Fraktaaliantennit televisioon. Ultralaajakaistainen fraktaaliantenni, joka perustuu pyöreään monopoliin. Sitten suunniteltuun fraktaaliantenniin suunnattiin tasomagneettinen aalto ja ohjelma laski kentän etenemisen ennen ja jälkeen

Matematiikassa joukkoja kutsutaan fraktaaleiksi, jotka koostuvat kokonaisuuden kaltaisista elementeistä. paras esimerkki: Jos katsot tarkasti ellipsin linjaa, siitä tulee suora. Fraktaali - riippumatta siitä kuinka lähellä - kuva pysyy monimutkaisena ja samanlaisena kuin yleinen kuva. Elementit on järjestetty oudolla tavalla. Siksi pidämme samankeskisiä ympyröitä yksinkertaisimpana esimerkkinä fraktaalista. Ei ole väliä kuinka lähellä, uusia piirejä ilmestyy. Fraktaaleista on monia esimerkkejä. Esimerkiksi Wikipedia antaa kuvan Romanesco-kaalista, jossa kaalin pää koostuu käpyistä, jotka muistuttavat täsmälleen maalattua kaalin päätä. Nyt lukijat ymmärtävät, että fraktaaliantennien valmistaminen ei ole helppoa. Mutta se on mielenkiintoista.

Miksi fraktaaliantenneja tarvitaan

Fraktaaliantennin tarkoitus on saada enemmän kiinni vähemmillä uhreilla. Länsimaisissa videoissa - on mahdollista löytää paraboloidi, jossa fraktaalinauhan segmentti toimii emitterina. He tekevät jo mikroaaltolaitteiden elementtejä kalvosta, tehokkaampia kuin tavalliset. Näytämme, kuinka tehdään fraktaaliantenni loppuun asti, ja hoidetaan koordinointi yksin SWR-mittarilla. Mainitsemme, että on olemassa kokonainen sivusto, tietysti ulkomainen, jossa vastaavaa tuotetta mainostetaan kaupallisiin tarkoituksiin, ei ole piirustuksia. Kotitekoinen fraktaaliantennimme on yksinkertaisempi, tärkein etu on, että voit tehdä suunnittelun omin käsin.

Ensimmäiset fraktaaliantennit - kaksikooniset - ilmestyivät sivuston fractenna.com videon mukaan vuonna 1897 Oliver Lodgen toimesta. Älä etsi Wikipediasta. Perinteiseen dipoliin verrattuna kolmiopari vibraattorin sijasta antaa kaistan pidennyksen 20 %. Luomalla määräajoin toistuvia rakenteita oli mahdollista koota miniatyyriantenneja, jotka eivät olleet huonompia kuin suuret vastineet. Usein löydät kaksikartisen antennin kahden kehyksen tai omituisen muotoisten levyjen muodossa.

Tämä mahdollistaa lopulta enemmän TV-kanavien vastaanottamisen.

Jos kirjoitat pyynnön YouTubeen, näkyviin tulee video fraktaaliantennien valmistuksesta. Ymmärrät paremmin, kuinka se toimii, jos kuvittelet Israelin lipun kuusisakaraisen tähden, jonka kulma leikattiin pois hartioiden kanssa. Kävi ilmi, että kolme kulmaa oli jäljellä, kahdessa oli toinen puoli paikallaan, toisessa ei. Kuudes kulma puuttuu kokonaan. Asetetaan nyt kaksi samanlaista tähteä pystysuoraan, keskikulmat toisiinsa nähden, raot vasemmalle ja oikealle, niiden yläpuolelle - samanlainen pari. Tuloksena oli antenniryhmä - yksinkertaisin fraktaaliantenni.

Kulmien ympärillä olevat tähdet on yhdistetty syöttölaitteella. Parittaiset sarakkeet. Signaali otetaan linjasta, täsmälleen jokaisen johdon keskeltä. Rakenne kootaan pulteilla sopivan kokoiselle dielektriselle (muoviselle) alustalle. Tähden sivu on täsmälleen tuuma, tähtien kulmien välinen etäisyys pystysuunnassa (syöttölaitteen pituus) on neljä tuumaa, vaakasuunnassa (syöttölaitteen kahden langan välinen etäisyys) on tuuma. Tähtien huipuissa on 60 asteen kulmat, nyt lukija piirtää samanlaisen mallin muodossa, jotta hän voi myöhemmin tehdä itse fraktaaliantennin. Teimme työskentelyn, mittakaavaa ei havaittu. Emme voi taata, että tähdet ilmestyivät tarkasti, Microsoft Paint ilman suuria mahdollisuuksia tarkkojen piirustusten tekemiseen. Riittää, kun katsot kuvaa, jotta fraktaaliantennin laite on ilmeinen:

1. Ruskea suorakulmio näyttää dielektrisen substraatin. Kuvassa esitetyllä fraktaaliantennilla on symmetrinen säteilykuvio. Jos suojaat emitteriä häiriöiltä, ​​näyttö sijoitetaan neljälle pylväälle substraatin taakse tuuman etäisyydelle. Taajuuksilla ei tarvitse asettaa kiinteää metallilevyä, neljännestuuman verkko riittää, älä unohda liittää suojavaippaa kaapelin vaippaan.
2. Syöttölaite, jonka ominaisimpedanssi on 75 ohmia, vaatii hyväksynnän. Etsi tai tee muuntaja, joka muuntaa 300 ohmia 75 ohmiin. Varaa SWR-mittari paremmin ja valitse haluamasi parametrit, ei koskettamalla, vaan laitteen avulla.
3. Neljä tähteä, taivuta kuparilangasta. Puhdistamme lakkaeristeen kiinnityskohdasta syöttölaitteella (jos sellainen on). Antennin sisäinen syöttölaite koostuu kahdesta rinnakkaisesta lankakappaleesta. Antenni on hyvä sijoittaa laatikkoon suojaamaan huonolta säältä.

Fraktaaliantennin kokoaminen digitelevisioon

Kun olet lukenut arvostelun loppuun, kuka tahansa tekee fraktaaliantenneja. Niin nopeasti syventyivät suunnitteluun, että he unohtivat puhua polarisaatiosta. Uskomme sen olevan lineaarinen ja vaakasuora. Tämä johtuu seuraavista pohdinnoista:

• Video on ilmeisesti amerikkalaista alkuperää, puhumme HDTV:stä. Siksi voimme hyväksyä määritetyn maan muodin.
• Kuten tiedätte, harvat osavaltiot planeetalla lähettävät satelliiteista kiertopolarisaatiota, muun muassa Venäjän federaatio ja Yhdysvallat. Siksi uskomme, että muut tiedonsiirtotekniikat ovat samanlaisia. Miksi? Mielestämme käytiin kylmä sota, molemmat maat valitsivat strategisesti mitä ja miten siirtävät, muut maat lähtivät puhtaasti käytännön syistä. Pyöreä polarisaatio toteutetaan erityisesti vakoojasatelliitteja varten (liikkuvat jatkuvasti suhteessa tarkkailijaan). Tästä syystä on syytä uskoa, että televisio- ja radiolähetykset ovat samankaltaisia.
• Antennin rakenne sanoo sen olevan lineaarinen. Ympyrämäistä tai elliptistä polarisaatiota ei yksinkertaisesti voi ottaa. Siksi - elleivät lukijamme ole ammattilaisia, jotka tuntevat MMANAn - jos antenni ei tartu hyväksyttyyn asentoon, käännä 90 astetta säteilijän tasossa. Polarisaatio muuttuu pystysuoraksi. Muuten, monet pystyvät saamaan myös FM:n, jos mitat on asetettu yli 4 kertaa. On parempi ottaa paksumpi lanka (esim. 10 mm).

Toivomme, että olemme selittäneet lukijoille, kuinka fraktaaliantennia käytetään. Pari vinkkiä kokoamisen helpottamiseksi. Joten yritä löytää lanka, jossa on lakattu suoja. Taivuta muotoja kuvan osoittamalla tavalla. Sitten rakentajat eroavat, suosittelemme tekemään tämän:

1. Kuori tähdet ja syöttölangat telakointipisteistä. Kiinnitä syöttölangat korvista ruuveilla alustaan ​​keskiosissa. Suorita toiminto oikein mittaamalla tuuma etukäteen ja piirtämällä kaksi yhdensuuntaista viivaa lyijykynällä. Johtojen tulee olla niitä pitkin.
2. Juota yksittäinen rakenne tarkistamalla etäisyydet huolellisesti. Videon kirjoittajat suosittelevat emitterin tekemistä siten, että tähdet ovat kulmillaan tasaisesti syöttölaitteiden päällä ja vastakkaiset päät lepäävät substraatin reunalla (kumpikin kahdessa paikassa). Esimerkillisen tähden paikat oli merkitty sinisellä.
3. Edellytyksen täyttämiseksi vedä jokainen tähti yhteen paikkaan pultilla, jossa on dielektrinen puristin (esimerkiksi PVA-langat kambrista ja vastaavista). Kuvassa kiinnityspisteet on merkitty punaisella yhden tähden kohdalla. Pultti on piirretty kaavamaisesti ympyränä.

Syöttökaapeli kulkee (valinnaisesti) kanssa kääntöpuoli. Poraa reikiä paikoilleen. SWR:ää säädetään muuttamalla syöttölankojen välistä etäisyyttä, mutta tässä mallissa tämä on sadistinen menetelmä. Suosittelemme yksinkertaisesti antennin impedanssin mittaamista. Muista, kuinka tämä tehdään. Tarvitset generaattorin katsomasi ohjelman taajuudelle, esimerkiksi 500 MHz, lisäksi korkeataajuisen volttimittarin, joka ei säästä signaalin edessä.

Sitten mitataan generaattorin tuottama jännite, jolle se sulkeutuu volttimittariin (rinnakkaisin). Säädettävästä resistanssista, jolla on erittäin pieni itseinduktanssi ja antenni, kokoamme resistiivisen jakajan (kytkemme sarjaan generaattorin jälkeen, ensin vastus, sitten antenni). Mittaamme jännitteen volttimittarilla muuttuva vastus, samalla kun säädät arvoa, kunnes generaattorin lukemat ilman kuormitusta (katso kappale yllä) ovat kaksinkertaiset virran arvoon. Tämä tarkoittaa, että säädettävän vastuksen arvo on tullut yhtä suureksi kuin antennin aaltoimpedanssi 500 MHz taajuudella.

Nyt on mahdollista valmistaa muuntaja halutulla tavalla. Oikeaa on vaikea löytää verkosta, niille, jotka haluavat seurata radiolähetyksiä, he löysivät valmiin vastauksen http://www.cqham.ru/tr.htm. Sivusto kertoo ja piirtää, kuinka kuormitus sovitetaan 50 ohmin kaapelilla. Huomaa, että taajuudet vastaavat HF-aluetta, MW sopii tähän osittain. Antennin ominaisimpedanssi säilyy välillä 50 - 200 ohmia. On vaikea sanoa, kuinka paljon tähti antaa. Jos tilalla on laite linjan aaltoimpedanssin mittaamiseen, muistetaan: jos syöttölaitteen pituus on aallonpituuden neljänneksen kerrannainen, antennin impedanssi välittyy lähtöön muuttumattomana. Tällaisia ​​olosuhteita on mahdotonta tarjota pienelle ja suurelle kantamalle (muistamme, että laajennettu kantama sisältyy myös fraktaaliantennien ominaisuuksiin), mutta mittaustarkoituksiin käytetään kaikkialla mainittua tosiasiaa.

Lukijat tietävät nyt kaiken näistä upeista lähetin-vastaanottimista. Tällainen epätavallinen muoto viittaa siihen, että maailmankaikkeuden monimuotoisuus ei sovi tyypilliseen kehykseen.

Maailma ei ole ilman hyviä ihmisiä :-)
Valeri UR3CAH: "Hyvää iltapäivää, Egor. Mielestäni tämä artikkeli (eli osio "Fraktaaliantennit: vähemmän on parempi") vastaa sivustosi teemaa ja kiinnostaa sinua:) 73!
Kyllä, se on tietysti mielenkiintoista. Olemme jossain määrin jo käsitelleet tätä aihetta keskustellessamme heksabimien geometriasta. Sielläkin oli dilemma sähköisen pituuden "pakkaamisessa" geometrisiin mittoihin :-). Joten kiitos, Valeri, paljon lähetetystä materiaalista.
Fraktaaliantennit: vähemmän on parempi, mutta parempi
Viimeisen puolen vuosisadan aikana elämä on muuttunut nopeasti. Useimmat meistä hyväksyvät saavutukset nykyaikaiset tekniikat itsestäänselvyytenä. Kaikkeen, mikä tekee elämästä mukavampaa, tottuu hyvin nopeasti. Harvoin kukaan kysyy "Mistä tämä tuli?" ja "Kuinka se toimii?". Mikroaaltouuni lämmittää aamiaisen – hienoa, älypuhelimella voit puhua toiselle ihmiselle – hienoa. Tämä näyttää meille ilmeiseltä mahdollisuudelta.
Mutta elämä voisi olla täysin erilaista, jos ihminen ei etsi selitystä tapahtuville tapahtumille. Otetaan esimerkiksi matkapuhelimet. Muistatko sisäänvedettävät antennit ensimmäisissä malleissa? Ne häiritsivät, lisäsivät laitteen kokoa, lopulta rikkoutuivat usein. Uskomme, että ne ovat vaipuneet unohduksiin ikuisiksi ajoiksi, ja osittain tämän... fraktaalien takia.
Fraktaalipiirustukset kiehtovat kuvioillaan. Ne muistuttavat ehdottomasti kuvia avaruusobjekteista - sumuista, galaksiklustereista ja niin edelleen. Siksi on aivan luonnollista, että kun Mandelbrot esitti fraktaaliteoriansa, hänen tutkimuksensa herätti lisääntynyttä kiinnostusta tähtitiedettä opiskelevien keskuudessa. Yksi näistä amatööreistä nimeltä Nathan Cohen, käytyään Benoit Mandelbrotin luennolle Budapestissa, syttyi tuleen ajatuksesta. käytännön sovellus hankittua tietoa. Totta, hän teki sen intuitiivisesti, ja sattumalla oli tärkeä rooli hänen löydöessään. Radioamatöörina Nathan pyrki luomaan antennin, jolla on mahdollisimman herkkä.
Ainoa tapa antennin parametrien parantamiseksi, mikä tuolloin tiedettiin, oli sen geometristen mittojen kasvattaminen. Nathanin Bostonin keskustassa sijaitsevan asunnon omistaja kuitenkin vastusti jyrkästi suurten kattolaitteiden asentamista. Sitten Nathan alkoi kokeilla erilaisia ​​antennimuotoja yrittäen saada maksimaalisen tuloksen pienimmällä koolla. Fraktaalimuotojen ideasta syttynyt Cohen, kuten he sanovat, teki sattumanvaraisesti lankasta yhden kuuluisimmista fraktaaleista - "Koch-lumihiutaleen". Ruotsalainen matemaatikko Helge von Koch keksi tämän käyrän vuonna 1904. Se saadaan jakamalla segmentti kolmeen osaan ja korvaamalla keskisegmentti tasasivuisella kolmiolla ilman, että sivu osuu yhteen tämän segmentin kanssa. Määritelmä on hieman vaikea ymmärtää, mutta kuva on selkeä ja yksinkertainen.
"Koch-käyrästä" on myös muita lajikkeita, mutta käyrän likimääräinen muoto pysyy samana.

Kun Nathan liitti antennin radiovastaanottimeen, hän oli hyvin yllättynyt - herkkyys kasvoi dramaattisesti. Kokeilusarjan jälkeen tuleva Bostonin yliopiston professori tajusi, että fraktaalikuvion mukaan tehdyllä antennilla on korkea hyötysuhde ja se kattaa paljon laajemman taajuusalueen verrattuna klassisiin ratkaisuihin. Lisäksi antennin muoto fraktaalikäyrän muodossa voi merkittävästi pienentää geometrisia mittoja. Nathan Cohen jopa keksi lauseen, joka todistaa sen voidakseen luoda laajakaistainen antenni riittää antamaan sille itsekaltaisen fraktaalikäyrän muoto.

Kirjoittaja patentoi löytönsä ja perusti yrityksen fraktaaliantennien kehittämiseen ja suunnitteluun Fractal Antenna Systems uskoen perustellusti, että tulevaisuudessa hänen löytönsä ansiosta matkapuhelimet pystyvät pääsemään eroon isoista antenneista ja niistä tulee kompakteja. Periaatteessa näin tapahtui. Totta, tähän päivään asti Nathan on oikeudenkäynnissä suuret yritykset jotka käyttävät löytöään laittomasti kompaktien viestintälaitteiden tuottamiseen. Jotkut tunnetut valmistajat mobiililaitteet, kuten Motorola, ovat jo tehneet rauhansopimuksen fraktaaliantennin keksijän kanssa. alkuperäinen lähde

Olen muutaman viime vuoden aikana joutunut säännöllisesti kehittämään UWB- (ultra-laajakaistaisia) mikroaaltomoduuleja ja toiminnallisia yksiköitä. Ja riippumatta siitä, kuinka surullista minulle on puhua siitä, saan melkein kaiken tiedon aiheesta ulkomaisista lähteistä. Kuitenkin jokin aika sitten, etsiessäni tarvitsemaani tietoa, törmäsin sellaiseen, joka lupasi ratkaisun kaikkiin ongelmiini. Haluan puhua siitä, kuinka ongelmien ratkaisu ei onnistunut.

Yksi jatkuvista "päänsärkyistä" UWB-mikroaaltolaitteiden kehittämisessä on UWB-antennien kehittäminen, joilla on oltava tiettyjä ominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien joukossa ovat seuraavat:

1. Koordinointi toimintataajuusalueella (esimerkiksi 1 - 4 GHz). Se tapahtuu kuitenkin, kun on tarpeen sopia taajuusalueella 0,5 GHz - 5 GHz. Ja tässä ongelmana syntyy taajuuden laskeminen alle 1 GHz:n. Yleensä sain vaikutelman, että 1 GHz:n taajuudella on jonkinlainen mystinen voima - voit päästä lähelle sitä, mutta sitä on erittäin vaikea voittaa, koska. tässä tapauksessa rikotaan toista antennin vaatimusta, nimittäin

2. Kompakti. Loppujen lopuksi kenellekään ei ole salaisuus, että nyt harvat ihmiset tarvitsevat valtavan mittaisen aaltoputkitorviantennin. Kaikki haluavat antennin olevan pieni, kevyt ja kompakti, jotta se voidaan työntää koteloon. kannettava laite. Mutta antennin tiivistymisen myötä antennia koskevien vaatimusten 1 kohdan noudattaminen on erittäin vaikeaa, koska toiminta-alueen minimitaajuus liittyy läheisesti antennin maksimikokoon. Joku sanoo, että voit tehdä antennin dielektrille, jolla on korkea suhteellinen permittiivisyys ... Ja hän on oikeassa, mutta tämä on ristiriidassa luettelomme seuraavan kohdan kanssa, joka sanoo, että

3. Antenni tulee olla mahdollisimman halpa ja valmistettu kaikkein saatavilla olevista ja edullisimmista materiaaleista (esim. FR-4). Koska kukaan ei halua maksaa paljon, paljon rahaa antennista, vaikka se olisi kolme kertaa loistava. Kaikki haluavat antennin hintaa valmistusvaiheessa painettu piirilevy painottui kohti nollaa. Koska tämä on meidän maailmamme...

4. On vielä yksi vaatimus, joka syntyy, kun ratkaistaan ​​erilaisia ​​​​ongelmia, jotka liittyvät esimerkiksi lyhyen kantaman sijaintiin, sekä luotaessa erilaisia ​​​​antureita UWB-tekniikalla (tässä on selvennettävä, että me puhumme pienitehoiset sovellukset, joissa jokainen dBm on tärkeä). Ja tämä vaatimus määrää, että suunnitellun antennin säteilykuvio (DN) tulee muodostaa vain yhdelle pallonpuoliskolle. Mitä varten se on? Jotta antenni "paistaisi" vain yhteen suuntaan, ilman, että kallisarvoinen teho hajoaa "paluu". Se myös parantaa useita ilmaisimia järjestelmästä, jossa tällaista antennia käytetään.

Miksi kirjoitan kaiken tämän..? Jotta utelias lukija ymmärtäisi, että tällaisen antennin kehittäjä kohtaa paljon rajoituksia ja kieltoja, jotka hänen on voitettava sankarillisesti tai nokkelasti.

Ja yhtäkkiä ilmestyksenä ilmestyy artikkeli, joka lupaa ratkaisun kaikkiin yllä oleviin ongelmiin (sekä niihin, joita ei mainittu). Tämän artikkelin lukeminen aiheuttaa pienen euforian tunteen. Vaikka ensimmäistä kertaa et täysin ymmärrä kirjoitettua, taikasana "fraktaali" kuulostaa erittäin lupaavalta, koska. Euklidinen geometria on jo käyttänyt perustelunsa loppuun.

Tartumme asiaan rohkeasti ja syötämme artikkelin kirjoittajan ehdottaman rakenteen simulaattoriin. Simulaattori huokaa kuin tietokoneen jäähdytin, pureskelee gigatavuja numeroita ja sylkee sulatettua tulosta... Simulaatiotuloksia katsellessa tunnet olosi pieneltä petetyltä pojalta. Kyyneleet nousevat silmiini, koska. jälleen lapsuuden ilmaunelmasi törmäsivät valurautaiseen ... todellisuuteen. Taajuusalueella 0,1 GHz - 24 GHz ei ole sopimusta. Jopa 0,5 GHz - 5 GHz alueella ei ole mitään vastaavaa.

Edelleen on arka toivo, että et ymmärtänyt jotain, teit jotain väärin... Sisällyspisteen etsintä alkaa, erilaisia ​​variaatioita topologian kanssa, mutta kaikki turhaan - se on kuollut!

Surullisinta tässä tilanteessa on se, että viime hetkeen asti etsit epäonnistumisen syytä itsestäsi. Kiitos kaupassa oleville tovereille, jotka selittivät, että kaikki on oikein - sen ei pitäisi toimia.

P.S. Toivottavasti perjantaipostaukseni sai sinut hymyilemään.
Tarinan moraali on tämä - ole varovainen!
(Ja halusin myös todella kirjoittaa tästä ANTI-artikkelin, koska he pettivät minua).

Ensimmäinen asia, josta haluaisin kirjoittaa, on pieni johdatus fraktaaliantennien historiaan, teoriaan ja käyttöön. Fraktaaliantennit on löydetty hiljattain. Nathan Cohen keksi ne ensimmäisen kerran vuonna 1988, sitten hän julkaisi tutkimuksensa TV-antennin tekemisestä lankasta ja patentoi sen vuonna 1995.

Fraktaaliantennilla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten Wikipediassa on kirjoitettu:

"Fraktaaliantenni on antenni, joka käyttää fraktaalista, itsestään toistuvaa rakennetta maksimoimaan tai kasvattamaan sen materiaalin pituutta tai kehän (sisäisissä kohdissa tai ulkoisessa rakenteessa), joka voi vastaanottaa tai lähettää sähkömagneettisia signaaleja tietyllä kokonaispinta-alalla tai tilavuudella. ."

Mitä tämä tarkalleen ottaen tarkoittaa? No, sinun täytyy tietää, mikä fraktaali on. Myös Wikipediasta:

"Fraktaali on tyypillisesti karkea tai pirstoutunut geometrinen muoto, joka voidaan jakaa osiin, joista jokainen on pienennetty kopio kokonaisuudesta - ominaisuutta, jota kutsutaan itsensä samankaltaiseksi."

Fraktaali on siis geometrinen muoto, joka toistaa itseään yhä uudelleen, riippumatta yksittäisten osien koosta.

Fraktaaliantennien on havaittu olevan noin 20 % tehokkaampia kuin perinteiset antennit. Tästä voi olla hyötyä varsinkin, jos haluat television antennin vastaanottavan digitaalista tai teräväpiirtovideota, lisäävän matkapuhelinverkon kantamaa, Wi-Fi-aluetta, FM- tai AM-radion vastaanottoa jne.

Suurin osa Kännykät fraktaaliantenneja on jo olemassa. Olet ehkä huomannut tämän, koska Kännykät ulkona ei ole enää antenneja. Tämä johtuu siitä, että niiden sisällä olevaan piirilevyyn on kaiverrettu fraktaaliantenneja, joiden avulla ne voivat vastaanottaa paremman signaalin ja poimia enemmän taajuuksia, kuten Bluetooth, solu ja Wi-Fi yhdestä antennista.

Wikipedia:

"Fraktaaliantennin vaste eroaa selvästi perinteisistä antennirakenteista siinä, että se pystyy toimimaan hyvällä suorituskyvyllä eri taajuuksilla samanaikaisesti. Vakioantennien taajuutta on leikattava, jotta ne pystyvät vastaanottamaan vain tämän taajuuden. Siksi fraktaaliantenni, toisin kuin perinteinen, on erinomainen muotoilu laajakaista- ja monikaistasovelluksiin.

Temppu on suunnitella fraktaaliantennisi resonoimaan haluamallasi keskitaajuudella. Tämä tarkoittaa, että antenni näyttää erilaiselta riippuen siitä, mitä haluat vastaanottaa. Tätä varten sinun on sovellettava matematiikkaa (tai online-laskin).

Esimerkissäni aion tehdä yksinkertaisen antennin, mutta voit tehdä siitä monimutkaisemman. Mitä vaikeampi sen parempi. Käytän antennin valmistukseen 18-säikeistä umpijohtimista, mutta voit muokata omia piirilevyjäsi estetiikkaasi vastaaviksi, tehdä niistä pienempiä tai monimutkaisempia tarkkuudella ja resonanssilla.

Aion tehdä TV-antennin vastaanottamaan digi-tv:tä tai televisiota korkea resoluutio. Näitä taajuuksia on helpompi työstää, ja niiden pituus vaihtelee noin 15 cm:stä 150 cm:iin puolella aallonpituudella. Yksinkertaisuuden ja osien edullisuuden vuoksi aion sijoittaa sen tavalliselle dipoliantennille, se sieppaa aaltoja 136-174 MHz (VHF) alueella.

UHF-aaltojen (400-512 MHz) vastaanottamiseksi voit lisätä ohjaajan tai heijastimen, mutta näin vastaanotto riippuu enemmän antennin suunnasta. VHF riippuu myös suunnasta, mutta sen sijaan, että osoittaisit suoraan televisioasemaan UHF-asennuksen tapauksessa, sinun on asetettava VHF-korvat kohtisuoraan TV-asemaan nähden. Tässä sinun on ponnisteltava hieman enemmän. Haluan tehdä rakentamisesta mahdollisimman yksinkertaista, koska se on jo melko monimutkainen asia.

Pääkomponentit:

• Asennuspinta, esim. muovikotelo (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 ruuvia. Käytin teräslevyruuveja
• Muuntaja, jonka resistanssi on 300 ohmista 75 ohmiin.
• Asennusvaijeri 18 AWG (0,8 mm)
• RG-6 koaksiaalikaapeli päätteillä (ja kumivaipalla, jos asennus on ulkona)
• Alumiinia käytettäessä heijastinta. Yllä olevassa liitteessä oli yksi.
• Hieno merkki
• Kaksi paria pieniä pihtejä
• Viivain ei ole lyhyempi kuin 20 cm.
• Kuljetin kulman mittaamiseen
• Kaksi poraa, joista toinen on hieman pienempi kuin ruuvisi
• Pieni lankaleikkuri
• Ruuvimeisseli tai ruuvimeisseli

Huomaa: antennin pohja on valmistettu alumiinilanka on kuvan oikealla puolella, jossa muuntaja työntyy ulos.

Vaihe 1: Heijastimen lisääminen

Kokoa kotelo heijastimella muovikannen alle

Vaihe 2: Reikien poraaminen ja kiinnityspisteiden asentaminen

Poraa pienet hanan reiät heijastimen vastakkaiselle puolelle näihin kohtiin ja aseta sähköä johtava ruuvi.

Vaihe 3: Mittaa, leikkaa ja kuori johdot

Leikkaa neljä 20 cm:n palaa lankaa ja aseta ne kotelon päälle.

Vaihe 4: Johtojen mittaus ja merkintä

Merkitse langalle 2,5 cm välein (näissä paikoissa on mutkia)

Vaihe 5: Luo fraktaaleja

Tämä vaihe on toistettava jokaiselle langanpalalle. Jokaisen taivutuksen tulee olla täsmälleen 60 astetta, koska teemme fraktaalille tasasivuisia kolmioita. Käytin kahta paria pihtejä ja astelevyä. Jokainen taivutus on tehty etikettiin. Ennen kuin teet taitoksia, visualisoi niiden suunta. Käytä tähän liitteenä olevaa kaaviota.

Vaihe 6: Dipolien luominen

Leikkaa vielä kaksi vähintään 15 cm pitkää lankapalaa. Kiedo nämä johdot pitkää sivua pitkin kulkevien ylä- ja alaruuvien ympärille ja kiedo ne sitten keskelle. Leikkaa sitten ylimääräinen pituus pois.

Vaihe 7: Dipolien ja muuntajan asennus

Kiinnitä jokainen fraktaali kulmaruuveihin.

Kiinnitä oikean impedanssin omaava muuntaja kahteen keskiruuviin ja kiristä ne.

Kokoonpano valmis! Katso ja nauti!

Vaihe 8: Lisää iteraatioita/kokeita

Tein joitain uusia elementtejä GIMPin paperimallilla. Käytin pientä kiinteää puhelinjohtoa. Se oli riittävän pieni, vahva ja taipuisa taipuakseen monimutkaisiin muotoihin, joita keskitaajuudella (554 MHz) tarvitaan. Tämä on keskiarvo digitaalinen signaali UHF kanaville televisiolähetyksessä alueellani.

Kuva liitteenä. Voi olla vaikea nähdä kuparilangat hämärässä pahvia ja sen päällä olevaa teippiä vasten, mutta ymmärrät idean.

Tässä koossa elementit ovat melko hauraita, joten niitä on käsiteltävä huolellisesti.

Lisäsin myös png-mallin. Jos haluat tulostaa haluamasi kokoisen, sinun on avattava se valokuvaeditorissa, kuten GIMP. Malli ei ole täydellinen, koska tein sen käsin hiirellä, mutta se on riittävän mukava ihmiskäsille.

UDC 621.396

fraktaali ultralaajakaistaantenni, joka perustuu pyöreään monopoliin

G.I. Abdrakhmanova

Ufa State Aviation Technical University,

Universita degli studi di Trento

Annotaatio.Artikkelissa tarkastellaan fraktaaliteknologiaan perustuvan ultralaajakaistaisen antennin suunnittelun ongelmaa. Esitetään skaalaustekijän arvosta riippuvien säteilyominaisuuksien muutostutkimusten tulokset.ja iterointitaso. Antennigeometrian parametrinen optimointi heijastuskertoimen vaatimusten noudattamiseksi on suoritettu. Kehitetyn antennin mitat ovat 34 × 28 mm 2 ja toimintataajuusalue on 3,09 ÷ 15 GHz.

Avainsanat:ultralaajakaistainen radioviestintä, fraktaalitekniikka, antennit, heijastuskerroin.

Abstrakti:Artikkelissa kuvataan uuden ultralaajakaistaisen antennin kehitystä fraktaaliteknologian pohjalta. Säteilyominaisuuksien muutosten tutkimustulokset esitetään skaalaustekijän ja iteraatiotason mukaan. Antennin geometrian parametrista optimointia sovellettiin heijastuskerroinvaatimusten täyttämiseksi. Kehitetyn antennin koko on 28 × 34 mm 2 ja kaistanleveys 3,09 ÷ 15 GHz.

avainsanat:ultralaajakaistainen radioviestintä, fraktaalitekniikka, antennit, heijastuskerroin.

1. Esittely

Nykyään ultralaajakaistaiset (UWB) viestintäjärjestelmät kiinnostavat suuresti tietoliikennelaitteiden kehittäjiä ja valmistajia, koska ne mahdollistavat valtavien tietovirtojen siirtämisen suurella nopeudella erittäin laajalla taajuuskaistalla ilman lupaa. Lähetettävien signaalien ominaisuudet viittaavat siihen, että tehokkaita vahvistimia ja monimutkaisia ​​signaalinkäsittelykomponentteja osana vastaanotto-lähetyskomplekseja ei ole, mutta ne rajoittavat kantamaa (5-10 m).

Sopivan elementtipohjan puute, joka pystyy toimimaan tehokkaasti ultralyhyillä pulsseilla, estää UWB-teknologian massakäyttöönoton.

Lähetin-vastaanottimen antennit ovat yksi avainelementeistä, jotka vaikuttavat signaalin lähetyksen / vastaanoton laatuun. Patenttien ja tutkimuksen pääsuunta UWB-laitteiden antennitekniikan suunnittelussa on miniatyrisointi ja tuotantokustannusten alentaminen samalla kun varmistetaan tarvittavat taajuus- ja energiaominaisuudet sekä uusien muotojen ja rakenteiden käyttö.

Siten antennin geometria on rakennettu splainin pohjalta, jonka keskellä on suorakaiteen muotoinen U-muotoinen rako, joka mahdollistaa toiminnan UWB-kaistalla estotoiminnolla. WLAN -kaista, antennin mitat - 45,6 × 29 mm 2. Vuonna säteileväksi elementiksi valittiin epäsymmetrinen E-muotoinen hahmo, jonka mitat ovat 28×10 mm 2 ja joka sijaitsee 7 mm:n korkeudella johtavaan tasoon (50×50 mm 2) nähden. Esitetään suorakaiteen muotoiseen säteilevään elementtiin ja kääntöpuolen tikapuuresonoivaan rakenteeseen pohjautuva tasomainen monopoliantenni (22×22 mm 2 ).

2 Ongelman kuvaus

Koska pyöreät rakenteet voivat tarjota melko laajan kaistanleveyden, yksinkertaistaa suunnittelua, pienen koon ja alentaa tuotantokustannuksia, tässä artikkelissa ehdotetaan kehitettäväksi pyöreään monopoliin perustuvaa UWB-antennia. Vaadittu toimintataajuusalue - 3,1 ÷ 10,6 GHz -10 dB heijastuskertoimen tasolla S11, (kuvio 1).

Riisi. 1. Vaadittava maski heijastamiseen S 11

Miniatyrisointia varten antennin geometriaa päivitetään käyttämällä fraktaaliteknologiaa, mikä mahdollistaa myös säteilyn ominaisuuksien riippuvuuden skaalauskertoimen arvosta tutkimisen. δ ja fraktaalin iteraatiotaso.

Seuraavaksi asetettiin tehtäväksi optimoida kehitetty fraktaaliantenni toiminta-alueen laajentamiseksi muuttamalla seuraavia parametreja: koplanaarisen aaltoputken (HF) keskusjohtimen (CPU) pituus, maatason pituus (GZ). ) KV, etäisyys "GZ KV - säteilevä elementti (IE)".

Antennimallinnusta ja numeerisia kokeita tehdään ympäristössä" CST Microwave Studio.

3 Antennigeometrian valinta

Peruselementiksi valitaan pyöreä monopoli, jonka mitat ovat neljännes vaaditun alueen aallonpituudesta:

Missä L aron antennin säteilevän elementin pituus, ei CPU:ta;f L- pienempi rajataajuus,f L = f min uwb = 3,1 109 Hz; Kanssa on valon nopeus, Kanssa = 3 10 8 m/s 2 .

Saamme L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Ottaen huomioon, että ympyrä, jonka säde onr = L ar / 2 = 12 mm, ja olettaen alkuperäisen suorittimen pituudenLf myös tasa-arvoinen r, saadaan nollaiteraatio (kuva 2).

Riisi. 2. Antennin nollaiterointi

Dielektrisen alustan paksuusTsja parametriarvoillaεs = 3,38, tg δ = 0,0025 käytetään pohjana, jonka etupuolelle on sijoitettu IE, CPU ja ROM . Samalla etäisyydet PZ-CPU" Zv ja "PZ-IE" Z h otettu yhtä suureksi kuin 0,76 mm. Muiden simulointiprosessissa käytettyjen parametrien arvot on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1. Antenniparametrit ( δ = 2)

Nimi	Kuvaus	Kaava	Merkitys
L a	Antenni pituus	2 ∙ r + L f	36 mm
Wa	Antenni Leveys	2 ∙ r	24 mm
Lf	CPU:n pituus	r+ 0,1	12,1 mm
W f	CPU:n leveys		1,66 mm
Lg	PZ pituus	r-Ts	11,24 mm
Ls	Alustan pituus	L a + Gs	37 mm
Ws	Tausta leveys	Wa+ 2 ∙ Gs	26 mm
Gs 1	Alustan pystysuora rako		1 mm
Gs 2	Vaakasuora tukirako		1 mm
Tm	metallin paksuus		0,035 mm
Ts	Alustan paksuus		0,76 mm
r	Ympyrän säteen 0. iteraatio		12 mm
r 1	1. iteraation ympyrän säde	r /2	6 mm
r 2	Ympyrän säteen 2. iteraatio	r 1 /2	3 mm
r 3	Ympyrän säde 3 iteraatiota	r 2 /2	1,5 mm
εs	Dielektrisyysvakio		3,38

Antenni saa virtansa koplanaarisesta aaltoputkesta, joka koostuu keskijohtimesta ja maatasosta, SMA -liitin ja siihen nähden kohtisuorassa oleva koplanaarinen aaltoputkiportti (CWP) (kuva 3).

Missä εeff on tehollinen permittiivisyys:

K – täydellinen elliptinen integraali ensimmäisen tyyppinen;

	(5)

Fraktaliteetti antennin rakenteessa muodostuu erityisestä elementtien pakkaamisesta: antennin myöhemmät iteraatiot muodostetaan sijoittamalla edellisen iteraation elementteihin säteeltään pienempiä ympyröitä. Tässä tapauksessa mittakaavatekijä δ määrittää kuinka monta kertaa viereisten iteraatioiden koot eroavat. Tämä prosessi tapausta varten δ = 2 on esitetty kuvassa. 4.

Riisi. 4. Antennin ensimmäinen, toinen ja kolmas iteraatio ( δ = 2)

Joten ensimmäinen iteraatio saadaan vähentämällä kaksi ympyrää, joilla on säder 1 alkuperäisestä elementistä. Toinen iteraatio muodostetaan asettamalla metalliympyröitä, jotka on pienennetty puoleen säteellär 2 jokaisessa ensimmäisen iteraation ympyrässä. Kolmas iteraatio on samanlainen kuin ensimmäinen, mutta säde onr 3 . Paperissa tarkastellaan ympyröiden pysty- ja vaakajärjestelyä.

3.1 Elementtien vaakasuora järjestely

Heijastuskertoimen muutoksen dynamiikka iteraatiotasosta riippuen on esitetty kuvassa. 5 varten δ = 2 ja kuvassa 6 varten δ = 3. Jokainen uusi järjestys vastaa yhtä lisäresonanssitaajuutta. Siten nolla iteraatio tarkastelualueella 0 ÷ 15 GHz vastaa 4 resonanssia, ensimmäinen iteraatio - 5 jne. Tässä tapauksessa toisesta iteraatiosta alkaen ominaisuuksien käyttäytymisen muutokset tulevat vähemmän havaittavissa.

Riisi. 5. Heijastuskertoimen riippuvuus iteraatiojärjestyksestä ( δ = 2)

Mallintamisen ydin on siinä, että kussakin vaiheessa tarkasteltujen ominaisuuksien joukosta valitaan se, joka on määritelty lupaavimmaksi. Tämän seurauksena on otettu käyttöön seuraava sääntö:

Jos ylitys (ero) alueella, jossa hyllyt ovat yli -10 dB, on pieni, kannattaa valita se ominaisuus, jolla on alempi hylly toiminta-alueella (alle -10 dB), koska optimoinnin seurauksena ensimmäinen eliminoidaan ja toinen pudotetaan vielä alemmas.

Riisi. 6. Heijastuskertoimen riippuvuus iteraatiojärjestyksestä ( δ = 3)

Saatujen tietojen perusteella ja tämän säännön mukaisesti δ = 2 ensimmäistä iteraatiota vastaava käyrä on valittu δ = 3 – toinen iteraatio.

Seuraavaksi ehdotetaan tutkimaan heijastuskertoimen riippuvuutta skaalaustekijän arvosta. Harkitse muutosta δ välillä 2 ÷ 6 vaiheella 1 ensimmäisessä ja toisessa iteraatiossa (kuvat 7, 8).

Mielenkiintoinen kaavioiden käyttäytyminen on, että alkaen δ = 3, ominaisuudet muuttuvat tasaisemmiksi ja tasaisemmiksi, resonanssien määrä pysyy vakiona ja kasvu δ johon liittyy nousu S 11 parillisilla alueilla ja pienenee parittomilla.

Riisi. 7. Heijastuskertoimen riippuvuus ensimmäisen iteraation skaalauskertoimesta ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Tässä tapauksessa molemmille iteraatioille arvo δ = 6.

Riisi. 8. Heijastuskertoimen riippuvuus skaalauskertoimesta toiselle iteraation ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, koska sille on ominaista alimmat hyllyt ja syvät resonanssit (kuva 9).

Riisi. 9. Vertailu S 11

3.2 Elementtien pystysuora järjestely

Heijastuskertoimen muutoksen dynamiikka iteraatiotasosta riippuen ympyröiden pystysuorassa järjestelyssä on esitetty kuvassa. 10 varten δ = 2 ja kuvassa 11 varten δ = 3.

Riisi. 10. Heijastuskertoimen riippuvuus iteraatiojärjestyksestä ( δ = 2)

Saatujen tietojen perusteella ja säännön mukaisesti δ = 2 ja δ = 3 valitaan kolmatta iteraatiota vastaava käyrä.

Riisi. 11. Heijastuskertoimen riippuvuus iteraatiojärjestyksestä ( δ = 3)

Heijastuskertoimen riippuvuuden huomioiminen skaalaustekijän arvosta ensimmäisessä ja toisessa iteraatiossa (kuvat 12, 13) paljastaa optimaalisen arvon δ = 6, kuten vaakasuuntaisen järjestelyn tapauksessa.

Riisi. 12. Heijastuskertoimen riippuvuus skaalauskertoimesta ensimmäiselle iteraatiolle ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Tässä tapauksessa molemmille iteraatioille arvo δ = 6, joka myös edustaan-useita fraktaaleja, ja siksi niiden pitäisi ehkä yhdistää ominaisuuksia δ = 2 ja δ = 3.

Riisi. 13. Heijastuskertoimen riippuvuus skaalauskertoimesta toiselle iteraation ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Näin ollen neljästä verratusta vaihtoehdosta valittiin toista iteraatiota vastaava käyrä, δ = 6, kuten edellisessä tapauksessa (kuva 14).

Riisi. 14. Vertailu S 11 neljälle tarkasteltavalle antennigeometrialle

3.3 Vertailu

Kun otetaan huomioon kahdessa edellisessä alaosassa saadut parhaat vaihtoehdot pysty- ja vaakageometrioihin, valinta tehdään ensimmäisestä (kuva 15), vaikka tässä tapauksessa ero näiden vaihtoehtojen välillä ei ole niin suuri. Toimintataajuusalueet: 3,825÷4,242 GHz ja 6,969÷13,2 GHz. Lisäksi suunnittelua päivitetään koko UWB-alueella toimivan antennin kehittämiseksi.

Riisi. 15. Vertailu S 11 valitaksesi lopullisen vaihtoehdon

4 Optimointi

Tässä osiossa käsitellään antennin optimointia, joka perustuu fraktaalin toiseen iteraatioon kertoimen arvolla δ = 6. Muuttujien parametrit on esitetty , ja niiden muutosalueet ovat taulukossa 2.

Riisi. 20. Antennin ulkonäkö: a) etupuoli; b) kääntöpuoli

Kuvassa Kuvassa 20 esitetään ominaisuuksia, jotka heijastavat muutoksen dynamiikkaa S 11 vaihe vaiheelta ja todistaa jokaisen myöhemmän toimenpiteen pätevyyden. Taulukossa 4 esitetään resonanssi- ja rajataajuudet, joita käytetään alla pintavirtojen ja säteilykuvion laskemiseen.

Pöytä 3. Lasketut antenniparametrit

Nimi	Alkuarvo, mm	Loppuarvo, mm
∆ Lf
Z h	Pöytä 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Antennin pintavirtojen jakautuminen UWB-alueen resonanssi- ja rajataajuuksilla on esitetty kuvassa. 21 ja säteilykuviot - kuviossa 21 22.

a) 3,09 GHz b) 3,6 GHz

c) 6,195 GHz d) 8,85 GHz

e) 10,6 GHz f) 12,87 GHz

Riisi. 21. Pintavirtojen jakautuminen

A) F(φ ), θ = 0° b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0° d) F(θ ), φ = 90°

Riisi. 22. Säteilykuviot napakoordinaatistossa

5 Johtopäätös

Tässä artikkelissa esitellään uusi fraktaaliteknologian käyttöön perustuva menetelmä UWB-antennien suunnitteluun. Tämä prosessi sisältää kaksi vaihetta. Aluksi antennin geometria määritetään valitsemalla sopiva skaalaustekijä ja fraktaaliiteraatiotaso. Seuraavaksi tuloksena olevaan muotoon sovelletaan parametrista optimointia, joka perustuu antennin avainkomponenttien mittojen vaikutuksen säteilyominaisuuksiin tutkimiseen.

On todettu, että iterointijärjestyksen kasvaessa resonanssitaajuuksien lukumäärä kasvaa ja skaalaustekijän kasvulle yhden iteroinnin sisällä on ominaista tasaisempi käyttäytyminen S 11 ja resonanssien pysyvyys (alkaen δ = 3).

Kehitetty antenni tarjoaa korkealaatuisen signaalien vastaanoton taajuusalueella 3,09 ÷ 15 GHz. S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Kiitokset

Tutkimusta tuettiin Euroopan unionin apurahalla. Erasmus Mundus -toiminta 2”, myös A. G. I. kiittää Prof. Paolo Rocca hyödyllistä keskustelua varten.

Kirjallisuus

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Tasomonopoli UWB-antenni UNII1/UNII2 WLAN-kaistan lovettuilla ominaisuuksilla. Progress in Electromagnetics Research B, Voi. 25, 2010. - 277-292 s.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Ultralaajakaistaiset oikosuljetut patch-antennit, jotka syötetään moniresonanssilla taitetulla patchilla. Progress in Electromagnetics Research B, Voi. 44, 2012. - 309-326 s.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdee. Tasomainen monopoliantenni, joka käyttää takatasoisen tikapuun muotoista resonanssirakennetta ultralaajakaistaisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. IET Microwaves, Antennas and Propagation, Voi. 4, Iss. 9, 2010. - 1327-1335 s.

4. Ultra-laajakaistaisia ​​siirtojärjestelmiä koskevien komission sääntöjen osan 15 tarkistus, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. - 118 s.