فناوری های سیمی برای ساخت آنتن های فراکتال. نحوه ساخت آنتن برای تلویزیون با دستان خود از سیم یا کابل آلومینیومی: طراحی ساده برای دریافت سیگنال تلویزیون. فراکتال مینکوفسکی مشابه منحنی کخ ساخته شده است و دارای همان خواص است

اولین چیزی که می خواهم در مورد آن بنویسم، مقدمه ای کوچک بر تاریخچه، تئوری و استفاده از آنتن های فراکتال است. آنتن های فراکتال اخیرا کشف شده است. آنها ابتدا توسط ناتان کوهن در سال 1988 اختراع شدند، سپس تحقیقات خود را در مورد چگونگی ساخت آنتن تلویزیون از سیم منتشر کرد و در سال 1995 آن را به ثبت رساند.

آنتن فراکتال دارای چندین ویژگی منحصر به فرد است که در ویکی پدیا نوشته شده است:

آنتن فراکتال آنتنی است که از طراحی فرکتال و خود تکراری برای به حداکثر رساندن طول یا افزایش محیط (در نواحی داخلی یا ساختار خارجی) یک ماده استفاده می‌کند که می‌تواند سیگنال‌های الکترومغناطیسی را در یک سطح کلی یا حجم معین دریافت یا ارسال کند. "

دقیقا چی معنی میده؟ خوب، شما باید بدانید که فراکتال چیست. همچنین از ویکی پدیا:

«فرکتال معمولاً یک شکل هندسی خشن یا تکه تکه است که می‌توان آن را به بخش‌هایی تقسیم کرد، که هر قسمت کپی کوچک‌تری از کل است – خاصیتی به نام خود شباهت».

بنابراین، یک فراکتال یک شکل هندسی است که بدون توجه به اندازه تک تک قطعات، بارها و بارها تکرار می شود.

آنتن‌های فراکتال تقریباً 20 درصد کارآمدتر از آنتن‌های معمولی هستند. این می تواند مفید باشد به خصوص اگر می خواهید آنتن تلویزیون شما ویدیوی دیجیتال یا با کیفیت بالا را دریافت کند، برد تلفن همراه، برد Wi-Fi، دریافت رادیو FM یا AM و غیره را افزایش دهد.

اکثر تلفن های همراه از قبل دارای آنتن فراکتال هستند. ممکن است متوجه این موضوع شده باشید زیرا تلفن های همراه دیگر آنتن در بیرون ندارند. این به این دلیل است که آنتن‌های فراکتال درون خود دارند که روی برد مدار حک شده‌اند و به آن‌ها اجازه می‌دهد سیگنال بهتری دریافت کنند و فرکانس‌های بیشتری مانند بلوتوث، تلفن همراه و وای‌فای را از یک آنتن دریافت کنند.

ویکیپدیا:

پاسخ آنتن فراکتال به طور قابل توجهی با طرح های سنتی آنتن متفاوت است زیرا می تواند با عملکرد خوب در فرکانس های مختلف به طور همزمان کار کند. فرکانس آنتن های استاندارد باید قطع شود تا بتوان فقط آن فرکانس را دریافت کرد. بنابراین، یک آنتن فراکتال، بر خلاف آنتن های معمولی، یک طراحی عالی برای کاربردهای باند پهن و چند باند است.

ترفند این است که آنتن فراکتال خود را طوری طراحی کنید که در فرکانس مرکزی خاصی که می خواهید طنین انداز شود. این بدان معنی است که بسته به آنچه می خواهید به آن برسید، آنتن متفاوت به نظر می رسد. برای این کار باید از ریاضیات (یا یک ماشین حساب آنلاین) استفاده کنید.

در مثال من می خواهم انجام دهم آنتن ساده، اما می توانید آن را پیچیده تر کنید. هر چه پیچیده تر بهتر من از سیم پیچ 18 رشته ای سیم هسته جامد برای ساخت آنتن استفاده خواهم کرد، اما شما می توانید برد مدارهای خود را مطابق با زیبایی شناسی خود سفارشی کنید، آن را کوچکتر یا پیچیده تر با وضوح و رزونانس بیشتر کنید.

من قصد دارم یک آنتن تلویزیون برای دریافت تلویزیون دیجیتال یا تلویزیون بسازم کیفیت بالا. کار کردن با این فرکانس ها آسان تر است و طول آنها از حدود 15 سانتی متر تا 150 سانتی متر برای نیم طول موج متغیر است. برای سادگی و هزینه کم قطعات، من قصد دارم آن را روی یک آنتن دو قطبی معمولی قرار دهم، امواجی در محدوده 136-174 مگاهرتز (VHF) می گیرد.

برای دریافت امواج UHF (400-512 مگاهرتز)، می توانید یک دایرکتور یا بازتابنده اضافه کنید، اما این امر دریافت را بیشتر به جهت آنتن وابسته می کند. VHF نیز جهت‌دار است، اما به‌جای اشاره مستقیم به ایستگاه تلویزیون در نصب UHF، باید گوش‌های VHF را عمود بر ایستگاه تلویزیون نصب کنید. اینجاست که باید کمی بیشتر تلاش کنید. من می خواهم طراحی را تا حد امکان ساده کنم، زیرا این قبلاً یک چیز کاملاً پیچیده است.

اجزای اصلی:

• سطح نصب، مانند محفظه پلاستیکی (20 سانتی متر × 15 سانتی متر در 8 سانتی متر)
• 6 عدد پیچ. من از پیچ های ورق فولادی استفاده کردم
• ترانسفورماتور با مقاومت 300 اهم تا 75 اهم.
• سیم نصب 18 AWG (0.8 میلی متر).
• کابل کواکسیال RG-6 با ترمیناتور (و با غلاف لاستیکی در صورت نصب در خارج از منزل)
• آلومینیوم هنگام استفاده از بازتابنده. یکی در پیوست بالا وجود داشت.
• نشانگر خوب
• دو جفت انبر کوچک
• خط کش کمتر از 20 سانتی متر نیست.
• نوار نقاله برای اندازه گیری زاویه
• دو مته که قطر یکی کمی کوچکتر از پیچ شماست
• سیم برش کوچک
• پیچ گوشتی یا پیچ گوشتی

نکته: قسمت پایین آنتن سیم آلومینیومی در سمت راست تصویر است که ترانسفورماتور بیرون زده است.

مرحله 1: اضافه کردن یک بازتابنده

محفظه را با بازتابنده زیر پوشش پلاستیکی جمع کنید

مرحله 2: سوراخ کردن و نصب نقاط نصب

سوراخ های خروجی کوچکی را در طرف مقابل بازتابنده در این موقعیت ها دریل کنید و یک پیچ رسانا قرار دهید.

مرحله 3: سیم ها را اندازه گیری کنید، برش دهید و برش دهید

چهار تکه سیم 20 سانتی متری ببرید و روی بدنه قرار دهید.

مرحله 4: اندازه گیری و علامت گذاری سیم ها

با استفاده از یک نشانگر، هر 2.5 سانتی متر را روی سیم علامت بزنید (در این نقاط خم می شود)

مرحله 5: ایجاد فراکتال

این مرحله باید برای هر قطعه سیم تکرار شود. هر خم باید دقیقاً 60 درجه باشد، زیرا ما مثلث متساوی الاضلاع برای فراکتال خواهیم ساخت. من از دو انبر و نقاله استفاده کردم. هر خم بر روی یک علامت ساخته شده است. قبل از ایجاد چین ها، جهت هر یک از آنها را تجسم کنید. لطفا برای این کار از نمودار پیوست استفاده کنید.

مرحله 6: ایجاد دوقطبی

دو تکه سیم دیگر که حداقل 6 اینچ طول دارند برش دهید این سیم ها را دور پیچ های بالا و پایین در امتداد سمت بلند بپیچید و سپس آنها را دور پیچ های مرکزی بپیچید. سپس طول اضافی را کوتاه کنید.

مرحله 7: نصب دوقطبی و نصب ترانسفورماتور

هر یک از فراکتال ها را روی پیچ های گوشه ای محکم کنید.

یک ترانسفورماتور با امپدانس مناسب را به دو پیچ مرکزی وصل کرده و آنها را سفت کنید.

مونتاژ کامل شد! امتحان کن و لذت ببر!

مرحله 8: تکرارها/آزمایش های بیشتر

من برخی از عناصر جدید را با استفاده از یک الگوی کاغذی از GIMP ساختم. من از یک سیم تلفن جامد کوچک استفاده کردم. به اندازه کافی کوچک، قوی و انعطاف پذیر بود تا به شکل های پیچیده مورد نیاز برای فرکانس مرکزی (554 مگاهرتز) خم شود. این میانگین است سیگنال دیجیتال UHF برای کانال ها تلویزیون زمینیدر منطقه من

عکس پیوست شاید دیدن سیم‌های مسی در نور کم در مقابل مقوا و چسب روی آن دشوار باشد، اما شما این ایده را دریافت می‌کنید.

در این اندازه، عناصر کاملا شکننده هستند، بنابراین باید با دقت مورد استفاده قرار گیرند.

یک قالب با فرمت png هم اضافه کردم. برای چاپ اندازه مورد نظر، باید آن را در یک ویرایشگر عکس مانند GIMP باز کنید. این قالب کامل نیست زیرا من آن را با دست و با استفاده از ماوس درست کردم، اما به اندازه کافی برای دست انسان راحت است.

آنتن های فرکتال سیمی مورد مطالعه در این پایان نامه با خم کردن سیم مطابق با یک قالب کاغذی چاپ شده ساخته شده اند. از آنجایی که سیم به صورت دستی با استفاده از موچین خم می شد، دقت ایجاد "خم" آنتن حدود 0.5 میلی متر بود. بنابراین، ساده ترین فرم های هندسی فراکتال برای تحقیق در نظر گرفته شد: منحنی کوخ و مینکوفسکی "پرش دو قطبی".

مشخص است که فراکتال ها امکان کاهش اندازه آنتن ها را فراهم می کنند، در حالی که ابعاد یک آنتن فراکتال با ابعاد یک دوقطبی خطی نیمه موجی متقارن مقایسه می شود. در تحقیقات بیشتر در پایان نامه، آنتن های فرکتال سیمی با یک دوقطبی خطی با بازو 4/ برابر با 78 میلی متر با فرکانس تشدید 900 مگاهرتز مقایسه می شود.

آنتن های فرکتال سیمی بر اساس منحنی کخ

این کار فرمول هایی را برای محاسبه آنتن های فراکتال بر اساس منحنی کخ ارائه می دهد (شکل 24).

آ) n= 0 ب) n= 1 ج) n = 2

شکل 24 - منحنی کخ از تکرارهای مختلف n

بعد، ابعاد، اندازه Dفراکتال Koch تعمیم یافته با فرمول محاسبه می شود:

اگر زاویه خمش استاندارد منحنی کوخ = 60 را با فرمول (35) جایگزین کنیم، به دست می آید. D = 1,262.

وابستگی اولین فرکانس تشدید دوقطبی کخ f K از بعد فراکتال D، اعداد تکرار nو فرکانس تشدید یک دوقطبی مستقیم f D با همان ارتفاع خط شکسته Koch (در نقاط انتهایی) با فرمول تعیین می شود:

برای شکل 24، b در n= 1 و D= 1.262 از فرمول (36) بدست می آوریم:

f K= f D 0.816، f K = 900 مگاهرتز 0.816 = 734 مگاهرتز. (37)

برای شکل 24، c با n = 2 و D = 1.262، از فرمول (36) به دست می آوریم:

f K= f D 0.696، f K = 900 مگاهرتز 0.696 = 626 مگاهرتز. (38)

فرمول های (37) و (38) به ما اجازه می دهند که مشکل معکوس را حل کنیم - اگر می خواهیم آنتن های فراکتال در یک فرکانس کار کنند. f K = 900 مگاهرتز، سپس دوقطبی های مستقیم باید در فرکانس های زیر عمل کنند:

برای n = 1 f D = f K / 0.816 = 900 مگاهرتز / 0.816 = 1102 مگاهرتز، (39)

برای n = 2 f D = f K / 0.696 = 900 مگاهرتز / 0.696 = 1293 مگاهرتز. (40)

با استفاده از نمودار شکل 22، طول بازوهای /4 یک دوقطبی مستقیم را تعیین می کنیم. آنها برابر با 63.5 میلی متر (برای 1102 مگاهرتز) و 55 میلی متر (برای 1293 مگاهرتز) خواهند بود.

بنابراین، 4 آنتن فراکتال بر اساس منحنی کخ ساخته شد: دو آنتن با ابعاد 4 بازویی 78 میلی متر، و دو آنتن با ابعاد کوچکتر. شکل های 25-28 تصاویری از صفحه نمایش RK2-47 را نشان می دهد که فرکانس های تشدید را می توان به صورت تجربی تعیین کرد.

جدول 2 خلاصه ای از داده های محاسبه شده و تجربی را نشان می دهد که از آنها مشخص است که فرکانس های نظری f T با نمونه های تجربی متفاوت است f E بیش از 4-9٪ نیست و این یک نتیجه بسیار خوب است.

شکل 25 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری یک آنتن با منحنی Koch تکرار n = 1 با /4-بازو برابر با 78 میلی متر. فرکانس تشدید 767 مگاهرتز

شکل 26 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری یک آنتن با منحنی Koch تکرار n = 1 با /4-arms برابر با 63.5 میلی متر. فرکانس تشدید 945 مگاهرتز

شکل 27 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن با منحنی Koch تکرار n = 2 با /4-بازو برابر با 78 میلی متر. فرکانس تشدید 658 مگاهرتز

شکل 28 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن با منحنی Koch تکرار n = 2 با /4-بازو برابر با 55 میلی متر. فرکانس تشدید 980 مگاهرتز

جدول 2 - مقایسه فرکانس های محاسبه شده (fT نظری) و آزمایشی fE رزونانس آنتن های فراکتال بر اساس منحنی کخ

آنتن های فراکتال سیمی بر اساس "پرش دوقطبی". الگوی جهت

خطوط فراکتال از نوع "پرش دوقطبی" در کار شرح داده شده است، با این حال، فرمول هایی برای محاسبه فرکانس تشدید بسته به اندازه آنتن در کار ارائه نشده است. بنابراین تصمیم بر آن شد که فرکانس های تشدید به صورت تجربی تعیین شوند. برای خطوط فرکتال ساده از تکرار اول (شکل 29، ب)، 4 آنتن ساخته شد - با طول 4-بازو برابر با 78 میلی متر، با نصف طول و دو طول متوسط. برای خطوط فرکتال دشوار در تکرار دوم (شکل 29، ج)، 2 آنتن با طول های 4 بازوی 78 و 39 میلی متر ساخته شد.

شکل 30 تمام آنتن های فراکتال ساخته شده را نشان می دهد. شکل 31 ظاهر تنظیمات آزمایشی را با آنتن فرکتال "پرش دوقطبی" تکرار دوم نشان می دهد. شکل های 32-37 تعیین تجربی فرکانس های تشدید را نشان می دهد.

آ) n= 0 ب) n= 1 ج) n = 2

شکل 29 - منحنی مینکوفسکی "پرش دوقطبی" از تکرارهای مختلف n

شکل 30 - ظاهرتمام آنتن های فرکتال سیمی تولید شده (قطر سیم 1 و 0.7 میلی متر)

شکل 31 - راه اندازی آزمایشی: VSWR پانوراما و تضعیف سنج RK2-47 با آنتن فراکتال از نوع "پرش دوقطبی"، تکرار دوم

شکل 32 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری یک آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 1 با /4 بازو برابر با 78 میلی متر.

فرکانس تشدید 553 مگاهرتز

شکل 33 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری یک آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 1 با بازوهای /4 برابر با 58.5 میلی متر.

فرکانس تشدید 722 مگاهرتز

شکل 34 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 1 با بازوهای /4 برابر با 48 میلی متر. فرکانس تشدید 1012 مگاهرتز

شکل 35 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 1 با بازوهای /4 برابر با 39 میلی متر. فرکانس تشدید 1200 مگاهرتز

شکل 36 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 2 با بازوهای /4 برابر با 78 میلی متر.

فرکانس رزونانس اول 445 مگاهرتز و فرکانس دوم 1143 مگاهرتز است

شکل 37 - صفحه نمایش RK2-47 هنگام اندازه گیری آنتن "پرش دوقطبی" با تکرار n = 2 با بازوهای /4 برابر با 39 میلی متر.

فرکانس تشدید 954 مگاهرتز

همانطور که مطالعات تجربی نشان داده است، اگر یک دوقطبی خطی نیمه موجی متقارن و یک آنتن فراکتال با طول های یکسان را در نظر بگیریم (شکل 38)، آنتن های فراکتال از نوع "پرش دوقطبی" در فرکانس کمتری (50 و 61) کار خواهند کرد. ٪، و آنتن های فراکتال به شکل منحنی Koch در فرکانس های 73 و 85٪ کمتر از فرکانس های یک دوقطبی خطی کار می کنند. بنابراین، در واقع، آنتن های فراکتال را می توان در اندازه های کوچکتر ساخت. شکل 39 ابعاد آنتن های فراکتال را برای فرکانس های تشدید مشابه (900-1000 مگاهرتز) در مقایسه با بازوی یک دوقطبی نیم موج معمولی نشان می دهد.

شکل 38 - آنتن های "معمولی" و فراکتال با طول یکسان

شکل 39 - اندازه آنتن برای فرکانس های تشدید یکسان

5. اندازه گیری الگوهای تابشی آنتن های فراکتال

الگوهای تشعشع آنتن معمولاً در محفظه‌های «آنکوئیک» اندازه‌گیری می‌شوند که دیواره‌های آن تشعشعات وارده بر آنها را جذب می‌کنند. در این پایان نامه، اندازه گیری ها در آزمایشگاه معمولی دانشکده فیزیک و فناوری انجام شد و سیگنال منعکس شده از جعبه های فلزی ابزار و پایه های آهنی باعث ایجاد خطا در اندازه گیری ها شد.

ژنراتور خود پانوراما VSWR و میرایی سنج RK2-47 به عنوان منبع سیگنال مایکروویو استفاده شد. یک سطح سنج به عنوان گیرنده تشعشع از آنتن فراکتال استفاده شد. میدان الکترومغناطیسی ATT-2592، امکان اندازه گیری در محدوده فرکانس 50 مگاهرتز تا 3.5 گیگاهرتز را فراهم می کند.

اندازه گیری های اولیه نشان داد که الگوی تابش یک دوقطبی خطی نیم موج متقارن به طور قابل توجهی تشعشع از خارج کابل کواکسیال را که مستقیماً (بدون دستگاه های منطبق) به دوقطبی متصل بود، منحرف می کند. یکی از راه‌های سرکوب تشعشعات خط انتقال، استفاده از تک قطبی به جای دوقطبی به همراه چهار وزنه متقابل عمود بر یکدیگر است که نقش «زمین» را بازی می‌کنند (شکل 40).

شکل 40 - آنتن تک قطبی و فراکتال /4 با وزنه های تعادل

شکل‌های 41-45 الگوهای تابش اندازه‌گیری شده آزمایشی آنتن‌های مورد مطالعه را با "ضد وزنه" نشان می‌دهند (فرکانس تشدید تابش عملاً هنگام حرکت از یک دوقطبی به یک تک قطبی تغییر نمی‌کند). اندازه گیری چگالی شار توان تشعشع مایکروویو بر حسب مایکرووات بر متر مربع در سطوح افقی و عمودی در فواصل 10 انجام شد. اندازه گیری ها در منطقه "دور" آنتن در فاصله 2 انجام شد.

اولین آنتنی که مورد مطالعه قرار گرفت یک ویبراتور / چهار خطی بود. از الگوی تابش این آنتن مشخص است (شکل 41) که با الگوی نظری تفاوت دارد. این به دلیل اشتباهات اندازه گیری است.

خطاهای اندازه گیری برای تمام آنتن های مورد مطالعه می تواند به شرح زیر باشد:

انعکاس تابش اشیاء فلزی در داخل آزمایشگاه.

عدم وجود عمودهای متقابل دقیق بین آنتن و وزنه های تعادل.

سرکوب کامل تابش از پوسته بیرونی کابل کواکسیال.

خواندن نادرست مقادیر زاویه ای؛

"هدف گیری" نادرست متر ATT-2592 در آنتن.

تداخل تلفن های همراه

برای کسانی که نمی دانند چیست و کجا استفاده می شود، می توانم بگویم که فیلم های ویدئویی در مورد فراکتال ها را تماشا کنند. و چنین آنتن هایی امروزه در همه جا، به عنوان مثال، در هر تلفن همراه استفاده می شود.

بنابراین، در پایان سال 2013، پدرشوهرم و مادرشوهرم به دیدار ما آمدند و سپس مادرشوهر در آستانه تعطیلات سال نو، از ما آنتن خواست برای او. تلویزیون کوچک پدرشوهرم از طریق آنتن ماهواره تلویزیون تماشا می کند و معمولاً کاری برای خودش انجام می دهد، اما مادرشوهرم می خواست برنامه های سال نو را بی سر و صدا بدون اینکه پدرشوهرم را اذیت کند تماشا کند.

خوب، ما آنتن حلقه ای خود را به او دادیم (مربع 330x330)، که همسرم گاهی اوقات از طریق آن تلویزیون تماشا می کرد.

و بعد زمان افتتاحیه المپیک زمستانی سوچی نزدیک شد و همسرم گفت: آنتن کن.

برای من مشکلی نیست که آنتن دیگری بسازم، به شرطی که هدف و معنا داشته باشد. قول داد این کار را بکند. و اکنون زمان آن فرا رسیده است ... اما من فکر می کردم که مجسمه سازی یک آنتن لوپ دیگر به نوعی خسته کننده است ، بالاخره قرن 21 در حیاط است و بعد به یاد آوردم که پیشرفته ترین آنها در ساخت آنتن ها آنتن های EH هستند. آنتن های HZ و آنتن های فراکتال. با فهمیدن اینکه چه چیزی برای تجارت من مناسب تر است، روی آنتن فراکتال مستقر شدم. خوشبختانه، من انواع و اقسام فیلم‌ها را در مورد فراکتال‌ها دیده‌ام و مدت‌ها پیش انواع عکس‌ها را از اینترنت بیرون آورده‌ام. بنابراین من می خواستم این ایده را به واقعیت مادی ترجمه کنم.

عکس ها یک چیز هستند، اجرای خاص یک دستگاه خاص چیز دیگری است. مدت زیادی زحمت ندادم و تصمیم گرفتم یک آنتن بر اساس یک فراکتال مستطیلی بسازم.

سیم مسی با قطر حدود 1 میلیمتر را بیرون آوردم، انبردست برداشتم و شروع به ساختن چیزها کردم... اولین پروژه با استفاده از فرکتال های فراوان در مقیاس کامل بود. از روی عادت، برای مدت طولانی این کار را انجام دادم، در عصرهای سرد زمستان، بالاخره این کار را انجام دادم، کل سطح فراکتال را با استفاده از پلی اتیلن مایع به تخته فیبر چسباندم، کابل را مستقیماً به طول حدود 1 متر لحیم کردم، شروع به امتحان کردم. اوه! و این آنتن کانال های تلویزیون را بسیار واضح تر از یک آنتن فریم دریافت می کرد ... من از این نتیجه راضی بودم ، یعنی بیهوده نبودم که در حالی که سیم را به شکل فراکتال خم می کردم ، دست و پا می زدم و پینه می مالیدم.

حدود یک هفته گذشت و به این فکر افتادم که اندازه آنتن جدید تقریباً به اندازه یک آنتن فریم است، هیچ مزیت خاصی ندارد، مگر اینکه بهبود جزئی در دریافت را در نظر بگیرید. و بنابراین تصمیم گرفتم یک آنتن فراکتال جدید با استفاده از فراکتال های کمتر و در نتیجه اندازه کوچکتر نصب کنم.

آنتن فراکتال گزینه اول

روز شنبه 1393/02/08 یک تکه سیم مسی کوچک که از اولین آنتن فراکتال باقی مانده بود را بیرون آوردم و خیلی سریع حدود نیم ساعت یک آنتن جدید نصب کردم...

آنتن فراکتال گزینه دوم

بعد کابل را از اولی لحیم کردم و معلوم شد یک دستگاه کامل است. آنتن فراکتال گزینه دوم با کابل

شروع کردم به بررسی عملکرد... وای لعنتی! بله، این یکی حتی بهتر کار می کند و تا 10 کانال رنگی دریافت می کند، که قبلاً با استفاده از آنتن حلقه امکان پذیر نبود. سود قابل توجه است! اگر به این نکته نیز توجه داشته باشید که شرایط پذیرش من کاملاً بی‌اهمیت است: طبقه دوم، خانه ما کاملاً از مرکز تلویزیون توسط ساختمان‌های مرتفع مسدود شده است، دید مستقیم وجود ندارد، پس سود هم در پذیرش و هم در پذیرش چشمگیر است. در اندازه.

در اینترنت آنتن های فراکتال وجود دارد که با حکاکی روی فویل فایبرگلاس ساخته می شوند ... فکر می کنم فرقی نمی کند چه کاری انجام شود و برای آنتن تلویزیون نباید ابعاد آن در محدوده کار روی زانو کاملاً رعایت شود.

دنیا بدون افراد خوب نیست:-)
Valery UR3CAH: "عصر بخیر، ایگور. فکر می کنم این مقاله (یعنی بخش "آنتن های فراکتال: کمتر بیشتر است") با موضوع سایت شما مطابقت دارد و برای شما جالب خواهد بود:) 73!"
بله، البته جالب است. ما قبلاً در مورد هندسه هگزابیم ها تا حدی به این موضوع پرداخته ایم. در آنجا نیز یک معضل با "بسته بندی" طول الکتریکی در ابعاد هندسی وجود داشت :-). بنابراین، والری، از ارسال مطالب بسیار سپاسگزارم.
آنتن های فراکتال: کمتر، بیشتر است
در طول نیم قرن گذشته، زندگی به سرعت شروع به تغییر کرده است. بسیاری از ما دستاوردها را می پذیریم فن آوری های مدرنمسلم است. خیلی سریع به هر چیزی که زندگی را راحت تر می کند عادت می کنید. به ندرت کسی این سوال را می پرسد که "این از کجا آمده است؟" و این چطوری کار می کند؟" مایکروویو صبحانه را گرم می کند - عالی است، تلفن هوشمند به شما این فرصت را می دهد که با شخص دیگری صحبت کنید - عالی. به نظر ما این یک احتمال آشکار است.
اما اگر فردی برای وقایع رخ داده به دنبال توضیحی نبود، زندگی می توانست کاملاً متفاوت باشد. به عنوان مثال، تلفن های همراه. آنتن های جمع شونده مدل های اول را به خاطر دارید؟ آنها دخالت کردند، اندازه دستگاه را افزایش دادند و در پایان اغلب می شکستند. ما معتقدیم که آنها برای همیشه در فراموشی فرو رفته اند و بخشی از دلیل این امر... فراکتال ها است.
الگوهای فراکتال با الگوهای خود مجذوب خود می شوند. آنها قطعاً شبیه تصاویر اجرام کیهانی - سحابی ها، خوشه های کهکشانی و غیره هستند. بنابراین کاملاً طبیعی است که وقتی ماندلبرو نظریه خود را در مورد فراکتال ها بیان کرد، تحقیقات او علاقه بیشتری را در بین کسانی که نجوم مطالعه می کردند برانگیخت. یکی از این آماتورها به نام ناتان کوهن، پس از شرکت در سخنرانی بنوا ماندلبرو در بوداپست، این ایده را دریافت کرد. کاربرد عملیدانش کسب شده درست است، او این کار را به طور شهودی انجام داد و شانس نقش مهمی در کشف او داشت. ناتان به عنوان یک رادیو آماتور به دنبال ایجاد آنتنی با بالاترین حساسیت ممکن بود.
تنها راهبرای بهبود پارامترهای آنتن، که در آن زمان شناخته شده بود، شامل افزایش ابعاد هندسی آن بود. با این حال، مالک ملک در مرکز شهر بوستون که ناتان اجاره کرده بود، قاطعانه مخالف نصب دستگاه های بزرگ روی پشت بام بود. سپس ناتان شروع به آزمایش با اشکال مختلف آنتن کرد و سعی کرد حداکثر نتیجه را با حداقل اندازه به دست آورد. کوهن، همانطور که می گویند، با الهام از ایده فرم های فراکتال، به طور تصادفی یکی از معروف ترین فراکتال ها را از سیم ساخته است - "برف کوچ". هلگه فون کوخ، ریاضیدان سوئدی، این منحنی را در سال 1904 ارائه کرد. با تقسیم یک پاره به سه قسمت و جایگزینی قسمت میانی با یک مثلث متساوی الاضلاع بدون ضلع منطبق بر این قطعه به دست می آید. درک تعریف کمی دشوار است، اما در شکل همه چیز واضح و ساده است.
همچنین تغییرات دیگری از منحنی کخ وجود دارد، اما شکل تقریبی منحنی مشابه است.

وقتی ناتان آنتن را به گیرنده رادیو وصل کرد، بسیار شگفت زده شد - حساسیت به طور چشمگیری افزایش یافت. پس از یک سری آزمایشات، استاد آینده دانشگاه بوستون متوجه شد که آنتن ساخته شده بر اساس الگوی فراکتال دارای کارایی بالایی است و محدوده فرکانسی بسیار گسترده تری را در مقایسه با راه حل های کلاسیک پوشش می دهد. علاوه بر این، شکل آنتن به صورت منحنی فراکتال باعث می شود تا ابعاد هندسی به میزان قابل توجهی کاهش یابد. ناتان کوهن حتی با یک قضیه اثبات کرد که برای ایجاد آنتن پهنای باندکافی است به آن شکل یک منحنی فراکتال خود مشابه را بدهیم.

نویسنده کشف خود را به ثبت رساند و شرکتی را برای توسعه و طراحی آنتن های فراکتال به نام Fractal Antenna Systems تأسیس کرد و به درستی معتقد بود که در آینده به لطف کشف او، تلفن های همراه قادر خواهند بود از شر آنتن های حجیم خلاص شوند و فشرده تر شوند. در اصل این اتفاق افتاد. درست است، تا به امروز ناتان درگیر یک نبرد قانونی با او است شرکت های بزرگ، که به طور غیرقانونی از کشف خود برای تولید وسایل ارتباطی فشرده استفاده می کند. برخی از تولید کنندگان معروف دستگاه های تلفن همراهشرکت‌هایی مانند موتورولا قبلاً با مخترع آنتن فراکتال به توافق صلح رسیده‌اند. منبع اصلی

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

ارسال شده در http://www.allbest.ru/

معرفی

آنتن یک دستگاه رادیویی است که برای ارسال یا دریافت طراحی شده است امواج الکترومغناطیسی. آنتن یکی از مهمترین عناصر هر سیستم مهندسی رادیویی است که با انتشار یا دریافت امواج رادیویی مرتبط است. این گونه سیستم ها عبارتند از: سیستم های ارتباط رادیویی، پخش رادیویی، تلویزیون، کنترل رادیویی، ارتباطات رله رادیویی، رادار، نجوم رادیویی، ناوبری رادیویی و غیره.

از نظر ساختاری، آنتن از سیم، سطوح فلزی، دی الکتریک و مگنتودالکتریک تشکیل شده است. هدف آنتن با یک نمودار ساده از پیوند رادیویی نشان داده شده است. نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا که توسط سیگنال مفید مدوله شده و توسط ژنراتور ایجاد می شود، توسط آنتن فرستنده به امواج الکترومغناطیسی تبدیل شده و به فضا تابش می شود. به طور معمول، امواج الکترومغناطیسی از فرستنده به آنتن نه به طور مستقیم، بلکه با استفاده از یک خط برق (خط انتقال امواج الکترومغناطیسی، فیدر) عرضه می شود.

در این حالت، امواج الکترومغناطیسی مرتبط با آن در طول فیدر منتشر می شود که توسط آنتن به امواج الکترومغناطیسی واگرا فضای آزاد تبدیل می شود.

آنتن گیرنده امواج رادیویی آزاد را می گیرد و آنها را به امواج جفت شده تبدیل می کند که از طریق یک فیدر به گیرنده تغذیه می شود. مطابق با اصل برگشت پذیری آنتن، خواص آنتنی که در حالت ارسال کار می کند، زمانی که این آنتن در حالت دریافت کار می کند، تغییر نمی کند.

برای تحریک از دستگاه هایی شبیه به آنتن نیز استفاده می شود ارتعاشات الکترومغناطیسی V انواع مختلفموجبرها و تشدید کننده های حجمی.

1. مشخصات اصلی آنتن ها

1.1 اطلاعات مختصری در مورد پارامترهای اصلی آنتن ها

هنگام انتخاب آنتن ها، ویژگی های اصلی آنها مقایسه می شود: محدوده فرکانس کاری (پهنای باند)، بهره، الگوی تابش، امپدانس ورودی، پلاریزاسیون. از نظر کمی، Ga آنتن Ga نشان می دهد که چند برابر قدرت سیگنال دریافتی توسط یک آنتن معین است. قدرت بیشترسیگنال دریافت شده توسط ساده ترین آنتن - یک ویبراتور نیمه موج (گسترش کننده همسانگرد) که در همان نقطه در فضا قرار دارد. افزایش در دسی بل دسی بل یا دسی بل بیان می شود. باید بین بهره تعریف شده در بالا که dB یا dBd (نسبت به لرزاننده دوقطبی یا نیمه موجی) و بهره نسبت به رادیاتور همسانگرد که dBi یا dB ISO نشان داده شده است، تمایز قائل شد. در هر صورت، مقایسه مقادیر مشابه ضروری است. داشتن آنتن با بهره بالا مطلوب است، اما افزایش بهره معمولاً مستلزم افزایش پیچیدگی طراحی و ابعاد آن است. هیچ آنتن ساده با اندازه کوچک با بهره بالا وجود ندارد. الگوی تشعشع (RP) یک آنتن نشان می دهد که چگونه آنتن سیگنال ها را از آن دریافت می کند جهت های مختلف. در این حالت لازم است الگوی آنتن در دو سطح افقی و عمودی در نظر گرفته شود. آنتن های همه جهته در هر صفحه ای دارای الگویی به شکل دایره هستند، یعنی آنتن می تواند سیگنال ها را از همه طرف به طور مساوی دریافت کند، به عنوان مثال، الگوی تابش یک میله عمودی در یک صفحه افقی. یک آنتن جهت دار با وجود یک یا چند لوب الگو مشخص می شود که بزرگترین آنها اصلی نامیده می شود. معمولاً علاوه بر لوب اصلی، لوب های پشتی و جانبی نیز وجود دارد که سطح آنها به طور قابل توجهی کمتر از لوب اصلی است که با این وجود عملکرد آنتن را بدتر می کند و به همین دلیل تلاش می شود تا حد امکان سطح آنها را کاهش دهند. .

امپدانس ورودی آنتن به عنوان نسبت مقادیر ولتاژ لحظه ای به جریان سیگنال در نقاط تغذیه آنتن در نظر گرفته می شود. اگر ولتاژ و جریان سیگنال در فاز باشد، نسبت یک مقدار واقعی است و مقاومت ورودی کاملاً فعال است. هنگامی که فازها تغییر می کنند، علاوه بر جزء فعال، یک جزء واکنشی ظاهر می شود - القایی یا خازنی، بسته به اینکه فاز جریان از ولتاژ عقب مانده یا آن را پیش می برد. امپدانس ورودی به فرکانس سیگنال دریافتی بستگی دارد. علاوه بر ویژگی های اصلی ذکر شده، آنتن ها دارای تعدادی پارامتر مهم دیگر مانند SWR (نسبت موج ایستاده)، سطح قطبش متقاطع، محدوده دمای عملیاتی، بارهای باد و غیره هستند.

1.2 طبقه بندی آنتن

آنتن ها را می توان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی کرد: با توجه به اصل پهنای باند، با توجه به ماهیت عناصر تابشی (آنتن هایی با جریان خطی، یا آنتن های ویبراتور، آنتن هایی که از طریق دیافراگم ساطع می شوند - آنتن های دیافراگم، آنتن های سطحی). با توجه به نوع سیستم مهندسی رادیو که در آن آنتن استفاده می شود (آنتن برای ارتباطات رادیویی، برای پخش رادیویی، تلویزیون و غیره). ما به طبقه بندی محدوده پایبند خواهیم بود. اگرچه آنتن هایی با عناصر تشعشعی (نوع) یکسان اغلب در محدوده موج های مختلف استفاده می شوند، طراحی آنها متفاوت است. پارامترهای این آنتن ها و الزامات آنها نیز به طور قابل توجهی متفاوت است.

آنتن‌های دامنه موج زیر در نظر گرفته می‌شوند (اسامی محدوده‌ها مطابق با توصیه‌های «مقررات رادیویی» آمده است؛ نام‌هایی که به طور گسترده در ادبیات دستگاه‌های تغذیه‌کننده آنتن استفاده می‌شوند در براکت‌ها نشان داده شده‌اند): myriameter (ultra) -طولان) امواج ()؛ امواج کیلومتری (طولانی) (); امواج هکتومتر (متوسط) (); امواج ده متری (کوتاه) (); meterwaves(); امواج دسی متری (); centimeterwaves(); امواج میلی متری (). چهار باند آخر گاهی اوقات تحت نام رایج "امواج فوق کوتاه" (VHF) ترکیب می شوند.

1.2.1 باندهای آنتن

در سال های اخیر تعداد زیادی سیستم ارتباطی جدید برای اهداف مختلف با ویژگی های متفاوت در بازار ارتباطات و پخش رادیویی ظاهر شده اند. از دیدگاه کاربران، هنگام انتخاب سیستم ارتباط رادیویی یا سیستم پخش، ابتدا به کیفیت ارتباط (پخش) و همچنین سهولت استفاده از این سیستم (ترمینال کاربر) توجه می شود که با ابعاد، وزن، سهولت کار، و لیستی از عملکردهای اضافی. همه این پارامترها به طور قابل توجهی توسط نوع و طراحی دستگاه های آنتن و عناصر مسیر تغذیه کننده آنتن سیستم مورد بررسی تعیین می شود که بدون آنها ارتباط رادیویی غیرممکن است. به نوبه خود، عامل تعیین کننده در طراحی و کارایی آنتن ها محدوده فرکانس کاری آنها است.

مطابق با طبقه بندی پذیرفته شده محدوده های فرکانس، چندین کلاس (گروه) بزرگ از آنتن ها متمایز می شوند که اساساً با یکدیگر متفاوت هستند: آنتن های محدوده موج فوق العاده بلند (VLF) و موج بلند (LW). آنتن های موج میانی (MF)؛ آنتن های موج کوتاه (HF)؛ آنتن های موج فوق العاده کوتاه (VHF)؛ آنتن های مایکروویو

پرطرفدارترین آنها در سال های اخیر از نظر ارائه خدمات ارتباطی شخصی، پخش رادیو و تلویزیون، سیستم های رادیویی HF، VHF و مایکروویو هستند که در ادامه به دستگاه های آنتن دهی آن ها خواهیم پرداخت. لازم به ذکر است که علیرغم غیرممکن بودن به ظاهر اختراع چیز جدیدی در تجارت آنتن، در سال های اخیر بر اساس فناوری ها و اصول جدید، پیشرفت های قابل توجهی در آنتن های کلاسیک ایجاد شده و آنتن های جدیدی ساخته شده است که تفاوت های اساسی با گذشته دارد. موجود در طراحی، ابعاد، مشخصات اولیه و غیره، که منجر به افزایش قابل توجهی در تعداد انواع دستگاه های آنتن مورد استفاده در سیستم های رادیویی مدرن شده است.

در هر سیستم ارتباط رادیویی، ممکن است دستگاه های آنتنی وجود داشته باشد که فقط برای ارسال، برای ارسال و دریافت، یا فقط برای دریافت طراحی شده اند.

برای هر یک از محدوده‌های فرکانس، لازم است بین سیستم‌های آنتن دستگاه‌های رادیویی با عملکرد جهت و غیر جهت (همه جهتی) تمایز قائل شد که به نوبه خود با هدف دستگاه (ارتباطات، پخش و غیره) تعیین می‌شود. ، وظایف حل شده توسط دستگاه (اعلان، ارتباطات، پخش و غیره) د.). به طور کلی برای افزایش جهت دهی آنتن ها (برای محدود کردن الگوی تابش) می توان از آرایه های آنتنی متشکل از رادیاتورهای ابتدایی (آنتن) استفاده کرد که در شرایط خاصی از فازبندی آنها می توانند تغییرات لازم را در جهت تابش ایجاد کنند. پرتو آنتن در فضا (کنترل موقعیت الگوی تابش آنتن را فراهم می کند). در هر محدوده، همچنین می‌توان دستگاه‌های آنتنی را که فقط در یک فرکانس خاص (تک فرکانس یا باند باریک) کار می‌کنند و آنتن‌هایی که در محدوده نسبتاً وسیعی از فرکانس‌ها (باند پهن یا باند وسیع) کار می‌کنند، تشخیص داد.

1.3 تابش از آرایه های آنتن

برای به دست آوردن جهت دهی بالای تابش، که اغلب در عمل مورد نیاز است، می توانید از سیستم آنتن های ضعیف جهت دار مانند ویبراتورها، شکاف ها، انتهای باز موجبرها و موارد دیگر استفاده کنید که به روشی خاص در فضا قرار دارند و توسط جریان های با جریان مورد نیاز برانگیخته می شوند. دامنه و نسبت فاز در این مورد، جهت گیری کلی، به ویژه با تعداد زیاد قطره چکان، عمدتاً توسط ابعاد کلی کل سیستم و تا حد بسیار کمتری توسط ویژگی های جهت دهی منفرد امیترها تعیین می شود.

چنین سیستم هایی شامل آرایه های آنتن (AR) هستند. به طور معمول، AR سیستمی از عناصر تشعشعی یکسان است که به طور یکسان در فضا جهت گیری شده و طبق قانون خاصی واقع شده است. بسته به چیدمان عناصر، شبکه های خطی، سطحی و حجمی از هم متمایز می شوند که در میان آنها متداول ترین آنها AR های مستطیل و مسطح است. گاهی اوقات عناصر تابشی در امتداد یک قوس دایره‌ای یا روی سطوح منحنی قرار می‌گیرند که با شکل جسمی که AR روی آن قرار دارد منطبق است (AR conformal).

ساده ترین آرایه خطی است که در آن عناصر تشعشعی در امتداد یک خط مستقیم به نام محور آرایه در فواصل مساوی از یکدیگر قرار دارند (آرایه برابر فاصله). فاصله d بین مراکز فاز قطره چکان ها را گام توری می گویند. AR خطی، علاوه بر اهمیت مستقل آن، اغلب مبنایی برای تجزیه و تحلیل انواع دیگر AR است.

2 . تجزیه و تحلیل ساختارهای آنتن امیدوار کننده

2.1 آنتن HF و VHF

شکل 1 - آنتن ایستگاه پایه

در HF و باندهای VHFدر حال حاضر، تعداد زیادی از سیستم های رادیویی برای اهداف مختلف در حال کار هستند: ارتباطات (رله رادیویی، سلولی، ترانک، ماهواره و غیره)، پخش رادیویی، پخش تلویزیونی. با توجه به طراحی و ویژگی ها، تمام دستگاه های آنتن این سیستم ها را می توان به دو گروه اصلی - آنتن دستگاه های ثابت و آنتن دستگاه های تلفن همراه تقسیم کرد. آنتن‌های ثابت شامل آنتن‌های ایستگاه‌های ارتباطی پایه، آنتن‌های گیرنده تلویزیون، آنتن‌های خطوط ارتباطی رله رادیویی، و آنتن‌های تلفن همراه شامل آنتن‌های پایانه‌های ارتباطی شخصی است. آنتن ماشین، آنتن برای ایستگاه های رادیویی پوشیدنی (قابل حمل).

آنتن‌های ایستگاه پایه عمدتاً در سطح افقی همه‌جهت هستند، زیرا ارتباطات را عمدتاً با اجسام متحرک فراهم می‌کنند. پرکاربردترین آنتن‌های شلاقی پلاریزاسیون عمودی به دلیل سادگی طراحی و کارایی کافی، از نوع "Ground Plane" ("GP") هستند. چنین آنتنی یک میله عمودی به طول L است که مطابق با طول موج عملیاتی l انتخاب می شود، با سه یا چند وزنه تعادل که معمولاً روی دکل نصب می شود (شکل 1).

طول پین های L l/4، l/2 و 5/8l است و وزنه های تعادل بین 0.25l تا 0.1l می باشد. امپدانس ورودی آنتن به زاویه بین وزنه تعادل و دکل بستگی دارد: هر چه این زاویه کوچکتر باشد (هرچه وزنه های تعادل بیشتر به دکل فشار داده شوند)، مقاومت بیشتر است. به طور خاص، برای یک آنتن با L = l/4، امپدانس ورودی 50 اهم در زاویه 30 درجه ... 45 درجه به دست می آید. الگوی تابش چنین آنتنی در صفحه عمودی حداکثر در زاویه 30 درجه نسبت به افق است. بهره آنتن برابر با بهره یک دوقطبی نیمه موج عمودی است. در این طرح اما هیچ ارتباطی بین پین و دکل وجود ندارد که نیاز است استفاده اضافیکابل اتصال کوتاه l/4 طول کابل برای محافظت از آنتن در برابر رعد و برق و الکتریسیته ساکن.

آنتنی با طول L=l/2 نیازی به وزنه های تعادل ندارد که نقش آن را دکل ایفا می کند و الگوی آن در صفحه عمودی بیشتر به سمت افق فشرده می شود که برد آن را افزایش می دهد. در این حالت برای پایین آوردن امپدانس ورودی از ترانسفورماتور فرکانس بالا استفاده می شود و پایه پین ​​از طریق ترانسفورماتور منطبق به دکل متصل می شود که به طور خودکار مشکل حفاظت در برابر صاعقه و الکتریسیته ساکن را حل می کند. بهره آنتن در مقایسه با دوقطبی نیم موج حدود 4 دسی بل است.

موثرترین آنتن "GP" برای ارتباط از راه دور، آنتن با L = 5/8l است. کمی بلندتر از آنتن نیم موج است و کابل فیدر به اندوکتانس مطابق واقع در پایه ویبراتور متصل است. وزنه های تعادل (حداقل 3) در یک صفحه افقی قرار دارند. بهره چنین آنتنی 5-6 دسی بل است، حداکثر DP در زاویه 15 درجه نسبت به افقی قرار دارد و خود پین از طریق یک سیم پیچ منطبق به دکل متصل می شود. این آنتن ها نسبت به آنتن های نیمه موج باریک تر هستند و بنابراین نیاز به تنظیم دقیق تری دارند.

شکل 2 - آنتن ویبراتور نیمه موج

شکل 3 - آنتن لوزی یک ویبره نیمه موج

اکثر آنتن های پایه بر روی پشت بام ها نصب می شوند که می تواند عملکرد آنها را بسیار تحت تاثیر قرار دهد، بنابراین موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

توصیه می شود پایه آنتن را کمتر از 3 متر از سطح سقف قرار دهید.

در نزدیکی آنتن نباید اجسام یا سازه های فلزی وجود داشته باشد ( آنتن های تلویزیون، سیم و غیره)؛

توصیه می شود آنتن ها را تا حد امکان بالا نصب کنید.

عملکرد آنتن نباید با سایر ایستگاه های پایه تداخل داشته باشد.

نقش مهمی در برقراری ارتباط رادیویی پایدار توسط قطبی شدن سیگنال دریافتی (گسترش شده) ایفا می شود. از آنجایی که با انتشار از راه دور موج سطحیبا قطبش افقی تضعیف قابل توجهی کمتری را تجربه می کند، سپس برای ارتباطات رادیویی از راه دور، و همچنین برای انتقال تلویزیون، از آنتن هایی با قطبش افقی استفاده می شود (ویبره ها به صورت افقی قرار دارند).

ساده ترین آنتن جهت دار، ویبراتور نیمه موج است. برای یک ارتعاش نیم موج متقارن، طول کل دو بازوی یکسان آن تقریباً برابر با l/2 (0.95 l/2) است، الگوی تابش به شکل شکل هشت در صفحه افقی و یک دایره در عمودی است. سطح. بهره، همانطور که در بالا گفته شد، به عنوان واحد اندازه گیری در نظر گرفته می شود.

اگر زاویه بین ویبره های چنین آنتنی برابر با b باشد<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.

هنگامی که دو آنتن نوع V به گونه ای به هم متصل می شوند که الگوهای آنها جمع می شود، یک آنتن لوزی شکل به دست می آید که در آن جهت دهی بسیار بارزتر است (شکل 3).

هنگام اتصال به بالای الماس، در مقابل نقاط قدرت، یک مقاومت بار Rn، قدرت اتلاف کننده برابر با نیمی از توان فرستنده، سرکوب لوب پشتی الگو به میزان 15 ... 20 دسی بل به دست می آید. جهت لوب اصلی در صفحه افقی با قطر a منطبق است. در صفحه عمودی، لوب اصلی به صورت افقی جهت گیری می شود.

یکی از بهترین آنتن های جهت دار نسبتا ساده یک آنتن حلقه "دو مربعی" است که بهره آن 8 ... 9 دسی بل است، سرکوب لوب پشتی الگو کمتر از 20 دسی بل نیست، قطبش عمودی است.

شکل 4 - آنتن کانال موج

گسترده ترین، به ویژه در محدوده VHF، آنتن هایی از نوع "کانال موج" (در ادبیات خارجی - آنتن های Uda-Yagi) هستند، زیرا آنها کاملا فشرده هستند و مقادیر بزرگ Ga را با ابعاد نسبتا کوچک ارائه می دهند. آنتن های این نوع مجموعه ای از عناصر هستند: فعال - ویبراتور و غیرفعال - بازتابنده و چندین کارگردان نصب شده روی یک بوم مشترک (شکل 4). چنین آنتن هایی، به ویژه آنتن هایی که تعداد عناصر زیادی دارند، در طول ساخت نیاز به تنظیم دقیق دارند. برای یک آنتن سه عنصری (ویبراتور، بازتابنده و یک کارگردان)، ویژگی های اساسی را می توان بدون پیکربندی اضافی به دست آورد.

پیچیدگی آنتن های این نوع همچنین در این واقعیت نهفته است که امپدانس ورودی آنتن به تعداد عناصر غیرفعال بستگی دارد و به طور قابل توجهی به پیکربندی آنتن بستگی دارد، به همین دلیل است که ادبیات اغلب مقدار دقیق آنتن را نشان نمی دهد. امپدانس ورودی چنین آنتن هایی به طور خاص، هنگام استفاده از ویبراتور حلقه Pistolkors که دارای امپدانس ورودی حدود 300 اهم است، به عنوان ویبراتور، با افزایش تعداد عناصر غیر فعال، امپدانس ورودی آنتن کاهش می یابد و به مقادیر 30-50 می رسد. اهم، که منجر به عدم تطابق با فیدر می شود و نیاز به تطبیق اضافی دارد. با افزایش تعداد عناصر غیرفعال، الگوی آنتن باریک می شود و بهره افزایش می یابد، به عنوان مثال، برای آنتن های سه عنصری و پنج عنصری، بهره ها 5...6 دسی بل و 8...9 دسی بل با عرض پرتو اصلی الگو به ترتیب 70 درجه و 50 درجه است.

پهنای باند بیشتر در مقایسه با آنتن‌های نوع «کانال موج» و بدون نیاز به تنظیم، آنتن‌های موج سیار (AWA) هستند، که در آن تمام ویبراتورها که در فاصله یکسان از یکدیگر قرار دارند، فعال و به خط جمع‌آوری متصل هستند (شکل 5). انرژی سیگنالی که دریافت می کنند تقریباً در فاز در خط جمع آوری جمع می شود و وارد فیدر می شود. بهره چنین آنتن هایی با طول خط جمع آوری تعیین می شود، متناسب با نسبت این طول به طول موج سیگنال دریافتی است و به ویژگی های جهت دهی ویبراتورها بستگی دارد. به طور خاص، برای ABC با شش ویبراتور با طول‌های مختلف مربوط به محدوده فرکانس مورد نیاز و در زاویه 60 درجه نسبت به خط جمع‌آوری قرار دارد، بهره از 4 دسی‌بل تا 9 دسی‌بل در محدوده عملیاتی و سطح تابش عقب متغیر است. 14 دسی بل کمتر است.

شکل 5 - آنتن موج مسافرتی

شکل 6 - آنتن با ساختار تناوب لگاریتمی یا آنتن دوره ای لگاریتمی

خواص جهت آنتن های در نظر گرفته شده بسته به طول موج سیگنال دریافتی متفاوت است. یکی از رایج‌ترین انواع آنتن‌ها با شکل ثابت الگو در محدوده فرکانس وسیع، آنتن‌هایی با تناوب لگاریتمی ساختار یا آنتن‌های لگاریتمی دوره‌ای (LPA) هستند. آنها طیف گسترده ای دارند: حداکثر طول موج سیگنال دریافتی بیش از 10 برابر از حداقل بیشتر است. در عین حال، تطابق خوب آنتن با فیدر در کل محدوده عملیاتی تضمین می شود و بهره عملاً بدون تغییر باقی می ماند. خط جمع آوری LPA معمولاً توسط دو هادی که یکی در بالای دیگری قرار دارند تشکیل می شود که بازوهای ویبراتورها به صورت افقی و هر بار به آنها متصل می شوند (شکل 6، نمای بالا).

ویبراتورهای LPA در یک مثلث متساوی الساقین با زاویه ای در راس b و پایه ای برابر با بزرگترین ویبراتور محاط شده اند. پهنای باند عملکرد آنتن با ابعاد بلندترین و کوتاه ترین ویبراتور تعیین می شود. برای ساختار آنتن لگاریتمی، یک رابطه معین باید بین طول ویبراتورهای مجاور و همچنین بین فواصل آنها تا بالای سازه برقرار باشد. این رابطه دوره ساختار f نامیده می شود:

B2 B1=B3 B2=A2؟ A1=A3؟ A2=...=f

بنابراین، اندازه ویبره ها و فاصله آنها از راس مثلث به صورت تصاعدی کاهش می یابد. ویژگی های آنتن با مقادیر f و b تعیین می شود. هرچه زاویه b کوچکتر و b بزرگتر باشد (b همیشه کمتر از 1 است)، افزایش آنتن بیشتر و سطح پشت و لبه های جانبی الگوی تشعشع کمتر می شود. اما در عین حال تعداد ویبره ها افزایش می یابد و ابعاد و وزن آنتن افزایش می یابد. مقادیر بهینه برای زاویه b در 3є…60є و φ - 0.7…0.9 انتخاب می شوند.

بسته به طول موج سیگنال دریافتی، چندین ویبراتور در ساختار آنتن برانگیخته می شود که ابعاد آنها نزدیک به نصف طول موج سیگنال است، بنابراین LPA در اصل شبیه به چندین آنتن "کانال موج" است که به یکدیگر متصل هستند، هر کدام. که شامل یک ویبراتور، یک بازتابنده و یک کارگردان است. در طول موج مشخصی از سیگنال، تنها یک سه ویبراتور برانگیخته می‌شود و بقیه آن‌قدر جدا می‌شوند که بر عملکرد آنتن تأثیری نمی‌گذارند. بنابراین، بهره LPA کمتر از بهره آنتن "کانال موج" با همان تعداد عنصر است، اما پهنای باند LPA بسیار گسترده تر است. بنابراین، برای یک LPA متشکل از ده ویبراتور و مقادیر b = 45є، f = 0.84، بهره محاسبه شده 6 دسی بل است که عملاً در کل محدوده فرکانس های عملیاتی تغییر نمی کند.

برای خطوط ارتباطی رله رادیویی، داشتن یک الگوی تشعشع باریک بسیار مهم است تا با سایر تجهیزات رادیویی الکترونیکی تداخل نداشته باشد و ارتباط با کیفیت بالا تضمین شود. برای باریک کردن الگو، آرایه های آنتن (AR) به طور گسترده ای استفاده می شود که الگوی را در سطوح مختلف باریک می کند و مقادیر متفاوتی از عرض لوب اصلی را ارائه می دهد. کاملاً واضح است که ابعاد هندسی آرایه آنتن و ویژگی های الگوی تابش به طور قابل توجهی به محدوده فرکانس های عملیاتی بستگی دارد - هرچه فرکانس بالاتر باشد آرایه فشرده تر و الگوی تابش باریک تر خواهد بود و در نتیجه ، سود بیشتر است. برای فرکانس‌های مشابه، با افزایش اندازه‌های AR (تعداد ساطع‌کننده‌های اولیه)، الگو باریک می‌شود.

برای باند VHF، آرایه هایی متشکل از آنتن های ویبراتور (ویبراتورهای حلقه) اغلب استفاده می شود، که تعداد آنها می تواند به چندین ده برسد، بهره به 15 دسی بل و بالاتر افزایش می یابد، و عرض الگو در هر یک از صفحه ها را می توان باریک کرد. به 10 درجه، برای مثال برای 16 ویبراتور حلقه عمودی در محدوده فرکانس 395...535 مگاهرتز، الگوی در صفحه عمودی به 10 درجه باریک می شود.

نوع اصلی آنتن های مورد استفاده در پایانه های کاربر، آنتن های شلاقی پلاریزه عمودی هستند که دارای الگوی دایره ای در صفحه افقی هستند. راندمان این آنتن ها به دلیل مقادیر کم بهره و همچنین به دلیل تأثیر اجسام اطراف بر روی الگوی تابش و همچنین عدم وجود زمین مناسب و محدودیت در ابعاد هندسی آنتن ها بسیار پایین است. مورد دوم به تطابق با کیفیت بالا آنتن با مدارهای ورودی دستگاه رادیویی نیاز دارد. گزینه های تطبیق طراحی معمولی عبارتند از اندوکتانس توزیع شده در طول و اندوکتانس در پایه آنتن. برای افزایش برد ارتباط رادیویی، از آنتن های توسعه یافته ویژه چند متری استفاده می شود که باعث افزایش قابل توجهی در سطح سیگنال دریافتی می شود.

در حال حاضر انواع مختلفی از آنتن خودرو وجود دارد که از نظر ظاهر، طراحی و قیمت متفاوت است. این آنتن‌ها برای پارامترهای مکانیکی، الکتریکی، عملیاتی و زیبایی‌شناختی شرایط سختی دارند. بهترین نتایج از نظر برد ارتباطی توسط یک آنتن با اندازه کامل با طول l/4 به دست می آید، با این حال، ابعاد هندسی بزرگ همیشه راحت نیست، بنابراین روش های مختلف کوتاه کردن آنتن ها بدون بدتر شدن قابل توجه ویژگی های آنها استفاده می شود. فراهم كردن ارتباطات سلولیدر خودروها می توان از آنتن های رزونانس میکرواستریپ (تک، دو بانده و سه بانده) استفاده کرد که نیازی به نصب قطعات خارجی ندارند، زیرا به داخل شیشه خودرو متصل می شوند. چنین آنتن هایی دریافت و انتقال سیگنال های پلاریزه عمودی را در محدوده فرکانس 450 ... 1900 مگاهرتز فراهم می کنند و دارای بهره ای تا 2 دسی بل هستند.

2.1.1 مشخصات کلی آنتن های مایکروویو

در محدوده مایکروویو در سال‌های اخیر، تعداد سیستم‌های ارتباطی و پخش، هم قبلاً موجود و هم جدیداً توسعه‌یافته، افزایش یافته است. برای سیستم های زمینی - اینها سیستم های ارتباطی رله رادیویی، پخش رادیو و تلویزیون، سیستم های تلویزیون سلولی و غیره هستند، برای سیستم های ماهواره ای - پخش مستقیم تلویزیون، تلفن، فکس، ارتباطات صفحه بندی، کنفرانس ویدئویی، دسترسی به اینترنت و غیره. محدوده فرکانس مورد استفاده برای این نوع ارتباطات و پخش با بخش های طیف فرکانس اختصاص داده شده برای این اهداف مطابقت دارد که عمده آنها عبارتند از: 3.4...4.2 گیگاهرتز. 5.6 ... 6.5 گیگاهرتز; 10.7…11.7 گیگاهرتز؛ 13.7…14.5 گیگاهرتز؛ 17.7…19.7 گیگاهرتز؛ 21.2 … 23.6 گیگاهرتز؛ 24.5 … 26.5 گیگاهرتز؛ 27.5 … 28.5 گیگاهرتز؛ 36…40 گیگاهرتز. گاهی اوقات در ادبیات فنی، محدوده مایکروویو شامل سیستم هایی می شود که در فرکانس های بالاتر از 1 گیگاهرتز کار می کنند، اگرچه این محدوده به شدت از 3 گیگاهرتز شروع می شود.

برای سیستم‌های مایکروویو زمینی، دستگاه‌های آنتن آنتن‌های آینه‌ای کوچک، بوق، لنز شیپوری هستند که روی دکل‌ها نصب می‌شوند و از تأثیرات مضر جو محافظت می‌شوند. آنتن های جهت دار بسته به هدف، طراحی و محدوده فرکانس آنها دارای طیف گسترده ای از ویژگی ها هستند، یعنی: در بهره - از 12 تا 50 دسی بل، در عرض پرتو (سطح - 3 دسی بل) - از 3.5 تا 120 درجه. علاوه بر این، سیستم‌های تلویزیون سلولی از آنتن‌های دو مخروطی همه‌جهت (در صفحه افقی) استفاده می‌کنند که از دو مخروط فلزی با رئوس آن‌ها به سمت یکدیگر، یک لنز دی الکتریک نصب شده بین مخروط‌ها و یک دستگاه تحریک تشکیل شده‌اند. چنین آنتن هایی دارای بهره 7 ... 10 دسی بل هستند، عرض لوب اصلی در صفحه عمودی 8 ... 15є است، و سطح لوب های جانبی بدتر از منفی 14 دسی بل نیست.

3. تجزیه و تحلیل روش های ممکن برای سنتز ساختارهای فراکتال آنتن

3.1 آنتن های فراکتال

آنتن‌های فراکتال کلاس نسبتا جدیدی از آنتن‌های کوچک الکتریکی (EMA) هستند که از نظر هندسه با راه‌حل‌های شناخته شده تفاوت اساسی دارند. در واقع، تکامل سنتی آنتن ها بر اساس هندسه اقلیدسی بود که با اجسام با ابعاد صحیح (خط، دایره، بیضی، سهمی و غیره) کار می کرد. تفاوت اصلی بین اشکال هندسی فراکتال، بعد کسری آنها است که به صورت خارجی در تکرار بازگشتی الگوهای قطعی یا تصادفی اصلی در مقیاس افزایش یا کاهش ظاهر می شود. فناوری‌های فراکتال در توسعه ابزارهای فیلتر سیگنال، سنتز مدل‌های کامپیوتری سه‌بعدی مناظر طبیعی و فشرده‌سازی تصویر گسترده شده‌اند. کاملاً طبیعی است که "مد" فراکتال نظریه آنتن ها را دور نزند. علاوه بر این، نمونه اولیه فناوری‌های فراکتال مدرن در فناوری آنتن، طرح‌های دوره‌ای و مارپیچی بود که در اواسط دهه 60 قرن گذشته ارائه شد. درست است، در یک مفهوم دقیق ریاضی، چنین ساختارهایی در زمان توسعه هیچ ارتباطی با هندسه فراکتال نداشتند، در واقع فقط فراکتال های نوع اول بودند. در حال حاضر، محققان، عمدتاً از طریق آزمون و خطا، سعی در استفاده از فراکتال های شناخته شده در هندسه در راه حل های آنتن دارند. در نتیجه مدل‌سازی و آزمایش‌های شبیه‌سازی، مشخص شد که آنتن‌های فراکتال به دست آوردن تقریباً همان بهره را با آنتن‌های معمولی، اما با ابعاد کوچک‌تر امکان‌پذیر می‌سازند، که برای برنامه‌های موبایل مهم است. اجازه دهید نتایج به دست آمده در زمینه ایجاد آنتن های فراکتال در انواع مختلف را در نظر بگیریم.

نتایج مطالعات ویژگی های طراحی آنتن جدید که توسط کوهن منتشر شد، توجه متخصصان را به خود جلب کرد. به لطف تلاش های بسیاری از محققان، امروزه نظریه آنتن های فراکتال به یک دستگاه مستقل و نسبتاً توسعه یافته برای سنتز و تجزیه و تحلیل EMA تبدیل شده است.

3.2 خواصآنتن های فراکتال

SFCها را می توان به عنوان الگوهایی برای ساخت تک قطبی و بازوهای دوقطبی، تشکیل توپولوژی آنتن های چاپی، سطوح انتخاب فرکانس (FSS) یا پوسته های بازتابنده، ساخت خطوط آنتن های حلقه و پروفیل های دیافراگم شاخ، و همچنین شکاف های فرز در آنتن های شکاف استفاده کرد.

داده های تجربی به دست آمده توسط متخصصان کوش کرافت برای منحنی کخ، چهار تکرار موج مربعی و یک آنتن مارپیچ به ما امکان می دهد خواص الکتریکی آنتن کوخ را با ساطع کننده های دیگر با ساختار تناوبی مقایسه کنیم. همه ساطع کننده های مقایسه شده دارای خواص چند فرکانسی بودند که در حضور رزونانس های دوره ای در نمودارهای امپدانس آشکار شد. با این حال، برای کاربردهای چند باند، فراکتال کوخ مناسب‌ترین است، که با افزایش فرکانس، مقادیر پیک مقاومت‌های واکنشی و فعال کاهش می‌یابد، در حالی که برای پیچ و خم و مارپیچ افزایش می‌یابد.

به طور کلی باید توجه داشت که به لحاظ نظری تصور مکانیسم تعامل بین آنتن گیرنده فراکتال و امواج الکترومغناطیسی تابیده شده بر روی آن به دلیل عدم توصیف تحلیلی فرآیندهای موج در یک هادی با توپولوژی پیچیده دشوار است. در چنین شرایطی، تعیین پارامترهای اصلی آنتن های فراکتال با مدل سازی ریاضی توصیه می شود.

نمونه ای از ساخت اولین منحنی فراکتال خود مشابه در سال 1890 توسط ریاضیدان ایتالیایی جوزپه پیانو نشان داده شد. در حد، خط پیشنهادی او به طور کامل مربع را پر می کند و در اطراف تمام نقاط آن می چرخد ​​(شکل 9). پس از آن، اشیاء مشابه دیگری پیدا شد که نام عمومی "منحنی Peano" را به نام کاشف خانواده خود دریافت کردند. درست است، به دلیل توصیف صرفاً تحلیلی منحنی ارائه شده توسط Peano، برخی سردرگمی ها در طبقه بندی خطوط SFC به وجود آمد. در واقع، نام "Peano curves" فقط باید به منحنی های اصلی داده شود که ساختار آنها با تجزیه و تحلیل منتشر شده توسط Peano مطابقت دارد (شکل 10).

شکل 9 - تکرارهای منحنی Peano: الف) خط اولیه، ب) اول، ج) دوم و د) تکرارهای سوم

شکل 10- تکرارهای چند خطی که توسط هیلبرت در سال 1891 پیشنهاد شد

اغلب به عنوان یک منحنی Peano بازگشتی تفسیر می شود

بنابراین، به منظور مشخص کردن موضوعات فناوری آنتن مورد بررسی، هنگام توصیف یک یا شکل دیگری از آنتن فراکتال، در صورت امکان، باید نام نویسندگانی را که اصلاح مربوط به SFC را پیشنهاد کردند ذکر کرد. این از آنجایی که طبق برآوردها، تعداد گونه های شناخته شده SFC در حال نزدیک شدن به سیصد گونه است، اهمیت بیشتری دارد و این رقم محدودیتی نیست.

لازم به ذکر است که منحنی Peano (شکل 9) در شکل اصلی خود برای ایجاد شکاف در دیواره های موجبر، چاپی و سایر آنتن های فراکتال دیافراگم کاملاً مناسب است، اما برای ساخت آنتن سیمی قابل قبول نیست، زیرا دارای لمس است. بخش ها بنابراین، متخصصان Fractus اصلاح آن را به نام "Peanodec" پیشنهاد کردند (شکل 11).

شکل 11 - نوع اصلاح منحنی Peano ("Peanodec"): الف) اول، ب) دوم ج) تکرار سوم

یک کاربرد امیدوارکننده آنتن‌ها با توپولوژی Koch، سیستم‌های ارتباطی MIMO (سیستم‌های ارتباطی با ورودی‌ها و خروجی‌های زیاد) است. برای کوچک کردن آرایه‌های آنتن پایانه‌های کاربر در چنین ارتباطاتی، متخصصان آزمایشگاه الکترومغناطیس دانشگاه پاتراس (یونان) شباهت فراکتالی را به یک آنتن L معکوس (ILA) پیشنهاد کردند. اصل این ایده به خم کردن ویبراتور Koch به میزان 90 درجه در نقطه ای می رسد که آن را به بخش هایی با نسبت طول 2:1 تقسیم می کند. برای ارتباطات سیار با فرکانس حامل ~2.4 هرتز، ابعاد چنین آنتن چاپی 12.33×10.16 میلی متر (~L/10ChL/12)، پهنای باند ~20٪ و راندمان 93٪ است.

شکل 12 - نمونه ای از آرایه آنتن دو بانده (2.45 و 5.25 گیگاهرتز)

الگوی تابش آزیموت تقریباً یکنواخت است، بهره از نظر ورودی فیدر ~ 3.4 دسی بل است. درست است، همانطور که در مقاله اشاره شد، عملکرد چنین عناصر چاپی به عنوان بخشی از شبکه (شکل 12) با کاهش کارایی آنها در مقایسه با یک عنصر منفرد همراه است. بنابراین، در فرکانس 2.4 گیگاهرتز، راندمان یک تک قطبی کوخ 90 درجه خم شده از 93 به 72٪ و در فرکانس 5.2 گیگاهرتز - از 90 به 80٪ کاهش می یابد. با تأثیر متقابل آنتن های باند فرکانس بالا وضعیت تا حدودی بهتر است: در فرکانس 5.25 گیگاهرتز، انزوا بین عناصر تشکیل دهنده جفت مرکزی آنتن ها 10 دسی بل است. در مورد تأثیر متقابل در یک جفت عنصر مجاور با دامنه های مختلف، بسته به فرکانس سیگنال، ایزوله از 11 دسی بل (در 2.45 گیگاهرتز) تا 15 دسی بل (در فرکانس 5.25 گیگاهرتز) متغیر است. دلیل بدتر شدن عملکرد آنتن تأثیر متقابل عناصر چاپی است.

بنابراین، توانایی انتخاب بسیاری از پارامترهای مختلف یک سیستم آنتن بر اساس یک خط شکسته Koch به طراحی اجازه می دهد تا الزامات مختلفی را برای مقدار مقاومت داخلی و توزیع فرکانس های تشدید برآورده کند. با این حال، از آنجایی که وابستگی متقابل ابعاد بازگشتی و ویژگی های آنتن را می توان تنها برای یک هندسه خاص به دست آورد، اعتبار ویژگی های در نظر گرفته شده برای سایر پیکربندی های بازگشتی نیاز به تحقیقات بیشتری دارد.

3.3 ویژگی های آنتن های فراکتال

آنتن فراکتال Koch نشان داده شده در شکل 13 یا 20 تنها یکی از گزینه هایی است که می تواند با استفاده از مثلث بازگشتی آغازگر متساوی الاضلاع پیاده سازی شود. زاویه و در پایه آن (زاویه فرورفتگی یا "زاویه فرورفتگی") 60 درجه است. این نسخه از فراکتال Koch معمولا استاندارد نامیده می شود. کاملاً طبیعی است که تعجب کنیم که آیا می توان از تغییرات فراکتال با مقادیر دیگر این زاویه استفاده کرد. Vinoy پیشنهاد کرد که زاویه در پایه مثلث آغازگر را به عنوان پارامتری که طراحی آنتن را مشخص می کند در نظر بگیرد. با تغییر این زاویه می توانید منحنی های بازگشتی مشابهی در ابعاد مختلف بدست آورید (شکل 13). منحنی ها خاصیت خود شباهت را حفظ می کنند، اما طول خط حاصل می تواند متفاوت باشد، که بر ویژگی های آنتن تأثیر می گذارد. Vinoy اولین کسی بود که همبستگی بین خواص آنتن و بعد فراکتال D تعمیم یافته Koch را مطالعه کرد که در حالت کلی با وابستگی تعیین شد.

(1)

نشان داده شد که با افزایش زاویه، بعد فراکتال نیز افزایش می‌یابد و در دمای 90 درجه بالاتر به 2 نزدیک می‌شود. لازم به ذکر است که مفهوم بعد مورد استفاده در نظریه آنتن‌های فراکتال تا حدودی با مفاهیم پذیرفته شده در هندسه در تضاد است. ، جایی که این معیار فقط برای اشیاء بی نهایت بازگشتی قابل اعمال است.

شکل 13 - ساخت منحنی کخ با زاویه الف) 30 درجه و ب) 70 درجه در قاعده مثلث در مولد فراکتال.

با افزایش ابعاد، طول کل خط شکسته به صورت غیر خطی افزایش می یابد که توسط رابطه تعیین می شود:

(2)

جایی که L0 طول دوقطبی خطی است که فاصله بین انتهای آن با خط شکسته کوخ برابر است، n عدد تکرار است. انتقال از u = 60 درجه به u = 80 درجه در تکرار ششم اجازه می دهد تا طول کل پری فراکتال بیش از چهار برابر افزایش یابد. همانطور که انتظار دارید، رابطه مستقیمی بین بعد بازگشتی و ویژگی‌های آنتن مانند فرکانس تشدید اولیه، مقاومت داخلی در تشدید و ویژگی‌های چند باندی وجود دارد. بر اساس محاسبات کامپیوتری، Vinoy وابستگی اولین فرکانس تشدید دوقطبی کخ fk را به بعد پرفرکتال D، عدد تکرار n و فرکانس تشدید دوقطبی مستطیلی fD با همان ارتفاع خط شکسته کوخ به دست آورد. در نقاط افراطی):

(3)

شکل 14 - اثر نشت امواج الکترومغناطیسی

در حالت کلی، برای مقاومت داخلی دوقطبی کخ در اولین فرکانس تشدید، رابطه تقریبی زیر معتبر است:

(4)

که در آن R0 مقاومت داخلی دوقطبی خطی (D=1) است که در مورد مورد بررسی برابر با 72 اهم است. از عبارات (3) و (4) می توان برای تعیین پارامترهای هندسی آنتن با مقادیر مورد نیاز فرکانس تشدید و مقاومت داخلی استفاده کرد. خواص چند باندی دوقطبی کخ نیز به مقدار زاویه u بسیار حساس است. با افزایش، مقادیر اسمی فرکانس‌های تشدید نزدیک‌تر می‌شوند و در نتیجه تعداد آنها در یک محدوده طیفی معین افزایش می‌یابد (شکل 15). علاوه بر این، هرچه تعداد تکرار بیشتر باشد، این همگرایی قوی تر است.

شکل 15 - اثر باریک شدن فاصله بین فرکانس های تشدید

در دانشگاه پنسیلوانیا، یکی دیگر از جنبه های مهم دوقطبی کخ مورد مطالعه قرار گرفت - تأثیر عدم تقارن منبع تغذیه آن بر درجه ای که مقاومت داخلی آنتن به 50 اهم نزدیک می شود. در دوقطبی های خطی، نقطه تغذیه اغلب به صورت نامتقارن قرار دارد. همین رویکرد را می توان برای آنتن فراکتال به شکل منحنی کوخ که مقاومت داخلی آن کمتر از مقادیر استاندارد است، استفاده کرد. بنابراین، در تکرار سوم، مقاومت داخلی دوقطبی کخ استاندارد (u = 60 درجه)، بدون در نظر گرفتن تلفات هنگام اتصال فیدر در مرکز، 28 اهم است. با حرکت دادن فیدر به یک سر آنتن می توان به مقاومت 50 اهم دست یافت.

تمام پیکربندی های خط شکسته Koch که تاکنون در نظر گرفته شده است به صورت بازگشتی سنتز شدند. با این حال، به گفته وینا، اگر این قانون را بشکنید، به ویژه با مشخص کردن زوایای مختلف و؟ با هر تکرار جدید، ویژگی های آنتن را می توان با انعطاف پذیری بیشتری تغییر داد. برای حفظ شباهت، توصیه می شود یک طرح منظم برای تغییر زاویه و. به عنوان مثال، آن را مطابق قانون خطی تغییر دهید иn = иn-1 - Di·n، که در آن n عدد تکرار، Di است؟ - افزایش زاویه در قاعده مثلث. یک نوع از این اصل برای ساختن یک خط شکسته، دنباله زوایای زیر است: u1 = 20 درجه برای تکرار اول، u2 = 10 درجه برای تکرار دوم، و غیره. پیکربندی ویبراتور در این مورد کاملاً بازگشتی نخواهد بود، با این حال، تمام بخش های آن که در یک تکرار سنتز شده اند، اندازه و شکل یکسانی خواهند داشت. بنابراین، هندسه چنین خط شکسته ترکیبی به عنوان خود مشابه درک می شود. با تعداد کمی تکرار، همراه با افزایش منفی Di، می توان از یک تغییر درجه دوم یا غیرخطی دیگر در زاویه un استفاده کرد.

رویکرد در نظر گرفته شده به شما امکان می دهد توزیع فرکانس های تشدید آنتن و مقادیر مقاومت داخلی آن را تنظیم کنید. با این حال، مرتب کردن مجدد ترتیب تغییر مقادیر زاویه در تکرارها نتیجه ای معادل نمی دهد. برای ارتفاع یکسان یک خط شکسته، ترکیب های مختلفی از زوایای یکسان، به عنوان مثال u1 = 20°، u2 = 60° و u1 = 60°، u2 = 20° (شکل 16)، طول منبسط شده یکسان پرفرکتال ها را نشان می دهد. اما برخلاف انتظار، همزمانی کامل پارامترها هویت فرکانس‌های تشدید و هویت ویژگی‌های چند باند آنتن‌ها را تضمین نمی‌کند. دلیل آن تغییر در مقاومت داخلی بخش های خط شکسته است، یعنی. نقش کلیدی توسط پیکربندی هادی ایفا می شود، نه اندازه آن.

شکل 16 - پری فراکتال های کخ تعمیم یافته تکرار دوم با افزایش منفی Dq (a)، افزایش مثبت Dq (b) و تکرار سوم با افزایش منفی Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. نمونه هایی از آنتن های فراکتال

4.1 نمای کلی آنتن

موضوعات آنتن یکی از امیدوارکننده ترین و قابل توجه ترین در تئوری مدرن انتقال اطلاعات است. این تمایل به توسعه دقیقاً این حوزه از توسعه علمی با نیازهای روزافزون برای سرعت و روش های انتقال اطلاعات در دنیای فناوری مدرن همراه است. هر روز با برقراری ارتباط با یکدیگر، ما اطلاعات را به روشی طبیعی برای خود - از طریق هوا - منتقل می کنیم. دقیقاً به همین ترتیب، دانشمندان به این فکر افتادند که شبکه‌های کامپیوتری متعددی را برای برقراری ارتباط آموزش دهند.

نتیجه آن ظهور تحولات جدید در این زمینه، تایید آنها در بازار تجهیزات کامپیوتری و بعداً اتخاذ استانداردها بود. انتقال بی سیماطلاعات امروزه فناوری‌های انتقال مانند بلوتوث و وای‌فای قبلاً تأیید شده و عموماً پذیرفته شده‌اند. اما توسعه در اینجا متوقف نمی شود و نمی تواند متوقف شود؛ الزامات جدید و آرزوهای جدید بازار ظاهر می شود.

سرعت انتقال، که در زمان توسعه فناوری ها بسیار سریع بود، امروزه دیگر نیازها و خواسته های کاربران این پیشرفت ها را برآورده نمی کند. چندین مرکز توسعه پیشرو شروع به کار کرده اند پروژه جدیدوایمکس به منظور افزایش سرعت، بر اساس گسترش کانال در استاندارد WiFi موجود. موضوع آنتن چه جایگاهی در این همه دارد؟

مشکل گسترش کانال انتقال را می توان تا حدی با معرفی فشرده سازی حتی بیشتر از موجود حل کرد. استفاده از آنتن های فراکتال این مشکل را بهتر و کارآمدتر حل می کند. دلیل این امر این است که آنتن های فراکتال و سطوح انتخابی فرکانس و حجم های مبتنی بر آنها دارای ویژگی های الکترودینامیک منحصر به فردی هستند که عبارتند از: پهنای باند، تکرارپذیری پهنای باند در محدوده فرکانسی و غیره.

4.1.1 ساخت درخت Cayley

درخت Cayley یکی از نمونه های کلاسیک مجموعه های فراکتال است. تکرار صفر آن فقط یک پاره خط مستقیم از طول معین l است. اولین و هر تکرار فرد بعدی متشکل از دو بخش با طول l دقیقاً برابر با تکرار قبلی است که عمود بر قطعه تکرار قبلی قرار دارند به طوری که انتهای آن به وسط قطعات متصل می شود.

دومین و هر تکرار زوج بعدی فراکتال دو بخش l/2 نصف طول تکرار قبلی هستند که مانند قبل عمود بر تکرار قبلی قرار دارند.

نتایج ساخت درخت Cayley در شکل 17 نشان داده شده است. ارتفاع کل آنتن 15/8l و عرض آن 7/4l است.

شکل 17 - ساخت درخت Cayley

محاسبات و آنالیز آنتن “Cayley Tree” محاسبات نظری یک آنتن فراکتال در قالب درخت Cayley مرتبه 6 انجام شد. برای حل این مشکل عملی، از یک ابزار نسبتاً قدرتمند برای محاسبه دقیق خواص الکترودینامیکی عناصر رسانا استفاده شد - برنامه EDEM. ابزارهای قدرتمند و رابط کاربر پسند این برنامه آن را برای این سطح از محاسبات ضروری می کند.

نویسندگان با وظیفه طراحی یک آنتن، تخمین مقادیر نظری فرکانس‌های تشدید سیگنال دریافت و ارسال و ارائه مشکل در رابط زبان برنامه EDEM روبرو بودند. آنتن فراکتال طراحی شده بر اساس "درخت کیلی" در شکل 18 نشان داده شده است.

سپس یک موج الکترومغناطیسی صفحه به آنتن فراکتال طراحی شده ارسال شد و برنامه انتشار میدان قبل و بعد از آنتن را محاسبه کرد و مشخصات الکترودینامیکی آنتن فراکتال را محاسبه کرد.

نتایج محاسبات آنتن فراکتال "درخت کیلی" که توسط نویسندگان انجام شد به ما اجازه داد تا نتایج زیر را بگیریم. نشان داده شده است که یک سری از فرکانس های تشدید تقریباً دو برابر فرکانس قبلی تکرار می شود. توزیع جریان روی سطح آنتن تعیین شد. مناطق انتقال کل و بازتاب کل میدان الکترومغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفت.

شکل 18 - درخت Cayley از مرتبه 6

4 .1.2 آنتن چند رسانه ای

مینیاتورسازی در سراسر سیاره با جهش و مرز در حال پیشرفت است. ظهور رایانه هایی به اندازه یک دانه لوبیا نزدیک است، اما در این بین، شرکت Fractus آنتنی را که ابعاد آن کوچکتر از یک دانه برنج است، مورد توجه ما قرار می دهد (شکل 19).

شکل 19 - آنتن فراکتال

محصول جدید که Micro Reach Xtend نام دارد در فرکانس 2.4 گیگاهرتز کار می کند و پشتیبانی می کند. فناوری های بی سیم Wi-Fi و بلوتوث، و همچنین برخی دیگر از استانداردهای کمتر محبوب. این دستگاه مبتنی بر فناوری های آنتن فراکتال ثبت شده است و مساحت آن تنها 3.7 x 2 میلی متر است. به گفته توسعه دهندگان، این آنتن کوچک این امکان را به شما می دهد که اندازه محصولات چندرسانه ای را که در آینده نزدیک از آن استفاده می شود، کاهش دهید یا قابلیت های بیشتری را در یک دستگاه جمع کنید.

ایستگاه های تلویزیونی سیگنال هایی را در محدوده 50-900 مگاهرتز ارسال می کنند که به طور قابل اعتماد در فاصله کیلومتری زیادی از آنتن فرستنده دریافت می شود. مشخص است که ارتعاشات فرکانس های بالاتر از ساختمان ها و موانع مختلف بدتر از موانع فرکانس پایین عبور می کند که به سادگی در اطراف آنها خم می شوند. بنابراین، فناوری Wi-Fi مورد استفاده در سیستم های معمولی ارتباطات بی سیمو کار در فرکانس های بالاتر از 2.4 گیگاهرتز، دریافت سیگنال را فقط در فاصله بیش از 100 متر فراهم می کند. چنین بی عدالتی نسبت به فناوری پیشرفته Wi-Fi به زودی پایان خواهد یافت، البته بدون آسیب به مصرف کنندگان تلویزیون. در آینده، دستگاه‌هایی که بر اساس فناوری Wi-Fi ایجاد می‌شوند، در فرکانس‌های بین کانال‌های تلویزیونی کار می‌کنند، بنابراین دامنه دریافت قابل اعتماد افزایش می‌یابد. به منظور عدم تداخل در عملکرد تلویزیون، هر یک از سیستم های Wi-Fi (فرستنده و گیرنده) به طور مداوم فرکانس های نزدیک را اسکن می کند و از برخورد در هوا جلوگیری می کند. هنگام حرکت به محدوده فرکانس وسیع‌تر، داشتن آنتنی ضروری می‌شود که بتواند به خوبی سیگنال‌ها را از فرکانس‌های بالا و فرکانس بالا دریافت کند. فرکانس های پایین. آنتن های شلاقی معمولی این الزامات را برآورده نمی کنند، زیرا آنها، مطابق با طول خود، به طور انتخابی فرکانس های یک طول موج مشخص را می پذیرند. یک آنتن مناسب برای دریافت سیگنال در محدوده فرکانس وسیع، آنتن فراکتال نامیده می شود که شکل فراکتال دارد - ساختاری که بدون توجه به بزرگنمایی که آن را مشاهده می کنیم یکسان به نظر می رسد. یک آنتن فراکتال به گونه ای رفتار می کند که ساختاری متشکل از آنتن های پین زیادی با طول های مختلف به هم پیچیده شده است.

4.1.3 آنتن "شکسته".

مهندس آمریکایی ناتان کوهن حدود ده سال پیش تصمیم گرفت یک ایستگاه رادیویی آماتور را در خانه جمع کند، اما با مشکلی غیرمنتظره مواجه شد. آپارتمان او در مرکز بوستون قرار داشت و مقامات شهر به شدت از قرار دادن آنتن در خارج از ساختمان منع کردند. راه حلی به طور غیر منتظره پیدا شد و کل زندگی بعدی آماتور رادیویی را وارونه کرد.

کوهن به جای ساخت یک آنتن به شکل سنتی، تکه ای از فویل آلومینیومی را برداشت و آن را به شکل یک شیء ریاضی معروف به منحنی کوخ برش داد. این منحنی که در سال 1904 توسط ریاضیدان آلمانی هلگا فون کوخ کشف شد، یک خط شکسته و فراکتال است که شبیه به مجموعه‌ای از مثلث‌های بی‌نهایت در حال کاهش است که مانند سقف یک پاگودای چینی چند مرحله‌ای از یکدیگر رشد می‌کنند. مانند همه فراکتال‌ها، این منحنی "خودشبیه" است، یعنی در هر بخش کوچکی ظاهر یکسانی دارد و خود را تکرار می‌کند. چنین منحنی هایی با تکرار بی پایان یک عملیات ساده ساخته می شوند. خط به قطعات مساوی تقسیم می شود و روی هر قطعه یک خم به شکل مثلث (روش فون کوخ) یا مربع (روش هرمان مینکوفسکی) ایجاد می شود. سپس، در تمام اضلاع شکل حاصل، مربع ها یا مثلث های مشابه، اما با اندازه کوچکتر، به نوبه خود خم می شوند. با ادامه ساخت و ساز تا بی نهایت، می توانید منحنی را دریافت کنید که در هر نقطه "شکسته" است (شکل 20).

شکل 20 - ساخت منحنی کوخ و مینکوفسکی

ساخت منحنی کخ - یکی از اولین اجرام فراکتال. در یک خط مستقیم بی نهایت، بخش هایی به طول l متمایز می شوند. هر پاره به سه قسمت مساوی تقسیم می شود و یک مثلث متساوی الاضلاع با ضلع l/3 در وسط ساخته شده است. سپس این روند تکرار می شود: مثلث هایی با ضلع های l/9 روی قطعات l/3 ساخته می شوند، مثلث هایی با ضلع های l/27 روی آنها ساخته می شوند و غیره. این منحنی دارای شباهت خود یا عدم تغییر مقیاس است: هر یک از عناصر آن به شکل کاهش یافته، خود منحنی را تکرار می کند.

فراکتال مینکوفسکی مشابه منحنی کخ ساخته شده است و دارای همان خواص است. هنگام ساخت آن، به جای یک سیستم مثلث، پیچ و خم ها بر روی یک خط مستقیم ساخته می شوند - "امواج مستطیلی" با اندازه های بی نهایت رو به کاهش.

کوهن هنگام ساخت منحنی کخ، خود را تنها به دو یا سه مرحله محدود کرد. او سپس این شکل را روی یک تکه کاغذ کوچک چسباند، آن را به گیرنده وصل کرد و در کمال تعجب متوجه شد که عملکرد آن بدتر از آنتن های معمولی نیست. همانطور که بعدا مشخص شد، اختراع او بنیانگذار نوع جدیدی از آنتن ها شد که اکنون به تولید انبوه می رسد.

این آنتن ها بسیار جمع و جور هستند: آنتن فراکتال تلفن همراه که در قاب تعبیه شده است به اندازه یک اسلاید معمولی (24×36 میلی متر) است. علاوه بر این، آنها در محدوده فرکانس وسیعی کار می کنند. همه اینها به صورت تجربی کشف شد. نظریه آنتن های فراکتال هنوز وجود ندارد.

پارامترهای یک آنتن فراکتال ساخته شده توسط یک سری مراحل متوالی با استفاده از الگوریتم Minkowski به روشی بسیار جالب تغییر می کند. اگر یک آنتن مستقیم به شکل "موج مربع" - یک پیچ و خم خم شود، بهره آن افزایش می یابد. تمام پیچ و خم های بعدی بهره آنتن تغییر نمی کند، اما محدوده فرکانس هایی که دریافت می کند گسترش می یابد و خود آنتن بسیار فشرده تر می شود. درست است، فقط پنج یا شش مرحله اول موثر است: برای خم کردن هادی بیشتر، باید قطر آن را کاهش دهید و این باعث افزایش مقاومت آنتن و از دست دادن سود می شود.

در حالی که برخی ذهن خود را بر سر مسائل تئوری درگیر می کنند، برخی دیگر به طور فعال این اختراع را در عمل پیاده می کنند. به گفته ناتان کوهن، اکنون استاد دانشگاه بوستون و بازرس فنی ارشد سیستم های آنتن فراکتال، "در چند سال آینده، آنتن های فراکتال به بخشی جدایی ناپذیر از تلفن های سلولی و رادیویی و بسیاری دیگر از دستگاه های ارتباطی بی سیم تبدیل خواهند شد."

فراکتال آرایه آنتن

4.2 کاربرد آنتن های فراکتال

در میان بسیاری از طرح های آنتن که امروزه در ارتباطات استفاده می شود، نوع آنتن ذکر شده در عنوان مقاله نسبتا جدید است و تفاوت اساسی با راه حل های شناخته شده دارد. اولین انتشاراتی که الکترودینامیک ساختارهای فراکتال را بررسی می کرد در دهه 80 قرن بیستم ظاهر شد. این آغاز است استفاده عملیجهت فراکتالی در فناوری آنتن دهی بیش از 10 سال پیش توسط مهندس آمریکایی ناتان کوهن که اکنون استاد دانشگاه Boaon و رئیس بازرس فنی شرکت Fractal Antenna Systems است، آغاز شد. او که در مرکز شهر بوستون زندگی می کرد، برای دور زدن ممنوعیت نصب آنتن در فضای باز توسط دولت، تصمیم گرفت آنتن یک ایستگاه رادیویی آماتور را به شکل یک شکل تزئینی ساخته شده از فویل آلومینیومی مبدل کند. او به عنوان مبنا، منحنی کخ را که در هندسه شناخته شده است در نظر گرفت (شکل 20)، که شرح آن در سال 1904 توسط ریاضیدان سوئدی نیلز فابیان هلگه فون کخ (1870-1924) ارائه شد.

اسناد مشابه

مفهوم و اصل عملکرد آنتن های فرستنده و الگوهای تابشی آنها. محاسبه اندازه ها و فرکانس های تشدید برای آنتن های فراکتال. طراحی آنتن میکرواستریپ چاپی بر اساس فراکتال کوخ و 10 نمونه اولیه آنتن سیمی.

پایان نامه، اضافه شده در 2015/02/02


توسعه آنتن های فراکتال روش های ساخت و اصول عملکرد یک آنتن فراکتال ساخت منحنی Peano. تشکیل یک آنتن شکسته مستطیلی فراکتال. آرایه آنتن دو باند. سطوح فرکانس انتخابی فراکتال.

پایان نامه، اضافه شده در 2015/06/26


بلوک دیاگرام ماژول گیرنده آنتن های آرایه فازی فعال. محاسبه کاهش نسبی تحریک در لبه آنتن. پتانسیل انرژی آنتن های آرایه فازی دریافت کننده دقت تراز پرتو انتخاب و محاسبه امیتر.

کار دوره، اضافه شده در 11/08/2014


مقدمه ای بر فعالیت های Antenna-Service LLC: نصب و راه اندازی سیستم های آنتن زمینی و ماهواره ای، طراحی شبکه های مخابراتی. ویژگی های عمومیویژگی های اساسی و زمینه های کاربرد آنتن های ماهواره ای.

پایان نامه، اضافه شده در 2014/05/18


انواع و طبقه بندی آنتن های سیستم های ارتباط سلولی مشخصات فنیآنتن KP9-900. افت اصلی راندمان آنتن در موقعیت عملکرد دستگاه است. روش های محاسبه آنتن برای سیستم های ارتباط سلولی ویژگی های مدل ساز آنتن MMANA.

کار دوره، اضافه شده در 10/17/2014


انواع دستگاه های مایکروویو در مدارهای توزیع آرایه های آنتن. طراحی دستگاه های مایکروویو بر اساس روش تجزیه. کار با برنامه "Model-S" برای انواع اتوماتیک و پارامتریک سنتز دستگاه های مایکروویو چند عنصری.

تست، اضافه شده 10/15/2011


وظایف اصلی تئوری آنتن و ویژگی های این دستگاه. معادلات ماکسول میدان دوقطبی الکتریکی در فضای نامحدود. ویژگی های متمایز کنندهآنتن ویبراتور و دیافراگم روش های کنترل دامنه گریتینگ ها

آموزش، اضافه شده در 2013/04/27


آرایه خطی با آنتن مارپیچ استوانه ای به عنوان رادیاتور. استفاده از آرایه های آنتن برای اطمینان از عملکرد آنتن با کیفیت بالا. طراحی یک آرایه آنتن اسکن عمودی. محاسبه یک قطره چکان.

کار دوره، اضافه شده در 11/28/2010


روش های ایجاد آنتن های کارآمد. آرایه آنتن خطی آنتن موج مسافرتی بهینه ضریب جهت. آرایه های آنتن تخت امپدانس ورودی عنصر تابشی ویژگی ها و کاربرد گریتینگ های غیر مساوی.

کار دوره، اضافه شده در 2015/08/14


استفاده از آنتن برای تابش و دریافت امواج الکترومغناطیسی. انواع مختلفی از آنتن های مختلف وجود دارد. طراحی یک آرایه خطی از آنتن های دی الکتریک میله ای که از آنتن های دی الکتریک میله ای مونتاژ می شود.