Huzaltechnológiák fraktálantennák gyártásához. Hogyan készítsünk antennát egy TV-hez saját kezűleg alumíniumhuzalból vagy kábelből: egyszerű kialakítás a TV-jel vételéhez. A Minkowski-fraktál a Koch-görbéhez hasonlóan épül fel, és ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik

Az első dolog, amiről szeretnék írni, egy kis bevezetés a fraktálantennák történetébe, elméletébe és használatába. Nemrég fedezték fel a fraktálantennákat. Először Nathan Cohen találta fel őket 1988-ban, majd publikálta kutatásait, hogy hogyan lehet vezetékből tévéantennát készíteni, és 1995-ben szabadalmaztatta.

A fraktálantennának számos egyedi tulajdonsága van, amint azt a Wikipédián írták:

„A fraktálantenna olyan antenna, amely fraktál, önismétlődő kialakítást használ annak érdekében, hogy maximalizálja a hosszát vagy növelje a kerületét (a belső területeken vagy a külső szerkezeteken), amely képes elektromágneses jeleket fogadni vagy továbbítani egy adott teljes felületen vagy térfogaton belül. .”

Ez pontosan mit jelent? Nos, tudnod kell, mi az a fraktál. Szintén a Wikipédiából:

"A fraktál általában egy durva vagy töredezett geometriai alakzat, amely részekre osztható, és mindegyik rész az egésznek egy kisebb másolata - ezt a tulajdonságot önhasonlóságnak nevezik."

Így a fraktál olyan geometriai alakzat, amely újra és újra ismétlődik, függetlenül az egyes részek méretétől.

Megállapították, hogy a fraktálantennák körülbelül 20%-kal hatékonyabbak, mint a hagyományos antennák. Ez különösen akkor lehet hasznos, ha azt szeretné, hogy TV-antennája digitális vagy nagyfelbontású videót fogadjon, növelje a mobilhálózat hatótávolságát, a Wi-Fi hatótávolságát, az FM vagy AM rádió vételét stb.

A legtöbb mobiltelefon már rendelkezik fraktálantennával. Talán észrevette ezt, mert a mobiltelefonokon már nincs kívül antenna. Ennek az az oka, hogy fraktálantennák vannak bennük, amelyek az áramköri lapba vannak bevésve, lehetővé téve számukra, hogy jobb jelet vegyenek, és több frekvenciát vegyenek fel, mint például a Bluetooth, a Cellular és a Wi-Fi egyetlen antennáról.

Wikipédia:

„A fraktálantenna válaszreakciója észrevehetően eltér a hagyományos antennakialakításoktól, mivel különböző frekvenciákon, egyidejűleg jó teljesítménnyel képes működni. A szabványos antennák frekvenciáját le kell vágni, hogy csak azt a frekvenciát tudják venni. Ezért a fraktálantenna a hagyományos antennákkal ellentétben kiválóan alkalmas szélessávú és többsávos alkalmazásokhoz.”

A trükk az, hogy a fraktálantennát úgy kell megtervezni, hogy az a kívánt középfrekvencián rezonáljon. Ez azt jelenti, hogy az antenna másképp fog kinézni attól függően, hogy mit szeretne elérni. Ehhez matematikát (vagy online számológépet) kell használnia.

A példámban ezt fogom tenni egyszerű antenna, de összetettebbé teheti. Minél összetettebb, annál jobb. Az antenna elkészítéséhez 18 szálú tömör maghuzalból álló tekercset használok, de testreszabhatja saját áramköri lapjait, hogy megfeleljen az esztétikai igényeinek, kisebbre vagy összetettebbre, nagyobb felbontással és rezonanciával.

Csinálok egy TV antennát a digitális tévé vagy tévé vételéhez nagy felbontású. Ezekkel a frekvenciákkal könnyebb dolgozni, és fél hullámhosszon körülbelül 15 cm és 150 cm között mozognak. Az egyszerűség és az alacsony alkatrészköltség kedvéért egy közös dipólus antennára fogom helyezni, 136-174 MHz tartományban (VHF) fogja a hullámokat.

Az UHF-hullámok (400-512 MHz) vételéhez hozzáadhat egy rendezőt vagy reflektort, de így a vétel jobban függ az antenna irányától. A VHF is irányított, de ahelyett, hogy közvetlenül a TV-állomásra mutasson egy UHF telepítésnél, a VHF füleket a TV-állomásra merőlegesen kell felszerelnie. Itt egy kicsit több erőfeszítést kell tennie. A tervezést a lehető legegyszerűbbé szeretném tenni, mert ez már elég összetett dolog.

Fő összetevők:

• Rögzítési felület, például műanyag ház (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 csavar. Acéllemez csavarokat használtam
• Transzformátor 300 Ohm és 75 Ohm közötti ellenállással.
• 18 AWG (0,8 mm) rögzítőhuzal
• RG-6 koaxiális kábel lezárókkal (és gumiköpennyel, ha szabadban telepítik)
• Alumínium reflektor használatakor. A fenti mellékletben volt egy.
• Finom marker
• Két pár kis fogó
• A vonalzó nem rövidebb 20 cm-nél.
• Szállítószalag szögméréshez
• Két fúrófej, egy kicsit kisebb átmérőjű, mint a csavarok
• Kis huzalvágó
• Csavarhúzó vagy csavarhúzó

Megjegyzés: Az alumínium huzalantenna alja a kép jobb oldalán található, ahol a transzformátor kilóg.

1. lépés: Reflektor hozzáadása

Szerelje össze a házat a reflektorral a műanyag burkolat alatt

2. lépés: Lyukak fúrása és rögzítési pontok felszerelése

Fúrjon kis kimeneti lyukakat a reflektor ellenkező oldalán ezekben a helyzetekben, és helyezzen be egy vezető csavart.

3. lépés: Mérje meg, vágja le és csupaszítsa le a vezetékeket

Vágjon négy darab 20 cm-es drótdarabot, és helyezze a testre.

4. lépés: A vezetékek mérése és jelölése

Jelölővel jelölje meg 2,5 cm-enként a vezetéket (ezeken a pontokon hajlítások lesznek)

5. lépés: Fraktálok létrehozása

Ezt a lépést minden vezetékdarabnál meg kell ismételni. Minden hajlításnak pontosan 60 fokosnak kell lennie, mivel a fraktálhoz egyenlő oldalú háromszögeket készítünk. Két fogót és egy szögmérőt használtam. Minden hajlítás egy jelre készül. A hajtások elkészítése előtt képzelje el mindegyik irányát. Ehhez használja a mellékelt diagramot.

6. lépés: Dipólusok létrehozása

Vágjon le még két, legalább 6 hüvelyk hosszúságú huzaldarabot. Tekerje körbe ezeket a vezetékeket a felső és alsó csavarok köré a hosszú oldalon, majd tekerje a középső csavarok köré. Ezután vágja le a felesleges hosszt.

7. lépés: A dipólusok felszerelése és a transzformátor felszerelése

Rögzítse a fraktálokat a sarokcsavarokhoz.

Csatlakoztasson egy megfelelő impedanciájú transzformátort a két középső csavarhoz, és húzza meg őket.

Összeszerelés kész! Nézze meg és élvezze!

8. lépés: További iterációk/kísérletek

Néhány új elemet készítettem a GIMP papírsablonjával. Kis tömör telefonvezetéket használtam. Kicsi, erős és elég hajlékony volt ahhoz, hogy a középfrekvenciához (554 MHz) megkívánt összetett formákba hajoljon. Ez az átlag digitális jel UHF csatornákhoz földi televízió az én területemen.

Fénykép csatolva. Lehet, hogy nehéz látni a rézhuzalokat gyenge fényben a kartonon és a tetején lévő szalagon, de értitek.

Ennél a méretnél az elemek meglehetősen törékenyek, ezért óvatosan kell bánni velük.

Hozzáadtam egy png formátumú sablont is. A kívánt méretben történő nyomtatáshoz meg kell nyitnia egy fotószerkesztőben, például a GIMP-ben. A sablon nem tökéletes, mert kézzel, egérrel készítettem, de az emberi kéz számára elég kényelmes.

A dolgozatban vizsgált huzalfraktál antennák a huzal hajlításával készültek nyomtatott papírsablon szerint. Mivel a vezetéket kézzel, csipesszel hajlították meg, az antenna „hajlításának” pontossága körülbelül 0,5 mm volt. Ezért a legegyszerűbb geometriai fraktál formákat vettük a kutatáshoz: a Koch-görbét és a Minkowski „bipoláris ugrást”.

Ismeretes, hogy a fraktálok lehetővé teszik az antennák méretének csökkentését, míg a fraktálantenna méreteit egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus méreteihez hasonlítják. A disszertáció további kutatása során a drótfraktál antennákat egy 78 mm-es /4 karú lineáris dipólussal, 900 MHz rezonanciafrekvenciával hasonlítjuk össze.

Drótfraktál antennák a Koch-görbe alapján

A munka képleteket ad a fraktálantennák Koch-görbe alapján történő kiszámításához (24. ábra).

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

24. ábra - Különféle iterációk Koch-görbéje n

Dimenzió D az általánosított Koch-fraktál a következő képlettel számítható ki:

Ha a Koch-görbe = 60 standard hajlítási szögét behelyettesítjük a (35) képletbe, akkor azt kapjuk, D = 1,262.

A Koch-dipólus első rezonanciafrekvenciájának függősége f K a fraktáldimenzióból D, iterációs számok nés egy egyenes dipólus rezonanciafrekvenciája f A Koch szaggatott vonallal azonos magasságú D-t (a szélső pontokon) a következő képlet határozza meg:

A 24. ábrához b at n= 1 és D= 1,262 a (36) képletből kapjuk:

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

A 24. ábrán c, ahol n = 2 és D = 1,262, a (36) képletből kapjuk:

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

A (37) és (38) képlet lehetővé teszi az inverz probléma megoldását - ha azt akarjuk, hogy a fraktálantennák frekvencián működjenek f K = 900 MHz, akkor az egyenes dipólusoknak a következő frekvenciákon kell működniük:

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

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

A 22. ábra grafikonja segítségével meghatározzuk az egyenes dipólus /4 karjainak hosszát. Ezek 63,5 mm (1102 MHz esetén) és 55 mm (1293 MHz esetén) lesznek.

Így a Koch-görbe alapján 4 fraktálantenna készült: kettő 78 mm-es 4 karos, kettő pedig kisebb méretű. A 25-28. ábrákon az RK2-47 képernyő képei láthatók, amelyekből kísérletileg meghatározhatók a rezonanciafrekvenciák.

A 2. táblázat foglalja össze a számított és kísérleti adatokat, amelyekből jól látható, hogy az elméleti gyakoriságok f T különbözik a kísérletiektől f E nem több, mint 4-9%, és ez elég jó eredmény.

25. ábra – RK2-47 képernyő, amikor egy antennát mérünk Koch-görbével, az iteráció n = 1, a /4 karral egyenlő 78 mm. Rezonancia frekvencia 767 MHz

26. ábra – Az RK2-47 képernyő, amikor egy antennát mérünk Koch-görbével, az iteráció n = 1, a /4 karral egyenlő 63,5 mm. Rezonancia frekvencia 945 MHz

27. ábra – RK2-47 képernyő, amikor egy antennát mérünk n = 2 iterációs Koch-görbével, 78 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 658 MHz

28. ábra – RK2-47 képernyő, amikor egy antennát mérünk Koch-görbével, az iteráció n = 2, és a /4 kar 55 mm. Rezonancia frekvencia 980 MHz

2. táblázat - Fraktálantennák számított (elméleti fT) és kísérleti fE rezonanciafrekvenciáinak összehasonlítása a Koch-görbe alapján

Drótfraktál antennák „bipoláris ugráson” alapulnak. Irányított minta

A munka leírja a „bipoláris ugrás” típusú fraktálvonalakat, azonban az antenna méretétől függő rezonanciafrekvencia kiszámítására szolgáló képleteket a munka nem adja meg. Ezért úgy döntöttek, hogy kísérleti úton határozzák meg a rezonanciafrekvenciákat. Az 1. iteráció egyszerű fraktálvonalaihoz (29. ábra, b) 4 db antenna készült - 78 mm /4-karos hosszúsággal, felével és két közbenső hosszúsággal. A 2. iteráció nehezen gyártható fraktálvonalaihoz (29. ábra, c) 2 db 4 karos, 78 és 39 mm hosszúságú antennát gyártottak.

A 30. ábra az összes gyártott fraktálantennát mutatja. A 31. ábra a kísérleti elrendezés megjelenését mutatja a 2. iterációs „bipoláris ugrás” fraktálantennával. A 32-37. ábrák a rezonanciafrekvenciák kísérleti meghatározását mutatják be.

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

29. ábra – Minkowski-görbe „bipoláris ugrása” különböző iterációkból n

30. ábra - Kinézet minden gyártott huzalfraktál antenna (1 és 0,7 mm-es huzalátmérő)

31. ábra - Kísérleti beállítás: panoráma VSWR és RK2-47 csillapításmérő „bipoláris ugrás” típusú fraktálantennával, 2. iteráció

32. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 1 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 78 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 553 MHz

33. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 1 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 58,5 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 722 MHz

34. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 1 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 48 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1012 MHz

35. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 1 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 39 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1200 MHz

36. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 2 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 78 mm /4 karral.

Az első rezonanciafrekvencia 445 MHz, a második 1143 MHz

37. ábra – RK2-47 képernyő, amikor n = 2 iterációs „bipoláris ugró” antennát mérünk 39 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 954 MHz

Mint a kísérleti vizsgálatok kimutatták, ha egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólust és egy azonos hosszúságú fraktálantennát veszünk (38. ábra), akkor a „bipoláris ugrás” típusú fraktálantennák alacsonyabb frekvencián (50 és 61 fokkal) fognak működni. %), és a Koch görbe formájú fraktálantennák 73 és 85%-kal alacsonyabb frekvenciákon működnek, mint a lineáris dipólusoké. Ezért valóban, a fraktálantennák kisebb méretben is készíthetők. A 39. ábra a fraktálantennák méreteit mutatja azonos rezonanciafrekvenciákhoz (900-1000 MHz), összehasonlítva a hagyományos félhullámú dipólus karjával.

38. ábra - Azonos hosszúságú „hagyományos” és fraktálantennák

39. ábra - Antennaméretek azonos rezonanciafrekvenciákhoz

5. Fraktálantennák sugárzási mintázatának mérése

Az antenna sugárzási mintázatát általában „visszhangmentes” kamrákban mérik, amelyek falai elnyelik a rájuk eső sugárzást. A dolgozatban a méréseket a Fizikai és Műszaki Kar egy rendes laboratóriumában végeztük, és a műszerek fémházairól, vasállványokról visszavert jel némi hibát vitt a mérésekbe.

A mikrohullámú jel forrásaként a panoráma VSWR saját generátorát és az RK2-47 csillapításmérőt használtuk. A fraktálantenna sugárzási vevőjeként szintmérőt használtak. elektromágneses mező ATT-2592, amely lehetővé teszi a méréseket az 50 MHz-től 3,5 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban.

Az előzetes mérések kimutatták, hogy a szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus sugárzási mintája jelentősen torzítja a dipólushoz közvetlenül (illesztő eszközök nélkül) csatlakoztatott koaxiális kábel külső oldaláról érkező sugárzást. A távvezetéki sugárzás visszaszorításának egyik módja, ha dipólus helyett monopólust használunk négy egymásra merőleges /4 „ellensúllyal”, amelyek „föld” szerepét töltik be (40. ábra).

40. ábra - /4 monopólus és fraktál antenna „ellensúllyal”

A 41 - 45. ábrákon a vizsgált antennák kísérletileg mért sugárzási mintázata látható „ellensúllyal” (a sugárzás rezonanciafrekvenciája gyakorlatilag nem változik a dipólusról monopólusra való átálláskor). A mikrohullámú sugárzás teljesítményáram-sűrűségének mérése mikrowatt/négyzetméterben vízszintes és függőleges síkban 10-es időközönként történt. A méréseket az antenna „távoli” zónájában, 2-es távolságban végeztük.

Az első vizsgált antenna egy egyenes vonalú /4-es vibrátor volt. Ennek az antennának a sugárzási mintázatából jól látszik (41. ábra), hogy eltér az elméletitől. Ennek oka a mérési hibák.

Az összes vizsgált antenna mérési hibái a következők lehetnek:

A laboratóriumon belüli fémtárgyak sugárzásának visszaverődése;

Az antenna és az ellensúlyok közötti szigorú kölcsönös merőlegesség hiánya;

A koaxiális kábel külső burkolatának sugárzásának nem teljes elnyomása;

A szögértékek pontatlan leolvasása;

Az ATT-2592 mérő pontatlan „célzása” az antennánál;

A mobiltelefonok zavarása.

Azok számára, akik nem tudják, mi ez, és hol használják, azt tudom mondani, hogy nézzen meg videófilmeket a fraktálokról. És ilyen antennákat manapság mindenhol használnak, például minden mobiltelefonban.

Így 2013 végén az apósom és az anyósom meglátogattak minket, majd az anyós a szilveszteri ünnep előestéjén kért tőlünk egy antennát neki. kis tévé. Apósom parabolaantennán keresztül nézi a tévét, és általában csinál is valamit, de anyósom csendben akarta nézni az újévi programokat anélkül, hogy apósomat zavarta volna.

Oké, odaadtuk neki a hurokantennánkat (330x330 mm-es négyzet), amelyen keresztül a feleségem néha tévét nézett.

Aztán közeledett a szocsi téli olimpia megnyitásának ideje, és a feleségem azt mondta: Készítsen antennát.

Nem probléma, hogy csináljak egy másik antennát, ha van célja és értelme. Megígérte, hogy megteszi. És most eljött az idő... de arra gondoltam, hogy valahogy unalmas még egy hurokantennát faragni, elvégre a 21. század az udvaron van és akkor eszembe jutott, hogy az antennák építésében a legfejlettebbek az EH-antennák , HZ-antennák és fraktálantennák. Miután rájöttem, mi a legmegfelelőbb a vállalkozásomnak, egy fraktálantenna mellett döntöttem. Szerencsére már régen láttam mindenféle filmet a fraktálokról, és mindenféle fotót lehúztam az internetről. Tehát az ötletet anyagi valósággá akartam lefordítani.

A fotók egy dolog, egy bizonyos eszköz konkrét megvalósítása egy másik dolog. Nem zavartattam sokáig, és úgy döntöttem, hogy téglalap alakú fraktál alapján építek egy antennát.

Kivettem kb. 1 mm átmérőjű rézhuzalt, fogót vettem és elkezdtem gyártani... az első projekt teljes körű volt, sok fraktál felhasználásával. Megszokásból sokáig csináltam, hideg téli estéken, végül megcsináltam, a teljes fraktál felületet a farostlemezre ragasztottam folyékony polietilénnel, közvetlenül forrasztottam a kábelt, kb 1 m hosszúságban, elkezdtem próbálkozni. Hoppá! Ez az antenna pedig sokkal tisztábban fogadta a tévécsatornákat, mint egy keretantenna... Örültem ennek az eredménynek, vagyis nem hiába küzdöttem és dörzsöltem a bőrkeményedéseket, miközben fraktál alakúra hajlítottam a vezetéket.

Körülbelül egy hét telt el, és eszembe jutott, hogy az új antenna mérete majdnem megegyezik a keretantennával, nincs különösebb előnye, hacsak nem számolunk egy kis vételi javulással. Ezért úgy döntöttem, hogy egy új fraktálantennát szerelek fel, kevesebb fraktál felhasználásával, és ezért kisebb méretű.

Fraktál antenna. Első lehetőség

2014.08.02-án szombaton kiszedtem egy kis darab rézdrótot, ami az első fraktálantennáról megmaradt, és elég gyorsan, úgy fél óra alatt új antennát szereltem...

Fraktál antenna. Második lehetőség

Aztán az elsőről leforrasztottam a kábelt és komplett készülék lett belőle. Fraktál antenna. Második lehetőség kábellel

Elkezdtem ellenőrizni a teljesítményt... Hú, a fenébe is! Igen, ez még jobban működik, és akár 10 színes csatornát is fogad, amit korábban hurokantennával nem lehetett elérni. A nyereség jelentős! Ha arra is figyelsz, hogy a vételkörülményeim teljesen lényegtelenek: a második emeletet, a házunkat teljesen elzárják a televízióközponttól toronyházak, nincs közvetlen rálátás, akkor a nyereség mind a vételben, mind a vételben lenyűgöző. méretben.

A neten vannak üvegszálas fóliára maratással készült fraktál antennák... Szerintem teljesen mindegy, hogy mit kell csinálni, és a méreteket sem kell szigorúan betartani egy televíziós antennánál, térdmunkák határain belül.

A világ nincs jó emberek nélkül:-)
Valery UR3CAH: "Jó napot, Egor. Úgy gondolom, hogy ez a cikk (nevezetesen a "Fraktálantennák: kevesebb több") megfelel webhelye témájának, és érdekes lesz:) 73!
Igen, persze, hogy érdekes. Ezt a témát bizonyos mértékig már érintettük a hexabimok geometriájának tárgyalásakor. Ott is volt egy dilemma az elektromos hossz geometriai méretekbe „pakolásával” :-). Szóval nagyon köszönöm, Valerij, hogy elküldted az anyagot.
Fraktálantennák: a kevesebb több
Az elmúlt fél évszázadban az élet gyorsan megváltozott. A legtöbben elfogadjuk az eredményeket modern technológiák magától értetődőnek. Nagyon gyorsan megszoksz mindent, ami kényelmesebbé teszi az életet. Ritkán teszi fel valaki a kérdést: „Honnan jött ez?” és "Hogyan működik?" A mikrohullámú sütő felmelegíti a reggelit – nagyszerű, egy okostelefon lehetőséget ad arra, hogy beszélgessen egy másik személlyel – nagyszerű. Ez nyilvánvaló lehetőségnek tűnik számunkra.
De az élet egészen másképp alakulhatott volna, ha az ember nem keresett volna magyarázatot a zajló eseményekre. Vegyük például Mobiltelefonok. Emlékszel az első modellek visszahúzható antennáira? Beavatkoztak, megnövelték a készülék méretét, és a végén gyakran elromlott. Úgy gondoljuk, hogy örökre a feledés homályába merültek, és ennek részben a... fraktálok az okai.
A fraktál minták lenyűgöznek mintáikkal. Határozottan hasonlítanak a kozmikus objektumok képeire – ködök, galaxishalmazok stb. Ezért teljesen természetes, hogy amikor Mandelbrot hangot adott a fraktálokról szóló elméletének, kutatásai fokozott érdeklődést váltottak ki a csillagászattal foglalkozók körében. Az egyik ilyen amatőr, Nathan Cohen, miután részt vett Benoit Mandelbrot előadásán Budapesten, kapta az ötletet. praktikus alkalmazás szerzett ismereteket. Igaz, ezt ösztönösen tette, és a véletlennek fontos szerepe volt felfedezésében. Rádióamatőrként Nathan a lehető legnagyobb érzékenységű antenna létrehozására törekedett.
Az egyetlen módja az antenna paramétereinek javítása, amely akkoriban ismert volt, a geometriai méretek növeléséből állt. A Boston belvárosában található ingatlan tulajdonosa azonban, amelyet Nathan bérelt, határozottan ellenezte a nagyméretű eszközök tetőre szerelését. Aztán Nathan különféle antennaformákkal kezdett kísérletezni, és megpróbálta a maximális eredményt elérni a minimális mérettel. A fraktálformák ötlete által ihletett Cohen, mint mondják, véletlenszerűen készítette el drótból az egyik leghíresebb fraktált - a „Koch hópehelyet”. Helge von Koch svéd matematikus 1904-ben találta ki ezt a görbét. Ezt úgy kapjuk meg, hogy egy szakaszt három részre osztunk, és a középső szakaszt egy egyenlő oldalú háromszöggel helyettesítjük, amelynek oldala nem esik egybe ezzel a szegmenssel. A meghatározást kissé nehéz megérteni, de az ábrán minden világos és egyszerű.
A Koch-görbének más változatai is léteznek, de a görbe hozzávetőleges alakja hasonló marad.

Amikor Nathan csatlakoztatta az antennát a rádióvevőhöz, nagyon meglepődött - az érzékenység drámaian megnőtt. A Boston Egyetem leendő professzora kísérletsorozat után rájött, hogy a fraktálminta szerint készült antenna nagy hatásfokú, és a klasszikus megoldásokhoz képest jóval szélesebb frekvenciatartományt fed le. Ezenkívül az antenna alakja fraktálgörbe formájában lehetővé teszi a geometriai méretek jelentős csökkentését. Nathan Cohen még egy tétellel is előállt, amely bizonyítja, hogy létre kell hozni szélessávú antenna elég egy önhasonló fraktálgörbe alakját adni neki.

A szerző szabadalmaztatta felfedezését, és megalapította a fraktálantennák fejlesztésével és tervezésével foglalkozó céget, a Fractal Antenna Systems-t, joggal gondolva, hogy a jövőben felfedezésének köszönhetően a mobiltelefonok megszabadulhatnak a terjedelmes antennáktól, és kompaktabbá válhatnak. Elvileg ez történt. Igaz, Nathan a mai napig jogi harcot folytat vele nagyvállalatok, akik felfedezését illegálisan kompakt kommunikációs eszközök gyártására használják fel. Néhány híres gyártó mobil eszközök, mint például a Motorola, már békemegállapodást kötött a fraktálantenna feltalálójával. Eredeti forrás

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Közzétéve: http://www.allbest.ru/

Bevezetés

Az antenna egy rádióeszköz, amelyet adásra vagy vételre terveztek elektromágneses hullámok. Az antenna minden rádiótechnikai rendszer egyik legfontosabb eleme, amely rádióhullámok kibocsátásával vagy vételével kapcsolatos. Ilyen rendszerek a következők: rádiókommunikációs rendszerek, rádióműsorszórás, televízió, rádióvezérlés, rádiórelé kommunikáció, radar, rádiócsillagászat, rádiónavigáció stb.

Szerkezetileg az antenna vezetékekből, fémfelületekből, dielektrikumokból és magnetoelektromos elemekből áll. Az antenna célját a rádiókapcsolat egyszerűsített diagramja szemlélteti. A hasznos jel által modulált és a generátor által létrehozott nagyfrekvenciás elektromágneses oszcillációkat az adóantenna elektromágneses hullámokká alakítja és kisugározza az űrbe. Az elektromágneses hullámokat jellemzően nem közvetlenül, hanem tápvezetéken (elektromágneses hullám átviteli vezeték, feeder) keresztül juttatják az adóból az antennába.

Ebben az esetben a hozzá kapcsolódó elektromágneses hullámok az adagoló mentén terjednek, amelyeket az antenna a szabad tér széttartó elektromágneses hullámaivá alakít át.

A vevőantenna felveszi a szabad rádióhullámokat, és azokat csatolt hullámokká alakítja, amelyeket egy feederen keresztül a vevőhöz táplálnak. Az antenna reverzibilitás elvének megfelelően az adó üzemmódban működő antenna tulajdonságai nem változnak, ha az antenna vételi módban működik.

Az antennákhoz hasonló eszközöket is használják gerjesztésre elektromágneses rezgések V különféle típusok hullámvezetők és térfogati rezonátorok.

1. Az antennák főbb jellemzői

1.1 Rövid információ az antennák főbb paramétereiről

Az antennák kiválasztásakor összehasonlítják főbb jellemzőiket: működési frekvencia tartomány (sávszélesség), erősítés, sugárzási minta, bemeneti impedancia, polarizáció. Kvantitatívan az antennaerősítés Ga azt mutatja meg, hogy egy adott antenna által vett jelteljesítmény hányszorosa több erő a legegyszerűbb antenna által kapott jel - egy félhullámú vibrátor (izotróp emitter), amely a tér ugyanazon pontján van elhelyezve. Az erősítést decibelben, dB-ben vagy dB-ben fejezzük ki. Különbséget kell tenni a fent meghatározott, dB vagy dBd (dipólus vagy félhullámú vibrátorhoz viszonyított) erősítés és az izotróp sugárzóhoz viszonyított erősítés között, amelyet dBi vagy dB ISO-val jelölünk. Mindenesetre hasonló értékeket kell összehasonlítani. Kívánatos egy nagy erősítésű antenna, de az erősítés növelése általában megköveteli a tervezés és a méretek bonyolultabbá tételét. Nincsenek egyszerű kis méretű, nagy nyereségű antennák. Az antenna sugárzási mintázata (RP) megmutatja, hogy az antenna hogyan fogadja a jeleket különböző irányokba. Ebben az esetben figyelembe kell venni az antenna mintázatát mind vízszintes, mind függőleges síkban. Az omnidirekcionális antennák bármely síkban kör alakú mintázattal rendelkeznek, vagyis az antenna minden oldalról egyformán képes fogadni a jeleket, például egy függőleges rúd sugárzási mintáját vízszintes síkban. Az irányított antennát egy vagy több mintalebeny jelenléte jellemzi, amelyek közül a legnagyobbat főnek nevezik. Általában a főlebeny mellett vannak hát- és oldallebenyek, amelyek szintje lényegesen alacsonyabb, mint a főlebenyé, ami azonban rontja az antenna teljesítményét, ezért igyekeznek a szintjüket a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni. .

Az antenna bemeneti impedanciáját az antenna betáplálási pontjain a pillanatnyi feszültségértékek és a jeláram arányának tekintik. Ha a jel feszültsége és árama fázisban van, akkor az arány valós érték, és a bemeneti ellenállás tisztán aktív. Amikor a fázisok eltolódnak, az aktív komponensen kívül egy reaktív komponens is megjelenik - induktív vagy kapacitív, attól függően, hogy az áram fázisa elmarad-e a feszültségtől, vagy előrelép. A bemeneti impedancia a vett jel frekvenciájától függ. Az antennák a felsorolt ​​főbb jellemzőkön kívül számos más fontos paraméterrel is rendelkeznek, mint például az SWR (Standing Wave Ratio), keresztpolarizációs szint, üzemi hőmérséklet tartomány, szélterhelések stb.

1.2 Az antenna besorolása

Az antennákat különféle szempontok szerint osztályozhatjuk: szélessávú elv szerint, a sugárzó elemek jellege szerint (lineáris áramú antennák, vagy vibrátorantennák, apertúrán keresztül kibocsátó antennák - apertúraantennák, felületi akaratantennák); annak a rádiótechnikai rendszernek a típusa szerint, amelyben az antennát használják (rádiókommunikációs, rádió-, televízió-, stb. antennák). Tartjuk magunkat a tartománybesoroláshoz. Bár az azonos (típusú) sugárzó elemekkel rendelkező antennákat nagyon gyakran használják különböző hullámtartományokban, ezek kialakítása eltérő; Ezen antennák paraméterei és a velük szemben támasztott követelmények is jelentősen eltérnek egymástól.

A következő hullámtartományok antennáit veszik számításba (a tartományok neveit a „Rádiószabályzat” ajánlásai szerint adjuk meg; zárójelben az antennaadagolók szakirodalmában elterjedt nevek szerepelnek): miriméter (ultra) -hosszú) hullámok (); kilométeres (hosszú) hullámok (); hektométeres (átlagos) hullámok (); dekaméteres (rövid) hullámok (); meterwaves(); deciméteres hullámok (); centiméterhullámok(); milliméteres hullámok (). Az utolsó négy sávot néha az „ultra-rövid hullámok” (VHF) általános elnevezés alatt egyesítik.

1.2.1 Antennasávok

Az elmúlt években nagy számban jelentek meg a rádiókommunikációs és műsorszórási piacon új, különböző célú, eltérő tulajdonságokkal rendelkező kommunikációs rendszerek. A felhasználók szempontjából a rádiókommunikációs rendszer vagy műsorszóró rendszer kiválasztásakor elsősorban a kommunikáció (műsorszórás) minőségére kell figyelni, valamint ennek a rendszernek (felhasználói terminálnak) a könnyű kezelhetőségére, amit a méretek, súly, könnyű kezelhetőség és a kiegészítő funkciók listája. Mindezeket a paramétereket jelentősen meghatározza az antennaeszközök típusa és kialakítása, valamint a vizsgált rendszer antenna-adagoló útvonalának elemei, amelyek nélkül a rádiókommunikáció elképzelhetetlen. Az antennák tervezésében és hatékonyságában viszont a működési frekvencia tartomány a meghatározó tényező.

A frekvenciatartományok elfogadott besorolása szerint az antennák több nagy osztályát (csoportját) különböztetjük meg, amelyek alapvetően különböznek egymástól: ultra-hosszú hullámú (VLF) és hosszú hullámú (LW) antennák; középhullámú (MF) antennák; rövidhullámú (HF) antennák; ultrarövid hullámú (VHF) antennák; mikrohullámú antennák.

A személyi kommunikációs szolgáltatások nyújtása, rádió- és televízió-műsorszolgáltatása szempontjából az elmúlt években a legnépszerűbbek a HF, VHF és mikrohullámú rádiórendszerek, amelyek antennaeszközeiről az alábbiakban lesz szó. Megjegyzendő, hogy annak ellenére, hogy az antennaüzletágban látszólag lehetetlen valami újat kitalálni, az elmúlt években az új technológiák és elvek alapján jelentős fejlesztések történtek a klasszikus antennákon, és olyan új antennákat fejlesztettek ki, amelyek alapvetően különböznek a korábbiaktól. meglévők kialakításában, méreteiben, alapvető jellemzőiben, stb., ami a modern rádiórendszerekben használt antennaeszközök számának jelentős növekedéséhez vezetett.

Bármely rádiókommunikációs rendszerben lehetnek csak adásra, adásra és vételre vagy csak vételre tervezett antennaeszközök.

A frekvenciatartományok mindegyikénél különbséget kell tenni az irányított és nem irányított (körirányú) működésű rádiókészülékek antennarendszerei között, amit viszont az eszköz rendeltetése (kommunikáció, műsorszórás stb.) határoz meg. , az eszköz által megoldott feladatok (értesítés, kommunikáció, műsorszórás stb.). d.). Általánosságban elmondható, hogy az antennák irányítottságának növelésére (a sugárzási mintázat szűkítésére) elemi sugárzókból (antennákból) álló antennatömbök használhatók, amelyek fázisozásuk bizonyos körülményei között biztosíthatják a szükséges irányváltoztatást. antennasugár a térben (az antenna sugárzási mintázatának helyzetének szabályozása). Az egyes tartományokon belül meg lehet különböztetni a csak meghatározott frekvencián (egyfrekvenciás vagy keskeny sávú) működő antennaeszközöket és a meglehetősen széles frekvenciatartományban (szélessávú vagy szélessávú) működő antennákat is.

1.3 Antennatömbök sugárzása

A gyakorlatban gyakran megkövetelt nagy sugárzási irányítottság eléréséhez használhat egy gyengén irányított antennarendszert, például vibrátorokat, réseket, hullámvezetők nyitott végeit és másokat, amelyek bizonyos módon helyezkednek el a térben és gerjesztik a kívánt árammal. amplitúdó és fázisviszony. Ebben az esetben az általános irányultságot, különösen nagy számú kibocsátó esetén, főként a teljes rendszer átfogó méretei, és jóval kisebb mértékben az egyes emitterek egyedi iránytulajdonságai határozzák meg.

Ilyen rendszerek közé tartoznak az antennatömbök (AR). Az AR jellemzően azonos sugárzó elemek rendszere, amelyek térben azonosan orientálódnak és egy bizonyos törvény szerint helyezkednek el. Az elemek elrendezésétől függően lineáris, felületi és térfogati rácsokat különböztetünk meg, amelyek között a leggyakoribbak az egyenes és a lapos AR-k. Néha a sugárzó elemek körív mentén vagy ívelt felületeken helyezkednek el, amelyek egybeesnek annak az objektumnak az alakjával, amelyen az AR található (konform AR).

A legegyszerűbb a lineáris tömb, amelyben a sugárzó elemek egy egyenes mentén, az úgynevezett tömbtengely mentén helyezkednek el, egymástól egyenlő távolságra (equidistant array). Az emitterek fázisközéppontjai közötti d távolságot rácsosztásnak nevezzük. A lineáris AR, amellett, hogy önálló jelentősége van, gyakran más típusú AR elemzésének alapja.

2 . Ígéretes antennaszerkezetek elemzése

2.1 HF és VHF antennák

1. ábra - Bázisállomás antennája

HF-ben és VHF sávok Jelenleg számos különféle célú rádiórendszer működik: kommunikáció (rádiórelé, cellás, trönk, műhold stb.), rádióműsorszórás, televíziós műsorszórás. A kialakítás és a jellemzők szerint ezeknek a rendszereknek az összes antennaeszköze két fő csoportra osztható - a helyhez kötött eszközök antennáira és a mobil eszközök antennáira. A helyhez kötött antennák közé tartoznak a báziskommunikációs állomások antennái, a vevő televíziós antennák, a rádiórelé kommunikációs vonalak antennái, a mobilantennák pedig a személyes kommunikációs felhasználói terminálok antennáit, autó antennák, antennák hordható (hordozható) rádióállomásokhoz.

A bázisállomás antennái vízszintes síkban többnyire mindenirányúak, mivel elsősorban mozgó tárgyakkal biztosítanak kommunikációt. A legelterjedtebb vertikális polarizációs ostorantennák a „Ground Plane” („GP”) típusúak, tervezésük egyszerűsége és megfelelő hatékonysága miatt. Ilyen antenna egy L hosszúságú függőleges rúd, amelyet az l működési hullámhossznak megfelelően választanak ki, három vagy több ellensúllyal, általában árbocra szerelve (1. ábra).

Az L csapok hossza l/4, l/2 és 5/8l, az ellensúlyok 0,25l és 0,1l között mozognak. Az antenna bemeneti impedanciája az ellensúly és az árboc közötti szögtől függ: minél kisebb ez a szög (minél jobban nyomódnak az ellensúlyok az árbochoz), annál nagyobb az ellenállás. Különösen az L = l/4 antenna esetében 50 Ohm bemeneti impedanciát érünk el 30°...45° szögben. Egy ilyen antenna sugárzási mintázata a függőleges síkban a horizonthoz képest 30°-os szögben maximummal rendelkezik. Az antenna erősítése megegyezik egy függőleges félhullámú dipólus erősítésével. Ebben a kialakításban azonban nincs kapcsolat a csap és az árboc között, ami megköveteli további felhasználás rövidre zárt kábelhosszúság l/4, hogy megvédje az antennát a zivataroktól és a statikus elektromosságtól.

Az L = l/2 hosszúságú antennához nincs szükség ellensúlyokra, melynek szerepét egy árboc tölti be, és a mintázata a függőleges síkban jobban a horizonthoz nyomódik, ami növeli a hatótávolságát. Ebben az esetben egy nagyfrekvenciás transzformátort használnak a bemeneti impedancia csökkentésére, és a csap alapját egy hozzáillő transzformátoron keresztül csatlakoztatják a földelt árbochoz, amely automatikusan megoldja a villámvédelem és a statikus elektromosság problémáját. Az antenna erősítése a félhullámú dipólushoz képest körülbelül 4 dB.

A „GP” antennák közül a leghatékonyabb a távolsági kommunikációra az L = 5/8l antenna. Valamivel hosszabb, mint a félhullámú antenna, és az adagolókábel a vibrátor alján található illesztő induktivitáshoz csatlakozik. Az ellensúlyok (legalább 3) vízszintes síkban helyezkednek el. Egy ilyen antenna erősítése 5-6 dB, a maximális DP a vízszinteshez képest 15°-os szögben van elhelyezve, maga a tű pedig egy hozzáillő tekercsen keresztül van földelve az árbochoz. Ezek az antennák keskenyebbek, mint a félhullámú antennák, ezért alaposabb hangolást igényelnek.

2. ábra - Félhullámú vibrátorantenna

3. ábra - Félhullámú vibrátor rombusz alakú antennája

A legtöbb alapantennát háztetőkre szerelik fel, ami nagyban befolyásolhatja a teljesítményüket, ezért a következőket kell figyelembe venni:

Az antenna alapját célszerű a tetősíktól legalább 3 méterrel elhelyezni;

Az antenna közelében ne legyenek fémtárgyak vagy szerkezetek ( televíziós antennák, vezetékek stb.);

Célszerű az antennákat a lehető legmagasabbra telepíteni;

Az antenna működése nem zavarhatja más bázisállomásokat.

A stabil rádiókommunikáció kialakításában jelentős szerepet játszik a vett (kibocsátott) jel polarizációja; hiszen nagy távolságú terjedéssel felszíni hullám vízszintes polarizáció esetén lényegesen kisebb csillapítást tapasztal, majd a távolsági rádiókommunikációhoz, valamint a televíziós átvitelhez vízszintes polarizációjú antennákat használnak (a vibrátorok vízszintesen vannak elhelyezve).

Az irányított antennák közül a legegyszerűbb a félhullámú vibrátor. Szimmetrikus félhullámú vibrátornál a két egyforma karjának teljes hossza megközelítőleg l/2 (0,95 l/2), a sugárzási minta vízszintes síkban nyolcas, függőlegesen kör alakú. repülőgép. A fentiekben leírtak szerint az erősítést vesszük mértékegységnek.

Ha egy ilyen antenna vibrátorai közötti szög egyenlő b<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.

Ha két V-típusú antennát úgy csatlakoztatunk, hogy a mintáikat összegezzük, akkor rombusz alakú antennát kapunk, amelyben az irányítottság sokkal hangsúlyosabb (3. ábra).

A gyémánt tetejére csatlakoztatáskor a teljesítménypontokkal szemben egy Rn terhelési ellenállás, az adóteljesítmény felével egyenlő disszipációs teljesítmény, a minta hátsó lebenyének 15...20 dB-lel történő elnyomása érhető el. A főlebeny iránya a vízszintes síkban egybeesik az a átlóval. Függőleges síkban a fő lebeny vízszintesen áll.

Az egyik legjobb viszonylag egyszerű irányított antenna a „dupla négyzet” hurokantenna, melynek erősítése 8...9 dB, a minta hátsó lebenyének elnyomása nem kevesebb, mint 20 dB, a polarizáció függőleges.

4. ábra - Hullámcsatorna antenna

A legelterjedtebbek, különösen a VHF tartományban, a „hullámcsatorna” típusú antennák (a külföldi szakirodalomban - Uda-Yagi antennák), ​​mivel meglehetősen kompaktak és nagy Ga értékeket biztosítanak viszonylag kis méretekkel. Az ilyen típusú antennák egy sor elemből állnak: aktív - vibrátor és passzív - reflektor, valamint több irányító, amelyek egy közös gémre vannak felszerelve (4. ábra). Az ilyen antennák, különösen azok, amelyek sok elemet tartalmaznak, gondos hangolást igényelnek a gyártás során. Háromelemes antennánál (vibrátor, reflektor és egy irányító) az alapjellemzők további konfiguráció nélkül is elérhetők.

Az ilyen típusú antennák bonyolultsága abban is rejlik, hogy az antenna bemeneti impedanciája függ a passzív elemek számától, és jelentősen függ az antenna konfigurációjától, ezért a szakirodalom gyakran nem adja meg az antenna pontos értékét. az ilyen antennák bemeneti impedanciája. Különösen, ha körülbelül 300 ohm bemeneti impedanciájú Pistolkors hurokvibrátort használnak vibrátorként, a passzív elemek számának növekedésével az antenna bemeneti impedanciája csökken, és eléri a 30-50 értéket. Ohm, ami az adagolóval való eltéréshez vezet, és további illesztést igényel. A passzív elemek számának növekedésével az antennamintázat szűkül és az erősítés nő, például egy háromelemes és ötelemes antennáknál az erősítések 5...6 dB és 8...9 dB a minta fő gerendájának szélessége 70º, illetve 50º.

A „hullámcsatorna” típusú antennákhoz képest szélesebb sávú, hangolást nem igénylő vándorhullámú antennák (AWA), amelyekben minden, egymástól azonos távolságra elhelyezett vibrátor aktív és a gyűjtővezetékre csatlakozik (5. ábra). Az általuk kapott jelenergia a gyűjtővezetékben szinte fázisban összeadódik és az adagolóba kerül. Az ilyen antennák erősítését a gyűjtővonal hossza határozza meg, arányos ennek a hossznak a vett jel hullámhosszához viszonyított arányával, és függ a vibrátorok iránytulajdonságaitól. Különösen a szükséges frekvenciatartománynak megfelelő, hat különböző hosszúságú vibrátorral rendelkező ABC esetében, amelyek 60°-os szöget zárnak be a gyűjtővezetékkel, az erősítés 4 dB és 9 dB között mozog a működési tartományon belül, és a hátsó sugárzás szintje. 14 dB-lel alacsonyabb.

5. ábra - Utazóhullámú antenna

6. ábra - Antenna logaritmikus periodicitási szerkezettel vagy log periodicitású antenna

A vizsgált antennák iránytulajdonságai a vett jel hullámhosszától függően változnak. A széles frekvenciatartományban állandó mintázatú antennák egyik leggyakoribb típusa a logaritmikus szerkezetű antennák vagy a log-periodic antennák (LPA). Széles tartományuk van: a vett jel maximális hullámhossza több mint 10-szer haladja meg a minimumot. Ugyanakkor az antenna és a feeder megfelelő illeszkedése a teljes működési tartományban biztosított, és az erősítés gyakorlatilag változatlan marad. Az LPA gyűjtővonalát általában két, egymás fölött elhelyezkedő vezeték alkotja, amelyekhez vízszintesen, egyenként csatlakoznak a vibrátorok karjai (6. ábra felülnézet).

Az LPA vibrátorokról kiderül, hogy egy egyenlő szárú háromszögbe vannak beírva, amelynek szöge a b csúcsban van, és amelynek alapja megegyezik a legnagyobb vibrátorral. Az antenna működési sávszélességét a leghosszabb és legrövidebb vibrátorok mérete határozza meg. Egy logaritmikus antennaszerkezethez bizonyos összefüggésnek kell teljesülnie a szomszédos vibrátorok hossza, valamint a szerkezet teteje közötti távolság között. Ezt a kapcsolatot f szerkezeti periódusnak nevezzük:

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=...=f

Így a vibrátorok mérete és a háromszög csúcsától való távolságuk exponenciálisan csökken. Az antenna jellemzőit f és b értékei határozzák meg. Minél kisebb a b szög és minél nagyobb a b (b mindig kisebb, mint 1), annál nagyobb az antennaerősítés, és annál alacsonyabb a sugárzási mintázat hátsó és oldalsó lebenyeinek szintje. Ezzel párhuzamosan azonban nő a vibrátorok száma, és nő az antenna mérete és súlya. A b szög optimális értékeit 3є…60є és φ - 0,7…0,9 között választják ki.

Az antennaszerkezetben a vett jel hullámhosszától függően több vibrátor gerjesztődik, amelyek méretei a jel hullámhosszának feléhez a legközelebb állnak, ezért az LPA elvileg hasonló több egymáshoz kapcsolt „hullámcsatornás” antennához, amelyből vibrátor, reflektor és rendező található. A jel egy bizonyos hullámhosszán csak egy vibrátorhármas gerjeszt, a többi pedig annyira elhangolódik, hogy nem befolyásolja az antenna működését. Ezért az LPA erősítése kisebbnek bizonyul, mint az azonos számú elemű „hullámcsatorna” antennáé, de az LPA sávszélessége sokkal szélesebbnek bizonyul. Így egy tíz vibrátorból és b = 45є, f = 0,84 értékekből álló LPA esetében a számított erősítés 6 dB, ami gyakorlatilag nem változik a működési frekvencia teljes tartományában.

A rádiórelé kommunikációs vonalak esetében nagyon fontos a keskeny sugárzási mintázat, hogy ne zavarják más rádióelektronikai berendezéseket, és biztosítsák a jó minőségű kommunikációt. A minta szűkítésére széles körben használják az antennatömböket (AR), amelyek különböző síkokban szűkítik a mintát, és különböző értékeket biztosítanak a fő lebeny szélességének. Teljesen világos, hogy az antennatömb geometriai méretei és a sugárzási mintázat jellemzői jelentősen függnek a működési frekvencia tartományától - minél nagyobb a frekvencia, annál kompaktabb lesz a tömb, és annál keskenyebb a sugárzási minta, és ennek következtében. , annál nagyobb a nyereség. Ugyanezen frekvenciákon, az AR méretének (az elemi emitterek számának) növekedésével a minta szűkül.

A VHF sávhoz gyakran használnak vibrátorantennákból (hurokvibrátorokból) álló tömböket, amelyek száma elérheti a több tízet, az erősítés 15 dB-re vagy magasabbra nő, és a minta szélessége bármely síkban szűkíthető 10º-ra, például 16 függőlegesen elhelyezett hurokvibrátor esetén a 395...535 MHz frekvenciatartományban a minta függőleges síkban 10º-ra szűkül.

A felhasználói terminálokban használt antennák fő típusa a függőlegesen polarizált ostorantennák, amelyek vízszintes síkban kör alakúak. Ezeknek az antennáknak a hatásfoka meglehetősen alacsony az alacsony erősítési értékek, valamint a környező tárgyak sugárzási mintázatra gyakorolt ​​​​hatása miatt, valamint a megfelelő földelés hiánya és az antennák geometriai méreteinek korlátai miatt. Ez utóbbi megköveteli az antenna kiváló minőségű illesztését a rádiókészülék bemeneti áramköreivel. A tipikus tervezési illesztési lehetőségek a hossz mentén elosztott induktivitás és az antenna alján lévő induktivitás. A rádiókommunikációs hatótávolság növelésére speciális, több méter hosszú, kiterjesztett antennákat használnak, amelyek jelentősen megnövelik a vett jel szintjét.

Jelenleg sokféle autóantenna létezik, amelyek megjelenésük, kialakításuk és áruk eltérő. Ezekre az antennákra szigorú követelmények vonatkoznak a mechanikai, elektromos, működési és esztétikai paraméterekre vonatkozóan. A kommunikációs hatótávolság tekintetében a legjobb eredményeket egy l/4 hosszúságú, teljes méretű antenna éri el, azonban a nagy geometriai méretek nem mindig kényelmesek, ezért az antennák lerövidítésére különféle módszereket alkalmaznak anélkül, hogy jelentősen rontanák a jellemzőket. Szolgáltatni cellás kommunikáció Az autókban mikroszalagos rezonáns antennák (egy-, két- és háromsávos) használhatók, amelyekhez nincs szükség külső alkatrészek beszerelésére, mivel az autóüveg belsejére vannak rögzítve. Az ilyen antennák vertikálisan polarizált jelek vételét és továbbítását biztosítják a 450...1900 MHz frekvenciatartományban, és 2 dB-ig terjedő erősítéssel rendelkeznek.

2.1.1 A mikrohullámú antennák általános jellemzői

A mikrohullámú sütőben az elmúlt években megnőtt a korábban meglévő és az újonnan kifejlesztett kommunikációs és műsorszóró rendszerek száma is. Földfelszíni rendszerek esetében - ezek rádiórelé kommunikációs rendszerek, rádió- és televízióműsorszórás, cellás televíziós rendszerek stb., műholdas rendszerek esetében - közvetlen televíziós műsorszórás, telefon, fax, személyhívó kommunikáció, videokonferencia, internet-hozzáférés stb. Az ilyen típusú kommunikációhoz és műsorszóráshoz használt frekvenciatartományok a frekvenciaspektrum e célra kijelölt szakaszainak felelnek meg, amelyek közül a főbbek a következők: 3,4...4,2 GHz; 5,6...6,5 GHz; 10,7…11,7 GHz; 13,7…14,5 GHz; 17,7…19,7 GHz; 21,2…23,6 GHz; 24,5…26,5 GHz; 27,5…28,5 GHz; 36…40 GHz. A szakirodalomban néha a mikrohullámú tartományba tartoznak az 1 GHz feletti frekvencián működő rendszerek is, bár ez a tartomány szigorúan 3 GHz-től kezdődik.

A földi mikrohullámú rendszerekben az antennaeszközök kis méretű tükör-, kürt-, kürtlencsés antennák, amelyek árbocokra vannak felszerelve és védettek a káros légköri hatásoktól. Az irányított antennák rendeltetésüktől, kialakításuktól és frekvenciatartományuktól függően széles körű jellemzőkkel rendelkeznek, nevezetesen: erősítésben - 12 és 50 dB között, sugárszélességben (szint - 3 dB) - 3,5 és 120º között. Ezenkívül a mobiltelevíziós rendszerek bikónikus körirányú (vízszintes síkban) antennákat használnak, amelyek két, egymás felé mutató fémkúpból, a kúpok közé beépített dielektromos lencséből és egy gerjesztőeszközből állnak. Az ilyen antennák erősítése 7...10 dB, a főlebeny szélessége a függőleges síkban 8...15є, az oldallebenyek szintje pedig nem rosszabb, mint mínusz 14 dB.

3. Az antenna fraktálszerkezetek szintetizálásának lehetséges módszereinek elemzése

3.1 Fraktál antennák

A fraktálantennák az elektromosan kisméretű antennák (EMA) viszonylag új osztályát alkotják, amelyek geometriájukban alapvetően különböznek az ismert megoldásoktól. Valójában az antennák hagyományos evolúciója az euklideszi geometrián alapult, egész dimenziójú objektumokkal (vonal, kör, ellipszis, paraboloid stb.) operált. A fraktálgeometriai formák közötti fő különbség a törtdimenziójuk, amely külsőleg az eredeti determinisztikus vagy véletlenszerű minták növekvő vagy csökkenő léptékű rekurzív ismétlődésében nyilvánul meg. A fraktáltechnológiák széles körben elterjedtek a jelszűrő eszközök fejlesztésében, a természeti tájak háromdimenziós számítógépes modelljeinek szintézisében és a képtömörítésben. Teljesen természetes, hogy a fraktál „divat” nem kerülte meg az antennaelméletet. Ráadásul a modern fraktáltechnológiák prototípusa az antennatechnológiában a múlt század 60-as éveinek közepén javasolt log-periodikus és spirálkialakítás volt. Igaz, szigorú matematikai értelemben az ilyen struktúráknak a fejlesztés idején nem volt kapcsolata a fraktálgeometriával, valójában csak az első típusú fraktálok voltak. Jelenleg a kutatók, főleg próbálkozás és hiba útján, a geometriában ismert fraktálokat próbálják felhasználni antennamegoldásokban. A szimulációs modellezés és a kísérletek eredményeként kiderült, hogy a fraktálantennák közel azonos erősítést tesznek lehetővé, mint a hagyományosak, de kisebb méretekkel, ami a mobil alkalmazásoknál fontos. Tekintsük a különféle típusú fraktálantennák létrehozása terén elért eredményeket.

A Cohen által közzétett, az új antennakialakítás jellemzőit vizsgáló tanulmányok eredményei felkeltették a szakemberek figyelmét. Sok kutató erőfeszítéseinek köszönhetően ma a fraktálantennák elmélete független, meglehetősen fejlett berendezéssé vált az EMA szintézisére és elemzésére.

3.2 Tulajdonságokfraktál antennák

Az SFC-k sablonként használhatók monopólusok és dipóluskarok készítéséhez, nyomtatott antennák topológiájának kialakításához, frekvenciaválasztó felületek (FSS) vagy reflektorhéjak kialakításához, hurokantennák és kürt apertúraprofilok kontúrjainak kialakításához, valamint rések marásához a résantennákban.

A Cushcraft szakemberei által a Koch-görbére, négyszögletes hullám és egy spirális antenna ismétlődésére kapott kísérleti adatok lehetővé teszik a Koch-antenna elektromos tulajdonságainak összehasonlítását más periodikus szerkezetű emitterekkel. Minden összehasonlított emitter többfrekvenciás tulajdonságokkal rendelkezett, ami az impedancia grafikonokon periodikus rezonanciák jelenlétében nyilvánult meg. A többsávos alkalmazásokhoz azonban a Koch-fraktál a legalkalmasabb, amelyre a frekvencia növekedésével a reaktív és aktív ellenállások csúcsértékei csökkennek, míg a meandernél és a spirálnál nőnek.

Általánosságban meg kell jegyezni, hogy elméletileg nehéz elképzelni a fraktál vevőantenna és a rá eső elektromágneses hullámok közötti kölcsönhatás mechanizmusát, mivel hiányzik a komplex topológiájú vezető hullámfolyamatainak analitikus leírása. Ilyen helyzetben célszerű matematikai modellezéssel meghatározni a fraktálantennák főbb paramétereit.

Az első önhasonló fraktálgörbe megszerkesztésének példáját Giuseppe Peano olasz matematikus mutatta be 1890-ben. A korlátban az általa javasolt vonal teljesen kitölti a négyzetet, minden pontját körbefutva (9. ábra). Ezt követően további hasonló tárgyakat találtak, amelyek családjuk felfedezőjéről kapták a „Peano curves” általános nevet. Igaz, a Peano által javasolt görbe pusztán analitikus leírása miatt némi zűrzavar keletkezett az SFC vonalak osztályozásában. Valójában a „Peano curves” nevet csak az eredeti görbéknek szabad adni, amelyek felépítése megfelel a Peano által közzétett elemzésnek (10. ábra).

9. ábra - A Peano-görbe iterációi: a) kezdeti sor, b) első, c) második és d) harmadik iteráció

10. ábra - A Hilbert által 1891-ben javasolt vonallánc iterációi

Gyakran rekurzív Peano-görbeként értelmezik

Ezért a vizsgált antennatechnika tárgyainak pontosítása érdekében a fraktálantenna egyik vagy másik formájának leírásakor lehetőség szerint meg kell említeni azoknak a szerzőknek a nevét, akik az SFC megfelelő módosítását javasolták. Ez annál is inkább fontos, mert a becslések szerint az ismert SFC fajták száma megközelíti a háromszázat, és ez a szám nem korlát.

Megjegyzendő, hogy a Peano-görbe (9. ábra) eredeti formájában nagyon alkalmas hullámvezető, nyomtatott és egyéb apertúrás fraktálantennák falán történő rések készítésére, de nem fogadható el huzalantenna készítésére, mivel érintési lehetőséggel rendelkezik. szakaszok. Ezért a Fractus szakemberei javasolták a „Peanodec” elnevezésű módosítását (11. ábra).

11. ábra - A Peano-görbe („Peanodec”) módosításának változata: a) első, b) második c) harmadik iteráció

A Koch topológiájú antennák egyik ígéretes alkalmazása a MIMO kommunikációs rendszerek (sok bemenettel és kimenettel rendelkező kommunikációs rendszerek). Az ilyen kommunikáció során a felhasználói terminálok antennatömbjének miniatürizálása érdekében a Pátrai Egyetem (Görögország) Elektromágneses Laboratóriumának szakemberei fraktál hasonlóságot javasoltak egy fordított L-antennával (ILA). Az ötlet lényege abban rejlik, hogy a Koch vibrátort 90°-kal meghajlítjuk egy ponton, és 2:1 hosszarányú szegmensekre osztjuk. A ~2,4 Hz vivőfrekvenciájú mobilkommunikációnál egy ilyen nyomtatott antenna méretei 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), a sávszélesség ~20%, a hatásfoka 93%.

12. ábra - Példa egy kétsávos (2,45 és 5,25 GHz-es) antennatömbre

Az azimut sugárzási kép közel egyenletes, az erősítés a feeder bemenet tekintetében ~3,4 dB. Igaz, ahogy a cikkben is megjegyeztük, az ilyen nyomtatott elemek rács részeként történő működése (12. ábra) hatékonyságuk csökkenésével jár együtt egyetlen elemhez képest. Így 2,4 GHz-es frekvencián a 90°-kal meghajlított Koch-monopólus hatékonysága 93-ról 72%-ra, 5,2 GHz-es frekvencián pedig 90-ről 80%-ra csökken. Valamivel jobb a helyzet a nagyfrekvenciás sávantennák kölcsönös befolyásolásával: 5,25 GHz-es frekvencián a központi antennapárt alkotó elemek közötti szigetelés 10 dB. Ami a különböző tartományú, szomszédos elempárok kölcsönös hatását illeti, a jelfrekvenciától függően az elválasztás 11 dB-től (2,45 GHz-en) 15 dB-ig (5,25 GHz-es frekvencián) változik. Az antenna teljesítményének romlásának oka a nyomtatott elemek kölcsönös hatása.

Így az antennarendszer számos különböző paraméterének a Koch-szaggatott vonal alapján történő kiválasztásának lehetősége lehetővé teszi, hogy a tervezés kielégítse a belső ellenállás értékére és a rezonanciafrekvenciák eloszlására vonatkozó különféle követelményeket. Mivel azonban a rekurzív méret és az antennakarakterisztika kölcsönös függése csak egy bizonyos geometria esetén érhető el, a figyelembe vett tulajdonságok érvényessége más rekurzív konfigurációkra további kutatásokat igényel.

3.3 Fraktálantennák jellemzői

A 13. vagy 20. ábrán látható Koch-fraktál antenna csak egy az egyenlő oldalú indító rekurziós háromszög segítségével megvalósítható lehetőségek közül, pl. a szög és az alapnál (behúzási szög vagy „behúzási szög”) 60°. A Koch-fraktál ezen változatát általában standardnak nevezik. Teljesen természetes az a kérdés, hogy lehetséges-e a fraktál módosításait használni ennek a szögnek a többi értékével. Vinoy azt javasolta, hogy az antennakialakítást jellemző paraméterként vegyék figyelembe a kezdő háromszög alapjában lévő szöget. Ennek a szögnek a megváltoztatásával hasonló, különböző méretű rekurzív görbéket kaphatunk (13. ábra). A görbék megtartják az önhasonlóság tulajdonságát, de a kapott vonalhossz eltérő lehet, ami befolyásolja az antenna jellemzőit. Vinoy vizsgálta elsőként az antenna tulajdonságai és az általánosított Koch-fraktál D dimenziója közötti összefüggést, amelyet általában a függőség határoz meg.

(1)

Kimutatták, hogy a szög növekedésével a fraktál mérete is növekszik, és u>90°-nál megközelíti a 2-t. Megjegyzendő, hogy a fraktálantennák elméletében használt dimenziófogalom némileg ellentmond a geometriában elfogadott fogalmaknak. , ahol ez a mérték csak végtelenül rekurzív objektumokra alkalmazható.

13. ábra - A Koch-görbe felépítése a) 30°-os és b) 70°-os szöggel a háromszög alján a fraktálgenerátorban

A méret növekedésével a szaggatott vonal teljes hossza nemlineárisan növekszik, amelyet a következő összefüggés határozza meg:

(2)

ahol L0 a lineáris dipólus hossza, melynek végei távolsága megegyezik a Koch szaggatott vonaléval, n az iterációs szám. Az u = 60°-ról u = 80°-ra történő átmenet a hatodik iterációnál lehetővé teszi, hogy a prefraktál teljes hosszát több mint négyszeresére növeljük. Ahogy az várható volt, közvetlen kapcsolat van a rekurzív dimenzió és az olyan antennatulajdonságok között, mint az elsődleges rezonanciafrekvencia, a rezonancia belső ellenállása és a többsávos jellemzők. Vinoy számítógépes számítások alapján megkapta az fk Koch-dipólus első rezonanciafrekvenciájának függését a D prefraktál dimenziójától, az n iterációs számtól és a Koch szaggatott vonallal azonos magasságú egyenes dipólus fD rezonanciafrekvenciájától ( a szélső pontokon):

(3)

14. ábra - Elektromágneses hullámok szivárgási hatása

Általános esetben a Koch-dipólus belső ellenállására az első rezonanciafrekvencián a következő közelítő összefüggés érvényes:

(4)

ahol R0 a lineáris dipólus belső ellenállása (D=1), amely a vizsgált esetben 72 Ohm. A (3) és (4) kifejezések használhatók az antenna geometriai paramétereinek meghatározására a rezonanciafrekvencia és a belső ellenállás szükséges értékeivel. A Koch-dipólus többsávos tulajdonságai is nagyon érzékenyek az u szög értékére. A növekedéssel a rezonanciafrekvenciák névleges értékei közelebb kerülnek, és ennek következtében számuk egy adott spektrális tartományban nő (15. ábra). Ráadásul minél nagyobb az iterációs szám, annál erősebb ez a konvergencia.

15. ábra - A rezonanciafrekvenciák közötti intervallum szűkítésének hatása

A Pennsylvaniai Egyetemen a Koch-dipólus másik fontos aspektusát tanulmányozták - a tápegység aszimmetriájának hatását arra, hogy az antenna belső ellenállása milyen mértékben közelíti meg az 50 Ohmot. A lineáris dipólusokban a betáplálási pont gyakran aszimmetrikusan helyezkedik el. Ugyanez a megközelítés alkalmazható egy Koch-görbe formájában kialakított fraktálantennánál is, amelynek belső ellenállása kisebb, mint a standard értékek. Így a harmadik iterációban a szabványos Koch-dipólus belső ellenállása (u = 60°), anélkül, hogy figyelembe vennénk a veszteségeket az adagoló középső csatlakoztatásakor, 28 Ohm. Az adagolót az antenna egyik végére mozgatva 50 ohmos ellenállás érhető el.

A Koch szaggatott vonal eddig vizsgált összes konfigurációját rekurzív módon szintetizálták. Vina szerint azonban, ha megszegi ezt a szabályt, különösen a különböző szögek megadásával és? Minden új iterációval az antenna tulajdonságai nagyobb rugalmassággal változtathatók. A hasonlóság megőrzése érdekében célszerű szabályos sémát választani a szög és a szög változtatásához. Például változtassa meg az иn = иn-1 - Di·n lineáris törvény szerint, ahol n az iterációs szám, Di? - a szög növelése a háromszög alapjában. A szaggatott vonal felépítésének ezen elvének egy változata a következő szögsorozat: u1 = 20° az első iterációnál, u2 = 10° a másodiknál ​​stb. A vibrátor konfigurációja ebben az esetben nem lesz szigorúan rekurzív, azonban az egy iterációban szintetizált összes szegmense azonos méretű és alakú lesz. Ezért egy ilyen hibrid szaggatott vonal geometriáját önhasonlónak tekintik. Kis számú iterációval, negatív Di növekmény mellett az un szög másodfokú vagy más nemlineáris változása is használható.

A figyelembe vett megközelítés lehetővé teszi az antenna rezonanciafrekvenciáinak eloszlásának és belső ellenállásának értékeinek beállítását. A szögértékek változtatási sorrendjének átrendezése azonban az iterációkban nem ad egyenértékű eredményt. A szaggatott vonal azonos magasságához azonos szögek különböző kombinációi, például u1 = 20°, u2 = 60° és u1 = 60°, u2 = 20° (16. ábra), a prefraktálok azonos kiterjesztett hosszát adják. De a várakozásokkal ellentétben a paraméterek teljes egybeesése nem biztosítja a rezonanciafrekvenciák azonosságát és az antennák többsávos tulajdonságainak azonosságát. Az ok a szaggatott vonal szegmenseinek belső ellenállásának megváltozása, pl. A kulcsszerepet a vezető konfigurációja játssza, nem a mérete.

16. ábra - A második iteráció általánosított Koch-prefraktáljai negatív Dq (a), pozitív Dq (b) és a harmadik iteráció negatív növekményével Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Példák fraktálantennákra

4.1 Az antenna áttekintése

Az antenna témák az egyik legígéretesebb és legjelentősebb érdeklődésre számot tartó téma az információátvitel modern elméletében. Ez a vágy, hogy pontosan ezt a tudományos fejlesztési területet fejlesszük, összefügg a modern technológiai világban az információátvitel sebességének és módszereinek folyamatosan növekvő követelményeivel. Minden nap, egymással kommunikálva, számunkra ilyen természetes módon – a levegőn keresztül – továbbítjuk az információkat. Ugyanígy a tudósok azzal az ötlettel álltak elő, hogy számos számítógépes hálózatot tanítsanak meg kommunikációra.

Ennek eredménye az új fejlesztések megjelenése ezen a területen, ezek jóváhagyása a számítástechnikai eszközök piacán, majd később szabványok elfogadása. vezeték nélküli átvitel információ. Napjainkban az olyan átviteli technológiák, mint a Bluetooth és a WiFi, már jóváhagyottak és általánosan elfogadottak. De a fejlődés itt nem áll meg, és nem is állhat meg, új igények és a piac új kívánságai jelennek meg.

Az átviteli sebességek, amelyek akkoriban elképesztően gyorsak voltak, amikor a technológiákat kifejlesztették, ma már nem felelnek meg a felhasználók igényeinek és kívánságainak. Számos vezető fejlesztési központ indult új projekt WiMAX a sebesség növelése érdekében, a csatorna bővítése alapján a már meglévő WiFi szabványban. Milyen helye van mindebben az antenna témának?

Az átviteli csatorna bővítésének problémája részben megoldható a meglévőnél még nagyobb tömörítés bevezetésével. A fraktálantennák használata jobban és hatékonyabban oldja meg ezt a problémát. Ennek az az oka, hogy a fraktálantennák és a rájuk épülő frekvenciaszelektív felületek és térfogatok egyedi elektrodinamikai jellemzőkkel rendelkeznek, nevezetesen: szélessáv, sávszélességek ismételhetősége a frekvenciatartományban stb.

4.1.1 A Cayley fa építése

A Cayley-fa a fraktálkészletek egyik klasszikus példája. Nulla iterációja csak egy adott l hosszúságú egyenes szakasz. Az első és minden további páratlan iteráció két, az előző iterációval pontosan megegyező l hosszúságú szegmensből áll, amelyek merőlegesen helyezkednek el az előző iteráció szegmensére úgy, hogy végei a szegmensek közepéhez kapcsolódnak.

A fraktál második és minden egyes ezt követő páros iterációja az előző iteráció hosszának fele két szegmens, amelyek, mint korábban, merőlegesek az előző iterációra.

A Cayley-fa megalkotásának eredményeit a 17. ábra mutatja. Az antenna teljes magassága 15/8l, szélessége 7/4l.

17. ábra - A Cayley fa építése

A „Cayley Tree” antenna számításai és elemzése Elméleti számításokat végeztünk egy 6. rendű Cayley Tree formájában kialakított fraktálantennára vonatkozóan. Ennek a gyakorlati problémának a megoldására egy meglehetősen hatékony eszközt használtak a vezető elemek elektrodinamikai tulajdonságainak szigorú kiszámításához - az EDEM programot. A program hatékony eszközei és felhasználóbarát felülete nélkülözhetetlenné teszik az ilyen szintű számításokhoz.

A szerzők egy antenna tervezésével, a jelvétel és -átvitel rezonanciafrekvenciáinak elméleti értékeinek becslésével, valamint a probléma EDEM programnyelvi felületen történő bemutatásával álltak. A „Cayley Tree” alapján tervezett fraktálantenna a 18. ábrán látható.

Ezután egy sík elektromágneses hullámot küldtek a tervezett fraktálantennára, és a program kiszámította az antenna előtti és utáni térterjedést, valamint kiszámította a fraktálantenna elektrodinamikai jellemzőit.

A szerzők által a „Cayley Tree” fraktálantenna számítási eredményei lehetővé tették, hogy a következő következtetéseket vonjuk le. Kimutatták, hogy a rezonanciafrekvenciák sorozata az előző frekvenciának körülbelül kétszeresével ismétlődik. Meghatároztuk az antenna felületén az árameloszlásokat. Vizsgálták az elektromágneses tér teljes átvitelének és teljes visszaverődésének területeit.

18. ábra - 6. rendű Cayley fa

4 .1.2 Multimédiás antenna

A miniatürizálás ugrásszerűen halad előre a bolygón. A babszem méretű számítógépek megjelenése a sarkon van, de addig is a Fractus cég felhívja figyelmünket egy antennára, amelynek méretei kisebbek, mint egy rizsszem (19. ábra).

19. ábra - Fraktál antenna

Az új termék, a Micro Reach Xtend 2,4 GHz-es frekvencián működik, és támogatja vezeték nélküli technológiák Wi-Fi és Bluetooth, valamint néhány más kevésbé népszerű szabvány. A készülék szabadalmaztatott fraktálantenna technológiákra épül, területe mindössze 3,7 x 2 mm. A fejlesztők szerint az aprócska antenna segítségével csökkenthető a közeljövőben használható multimédiás termékek mérete, vagy több képességet zsúfolhatunk egy készülékbe.

A televízióállomások 50-900 MHz tartományban sugároznak jeleket, amelyeket az adóantennától több kilométeres távolságban megbízhatóan vesznek. Ismeretes, hogy a magasabb frekvenciájú rezgések az alacsony frekvenciájúaknál rosszabbul áthaladnak az épületeken és különféle akadályokon, amelyek egyszerűen meghajlanak körülöttük. Ezért a használt Wi-Fi technológia hagyományos rendszerek vezeték nélküli kommunikációés 2,4 GHz feletti frekvencián működik, csak 100 m-nél nem nagyobb távolságból biztosítja a jelek vételét.A fejlett Wi-Fi technológiával szembeni ilyen igazságtalanság hamarosan megszűnik, természetesen a TV-fogyasztók károsodása nélkül. A jövőben a Wi-Fi technológia alapján megalkotott készülékek a működő tévécsatornák közötti frekvenciákon fognak működni, növelve ezzel a megbízható vétel tartományát. Annak érdekében, hogy ne zavarják a televízió működését, mindegyik Wi-Fi rendszer (adó és vevő) folyamatosan pásztázza a közeli frekvenciákat, megakadályozva az ütközéseket az éterben. Szélesebb frekvenciatartományra való áttéréskor szükségessé válik egy olyan antenna, amely egyformán jól tudja fogadni a jeleket a magas és a magas frekvenciákról egyaránt. alacsony frekvenciák. A hagyományos ostorantennák nem felelnek meg ezeknek a követelményeknek, mert Hosszúságuknak megfelelően szelektíven fogadnak el egy bizonyos hullámhosszú frekvenciát. Széles frekvenciatartományban jelek vételére alkalmas antenna az úgynevezett fraktálantenna, amely fraktál alakú - egy olyan szerkezet, amely bármilyen nagyítással nézi is, ugyanúgy néz ki. A fraktálantenna úgy viselkedik, mint egy sok, egymáshoz csavart, különböző hosszúságú érintkezős antennából álló szerkezet.

4.1.3 „Elromlott” antenna

Nathan Cohen amerikai mérnök körülbelül tíz évvel ezelőtt úgy döntött, hogy otthon összeállít egy amatőr rádióállomást, de váratlan nehézségekbe ütközött. Lakása Boston központjában volt, és a városi hatóságok szigorúan megtiltották, hogy antennát helyezzenek el az épületen kívül. Váratlanul megoldás született, ami a rádióamatőr egész további életét felforgatta.

Ahelyett, hogy hagyományos formájú antennát készített volna, Cohen vett egy darab alumíniumfóliát, és egy matematikai tárgy alakjára vágta, amelyet Koch-görbének neveznek. Ez a görbe, amelyet Helga von Koch német matematikus fedezett fel 1904-ben, egy fraktál, egy szaggatott vonal, amely úgy néz ki, mint egy sor végtelenül csökkenő háromszög, amelyek egymásból nőnek ki, mint egy többlépcsős kínai pagoda teteje. Mint minden fraktál, ez a görbe „önhasonló”, vagyis minden legkisebb szegmensen ugyanolyan megjelenésű, ismétlődik. Az ilyen görbék egy egyszerű művelet vég nélküli ismétlésével készülnek. A vonal egyenlő szegmensekre van felosztva, és minden szakaszon háromszög (von Koch módszer) vagy négyzet (Herman Minkowski módszer) formájában egy hajlítás történik. Ezután a kapott ábra minden oldalán hasonló, de kisebb méretű négyzeteket vagy háromszögeket hajlítanak meg. Folytatva a végtelenségig az építést, minden pontban „megtört” görbét kaphatunk (20. ábra).

20. ábra - A Koch és Minkowski görbe felépítése

A Koch-görbe felépítése - az egyik legelső fraktál objektum. Egy végtelen egyenesen l hosszúságú szakaszokat különböztetünk meg. Mindegyik szakaszt három egyenlő részre osztjuk, és a középsőre egy egyenlő oldalú háromszöget szerkesztünk, amelynek oldala l/3. Ezután a folyamat megismétlődik: l/9 oldalú háromszögeket építünk az l/3 szegmensekre, l/27 oldalú háromszögeket, és így tovább. Ennek a görbének van önhasonlósága vagy skálainvarianciája: minden eleme redukált formában megismétli magát a görbét.

A Minkowski-fraktál a Koch-görbéhez hasonlóan épül fel, és ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Megépítésekor a háromszögrendszer helyett a meandereket egyenes vonalra építik - végtelenül csökkenő méretű „téglalap alakú hullámokra”.

A Koch-görbe megszerkesztésekor Cohen csak két-három lépésre korlátozta magát. Ezután egy kis papírra ragasztotta a figurát, felerősítette a vevőkészülékre, és meglepődve tapasztalta, hogy nem működik rosszabbul, mint a hagyományos antennák. Mint utóbb kiderült, találmánya egy alapvetően új típusú antenna megalapítója lett, ma már tömeggyártásban.

Ezek az antennák nagyon kompaktak: a mobiltelefon házba épített fraktálantennája akkora, mint egy normál csúszda (24 x 36 mm). Ezenkívül széles frekvenciatartományban működnek. Mindezt kísérleti úton fedezték fel; A fraktálantennák elmélete még nem létezik.

A Minkowski-algoritmus segítségével egymást követő lépések sorozatával készített fraktálantenna paraméterei igen érdekes módon változnak. Ha egy egyenes antennát „négyzethullám” - kanyarulat - alakban hajlítanak meg, akkor az erősítése nő. Az antenna erősítésének minden további kanyarulata nem változik, de a kapott frekvenciatartomány kitágul, és maga az antenna sokkal kompaktabb lesz. Igaz, csak az első öt vagy hat lépés hatékony: a vezető további hajlításához csökkentenie kell az átmérőjét, és ez növeli az antenna ellenállását, és az erősítés elvesztéséhez vezet.

Míg egyesek elméleti problémákon törik a fejüket, mások aktívan alkalmazzák a találmányt a gyakorlatban. Nathan Cohen, jelenleg a Bostoni Egyetem professzora és a Fractal Antenna Systems műszaki felügyelője szerint „néhány éven belül a fraktálantennák a cellás és rádiótelefonok, valamint sok más vezeték nélküli kommunikációs eszköz szerves részévé válnak”.

antennatömb fraktál

4.2 Fraktálantennák alkalmazása

A kommunikációban manapság használt számos antennakialakítás közül a cikk címében említett antennatípus viszonylag új, és alapvetően eltér az ismert megoldásoktól. A fraktálszerkezetek elektrodinamikáját vizsgáló első publikációk a 20. század 80-as éveiben jelentek meg. Ez a kezdet gyakorlati használat Az antennatechnológia fraktálirányát több mint 10 éve indította el Nathan Cohen amerikai mérnök, ma a Boaon Egyetem professzora és a Fractal Antenna Systems cég műszaki főfelügyelője. Boston belvárosában élve, hogy megkerülje a városi önkormányzat által a kültéri antennák felszerelésére vonatkozó tilalmat, úgy döntött, hogy egy alufóliából készült dekoratív figurának álcázza egy amatőr rádióállomás antennáját. Alapul a geometriában ismert Koch-görbét vette (20. ábra), melynek leírását Niels Fabian Helge von Koch (1870-1924) svéd matematikus javasolta 1904-ben.

Hasonló dokumentumok

Az adóantennák és sugárzási mintáik fogalma, működési elve. Fraktálantennák méretének és rezonanciafrekvenciájának kiszámítása. Nyomtatott mikroszalagos antenna tervezése a Koch-fraktál és 10 vezetékes típusú antenna prototípusa alapján.

szakdolgozat, hozzáadva: 2015.02.02


Fraktálantennák fejlesztése. Fraktálantenna felépítési módszerei és működési elvei. A Peano-görbe felépítése. Fraktál téglalap alakú törött antenna kialakulása. Kétsávos antennarendszer. Fraktál frekvenciaszelektív felületek.

szakdolgozat, hozzáadva: 2015.06.26


Az aktív fázissoros antennák vevőmoduljának blokkvázlata. A gerjesztés relatív csökkenésének kiszámítása az antenna szélén. A vevő fázisú antennák energiapotenciálja. A sugárigazítás pontossága. Az emitter kiválasztása és számítása.

tanfolyami munka, hozzáadva 2014.11.08


Az Antenna-Service LLC tevékenységének bemutatása: földi és műholdas antennarendszerek telepítése, üzembe helyezése, távközlési hálózatok tervezése. Általános jellemzők a műholdantennák alapvető tulajdonságai és felhasználási területei.

szakdolgozat, hozzáadva: 2014.05.18


A cellás kommunikációs rendszerek antennáinak típusai és osztályozása. Műszaki adatok KP9-900 antennák. Az antenna hatékonyságának fő vesztesége a készülék működési helyzetében van. A cellás kommunikációs rendszerek antennáinak számítási módszerei. Az MMANA antennamodellező jellemzői.

tanfolyami munka, hozzáadva 2014.10.17


Mikrohullámú készülékek típusai az antennatömbök elosztó áramköreiben. Mikrohullámú készülékek tervezése dekompozíciós módszer alapján. Munka a "Model-S" programmal többelemes mikrohullámú készülékek automatizált és parametrikus szintéziséhez.

teszt, hozzáadva: 2011.10.15


Az antennaelmélet fő feladatai és az eszköz jellemzői. Maxwell-egyenletek. Elektromos dipólus tér korlátlan térben. Megkülönböztető jellegzetességek vibrátor és apertúrás antennák. A rácsok amplitúdójának szabályozási módszerei.

oktatóanyag, hozzáadva: 2013.04.27


Lineáris tömb hengeres spirális antennával sugárzóként. Antennatömbök használata a kiváló minőségű antennaműködés érdekében. Függőlegesen pásztázó antennatömb tervezése. Egy emitter számítása.

tanfolyami munka, hozzáadva 2010.11.28


Létrehozási módszerek hatékony antennák. Lineáris antennatömb. Optimális utazóhullámú antenna. Irányegyüttható. Lapos antennatömbök. A sugárzó elem bemeneti impedanciája. Nem egyenlő távolságú rácsok jellemzői és alkalmazása.

tanfolyami munka, hozzáadva 2015.08.14


Antennák használata elektromágneses hullámok sugárzására és vételére egyaránt. Különböző antennák széles választéka létezik. Rúddielektromos antennák lineáris tömbjének tervezése, amely rúddielektromos antennákból van összeállítva.