçirilən variantlardan yalnız biridir, yəni. bucaq və onun əsasında (girinti bucağı və ya "dərin bucaq") 60°-dir. Koch fraktalının bu versiyası standart adlanır. Fraktalın bu bucağın digər qiymətləri ilə modifikasiyalarının istifadə oluna biləcəyini soruşmaq tamamilə təbiidir. Vinoy, başlanğıc üçbucağın bazasındakı bucağı antenanın dizaynını xarakterizə edən parametr kimi nəzərdən keçirməyi təklif etdi. Bu bucağı dəyişdirməklə müxtəlif ölçülü oxşar rekursiv əyriləri əldə etmək mümkündür (Şəkil 13). Döngələr öz-özünə bənzərlik xüsusiyyətini saxlayır, lakin nəticədə xətt uzunluğu fərqli ola bilər, bu da antenanın xüsusiyyətlərinə təsir göstərir. Vinoy, ümumi vəziyyətdə asılılıq ilə müəyyən edilən ümumiləşdirilmiş Koch fraktal D-nin antenna xüsusiyyətləri ilə ölçüsü arasındakı əlaqəni ilk dəfə araşdırdı.

(1)

Göstərilmişdir ki, bucaq artdıqca u fraktal ölçüdə də böyüyür və u > 90° rekursiv obyektlər üçün 2-yə yaxınlaşır.

Şəkil 13 - Fraktal generatorda üçbucağın bazasında bucaq və a) 30° və b) 70° olan Kox əyrisinin qurulması

Ölçünün artması ilə qırıq xəttin ümumi uzunluğu da qeyri-xətti olaraq artır, bu əlaqə ilə müəyyən edilir:

(2)

burada L0 xətti dipolun uzunluğudur, ucları arasındakı məsafə Kox qırıq xətti ilə eynidir, n iterasiya nömrəsidir. Altıncı iterasiyada u = 60 ° -dən u = 80 ° -ə keçid prefraktalın ümumi uzunluğunu dörd dəfədən çox artırmağa imkan verir. Gözlədiyiniz kimi, ilkin rezonans tezliyi, daxili rezonans müqaviməti və çox diapazonlu performans kimi rekursiv ölçü və antenna xüsusiyyətləri arasında birbaşa əlaqə var. Vinoy kompüter hesablamaları əsasında Kox dipolunun fk birinci rezonans tezliyinin prefraktal D ölçüsündən, iterasiya sayı n-dən və Kox ilə eyni hündürlükdə düzxətli dipol fD-nin rezonans tezliyindən asılılığını əldə etdi. qırıq xətt (ekstremal nöqtələrdə):

(3)

Şəkil 14 - Elektromaqnit dalğasının "sızmasının" təsiri

Ümumi halda, birinci rezonans tezliyində Koch dipolunun daxili müqaviməti üçün aşağıdakı təxmini əlaqə doğrudur:

(4)

burada R0 xətti dipolun daxili müqavimətidir (D=1), bu halda 72 Ohm-a bərabərdir. (3) və (4) ifadələri rezonans tezliyinin və daxili müqavimətin tələb olunan dəyərləri ilə antenin həndəsi parametrlərini təyin etmək üçün istifadə edilə bilər. Koch dipolunun çoxzolaqlı xassələri də u bucağının dəyərinə çox həssasdır. Artan və rezonans tezliklərinin dəyərləri bir-birinə yaxınlaşır və nəticədə onların sayı müəyyən bir spektral diapazonda artır (Şəkil 15). Eyni zamanda, iterasiya sayı nə qədər yüksək olarsa, bu yaxınlaşma bir o qədər güclü olar.

Şəkil 15 - Rezonans tezlikləri arasındakı intervalın daralmasının təsiri

Koch dipolunun digər mühüm cəhəti Pensilvaniya Dövlət Universitetində tədqiq edilmişdir - onun enerji təchizatının asimmetriyasının antenanın daxili müqavimətinin 50 Ohm-a yaxınlaşma dərəcəsinə təsiri. Xətti dipollarda qidalanma nöqtəsi çox vaxt asimmetrik olaraq yerləşir. Eyni yanaşma, daxili müqaviməti standart dəyərlərdən az olan Koch əyrisi şəklində fraktal antenna üçün istifadə edilə bilər. Beləliklə, üçüncü iterasiyada, qidalandırıcı mərkəzə qoşulduqda itkilər nəzərə alınmadan standart Koch dipolunun (u = 60 °) daxili müqaviməti 28 ohm təşkil edir. Besleyiciyi antenanın uclarından birinə köçürərkən, 50 ohm müqavimət əldə edə bilərsiniz.

İndiyə qədər nəzərdən keçirilən Koch qırıq xəttinin bütün konfiqurasiyaları rekursiv şəkildə sintez edilmişdir. Bununla belə, Vinaya görə, əgər bu qayda pozularsa, xüsusən də müxtəlif açılar təyin edilməklə və? hər yeni iterasiyada antenanın xüsusiyyətləri daha çox çevikliklə dəyişdirilə bilər. Bənzərliyi qorumaq üçün u bucağını dəyişdirmək üçün müntəzəm sxem seçmək məsləhətdir. Məsələn, onu xətti qanuna uyğun olaraq dəyişdirmək və n \u003d və n-1 - Di n, burada n iterasiya nömrəsidir, Di? - üçbucağın təməlində bucağın artımı. Qırılmış xəttin qurulmasının bu prinsipinin bir variantı bucaqların aşağıdakı ardıcıllığıdır: birinci iterasiya üçün u1 = 20°, ikinci üçün u2 = 10° və s. Bu vəziyyətdə vibratorun konfiqurasiyası ciddi şəkildə rekursiv olmayacaq, lakin bir iterasiyada sintez edilən bütün seqmentləri eyni ölçü və formaya sahib olacaqdır. Buna görə də, belə bir hibrid qırıq xəttin həndəsəsi özünə bənzəyən kimi qəbul edilir. Az sayda təkrarlama ilə, mənfi Di? artımı ilə birlikdə n bucağında kvadratik və ya digər qeyri-xətti dəyişiklikdən istifadə edilə bilər.

Baxılan yanaşma antenanın rezonans tezliklərinin paylanmasını və onun daxili müqavimətinin dəyərlərini təyin etməyə imkan verir. Bununla birlikdə, bucaqların və iterasiyaların dəyərlərinin dəyişdirilməsi qaydasını yenidən təşkil etmək ekvivalent nəticə vermir. Eyni poliline hündürlüyü üçün eyni açıların müxtəlif kombinasiyaları, məsələn, u1 = 20°, u2 = 60° və u1 = 60°, u2 = 20° (Şəkil 16), eyni açılmamış prefraktal uzunluğu verir. Lakin, gözləntilərin əksinə olaraq, parametrlərin tam üst-üstə düşməsi rezonans tezliklərinin eyniliyini və antenaların çoxzolaqlı xüsusiyyətlərinin eyniliyini təmin etmir. Səbəb poliline seqmentlərinin daxili müqavimətinin dəyişməsidir, yəni. əsas rolu dirijorun ölçüsü deyil, konfiqurasiyası oynayır.

Şəkil 16 - Mənfi artım Dq (a), müsbət artım Dq (b) və Dq = 40°, 30°, 20° (c) mənfi artımla üçüncü iterasiya ilə ikinci iterasiyanın ümumiləşdirilmiş Koch prefraktalları.

4. Fraktal antenaların nümunələri

4.1 Antenalara ümumi baxış

Antena mövzuları müasir məlumat ötürülməsi nəzəriyyəsində ən perspektivli və böyük maraq doğuran mövzulardan biridir. Elmi inkişafın bu xüsusi sahəsini inkişaf etdirmək istəyi müasir texnoloji dünyada məlumat ötürmə sürətinə və üsullarına artan tələblərlə bağlıdır. Hər gün bir-birimizlə ünsiyyət quraraq, məlumatı bizim üçün elə təbii şəkildə - hava ilə ötürürük. Eyni şəkildə, elm adamları ünsiyyət qurmağı və çoxsaylı kompüter şəbəkələrini öyrətmək fikrini ortaya atdılar.

Nəticə bu sahədə yeni inkişafların meydana çıxması, onların kompüter avadanlığı bazarında təsdiqlənməsi və daha sonra məlumatın simsiz ötürülməsi standartlarının qəbulu oldu. Bu günə qədər BlueTooth, WiFi kimi ötürmə texnologiyaları artıq təsdiqlənmiş və ümumiyyətlə qəbul edilmişdir. Amma inkişaf bununla dayanmır, dayana da bilməz, bazarın yeni tələbləri, yeni istəkləri var.

Texnologiyaların inkişafı zamanı inanılmaz dərəcədə sürətli olan ötürmə sürətləri bu gün artıq bu inkişafların istifadəçilərinin tələblərinə və istəklərinə cavab vermir. Bir neçə aparıcı inkişaf mərkəzi artıq mövcud WiFi standartında kanalın genişləndirilməsi əsasında sürəti yaxşılaşdırmaq üçün yeni WiMAX layihəsinə başlamışdır. Bütün bunlarda antenna mövzusu hansı yeri tutur?

Transmissiya kanalının genişləndirilməsi problemi mövcud olandan daha çox sıxılma tətbiq etməklə qismən həll edilə bilər. Fraktal antenaların istifadəsi bu problemi daha keyfiyyətli və effektiv şəkildə həll etməyə imkan verəcəkdir. Bunun səbəbi fraktal antenaların və tezlik seçici səthlərin və onlara əsaslanan həcmlərin özünəməxsus elektrodinamik xüsusiyyətlərə malik olmasıdır, yəni: genişzolaqlı, tezlik diapazonunda bant genişliyi təkrarlanabilirliyi və s.

4.1.1 Cayley ağacının qurulması

Cayley ağacı fraktal dəstlərin klassik nümunələrindən biridir. Onun sıfır iterasiyası sadəcə verilmiş l uzunluğunda bir xətt seqmentidir. Birinci və hər bir sonrakı tək iterasiya əvvəlki iterasiya ilə eyni uzunluqda l olan iki seqmentdir, əvvəlki iterasiyanın seqmentinə perpendikulyar yerləşir ki, onun ucları seqmentlərin ortasına bağlansın.

Fraktalın ikinci və hər bir sonrakı cüt iterasiyası əvvəlki iterasiyaya perpendikulyar olaraq əvvəlki iterasiyanın uzunluğunun yarısı olan l/2 iki seqmentdir.

Cayley ağacının qurulmasının nəticələri Şəkil 17-də göstərilmişdir. Antenanın ümumi hündürlüyü 15/8l, eni isə 7/4l-dir.

Şəkil 17 - Cayley ağacının tikintisi

"Cayley Tree" antena tipinin hesablamaları və təhlili 6-cı dərəcəli Cayley ağacı şəklində fraktal antenanın nəzəri hesablamaları aparılmışdır. Bu praktik problemi həll etmək üçün keçirici elementlərin elektrodinamik xüsusiyyətlərinin ciddi hesablanması üçün kifayət qədər güclü bir vasitə - EDEM proqramı istifadə edilmişdir. Bu proqramın güclü alətləri və istifadəçi dostu interfeysi onu bu səviyyəli hesablamalar üçün əvəzolunmaz edir.

Müəlliflər antenanın dizaynı, siqnalın qəbulu və ötürülməsinin rezonans tezliklərinin nəzəri dəyərlərini qiymətləndirmək və problemi EDEM proqram dilinin interfeysində təqdim etmək vəzifəsi ilə qarşılaşdılar. Cayley Tree əsasında hazırlanmış fraktal antenna Şəkil 18-də göstərilmişdir.

Daha sonra layihələndirilmiş fraktal antenaya müstəvi elektromaqnit dalğası yönəldilib və proqram antenadan əvvəl və sonra sahənin yayılmasını hesablayıb, fraktal antenanın elektrodinamik xüsusiyyətlərini hesablayıb.

Cayley Tree fraktal antennasının müəllifləri tərəfindən aparılan hesablamaların nəticələri aşağıdakı nəticələr çıxarmağa imkan verdi. Göstərilir ki, bir sıra rezonans tezlikləri əvvəlki tezlikdən təxminən ikiqat dəyərdə təkrarlanır. Anten səthində cərəyan paylamaları müəyyən edilmişdir. Elektromaqnit sahəsinin həm tam ötürülməsi, həm də tam əks olunma sahələri tədqiq edilmişdir.

Şəkil 18 - 6-cı dərəcəli Cayley ağacı

4 .1.2 multimedia antenası

Miniatürləşdirmə planeti sıçrayış və həddi ilə əhatə edir. Lobya taxılının ölçüsündə kompüterlərin görünüşü çox da uzaqda deyil, lakin hələlik Fractus ölçüləri düyü dənəsindən kiçik olan antenanı diqqətimizə çatdırır (Şəkil 19).

Şəkil 19 - Fraktal antenna

Micro Reach Xtend adlanan yeni məhsul 2,4 GHz tezliyində işləyir və dəstəkləyir simsiz texnologiya Wi-Fi və Bluetooth, eləcə də digər daha az populyar standartlar. Qurğu patentləşdirilmiş fraktal antenna texnologiyasına əsaslanır və onun sahəsi cəmi 3,7 x 2 mm-dir. Tərtibatçıların fikrincə, kiçik antenna yaxın gələcəkdə istifadə edəcəyi multimedia məhsullarının ölçüsünü azaldacaq və ya daha çox funksiyanı bir cihaza cəmləyəcək.

Televiziya stansiyaları 50-900 MHz diapazonunda siqnalları ötürür, bu siqnallar ötürücü antennadan bir çox kilometr məsafədə etibarlı şəkildə qəbul edilir. Məlumdur ki, yüksək tezlikli salınımlar binalardan və müxtəlif maneələrdən, sadəcə onların ətrafından keçən aşağı tezliklilərdən daha pis keçir. Buna görə də wifi texnologiyasıənənəvi sistemlərdə istifadə olunur simsiz rabitə və 2.4 GHz-dən yuxarı tezliklərdə işləyən, yalnız 100 m-dən çox olmayan məsafədə siqnal qəbulunu təmin edir.Qabaqcıl Wi-Fi texnologiyasına münasibətdə belə ədalətsizliklə, əlbəttə ki, TV istehlakçılarına zərər vermədən tezliklə başa çatacaq. Gələcəkdə Wi-Fi texnologiyasına əsaslanan qurğular aktiv televiziya kanalları arasında tezliklərdə işləyəcək və bununla da etibarlı qəbulun diapazonu artacaq. Televiziyanın işinə mane olmamaq üçün Wi-Fi sistemlərinin hər biri (ötürücü və qəbuledici) efirdə toqquşmaların qarşısını alaraq yaxınlıqdakı tezlikləri daim skan edəcək. Daha geniş tezlik diapazonuna keçərkən həm yüksək, həm də yüksəkdən siqnalları eyni dərəcədə yaxşı qəbul edən bir antenaya ehtiyac yaranır. aşağı tezliklər. Adi qamçı antenaları bu tələblərə cavab vermir, çünki. uzunluğuna uyğun olaraq müəyyən dalğa uzunluğunun tezliklərini seçici şəkildə qəbul edirlər. Geniş tezlik diapazonunda siqnalları qəbul etmək üçün uyğun olan antenna fraktal formasına malik olan fraktal antena adlanan antenaya çevrilmişdir - bu quruluşa nə qədər böyüdükdə baxsaq da, eyni görünür. Fraktal antena, bir-birinə bükülmüş müxtəlif uzunluqdakı bir çox pin antenanın quruluşu kimi davranır.

4.1.3 "Sınıq" antena

Amerikalı mühəndis Nathan Cohen on il əvvəl evdə həvəskar radio stansiyası yığmaq qərarına gəldi, lakin gözlənilməz bir çətinliklə üzləşdi. Onun mənzili Boston şəhərinin mərkəzində idi və şəhər rəsmiləri binadan kənarda antena yerləşdirməyi qəti şəkildə qadağan edirdi. Çıxış yolu gözlənilmədən tapıldı, radio həvəskarının bütün sonrakı həyatını dəyişdirdi.

Ənənəvi formalı antena düzəltmək əvəzinə, Cohen alüminium folqa parçası götürdü və onu Koch əyrisi kimi tanınan riyazi obyekt şəklində bir forma kəsdi. 1904-cü ildə alman riyaziyyatçısı Helqa fon Kox tərəfindən kəşf edilən bu əyri fraktaldır, çoxmərhələli Çin paqodasının damı kimi bir-birindən böyüyən sonsuz azalan üçbucaqlar silsiləsi kimi görünən qırıq xəttdir. Bütün fraktallar kimi, bu əyri "özünə bənzəyir", yəni hər hansı, ən kiçik seqmentdə eyni formaya malikdir, özünü təkrarlayır. Belə əyrilər sadə bir əməliyyatın sonsuz təkrarlanması ilə qurulur. Xətt bərabər seqmentlərə bölünür və hər birində üçbucaq (von Koch üsulu) və ya kvadrat (Hermann Minkowski üsulu) şəklində bir əyilmə aparılır. Sonra, ortaya çıxan rəqəmin hər tərəfində, öz növbəsində, oxşar kvadratlar və ya üçbucaqlar bükülür, lakin daha kiçik ölçülüdür. İnşaatı sonsuzluğa qədər davam etdirərək, hər bir nöqtədə "qırılan" bir əyri əldə edə bilərsiniz (Şəkil 20).

Şəkil 20 - Kox və Minkovski əyrisinin qurulması

Koch əyrisinin qurulması - ilk fraktal obyektlərdən biridir. Sonsuz xətt üzərində l uzunluqlu seqmentlər fərqlənir. Hər bir seqment üç bərabər hissəyə bölünür və ortasında tərəfi l / 3 olan bərabərtərəfli üçbucaq qurulur. Daha sonra proses təkrarlanır: tərəfləri l/9 olan üçbucaqlar l/3 seqmentlər üzərində qurulur, tərəfləri l/27 olan üçbucaqlar onların üzərində qurulur və s. Bu əyrinin özünəbənzərliyi və ya miqyasının dəyişməzliyi var: onun elementlərinin hər biri əyrinin özünü azaldılmış formada təkrarlayır.

Minkowski fraktalı Kox əyrisinə bənzər şəkildə qurulmuşdur və eyni xüsusiyyətlərə malikdir. O, qurulduqda, üçbucaqlar sistemi əvəzinə düz bir xətt üzərində - sonsuz azalan ölçülərdə "düzbucaqlı dalğalar" üzərində menderslər qurulur.

Koch əyrisini quraraq, Cohen özünü yalnız iki və ya üç addımla məhdudlaşdırdı. Sonra o, şəkli kiçik vərəqə yapışdırıb qəbulediciyə yapışdırdı və onun adi antenalar kimi işlədiyini görüb təəccübləndi. Sonradan məlum oldu ki, onun ixtirası indi kütləvi şəkildə istehsal olunan prinsipcə yeni tipli antenanın əcdadı oldu.

Bu antenalar çox yığcamdır: cib telefonu üçün quraşdırılmış fraktal antenna adi slayd ölçüsünə malikdir (24 x 36 mm). Bundan əlavə, onlar geniş tezlik diapazonunda işləyirlər. Bütün bunlar eksperimental olaraq aşkar edilmişdir; Fraktal antenalar nəzəriyyəsi hələ mövcud deyil.

Minkowski alqoritminə uyğun olaraq ardıcıl addımlar silsiləsi ilə hazırlanmış fraktal antenanın parametrləri çox maraqlı şəkildə dəyişir. Düzbucaqlı bir antena "kvadrat dalğa" - mender şəklində əyilirsə, qazancı artacaq. Anten qazancının bütün sonrakı döngələri dəyişmir, lakin onun qəbul etdiyi tezliklərin diapazonu genişlənir və antenanın özü daha yığcam olur. Doğrudur, yalnız ilk beş və ya altı addım təsirli olur: dirijoru daha da əymək üçün onun diametrini azaltmalı olacaqsınız və bu, antenin müqavimətini artıracaq və qazanc itkisinə səbəb olacaqdır.

Bəziləri nəzəri problemlər üzərində baş sındırarkən, digərləri ixtiranı fəal şəkildə praktikada tətbiq edirlər. Hazırda Boston Universitetinin professoru və Fraktal Antenna Sistemlərinin baş texniki müfəttişi Natan Koenin sözlərinə görə, “bir neçə ildən sonra fraktal antenalar mobil və simsiz telefonların və bir çox digər simsiz cihazların ayrılmaz hissəsinə çevriləcək”.

fraktal anten massivi

4.2 Fraktal antenaların tətbiqi

Bu gün kommunikasiyada istifadə edilən bir çox anten dizaynları arasında məqalənin başlığında antenaların növü nisbətən yenidir və məlum həllərdən əsaslı şəkildə fərqlənir. Fraktal strukturların elektrodinamikasını nəzərdən keçirən ilk nəşrlər hələ 1980-ci illərdə ortaya çıxdı. Başlanğıc praktik istifadə 10 ildən çox əvvəl, antena texnologiyasında fraktal istiqamət hazırda Boaon Universitetinin professoru və Fraktal Antenna Sistemlərinin baş texniki müfəttişi olan amerikalı mühəndis Nathan Cohen tərəfindən irəli sürülüb. Bostonun mərkəzində yaşayaraq, şəhər hökumətinin açıq hava antenalarının quraşdırılmasına qadağasından çıxmaq üçün o, həvəskar radiostansiyanın antennasını alüminium folqadan hazırlanmış dekorativ fiqur kimi maskalamaq qərarına gəlib. Əsas olaraq o, 1904-cü ildə isveçli riyaziyyatçı Niels Fabian Helge von Koch (1870-1924) tərəfindən təsvir edilən həndəsədə məşhur Kox əyrisini götürdü (Şəkil 20).

Oxşar Sənədlər

Ötürücü antenaların konsepsiyası və iş prinsipi və onların şüalanma sxemləri. Fraktal antenalar üçün ölçülərin və rezonans tezliklərin hesablanması. Koch fraktalına və 10 məftil tipli antenna planlarına əsaslanan çap edilmiş mikrostripli antenanın dizaynı.

dissertasiya, 02.02.2015-ci il tarixində əlavə edilmişdir


Fraktal antenaların inkişafı. Fraktal antenanın qurulması üsulları və iş prinsipi. Peano əyrisinin qurulması. Fraktal düzbucaqlı qırıq antenanın formalaşması. Dual-band antenna massivi. Fraktal tezlik seçici səthlər.

dissertasiya, 26/06/2015 əlavə edildi


Qəbuledici aktiv fazalı anten massivlərinin modulunun struktur diaqramı. Antenanın kənarında nisbi həyəcan azalmasının hesablanması. Fazalı anten massivlərinin qəbulunun enerji potensialı. Şüa hizalama dəqiqliyi. Emitentin seçilməsi və hesablanması.

kurs işi, 11/08/2014 əlavə edildi


“Antenn-Servis” MMC-nin fəaliyyəti ilə tanışlıq: yerüstü və peyk antena sistemlərinin quraşdırılması və istismara verilməsi, telekommunikasiya şəbəkələrinin layihələndirilməsi. ümumi xüsusiyyətlər peyk antenalarının əsas xassələri və əhatə dairəsi.

dissertasiya, 05/18/2014 əlavə edildi


Mobil rabitə sistemlərinin antenalarının növləri və təsnifatı. Spesifikasiyalar antenalar KP9-900. Cihazın iş vəziyyətində antenanın səmərəliliyinin əsas itkisi. Mobil rabitə sistemləri üçün antenaların hesablanması üsulları. MMANA Antenna Modelerinin xüsusiyyətləri.

kurs işi, 10/17/2014 əlavə edildi


Anten massivlərinin paylanma yollarının sxemlərində mikrodalğalı cihazların növləri. Parçalanma üsulu əsasında mikrodalğalı cihazların layihələndirilməsi. Çox elementli mikrodalğalı cihazların sintezinin avtomatlaşdırılmış və parametrik növləri üçün "Model-C" proqramı ilə işləyin.

nəzarət işi, 10/15/2011 əlavə edildi


Antenalar nəzəriyyəsinin əsas vəzifələri və bu cihazın xüsusiyyətləri. Maksvell tənlikləri. Sərhədsiz məkanda elektrik dipol sahəsi. Fərqli xüsusiyyətlər vibrator və apertura antenaları. Barmaqlıqların amplitudasına nəzarət üsulları.

tutorial, 27/04/2013 əlavə edildi


Radiator kimi silindrik spiral antenası olan xətti massiv. Antenanın keyfiyyətini təmin etmək üçün antena sıralarının istifadəsi. Şaquli müstəvidə skan edən anten massivinin dizaynı. Tək emitentin hesablanması.

kurs işi, 28/11/2010 əlavə edildi


Yaradılma üsulları effektiv antenalar. Xətti antena sırası. Optimal hərəkət edən dalğa antenası. İstiqamətli təsir əmsalı. Düz anten massivləri. Şüalanan elementin giriş empedansı. Bərabər məsafədə olmayan qəfəslərin xüsusiyyəti və tətbiqi.

kurs işi, 08/14/2015 əlavə edildi


Elektromaqnit dalğalarını yayan və qəbul edən antenaların istifadəsi. Müxtəlif antenaların böyük bir çeşidinin olması. Çubuq dielektrik antenalardan yığılmış dielektrik çubuqlu antenaların xətti massivinin dizaynı.