Fractal κεραίες για τηλεόραση. Fractal υπερευρυγώνια κεραία βασισμένη σε κυκλικό μονόπολο. Στη συνέχεια, ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό κύμα στάλθηκε στη σχεδιασμένη φράκταλ κεραία και το πρόγραμμα υπολόγισε τη διάδοση του πεδίου πριν και μετά

Στα μαθηματικά, τα φράκταλ είναι σύνολα που αποτελούνται από στοιχεία παρόμοια με το σύνολο ως σύνολο. Καλύτερο παράδειγμα: Αν κοιτάξετε προσεκτικά τη γραμμή μιας έλλειψης, θα γίνει ευθεία. Ένα φράκταλ – ανεξάρτητα από το πόσο κοντά κάνετε μεγέθυνση – η εικόνα θα παραμείνει σύνθετη και παρόμοια με τη γενική προβολή. Τα στοιχεία είναι διατεταγμένα με παράξενο τρόπο. Κατά συνέπεια, θεωρούμε ότι οι ομόκεντροι κύκλοι είναι το απλούστερο παράδειγμα φράκταλ. Όσο και να πλησιάζετε, εμφανίζονται νέοι κύκλοι. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα φράκταλ. Για παράδειγμα, η Wikipedia δίνει ένα σχέδιο λάχανου Romanesco, όπου το κεφάλι του λάχανου αποτελείται από κώνους που μοιάζουν ακριβώς με το σχεδιασμένο κεφάλι του λάχανου. Οι αναγνώστες καταλαβαίνουν πλέον ότι η κατασκευή φράκταλ κεραιών δεν είναι εύκολη. Αλλά είναι ενδιαφέρον.

Γιατί χρειάζονται οι κεραίες φράκταλ;

Ο σκοπός μιας κεραίας φράκταλ είναι να πιάνει περισσότερα με λιγότερα. Στα βίντεο Western, είναι δυνατό να βρείτε ένα παραβολοειδές, όπου ο πομπός θα είναι ένα κομμάτι ταινίας φράκταλ. Ήδη κατασκευάζουν στοιχεία συσκευών μικροκυμάτων από αλουμινόχαρτο που είναι πιο αποτελεσματικά από τα συνηθισμένα. Θα σας δείξουμε πώς να ολοκληρώσετε μια κεραία φράκταλ και να αντιμετωπίσετε την αντιστοίχιση μόνο με τον μετρητή SWR. Να αναφέρουμε ότι υπάρχει ολόκληρη ιστοσελίδα, ξένη φυσικά, όπου το αντίστοιχο προϊόν προωθείται για εμπορικούς σκοπούς, δεν υπάρχουν σχέδια. Η σπιτική μας fractal κεραία είναι πιο απλή, το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι μπορείτε να κάνετε το σχέδιο με τα χέρια σας.

Οι πρώτες φράκταλ κεραίες - αμφικωνικές - εμφανίστηκαν, σύμφωνα με βίντεο από την ιστοσελίδα fractenna.com, το 1897 από τον Oliver Lodge. Μην κοιτάς στη Wikipedia. Σε σύγκριση με ένα συμβατικό δίπολο, ένα ζεύγος τριγώνων αντί για δονητή δίνει μια διαστολή ζώνης 20%. Δημιουργώντας περιοδικές επαναλαμβανόμενες δομές, ήταν δυνατή η συναρμολόγηση μικροσκοπικών κεραιών όχι χειρότερα από τις μεγαλύτερες αντίστοιχές τους. Συχνά θα βρείτε μια αμφικωνική κεραία με τη μορφή δύο πλαισίων ή πλακών με περίεργο σχήμα.

Τελικά, αυτό θα επιτρέψει τη λήψη περισσότερων τηλεοπτικών καναλιών.

Εάν πληκτρολογήσετε ένα αίτημα στο YouTube, εμφανίζεται ένα βίντεο σχετικά με τη δημιουργία κεραιών φράκταλ. Θα καταλάβετε καλύτερα πώς λειτουργεί αν φανταστείτε το εξάκτινο αστέρι της σημαίας του Ισραήλ, η γωνία του οποίου κόπηκε μαζί με τους ώμους. Αποδείχθηκε ότι έμειναν τρεις γωνίες, δύο είχαν τη μία πλευρά στη θέση τους, η άλλη όχι. Το έκτο κόρνερ απουσιάζει εντελώς. Τώρα θα τοποθετήσουμε δύο παρόμοια αστέρια κάθετα, με κεντρικές γωνίες μεταξύ τους, σχισμές αριστερά και δεξιά, και πάνω από αυτά - ένα παρόμοιο ζευγάρι. Το αποτέλεσμα ήταν μια διάταξη κεραιών - η απλούστερη κεραία φράκταλ.

Τα αστέρια συνδέονται στις γωνίες με έναν τροφοδότη. Σε ζεύγη ανά στήλες. Το σήμα λαμβάνεται από τη γραμμή, ακριβώς στη μέση κάθε καλωδίου. Η κατασκευή συναρμολογείται με μπουλόνια σε διηλεκτρικό (πλαστικό) υπόστρωμα κατάλληλου μεγέθους. Η πλευρά του αστεριού είναι ακριβώς μια ίντσα, η απόσταση μεταξύ των γωνιών των αστεριών κάθετα (το μήκος του τροφοδότη) είναι τέσσερις ίντσες και η οριζόντια απόσταση (η απόσταση μεταξύ των δύο καλωδίων του τροφοδότη) είναι μια ίντσα. Τα αστέρια έχουν γωνίες 60 μοιρών στις κορυφές τους· τώρα ο αναγνώστης θα σχεδιάσει κάτι παρόμοιο με τη μορφή ενός προτύπου, έτσι ώστε αργότερα να μπορεί να φτιάξει μόνος του μια κεραία φράκταλ. Κάναμε ένα σκίτσο εργασίας, αλλά δεν τηρήθηκε η κλίμακα. Δεν μπορούμε να εγγυηθούμε ότι τα αστέρια βγήκαν ακριβώς, Microsoft Paintχωρίς μεγάλη ικανότητα παραγωγής ακριβών σχεδίων. Απλώς κοιτάξτε την εικόνα για να γίνει εμφανής η δομή της φράκταλ κεραίας:

1. Το καφέ ορθογώνιο δείχνει το διηλεκτρικό υπόστρωμα. Η κεραία φράκταλ που φαίνεται στο σχήμα έχει συμμετρικό σχέδιο ακτινοβολίας. Εάν ο πομπός προστατεύεται από παρεμβολές, η οθόνη τοποθετείται σε τέσσερις στύλους πίσω από το υπόστρωμα σε απόσταση μιας ίντσας. Στις συχνότητες δεν χρειάζεται να τοποθετήσετε ένα συμπαγές φύλλο μετάλλου, αρκεί ένα πλέγμα με πλευρά ενός τέταρτου της ίντσας, μην ξεχάσετε να συνδέσετε την οθόνη με την πλεξούδα καλωδίου.
2. Ένας τροφοδότης με χαρακτηριστική αντίσταση 75 Ohm απαιτεί συντονισμό. Βρείτε ή φτιάξτε έναν μετασχηματιστή που μετατρέπει 300 ohms σε 75 ohms. Είναι καλύτερα να αποθηκεύσετε έναν μετρητή SWR και να επιλέξετε τις απαραίτητες παραμέτρους όχι με την αφή, αλλά χρησιμοποιώντας τη συσκευή.
3. Τέσσερα αστέρια, λυγίστε από χάλκινο σύρμα. Θα καθαρίσουμε τη μόνωση του βερνικιού στη διασταύρωση με τον τροφοδότη (αν υπάρχει). Η εσωτερική τροφοδοσία της κεραίας αποτελείται από δύο παράλληλα κομμάτια σύρματος. Καλό είναι να τοποθετήσετε την κεραία σε ένα κουτί για να την προστατέψετε από τις κακές καιρικές συνθήκες.

Συναρμολόγηση κεραίας φράκταλ για ψηφιακή τηλεόραση

Αφού διαβάσετε αυτή την κριτική μέχρι το τέλος, ο καθένας μπορεί να φτιάξει κεραίες φράκταλ. Μπήκαμε τόσο βαθιά στο σχέδιο που ξεχάσαμε να μιλήσουμε για πόλωση. Υποθέτουμε ότι είναι γραμμικό και οριζόντιο. Αυτό προκύπτει από σκέψεις:

• Το βίντεο είναι προφανώς αμερικανικής προέλευσης, η κουβέντα είναι για HDTV. Επομένως, μπορούμε να υιοθετήσουμε τη μόδα της συγκεκριμένης χώρας.
• Όπως γνωρίζετε, λίγες χώρες στον πλανήτη εκπέμπουν από δορυφόρους χρησιμοποιώντας κυκλική πόλωση, μεταξύ αυτών η Ρωσική Ομοσπονδία και οι Ηνωμένες Πολιτείες. Επομένως, πιστεύουμε ότι και άλλες τεχνολογίες μετάδοσης πληροφοριών είναι παρόμοιες. Γιατί; Υπήρξε ένας Ψυχρός Πόλεμος, πιστεύουμε ότι και οι δύο χώρες επέλεξαν στρατηγικά τι και πώς να μεταφέρουν, άλλες χώρες προχώρησαν από καθαρά πρακτικούς λόγους. Η κυκλική πόλωση εισήχθη ειδικά για κατασκοπευτικούς δορυφόρους (που κινούνται συνεχώς σε σχέση με τον παρατηρητή). Ως εκ τούτου, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι υπάρχουν ομοιότητες στις τηλεοπτικές και ραδιοφωνικές εκπομπές.
• Η δομή της κεραίας λέει ότι είναι γραμμική. Δεν υπάρχει πουθενά κυκλική ή ελλειπτική πόλωση. Επομένως - εκτός κι αν ανάμεσα στους αναγνώστες μας υπάρχουν επαγγελματίες που κατέχουν το MMANA - εάν η κεραία δεν πιάσει στην αποδεκτή θέση, περιστρέψτε 90 μοίρες στο επίπεδο του πομπού. Η πόλωση θα αλλάξει σε κατακόρυφη. Παρεμπιπτόντως, πολλοί θα μπορούν να πιάσουν FM εάν οι διαστάσεις είναι 4 φορές μεγαλύτερες. Είναι καλύτερα να πάρετε ένα παχύτερο σύρμα (για παράδειγμα, 10 mm).

Ελπίζουμε να εξηγήσαμε στους αναγνώστες πώς να χρησιμοποιούν μια κεραία φράκταλ. Μερικές συμβουλές για εύκολη συναρμολόγηση. Προσπαθήστε λοιπόν να βρείτε σύρμα με βερνικωμένη προστασία. Λυγίστε τα σχήματα όπως φαίνεται στην εικόνα. Στη συνέχεια, οι σχεδιαστές αποκλίνουν, συνιστούμε να το κάνετε αυτό:

1. Απογυμνώστε τα αστέρια και τα καλώδια τροφοδοσίας στα σημεία διασταύρωσης. Στερεώστε τα καλώδια τροφοδοσίας από τα αυτιά με μπουλόνια στο πίσω μέρος στα μεσαία μέρη. Για να εκτελέσετε σωστά τη δράση, μετρήστε μια ίντσα εκ των προτέρων και σχεδιάστε δύο παράλληλες γραμμές με ένα μολύβι. Θα πρέπει να υπάρχουν καλώδια κατά μήκος τους.
2. Συγκολλήστε μια ενιαία κατασκευή, ελέγχοντας προσεκτικά τις αποστάσεις. Οι συντάκτες του βίντεο συνιστούν να φτιάξετε τον πομπό έτσι ώστε τα αστέρια να ξαπλώνουν επίπεδα στους τροφοδότες με τις γωνίες τους και να ακουμπούν με τα αντίθετα άκρα τους στην άκρη του υποστρώματος (το καθένα σε δύο σημεία). Για ένα κατά προσέγγιση αστέρι, οι τοποθεσίες σημειώνονται με μπλε χρώμα.
3. Για να εκπληρώσετε την προϋπόθεση, σφίξτε κάθε αστέρι σε ένα μέρος με ένα μπουλόνι με διηλεκτρικό σφιγκτήρα (για παράδειγμα, καλώδια PVA από καμπίρ και παρόμοια). Στο σχήμα, οι θέσεις τοποθέτησης φαίνονται με κόκκινο χρώμα για ένα αστέρι. Το μπουλόνι σχεδιάζεται σχηματικά με έναν κύκλο.

Το καλώδιο τροφοδοσίας τρέχει (προαιρετικό) από αντιθετη πλευρα. Ανοίξτε τρύπες στη θέση τους. Το SWR ρυθμίζεται αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των καλωδίων τροφοδοσίας, αλλά σε αυτόν τον σχεδιασμό αυτή είναι μια σαδιστική μέθοδος. Συνιστούμε απλώς να μετρήσετε την αντίσταση της κεραίας. Ας σας υπενθυμίσουμε πώς γίνεται αυτό. Θα χρειαστείτε μια γεννήτρια στη συχνότητα του προγράμματος που βλέπετε, για παράδειγμα, 500 MHz, και επιπλέον ένα βολτόμετρο υψηλής συχνότητας που δεν θα εγκαταλείψει το σήμα.

Στη συνέχεια μετράται η τάση που παράγει η γεννήτρια, για την οποία συνδέεται με ένα βολτόμετρο (παραλλήλως). Συναρμολογούμε ένα διαχωριστικό αντίστασης από μια μεταβλητή αντίσταση με εξαιρετικά χαμηλή αυτοεπαγωγή και μια κεραία (το συνδέουμε σε σειρά μετά τη γεννήτρια, πρώτα την αντίσταση και μετά την κεραία). Μετράμε την τάση με ένα βολτόμετρο μεταβλητή αντίσταση, ενώ ταυτόχρονα προσαρμόζεται η βαθμολογία έως ότου οι ενδείξεις της γεννήτριας χωρίς φορτίο (βλ. σημείο παραπάνω) γίνουν διπλάσιες από τις τρέχουσες. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή της μεταβλητής αντίστασης έχει γίνει ίση με την κυματική αντίσταση της κεραίας σε συχνότητα 500 MHz.

Είναι πλέον δυνατή η κατασκευή του μετασχηματιστή όπως απαιτείται. Είναι δύσκολο να βρείτε αυτό που χρειάζεστε στο Διαδίκτυο· για όσους θέλουν να παρακολουθούν ραδιοφωνικές εκπομπές, βρήκαμε μια έτοιμη απάντηση http://www.cqham.ru/tr.htm. Είναι γραμμένο και σχεδιασμένο στον ιστότοπο πώς να ταιριάξετε το φορτίο με ένα καλώδιο 50 Ohm. Λάβετε υπόψη ότι οι συχνότητες αντιστοιχούν στο εύρος HF, το SW ταιριάζει εν μέρει εδώ. Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της κεραίας διατηρείται στο εύρος των 50 – 200 Ohms. Είναι δύσκολο να πούμε πόσα θα δώσει το αστέρι. Εάν έχετε μια συσκευή στο αγρόκτημά σας για τη μέτρηση της σύνθετης αντίστασης κύματος μιας γραμμής, να σας υπενθυμίσουμε: εάν το μήκος του τροφοδότη είναι πολλαπλάσιο του τέταρτου του μήκους κύματος, η σύνθετη αντίσταση της κεραίας μεταδίδεται στην έξοδο χωρίς αλλαγές. Για μικρές και μεγάλες περιοχές, είναι αδύνατο να παρασχεθούν τέτοιες συνθήκες (θυμηθείτε ότι ειδικά οι κεραίες φράκταλ περιλαμβάνουν επίσης εκτεταμένο εύρος), αλλά για σκοπούς μέτρησης το αναφερόμενο γεγονός χρησιμοποιείται παντού.

Τώρα οι αναγνώστες γνωρίζουν τα πάντα για αυτές τις καταπληκτικές συσκευές πομποδέκτη. Ένα τόσο ασυνήθιστο σχήμα υποδηλώνει ότι η ποικιλομορφία του Σύμπαντος δεν ταιριάζει σε τυπικά όρια.

Ο κόσμος δεν είναι χωρίς καλούς ανθρώπους:-)
Valery UR3CAH: "Καλημέρα, Egor. Νομίζω ότι αυτό το άρθρο (δηλαδή η ενότητα "Κεραίες φράκταλ: λιγότερο είναι περισσότερο") αντιστοιχεί στο θέμα του ιστότοπού σας και θα σας ενδιαφέρει:) 73!"
Ναι, φυσικά είναι ενδιαφέρον. Έχουμε ήδη αγγίξει αυτό το θέμα σε κάποιο βαθμό όταν συζητάμε τη γεωμετρία των εξαμπιμ. Και εκεί υπήρχε ένα δίλημμα με το «πακετάρισμα» του ηλεκτρικού μήκους σε γεωμετρικές διαστάσεις :-). Σας ευχαριστώ λοιπόν, Valery, πολύ για την αποστολή του υλικού.
Φράκταλ κεραίες: λιγότερο είναι περισσότερο
Τον τελευταίο μισό αιώνα, η ζωή έχει αρχίσει να αλλάζει γρήγορα. Οι περισσότεροι από εμάς αποδεχόμαστε τα επιτεύγματα σύγχρονες τεχνολογίεςδεδομένο. Συνηθίζεις πολύ γρήγορα όλα όσα κάνουν τη ζωή πιο άνετη. Σπάνια κάνει κανείς τις ερωτήσεις "Από πού προήλθε αυτό;" και "Πώς λειτουργεί;" Ένας φούρνος μικροκυμάτων ζεσταίνει το πρωινό - υπέροχο, ένα smartphone σας δίνει την ευκαιρία να μιλήσετε με άλλο άτομο - υπέροχο. Αυτό μας φαίνεται σαν μια προφανής πιθανότητα.
Αλλά η ζωή θα μπορούσε να ήταν τελείως διαφορετική εάν ένα άτομο δεν είχε αναζητήσει μια εξήγηση για τα γεγονότα που συνέβαιναν. Πάρτε για παράδειγμα τα κινητά τηλέφωνα. Θυμάστε τις αναδιπλούμενες κεραίες στα πρώτα μοντέλα; Παρενέβησαν, αύξησαν το μέγεθος της συσκευής και στο τέλος, συχνά έσπασαν. Πιστεύουμε ότι έχουν βυθιστεί στη λήθη για πάντα, και μέρος της αιτίας για αυτό είναι τα... φράκταλ.
Τα φράκταλ μοτίβα συναρπάζουν με τα μοτίβα τους. Σίγουρα μοιάζουν με εικόνες κοσμικών αντικειμένων - νεφελώματα, σμήνη γαλαξιών και ούτω καθεξής. Είναι επομένως πολύ φυσικό ότι όταν ο Mandelbrot εξέφρασε τη θεωρία του για τα φράκταλ, η έρευνά του προκάλεσε αυξημένο ενδιαφέρον μεταξύ εκείνων που σπούδασαν αστρονομία. Ένας από αυτούς τους ερασιτέχνες ονόματι Nathan Cohen, αφού παρακολούθησε μια διάλεξη του Benoit Mandelbrot στη Βουδαπέστη, πήρε την ιδέα Πρακτική εφαρμογηαποκτηθείσα γνώση. Είναι αλήθεια ότι το έκανε αυτό διαισθητικά και η τύχη έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ανακάλυψή του. Ως ραδιοερασιτέχνης, ο Nathan προσπάθησε να δημιουργήσει μια κεραία με την υψηλότερη δυνατή ευαισθησία.
Ο μόνος τρόποςη βελτίωση των παραμέτρων της κεραίας, η οποία ήταν γνωστή εκείνη την εποχή, συνίστατο στην αύξηση των γεωμετρικών της διαστάσεων. Ωστόσο, ο ιδιοκτήτης του ακινήτου στο κέντρο της Βοστώνης που νοίκιασε ο Nathan ήταν κατηγορηματικά ενάντια στην εγκατάσταση μεγάλων συσκευών στην οροφή. Στη συνέχεια, ο Nathan άρχισε να πειραματίζεται με διαφορετικά σχήματα κεραιών, προσπαθώντας να πάρει το μέγιστο αποτέλεσμα με το ελάχιστο μέγεθος. Εμπνευσμένος από την ιδέα των μορφών φράκταλ, ο Κοέν, όπως λένε, έφτιαξε τυχαία ένα από τα πιο διάσημα φράκταλ από σύρμα - τη «νιφάδα χιονιού Κοχ». Ο Σουηδός μαθηματικός Helge von Koch είχε αυτή την καμπύλη το 1904. Λαμβάνεται διαιρώντας ένα τμήμα σε τρία μέρη και αντικαθιστώντας το μεσαίο τμήμα με ένα ισόπλευρο τρίγωνο χωρίς πλευρά που συμπίπτει με αυτό το τμήμα. Ο ορισμός είναι λίγο δύσκολο να κατανοηθεί, αλλά στο σχήμα όλα είναι ξεκάθαρα και απλά.
Υπάρχουν επίσης και άλλες παραλλαγές της καμπύλης Koch, αλλά το κατά προσέγγιση σχήμα της καμπύλης παραμένει παρόμοιο.

Όταν ο Nathan συνέδεσε την κεραία με τον ραδιοφωνικό δέκτη, εξεπλάγη πολύ - η ευαισθησία αυξήθηκε δραματικά. Μετά από μια σειρά πειραμάτων, ο μελλοντικός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης συνειδητοποίησε ότι μια κεραία κατασκευασμένη σύμφωνα με ένα μοτίβο φράκταλ έχει υψηλή απόδοση και καλύπτει πολύ μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων σε σύγκριση με τις κλασσικές λύσεις. Επιπλέον, το σχήμα της κεραίας με τη μορφή φράκταλ καμπύλης καθιστά δυνατή τη σημαντική μείωση των γεωμετρικών διαστάσεων. Ο Nathan Cohen κατέληξε σε ένα θεώρημα που το αποδεικνύει για τη δημιουργία ευρυζωνική κεραίααρκεί να του δώσουμε το σχήμα μιας αυτο-όμοιας καμπύλης φράκταλ.

Ο συγγραφέας κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την ανακάλυψή του και ίδρυσε μια εταιρεία για την ανάπτυξη και σχεδιασμό κεραιών φράκταλ, την Fractal Antenna Systems, πιστεύοντας δικαίως ότι στο μέλλον, χάρη στην ανακάλυψή του, τα κινητά τηλέφωνα θα μπορούν να απαλλαγούν από ογκώδεις κεραίες και να γίνουν πιο συμπαγή. Κατ' αρχήν αυτό έγινε. Είναι αλήθεια ότι μέχρι σήμερα ο Νέιθαν εμπλέκεται σε δικαστική μάχη με μεγάλες εταιρείες, ο οποίος χρησιμοποιεί παράνομα την ανακάλυψή του για να παράγει συμπαγείς συσκευές επικοινωνίας. Μερικοί διάσημοι κατασκευαστές κινητές συσκευές, όπως η Motorola, έχουν ήδη καταλήξει σε συμφωνία ειρήνης με τον εφευρέτη της κεραίας φράκταλ. Πρωτότυπη πηγή

Τα τελευταία χρόνια, αντιμετωπίζω τακτικά τις προκλήσεις της ανάπτυξης μονάδων μικροκυμάτων UWB (υπερευρείας ζώνης) και λειτουργικές μονάδες. Και όσο λυπηρό κι αν είναι για μένα που το λέω, παίρνω σχεδόν όλες τις πληροφορίες για το θέμα από ξένες πηγές. Ωστόσο, πριν από λίγο καιρό, αναζητώντας τις πληροφορίες που χρειαζόμουν, έπεσα πάνω σε μια που υπόσχεται λύση σε όλα μου τα προβλήματα. Θέλω να μιλήσω για το πώς δεν επιλύθηκαν τα προβλήματα.

Ένας από τους σταθερούς «πονοκεφάλους» στην ανάπτυξη συσκευών μικροκυμάτων UWB είναι η ανάπτυξη κεραιών UWB, οι οποίες πρέπει να έχουν ένα σύνολο ορισμένων ιδιοτήτων. Μεταξύ αυτών των ιδιοτήτων είναι τα ακόλουθα:

1. Συμφωνία στη ζώνη συχνοτήτων λειτουργίας (για παράδειγμα, από 1 έως 4 GHz). Ωστόσο, συμβαίνει όταν είναι απαραίτητο να συμφωνήσετε στο εύρος συχνοτήτων από 0,5 GHz έως 5 GHz. Και εδώ προκύπτει το πρόβλημα να πάμε κάτω από το 1 GHz σε συχνότητα. Γενικά έχω την εντύπωση ότι η συχνότητα του 1 GHz έχει κάποιο είδος μυστικιστικής δύναμης - μπορείς να την πλησιάσεις, αλλά είναι πολύ δύσκολο να την ξεπεράσεις, γιατί Σε αυτή την περίπτωση, παραβιάζεται μια άλλη απαίτηση για την κεραία, δηλαδή

2. Συμπαγότητα. Εξάλλου, δεν είναι μυστικό ότι τώρα λίγοι άνθρωποι χρειάζονται μια κεραία κόρνας κυματοδηγού τεράστιου μεγέθους. Όλοι θέλουν μια κεραία που να είναι μικρή, ελαφριά και συμπαγής ώστε να μπορεί να χωθεί σε ένα περίβλημα. φορητή συσκευή. Αλλά κατά τη συμπύκνωση της κεραίας, γίνεται πολύ δύσκολο να συμμορφωθείτε με την παράγραφο 1 των απαιτήσεων για την κεραία, επειδή Η ελάχιστη συχνότητα του εύρους λειτουργίας σχετίζεται στενά με το μέγιστο μέγεθος της κεραίας. Κάποιος θα πει ότι μπορείτε να φτιάξετε μια κεραία σε ένα διηλεκτρικό με υψηλή σχετική διηλεκτρική σταθερά... Και θα έχει δίκιο, αλλά αυτό έρχεται σε αντίθεση με το επόμενο στοιχείο στη λίστα μας, που λέει ότι

3. Η κεραία πρέπει να είναι όσο το δυνατόν φθηνότερη και κατασκευασμένη από τα πιο προσιτά και φθηνά υλικά (για παράδειγμα, FR-4). Γιατί κανείς δεν θέλει να πληρώσει πολλά, πολλά χρήματα για μια κεραία, ακόμα κι αν είναι τριπλάσια. Όλοι θέλουν το κόστος της κεραίας στο στάδιο της κατασκευής πλακέτα τυπωμένου κυκλώματοςέτεινε στο μηδέν. Γιατί αυτός είναι ο κόσμος μας...

4. Υπάρχει μια ακόμη απαίτηση που προκύπτει κατά την επίλυση διαφόρων προβλημάτων που σχετίζονται, για παράδειγμα, με τη θέση μικρής εμβέλειας, καθώς και με τη δημιουργία διαφόρων αισθητήρων που χρησιμοποιούν τεχνολογία UWB (εδώ πρέπει να διευκρινιστεί ότι μιλάμε γιαγια εφαρμογές χαμηλής ισχύος όπου κάθε dBm μετράει). Και αυτή η απαίτηση δηλώνει ότι το σχέδιο ακτινοβολίας (DP) της σχεδιασμένης κεραίας θα πρέπει να διαμορφώνεται μόνο σε ένα ημισφαίριο. Σε τι χρησιμεύει; Για να "λάμπει" η κεραία μόνο προς μία κατεύθυνση, χωρίς να διαχέει πολύτιμη ισχύ στην "επιστροφή". Αυτό σας επιτρέπει επίσης να βελτιώσετε μια σειρά από δείκτες του συστήματος στο οποίο χρησιμοποιείται μια τέτοια κεραία.

Γιατί τα γράφω όλα αυτά..; Για να καταλάβει ο περίεργος αναγνώστης ότι ο κατασκευαστής μιας τέτοιας κεραίας αντιμετωπίζει πολλούς περιορισμούς και απαγορεύσεις που πρέπει να ξεπεράσει ηρωικά ή έξυπνα.

Και ξαφνικά, σαν αποκάλυψη, εμφανίζεται ένα άρθρο που υπόσχεται λύση σε όλα τα παραπάνω προβλήματα (όπως και σε αυτά που δεν αναφέρθηκαν). Η ανάγνωση αυτού του άρθρου προκαλεί ένα ελαφρύ αίσθημα ευφορίας. Αν και την πρώτη φορά που δεν καταλαβαίνετε πλήρως τι γράφεται, η μαγική λέξη «fractal» ακούγεται πολλά υποσχόμενη, γιατί Η Ευκλείδεια γεωμετρία έχει ήδη εξαντλήσει τα επιχειρήματά της.

Ξεκινάμε με τόλμη και τροφοδοτούμε τη δομή που προτείνει ο συγγραφέας του άρθρου στον προσομοιωτή. Ο προσομοιωτής γρυλίζει αυθόρμητα σαν ψυγείο υπολογιστή, μασώντας gigabytes αριθμούς και φτύνει το χωνεμένο αποτέλεσμα... Κοιτάζοντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, αισθάνεσαι σαν ένα μικρό εξαπατημένο αγόρι. Δάκρυα κυλούν στα μάτια μου γιατί... πάλι τα παιδικά σου αέρινα όνειρα συγκρούστηκαν με μαντέμι...πραγματικότητα. Δεν υπάρχει συντονισμός στο εύρος συχνοτήτων 0,1 GHz - 24 GHz. Ακόμα και στο εύρος των 0,5 GHz - 5 GHz δεν υπάρχει κάτι παρόμοιο.

Υπάρχει ακόμα μια δειλή ελπίδα ότι δεν καταλάβατε κάτι, κάνατε κάτι λάθος... Ξεκινά η αναζήτηση για το σημείο μεταγωγής, διάφορες παραλλαγές με την τοπολογία, αλλά όλα είναι μάταια - είναι νεκρό!

Το πιο λυπηρό σε αυτή την κατάσταση είναι ότι μέχρι την τελευταία στιγμή ψάχνεις τον λόγο της αποτυχίας στον εαυτό σου. Ευχαριστώ τους συναδέλφους μου που εξήγησαν ότι όλα ήταν σωστά - δεν θα έπρεπε να λειτουργούν.

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. Ελπίζω η ανάρτησή μου της Παρασκευής να έφερε ένα χαμόγελο στα χείλη σας.
Το ηθικό δίδαγμα αυτής της παρουσίασης είναι το εξής: να είστε σε εγρήγορση!
(Και ήθελα πολύ να γράψω ένα ΑΝΤΙ-άρθρο για αυτό, γιατί εξαπατήθηκα).

Το πρώτο πράγμα για το οποίο θα ήθελα να γράψω είναι μια μικρή εισαγωγή στην ιστορία, τη θεωρία και τη χρήση των κεραιών φράκταλ. Πρόσφατα ανακαλύφθηκαν κεραίες φράκταλ. Εφευρέθηκαν για πρώτη φορά από τον Nathan Cohen το 1988, στη συνέχεια δημοσίευσε την έρευνά του σχετικά με τον τρόπο κατασκευής μιας κεραίας τηλεόρασης από σύρμα και την κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1995.

Η κεραία φράκταλ έχει πολλά μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως γράφεται στη Wikipedia:

«Μια φράκταλ κεραία είναι μια κεραία που χρησιμοποιεί ένα φράκταλ, επαναλαμβανόμενο σχέδιο για να μεγιστοποιήσει το μήκος ή να αυξήσει την περίμετρο (σε εσωτερικές περιοχές ή εξωτερική δομή) ενός υλικού που μπορεί να λάβει ή να μεταδώσει ηλεκτρομαγνητικά σήματα σε μια δεδομένη συνολική επιφάνεια ή όγκο .»

Τι ακριβώς σημαίνει αυτό; Λοιπόν, πρέπει να ξέρετε τι είναι ένα φράκταλ. Επίσης από τη Wikipedia:

"Ένα φράκταλ είναι συνήθως ένα τραχύ ή κατακερματισμένο γεωμετρικό σχήμα που μπορεί να χωριστεί σε μέρη, κάθε μέρος είναι ένα μικρότερο αντίγραφο του συνόλου - μια ιδιότητα που ονομάζεται αυτο-ομοιότητα".

Έτσι, ένα φράκταλ είναι ένα γεωμετρικό σχήμα που επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά, ανεξάρτητα από το μέγεθος των επιμέρους τμημάτων.

Οι κεραίες φράκταλ έχουν βρεθεί ότι είναι περίπου 20% πιο αποδοτικές από τις συμβατικές κεραίες. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο ειδικά αν θέλετε η κεραία της τηλεόρασής σας να λαμβάνει ψηφιακό ή βίντεο υψηλής ευκρίνειας, να αυξάνει την εμβέλεια κινητής τηλεφωνίας, την εμβέλεια Wi-Fi, τη λήψη ραδιοφώνου FM ή AM κ.λπ.

Στην πλειοψηφία κινητά τηλέφωναΥπάρχουν ήδη φράκταλ κεραίες. Ίσως το έχετε παρατηρήσει αυτό γιατί Κινητά τηλέφωναδεν έχουν πλέον κεραίες στο εξωτερικό. Αυτό οφείλεται στο ότι έχουν κεραίες φράκταλ μέσα τους, χαραγμένες στην πλακέτα κυκλώματος, που τους επιτρέπει να λαμβάνουν καλύτερο σήμα και να λαμβάνουν περισσότερες συχνότητες, όπως Bluetooth, κυτταρικόςκαι Wi-Fi από μία κεραία.

Βικιπαίδεια:

«Η απόκριση της κεραίας φράκταλ είναι αισθητά διαφορετική από τα παραδοσιακά σχέδια κεραιών καθώς είναι ικανή να λειτουργεί με καλή απόδοση σε διαφορετικές συχνότητες ταυτόχρονα. Η συχνότητα των τυπικών κεραιών πρέπει να κοπεί για να μπορεί να λαμβάνει μόνο αυτή τη συχνότητα. Επομένως, μια κεραία φράκταλ, σε αντίθεση με μια συμβατική κεραία, είναι ένας εξαιρετικός σχεδιασμός για εφαρμογές ευρείας ζώνης και πολλαπλών ζωνών.»

Το κόλπο είναι να σχεδιάσετε την κεραία φράκταλ ώστε να αντηχεί στη συγκεκριμένη κεντρική συχνότητα που θέλετε. Αυτό σημαίνει ότι η κεραία θα φαίνεται διαφορετική ανάλογα με το τι θέλετε να πετύχετε. Για να το κάνετε αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσετε μαθηματικά (ή μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή).

Στο παράδειγμά μου πρόκειται να κάνω απλή κεραία, αλλά μπορείτε να το κάνετε πιο περίπλοκο. Όσο πιο σύνθετο τόσο το καλύτερο. Θα χρησιμοποιήσω ένα πηνίο από σύρμα συμπαγούς πυρήνα 18 κλώνων για να φτιάξω την κεραία, αλλά μπορείτε να προσαρμόσετε τις δικές σας πλακέτες κυκλωμάτων για να ταιριάζουν με την αισθητική σας, να τις κάνετε μικρότερες ή πιο περίπλοκες με μεγαλύτερη ανάλυση και συντονισμό.

Θα φτιάξω μια κεραία τηλεόρασης για να λαμβάνω ψηφιακή τηλεόραση ή τηλεόραση υψηλής ανάλυσης. Αυτές οι συχνότητες είναι πιο εύκολο να εργαστούν και έχουν μήκος από περίπου 15 cm έως 150 cm για μισό μήκος κύματος. Για απλότητα και χαμηλό κόστος ανταλλακτικών, θα το τοποθετήσω σε μια κοινή διπολική κεραία, θα πιάνει κύματα στην περιοχή 136-174 MHz (VHF).

Για να λάβετε κύματα UHF (400-512 MHz), μπορείτε να προσθέσετε έναν σκηνοθέτη ή ανακλαστήρα, αλλά αυτό θα κάνει τη λήψη να εξαρτάται περισσότερο από την κατεύθυνση της κεραίας. Το VHF είναι επίσης κατευθυντικό, αλλά αντί να δείχνεις απευθείας στον τηλεοπτικό σταθμό σε μια εγκατάσταση UHF, θα χρειαστεί να τοποθετήσεις τα αυτιά VHF κάθετα στον τηλεοπτικό σταθμό. Αυτό θα απαιτήσει λίγη περισσότερη προσπάθεια. Θέλω να κάνω το σχέδιο όσο το δυνατόν πιο απλό, γιατί αυτό είναι ήδη αρκετά περίπλοκο πράγμα.

Κύρια εξαρτήματα:

• Επιφάνεια τοποθέτησης, όπως πλαστικό περίβλημα (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 βίδες. Χρησιμοποίησα βίδες από λαμαρίνα
• Μετασχηματιστής με αντίσταση από 300 Ohm έως 75 Ohm.
• 18 Σύρμα στήριξης AWG (0,8 mm).
• Ομοαξονικό καλώδιο RG-6 με τερματιστές (και με λαστιχένιο περίβλημα εάν η εγκατάσταση θα γίνει σε εξωτερικό χώρο)
• Αλουμίνιο όταν χρησιμοποιείτε ανακλαστήρα. Υπήρχε ένα στο παραπάνω συνημμένο.
• Λεπτός μαρκαδόρος
• Δύο ζευγάρια μικρές πένσες
• Ο χάρακας δεν είναι μικρότερος από 20 cm.
• Μεταφορέας για μέτρηση γωνίας
• Δύο τρυπάνια, ένα ελαφρώς μικρότερο σε διάμετρο από τις βίδες σας
• Μικρός κόφτης καλωδίων
• Κατσαβίδι ή κατσαβίδι

Σημείωση: Το κάτω μέρος της κεραίας από σύρμα αλουμινίου βρίσκεται στη δεξιά πλευρά της εικόνας όπου ο μετασχηματιστής προεξέχει.

Βήμα 1: Προσθήκη ανακλαστήρα

Συναρμολογήστε το περίβλημα με τον ανακλαστήρα κάτω από το πλαστικό κάλυμμα

Βήμα 2: Διάνοιξη οπών και τοποθέτηση σημείων στερέωσης

Ανοίξτε μικρές οπές εξόδου στην αντίθετη πλευρά του ανακλαστήρα σε αυτές τις θέσεις και τοποθετήστε μια αγώγιμη βίδα.

Βήμα 3: Μετρήστε, κόψτε και απογυμνώστε τα καλώδια

Κόψτε τέσσερα κομμάτια σύρματος 20 εκ. και τοποθετήστε τα στο σώμα.

Βήμα 4: Μέτρηση και σήμανση καλωδίων

Χρησιμοποιώντας ένα μαρκαδόρο, σημειώστε κάθε 2,5 cm στο σύρμα (θα υπάρχουν κάμψεις σε αυτά τα σημεία)

Βήμα 5: Δημιουργία Fractals

Αυτό το βήμα πρέπει να επαναληφθεί για κάθε κομμάτι σύρματος. Κάθε κάμψη πρέπει να είναι ακριβώς 60 μοίρες, αφού θα κάνουμε ισόπλευρα τρίγωνα για το φράκταλ. Χρησιμοποίησα δύο πένσες και ένα μοιρογνωμόνιο. Κάθε κάμψη γίνεται σε ένα σημάδι. Πριν κάνετε πτυχές, οραματιστείτε την κατεύθυνση καθενός από αυτές. Χρησιμοποιήστε το συνημμένο διάγραμμα για αυτό.

Βήμα 6: Δημιουργία Διπόλων

Κόψτε δύο ακόμη κομμάτια σύρματος που έχουν μήκος τουλάχιστον 6 ίντσες Τυλίξτε αυτά τα καλώδια γύρω από τις επάνω και κάτω βίδες κατά μήκος της μακριάς πλευράς και στη συνέχεια τυλίξτε τα γύρω από τις κεντρικές βίδες. Στη συνέχεια κόψτε το υπερβολικό μήκος.

Βήμα 7: Τοποθέτηση διπόλων και εγκατάσταση μετασχηματιστή

Στερεώστε καθένα από τα φράκταλ στις γωνιακές βίδες.

Συνδέστε έναν μετασχηματιστή της κατάλληλης αντίστασης στις δύο κεντρικές βίδες και σφίξτε τις.

Η συναρμολόγηση ολοκληρώθηκε! Δείτε το και απολαύστε το!

Βήμα 8: Περισσότερες επαναλήψεις/πειράματα

Έφτιαξα μερικά νέα στοιχεία χρησιμοποιώντας ένα χάρτινο πρότυπο από το GIMP. Χρησιμοποίησα ένα μικρό σταθερό καλώδιο τηλεφώνου. Ήταν αρκετά μικρό, δυνατό και εύκαμπτο ώστε να λυγίζει στα πολύπλοκα σχήματα που απαιτούνται για την κεντρική συχνότητα (554 MHz). Αυτός είναι ο μέσος όρος ψηφιακό σήμα UHF για κανάλια επίγεια τηλεόρασηστην περιοχή μου.

Επισυνάπτεται φωτογραφία. Μπορεί να είναι δύσκολο να δείτε τα χάλκινα καλώδια σε χαμηλό φωτισμό πάνω στο χαρτόνι και την ταινία από πάνω, αλλά καταλαβαίνετε.

Σε αυτό το μέγεθος, τα στοιχεία είναι αρκετά εύθραυστα, επομένως πρέπει να αντιμετωπίζονται προσεκτικά.

Έχω προσθέσει επίσης ένα πρότυπο σε μορφή png. Για να εκτυπώσετε το μέγεθος που θέλετε, θα χρειαστεί να το ανοίξετε σε ένα πρόγραμμα επεξεργασίας φωτογραφιών όπως το GIMP. Το πρότυπο δεν είναι τέλειο γιατί το έφτιαξα στο χέρι χρησιμοποιώντας ένα ποντίκι, αλλά είναι αρκετά άνετο για ανθρώπινα χέρια.

UDC 621.396

fractal υπερευρείας ζώνης κεραίας που βασίζεται σε κυκλικό μονόπολο

ΣΟΛ.I. Abdrakhmanova

Ufa State Aviation Technical University,

Universita degli studi di Trento

Σχόλιο.Το άρθρο εξετάζει το πρόβλημα του σχεδιασμού μιας κεραίας υπερευρείας ζώνης που βασίζεται στην τεχνολογία fractal. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μελετών αλλαγών στα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας ανάλογα με τον συντελεστή κλίμακας.και επίπεδο επανάληψης. Η παραμετρική βελτιστοποίηση της γεωμετρίας της κεραίας πραγματοποιήθηκε για να καλύψει τις απαιτήσεις του συντελεστή ανάκλασης. Οι διαστάσεις της ανεπτυγμένης κεραίας είναι 34 × 28 mm 2 και το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας είναι 3,09 ÷ 15 GHz.

Λέξεις-κλειδιά:ραδιοεπικοινωνίες υπερευρείας ζώνης, τεχνολογία φράκταλ, κεραίες, ανακλαστικότητα.

Αφηρημένη:Η ανάπτυξη μιας νέας κεραίας υπερευρείας ζώνης με βάση την τεχνολογία fractal περιγράφεται στην εργασία. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της έρευνας σχετικά με τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας που αλλάζουν ανάλογα με την τιμή του συντελεστή κλίμακας και το επίπεδο επανάληψης. Εφαρμόστηκε η παραμετρική βελτιστοποίηση της γεωμετρίας της κεραίας για την ικανοποίηση των απαιτήσεων του συντελεστή ανάκλασης. Το ανεπτυγμένο μέγεθος κεραίας είναι 28 × 34 mm 2 και το εύρος ζώνης είναι 3,09 ÷ 15 GHz.

Λέξεις κλειδιά:ραδιοεπικοινωνία υπερευρείας ζώνης, τεχνολογία φράκταλ, κεραίες, συντελεστής ανάκλασης.

1. Εισαγωγή

Σήμερα, τα συστήματα επικοινωνίας υπερευρείας ζώνης (UWB) παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον για τους προγραμματιστές και τους κατασκευαστές τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού, καθώς καθιστούν δυνατή τη μετάδοση τεράστιων ροών δεδομένων σε υψηλές ταχύτητες σε μια εξαιρετικά ευρεία ζώνη συχνοτήτων χωρίς άδεια. Οι ιδιαιτερότητες των εκπεμπόμενων σημάτων υποδηλώνουν την απουσία ισχυρών ενισχυτών και πολύπλοκων στοιχείων επεξεργασίας σήματος ως μέρος των συμπλεγμάτων πομποδέκτη, αλλά περιορίζουν την εμβέλεια (5-10 m).

Η έλλειψη κατάλληλης βάσης στοιχείων ικανή να λειτουργεί αποτελεσματικά με υπερμικρούς παλμούς εμποδίζει τη μαζική υιοθέτηση της τεχνολογίας UWB.

Οι κεραίες πομποδέκτη είναι ένα από τα βασικά στοιχεία που επηρεάζουν την ποιότητα μετάδοσης/λήψης σήματος. Η κύρια κατεύθυνση των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και της έρευνας στον τομέα του σχεδιασμού τεχνολογίας κεραιών για συσκευές UWB είναι η σμίκρυνση και η μείωση του κόστους παραγωγής με παράλληλη διασφάλιση των απαιτούμενων χαρακτηριστικών συχνότητας και ενέργειας, καθώς και η χρήση νέων μορφών και δομών.

Έτσι, η γεωμετρία της κεραίας είναι χτισμένη με βάση έναν σφήνα με μια ορθογώνια υποδοχή σχήματος U στο κέντρο, η οποία της επιτρέπει να λειτουργεί στη ζώνη UWB με λειτουργία μπλοκαρίσματος WLAN -μπάντα, διαστάσεις κεραίας - 45,6 × 29 mm 2. Ως στοιχείο ακτινοβολίας επιλέχθηκε ένα ασύμμετρο σχήμα Ε διαστάσεων 28×10 mm 2, που βρίσκεται σε ύψος 7 mm σε σχέση με το αγώγιμο επίπεδο (50×50 mm 2). Παρουσιάζεται μια επίπεδη μονοπολική κεραία (22x22mm2) σχεδιασμένη με βάση ένα ορθογώνιο στοιχείο ακτινοβολίας και μια δομή συντονισμού σκάλας στην πίσω πλευρά.

2 Δήλωση του προβλήματος

Λόγω του γεγονότος ότι οι κυκλικές δομές μπορούν να παρέχουν ένα αρκετά μεγάλο εύρος ζώνης, απλοποιημένο σχεδιασμό, μικρό μέγεθος και μειωμένο κόστος παραγωγής, αυτή η εργασία προτείνει την ανάπτυξη μιας κεραίας UWB βασισμένης σε ένα κυκλικό μονόπολο. Απαιτούμενη περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας – 3,1 ÷ 10,6 GHz σε επίπεδο συντελεστή ανάκλασης -10 dB S 11, (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Απαιτείται μάσκα για ανάκλαση S 11

Για τους σκοπούς της μικρογραφίας, η γεωμετρία της κεραίας θα εκσυγχρονιστεί με τη χρήση τεχνολογίας φράκταλ, η οποία θα επιτρέψει επίσης τη μελέτη της εξάρτησης των χαρακτηριστικών ακτινοβολίας από την τιμή του συντελεστή κλίμακας δ και το επίπεδο επανάληψης φράκταλ.

Στη συνέχεια, ορίσαμε το καθήκον της βελτιστοποίησης της ανεπτυγμένης φράκταλ κεραίας προκειμένου να επεκτείνουμε το εύρος λειτουργίας αλλάζοντας τις ακόλουθες παραμέτρους: το μήκος του κεντρικού αγωγού (CP) του ομοεπίπεδου κυματοδηγού (HF), το μήκος του επιπέδου γείωσης (GP ) του HF, η απόσταση “CP HF - radiating element (E)”.

Η μοντελοποίηση κεραίας και τα αριθμητικά πειράματα πραγματοποιούνται στο " CST Microwave Studio».

3 Επιλογή γεωμετρίας κεραίας

Ως βασικό στοιχείο επιλέχθηκε ένα κυκλικό μονόπολο, οι διαστάσεις του οποίου είναι το ένα τέταρτο του μήκους κύματος της απαιτούμενης περιοχής:

Οπου L ar– μήκος του στοιχείου ακτινοβολίας της κεραίας χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η CPU.στ Λ– κατώτερο όριο συχνότητας,στ Λ = φά min uwb = 3,1·10 9 Hz; Με- ταχύτητα του φωτός, Με = 3·10 8 m/s 2 .

Παίρνουμε L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ένας κύκλος με ακτίνα απόr = L ar / 2 = 12 mm και λαμβάνοντας το αρχικό μήκος της CPUL fεπίσης ίσο r, παίρνουμε τη μηδενική επανάληψη (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Μηδενική επανάληψη της κεραίας

Πάχος διηλεκτρικού υποστρώματοςT sκαι με τιμές παραμέτρωνεs = 3,38, tg δ = 0,0025 χρησιμοποιείται ως βάση στην μπροστινή πλευρά της οποίας IE, CPU και PZ . Ταυτόχρονα, οι αποστάσεις» PZ-CP" Zvκαι "PZ-IE" Zh λαμβάνεται ίσο με 0,76 χλστ. Οι τιμές των άλλων παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία μοντελοποίησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1. Παράμετροι κεραίας ( δ = 2)

Ονομα	Περιγραφή	Τύπος	Εννοια
Λ α	Μήκος κεραίας	2 ∙ r + L f	36 χλστ
W a	Πλάτος κεραίας	2 ∙ r	24 χλστ
L f	Μήκος CPU	r + 0,1	12,1 χλστ
Wf	Πλάτος CPU		1,66 χλστ
Lg	Μήκος PZ	r – T s	11,24 χλστ
L s	Μήκος υποστρώματος	Λ α + G s	37 χλστ
W s	Πλάτος υποστρώματος	W a+ 2 ∙ G s	26 χλστ
G s 1	Κάθετο διάκενο υποστρώματος		1 mm
G s 2	Οριζόντιο διάκενο υποστρώματος		1 mm
T m	Πάχος μετάλλου		0,035 χλστ
T s	Πάχος υποστρώματος		0,76 χλστ
r	Ακτίνα του κύκλου της 0ης επανάληψης		12 χλστ
r 1	Ακτίνα του κύκλου της 1ης επανάληψης	r /2	6 χλστ
r 2	Ακτίνα του κύκλου της 2ης επανάληψης	r 1 /2	3 χλστ
r 3	Ακτίνα κύκλου 3 επαναλήψεις	r 2 /2	1,5 χλστ
εs	Η διηλεκτρική σταθερά		3,38

Η κεραία τροφοδοτείται από έναν ομοεπίπεδο κυματοδηγό που αποτελείται από έναν κεντρικό αγωγό και ένα επίπεδο γείωσης, SMA -σύνδεσμος και μια συνεπίπεδη θύρα κυματοδηγού (CWP) που βρίσκεται κάθετα σε αυτήν (Εικ. 3).

Οπου εeff – αποτελεσματική διηλεκτρική σταθερά:

κ – πλήρες ελλειπτικό ολοκλήρωμα πρώτου είδους.

	(5)

Το Fractality κατά την κατασκευή μιας κεραίας έγκειται σε έναν ειδικό τρόπο συσκευασίας στοιχείων: οι επόμενες επαναλήψεις της κεραίας σχηματίζονται με την τοποθέτηση κύκλων μικρότερης ακτίνας στα στοιχεία της προηγούμενης επανάληψης. Σε αυτή την περίπτωση, ο παράγοντας κλίμακας δ καθορίζει πόσες φορές θα διαφέρουν τα μεγέθη των γειτονικών επαναλήψεων. Αυτή η διαδικασίαγια την περίσταση δ = 2 φαίνεται στο Σχ. 4.

Ρύζι. 4. Πρώτη, δεύτερη και τρίτη επανάληψη της κεραίας ( δ = 2)

Έτσι, η πρώτη επανάληψη προέκυψε αφαιρώντας δύο κύκλους με ακτίναr 1 από το αρχικό στοιχείο. Η δεύτερη επανάληψη σχηματίζεται τοποθετώντας μεταλλικούς κύκλους μισούς στην ακτίναr 2 σε κάθε κύκλο της πρώτης επανάληψης. Η τρίτη επανάληψη είναι παρόμοια με την πρώτη, αλλά η ακτίνα είναιr 3 . Η εργασία εξετάζει την κατακόρυφη και οριζόντια διάταξη των κύκλων.

3.1 Οριζόντια διάταξη στοιχείων

Η δυναμική των αλλαγών στον συντελεστή ανάκλασης ανάλογα με το επίπεδο επανάληψης παρουσιάζεται στο Σχ. 5 για δ = 2 και στο Σχ. 6 για δ = 3. Κάθε νέα σειρά αντιστοιχεί σε μία επιπλέον συχνότητα συντονισμού. Έτσι, η μηδενική επανάληψη στο εξεταζόμενο εύρος 0 ÷ 15 GHz αντιστοιχεί σε 4 συντονισμούς, η πρώτη επανάληψη - 5, κλπ. Επιπλέον, ξεκινώντας από τη δεύτερη επανάληψη, οι αλλαγές στη συμπεριφορά των χαρακτηριστικών γίνονται λιγότερο αισθητές.

Ρύζι. 5. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη σειρά επανάληψης ( δ = 2)

Η ουσία της μοντελοποίησης είναι ότι σε κάθε στάδιο, από τα εξεταζόμενα χαρακτηριστικά, επιλέγεται αυτό που κρίνεται ως το πιο πολλά υποσχόμενο. Ως προς αυτό, εισήχθη ο ακόλουθος κανόνας:

Εάν η υπέρβαση (διαφορά) στο εύρος όπου το ράφι είναι πάνω από -10 dB είναι μικρή, τότε θα πρέπει να επιλέξετε το χαρακτηριστικό που έχει χαμηλότερο ράφι στο εύρος λειτουργίας (κάτω από -10 dB), αφού ως αποτέλεσμα βελτιστοποίησης το πρώτο θα εξαλειφθεί, και το δεύτερο έπεσε ακόμη χαμηλότερα.

Ρύζι. 6. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη σειρά επανάληψης ( δ = 3)

Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν και σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα για δ = 2 για την οποία επιλέγεται η καμπύλη που αντιστοιχεί στην πρώτη επανάληψη δ = 3 – δεύτερη επανάληψη.

Στη συνέχεια, προτείνεται να μελετηθεί η εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από την τιμή του συντελεστή κλίμακας. Σκεφτείτε την αλλαγή δ στην περιοχή 2 ÷ 6 με το βήμα 1 εντός της πρώτης και της δεύτερης επανάληψης (Εικ. 7, 8).

Μια ενδιαφέρουσα συμπεριφορά των γραφημάτων είναι ότι, ξεκινώντας από δ = 3, τα χαρακτηριστικά γίνονται πιο επίπεδα και ομαλά, ο αριθμός των συντονισμών παραμένει σταθερός και η ανάπτυξη δ συνοδεύεται από αύξηση του επιπέδου S 11 σε ζυγές περιοχές και μείωση των περιττών.

Ρύζι. 7. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τον συντελεστή κλίμακας για την πρώτη επανάληψη ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή που επιλέχθηκε και για τις δύο επαναλήψεις είναι δ = 6.

Ρύζι. 8. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τον παράγοντα κλίμακας για τη δεύτερη επανάληψη ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, αφού χαρακτηρίζεται από τα χαμηλότερα ράφια και τις βαθιές αντηχήσεις (Εικ. 9).

Ρύζι. 9. Σύγκριση S 11

3.2 Κάθετη διάταξη στοιχείων

Η δυναμική των αλλαγών στον συντελεστή ανάκλασης ανάλογα με το επίπεδο επανάληψης για την περίπτωση κάθετης διάταξης κύκλων παρουσιάζεται στο Σχ. 10 για δ = 2 και στο Σχ. 11 για δ = 3.

Ρύζι. 10. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη σειρά επανάληψης ( δ = 2)

Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν και σύμφωνα με τον κανόνα για δ = 2 και δ = 3 επιλέγεται η καμπύλη που αντιστοιχεί στην τρίτη επανάληψη.

Ρύζι. 11. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τη σειρά επανάληψης ( δ = 3)

Η εξέταση της εξάρτησης του συντελεστή ανάκλασης από την τιμή του συντελεστή κλίμακας κατά την πρώτη και τη δεύτερη επανάληψη (Εικ. 12, 13) αποκαλύπτει τη βέλτιστη τιμή δ = 6, όπως στην περίπτωση της οριζόντιας διάταξης.

Ρύζι. 12. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τον συντελεστή κλίμακας για την πρώτη επανάληψη ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Σε αυτήν την περίπτωση, η τιμή που επιλέχθηκε και για τις δύο επαναλήψεις είναι δ = 6, που αντιπροσωπεύει επίσηςn-πολλαπλά φράκταλ, που σημαίνει ότι μπορεί να χρειαστεί να συνδυάσει χαρακτηριστικά δ = 2 και δ = 3.

Ρύζι. 13. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης από τον συντελεστή κλίμακας για τη δεύτερη επανάληψη ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Έτσι, από τις τέσσερις συγκριτικές επιλογές επιλέχθηκε η καμπύλη που αντιστοιχεί στη δεύτερη επανάληψη, δ = 6, όπως στην προηγούμενη περίπτωση (Εικ. 14).

Ρύζι. 14. Σύγκριση S 11 για τις τέσσερις γεωμετρίες κεραίας που εξετάστηκαν

3.3 Σύγκριση

Λαμβάνοντας υπόψη τις καλύτερες επιλογές για κάθετες και οριζόντιες γεωμετρίες που ελήφθησαν στις δύο προηγούμενες υποενότητες, η επιλογή γίνεται στην πρώτη (Εικ. 15), αν και σε αυτήν την περίπτωση η διαφορά μεταξύ αυτών των επιλογών δεν είναι τόσο μεγάλη. Εύρος συχνοτήτων λειτουργίας: 3,825÷4,242 GHz και 6,969÷13,2 GHz. Στη συνέχεια, ο σχεδιασμός θα εκσυγχρονιστεί προκειμένου να αναπτυχθεί μια κεραία που θα λειτουργεί σε ολόκληρη τη σειρά UWB.

Ρύζι. 15. Σύγκριση S 11 για να επιλέξετε την τελική επιλογή

4 Βελτιστοποίηση

Αυτή η ενότητα εξετάζει τη βελτιστοποίηση κεραίας με βάση τη δεύτερη επανάληψη του φράκταλ με την τιμή του συντελεστή δ = 6. Οι μεταβλητές παράμετροι παρουσιάζονται στο , και τα εύρη των αλλαγών τους βρίσκονται στον Πίνακα 2.

Ρύζι. 20. Εμφάνιση της κεραίας: α) μπροστινή πλευρά. β) πίσω πλευρά

Στο Σχ. Το 20 δείχνει τα χαρακτηριστικά που αντικατοπτρίζουν τη δυναμική της αλλαγής S 11 βήμα προς βήμα και αποδεικνύοντας την εγκυρότητα κάθε επόμενης ενέργειας. Ο Πίνακας 4 δείχνει τις συχνότητες συντονισμού και αποκοπής που χρησιμοποιούνται περαιτέρω για τον υπολογισμό των επιφανειακών ρευμάτων και των μοτίβων ακτινοβολίας.

Τραπέζι 3. Υπολογισμένες παράμετροι κεραίας

Ονομα	Αρχική τιμή, mm	Τελική τιμή, mm
∆ L f
Zh	Τραπέζι 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Η κατανομή των ρευμάτων της επιφάνειας της κεραίας στις συχνότητες συντονισμού και οριακές συχνότητες της περιοχής UWB φαίνεται στο Σχήμα. 21, και τα μοτίβα ακτινοβολίας είναι στο Σχ. 22.

α) 3,09 GHz β) 3,6 GHz

γ) 6,195 GHz δ) 8,85 GHz

ε) 10,6 GHz στ) 12,87 GHz

Ρύζι. 21. Κατανομή επιφανειακών ρευμάτων

ΕΝΑ) φά(φ ), θ = 0° β) φά(φ ), θ = 90°

V) φά(θ ), φ = 0° g) φά(θ ), φ = 90°

Ρύζι. 22. Σχέδια ακτινοβολίας στο πολικό σύστημα συντεταγμένων

5 συμπέρασμα

Αυτή η εργασία παρουσιάζει μια νέα μέθοδο για το σχεδιασμό κεραιών UWB που βασίζεται στη χρήση τεχνολογίας φράκταλ. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει δύο στάδια. Αρχικά, η γεωμετρία της κεραίας προσδιορίζεται επιλέγοντας τον κατάλληλο συντελεστή κλίμακας και το επίπεδο επανάληψης φράκταλ. Στη συνέχεια, εφαρμόζεται παραμετρική βελτιστοποίηση στη μορφή που προκύπτει με βάση τη μελέτη της επίδρασης των μεγεθών των βασικών στοιχείων της κεραίας στα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας.

Έχει διαπιστωθεί ότι καθώς αυξάνεται η σειρά επανάληψης, ο αριθμός των συχνοτήτων συντονισμού αυξάνεται και η αύξηση του συντελεστή κλίμακας σε μία επανάληψη χαρακτηρίζεται από μια πιο επίπεδη συμπεριφορά S 11 και σταθερότητα συντονισμών (ξεκινώντας από δ = 3).

Η ανεπτυγμένη κεραία παρέχει υψηλής ποιότητας λήψη σημάτων στη ζώνη συχνοτήτων 3,09 ÷ 15 GHz ως προς το επίπεδο S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Ευχαριστίες

Η μελέτη υποστηρίχθηκε από επιχορήγηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης "Δράση Erasmus Mundus 2», επίσης A.G.I. ευχαριστώ καθηγητήΠάολο Ρόκα για χρήσιμη συζήτηση.

Βιβλιογραφία

1. Λ . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Επίπεδη μονοπολική κεραία UWB με χαρακτηριστικά εγκοπής ζώνης WLAN UNII1/UNII2. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 25, 2010. – 277-292 σελ.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Εξαιρετικά ευρείας ζώνης βραχυκυκλωμένες κεραίες patch που τροφοδοτούνται από διπλωμένο patch με πολλαπλούς συντονισμούς. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 44, 2012. – 309-326 σελ.

3. R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdee. Επίπεδη μονοπολική κεραία που χρησιμοποιεί δομή συντονισμού σε σχήμα σκάλας πίσω επιπέδου για απόδοση εξαιρετικά ευρείας ζώνης. IET Microwaves, Antennas and Propagation, Vol. 4, Iss. 9, 2010. – 1327-1335 pp.

4. Revision of Part 15 of the Commission’s Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systems, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. – 118 p.