Realizza un'antenna frattale da un circuito stampato. antenne frattali. frattale dell'array di antenne

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introduzione

Un'antenna è un dispositivo radio progettato per irradiare o ricevere onde elettromagnetiche. L'antenna è uno degli elementi più importanti di qualsiasi sistema di radioingegneria associato all'emissione o alla ricezione di onde radio. Tali sistemi includono: sistemi di comunicazione radio, radiodiffusione, televisione, radiocontrollo, comunicazioni con relè radio, radar, radioastronomia, radionavigazione, ecc.

Strutturalmente, l'antenna è costituita da fili, superfici metalliche, dielettrici, magnetodielettrici. Lo scopo dell'antenna è spiegato da uno schema semplificato del collegamento radio. Le oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza modulate da un segnale utile e create da un generatore vengono convertite da un'antenna trasmittente in onde elettromagnetiche e irradiate nello spazio. Di solito, le oscillazioni elettromagnetiche vengono portate dal trasmettitore all'antenna non direttamente, ma con l'aiuto di una linea elettrica (linea di trasmissione delle onde elettromagnetiche, alimentatore).

In questo caso, lungo l'alimentatore si propagano le onde elettromagnetiche ad esso associate, che vengono convertite dall'antenna in onde elettromagnetiche divergenti dello spazio libero.

L'antenna ricevente capta le onde radio libere e le converte in onde accoppiate che vengono alimentate al ricevitore tramite un alimentatore. Secondo il principio della reversibilità dell'antenna, le proprietà di un'antenna funzionante in modalità di trasmissione non cambiano quando questa antenna viene utilizzata in modalità di ricezione.

Per eccitare vengono utilizzati anche dispositivi simili alle antenne oscillazioni elettromagnetiche V vari tipi guide d'onda e risonatori a cavità.

1. Principali caratteristiche delle antenne

1.1 Brevi informazioni sui principali parametri delle antenne

Quando si scelgono le antenne, vengono confrontate le loro caratteristiche principali: gamma di frequenza operativa (larghezza di banda), guadagno, diagramma di radiazione, impedenza di ingresso, polarizzazione. Quantitativamente, il guadagno dell'antenna Ga mostra quante volte la potenza del segnale ricevuto da una data antenna, più potenza segnale ricevuto dall'antenna più semplice: un vibratore a semionda (radiatore isotropo) posizionato nello stesso punto dello spazio. Il guadagno è espresso in decibel dB o dB. È necessario fare una distinzione tra il guadagno sopra definito, indicato come dB o dBd (relativo ad un dipolo o vibratore a semionda), e il guadagno relativo ad un radiatore isotropo, indicato come dBi o dB ISO. In ogni caso è necessario confrontare valori dello stesso tipo. È auspicabile avere un'antenna con un guadagno elevato, tuttavia, l'aumento del guadagno richiede, di norma, di complicarne la progettazione e le dimensioni. Non esistono semplici antenne piccole ad alto guadagno. Il diagramma di radiazione (RP) di un'antenna mostra il modo in cui l'antenna riceve i segnali direzioni diverse. In questo caso è necessario considerare lo schema dell'antenna sia sul piano orizzontale che su quello verticale. Le antenne omnidirezionali su qualsiasi piano hanno uno schema a forma di cerchio, ovvero l'antenna può ricevere segnali da tutti i lati allo stesso modo, ad esempio il diagramma di radiazione di un perno verticale su un piano orizzontale. Un'antenna direzionale è caratterizzata dalla presenza di uno o più lobi direzionali, il più grande dei quali è detto principale. Di solito, oltre al lobo principale, ci sono i lobi posteriori e laterali, il cui livello è molto inferiore a quello del lobo principale, il che tuttavia peggiora il funzionamento dell'antenna, motivo per cui si cerca di minimizzare il più possibile il loro livello .

L'impedenza di ingresso dell'antenna è il rapporto tra i valori di tensione istantanei e la corrente del segnale nei punti di alimentazione dell'antenna. Se la tensione e la corrente del segnale sono in fase, il rapporto è un valore reale e la resistenza di ingresso è puramente attiva. Con uno sfasamento, oltre al componente attivo, appare un componente reattivo: induttivo o capacitivo, a seconda che la corrente sia in ritardo rispetto alla tensione in fase o la conduca. L'impedenza di ingresso dipende dalla frequenza del segnale ricevuto. Oltre alle caratteristiche di base di cui sopra, le antenne hanno una serie di altri parametri importanti, come il rapporto delle onde stazionarie SWR (SWR - Standing Wave Ratio), il livello di polarizzazione incrociata, l'intervallo di temperatura operativa, i carichi del vento, ecc.

1.2 Classificazione delle antenne

Le antenne possono essere classificate secondo vari criteri: secondo il principio della scanalatura LH, secondo la natura degli elementi radianti (antenne con correnti lineari, o antenne a vibratore, antenne che irradiano attraverso l'apertura - antenne ad apertura, antenne a superficie); dal tipo di sistema di radioingegneria in cui viene utilizzata l'antenna (antenne per comunicazioni radio, per radiodiffusione, televisione, ecc.). Ci atterremo alla classificazione della gamma. Sebbene le antenne con gli stessi elementi radianti (per tipo) siano molto spesso utilizzate in diverse gamme di lunghezze d'onda, il loro design è diverso; anche i parametri di queste antenne e i relativi requisiti differiscono in modo significativo.

Si considerano antenne delle seguenti gamme d'onda (i nomi delle gamme sono riportati in conformità alle raccomandazioni della Normativa Radio; tra parentesi sono indicati i nomi ampiamente utilizzati in letteratura sui dispositivi alimentatori di antenne): onde miriametriche (extra lunghe) (); onde chilometriche (lunghe) (); onde ettometriche (medie) (); onde decametriche (corte) (); onde del metro (); onde decimali (); onde centimetriche (); onde millimetriche (). Le ultime quattro gamme sono talvolta riunite sotto il nome generale di "onde ultracorte" (VHF).

1.2.1 Portate dell'antenna

Negli ultimi anni sul mercato delle comunicazioni radiofoniche e della radiodiffusione sono apparsi numerosi nuovi sistemi di comunicazione per scopi diversi con caratteristiche diverse. Dal punto di vista degli utenti, quando si sceglie un sistema di comunicazione radio o un sistema di trasmissione, si presta innanzitutto attenzione alla qualità della comunicazione (trasmissione), nonché alla comodità di utilizzo di questo sistema (terminale utente), che è determinato dalle dimensioni, dal peso, dalla facilità d'uso e da un elenco di funzioni aggiuntive. Tutti questi parametri sono essenzialmente determinati dal tipo e dalla progettazione dei dispositivi di antenna e dagli elementi del percorso dell'antenna-alimentatore del sistema in esame, senza il quale la comunicazione radio è impensabile. A sua volta, il fattore determinante nella progettazione e nell'efficienza delle antenne è la gamma delle loro frequenze operative.

In conformità con la classificazione accettata delle gamme di frequenza, esistono anche diverse grandi classi (gruppi) di antenne fondamentalmente diverse l'una dall'altra: antenne delle gamme delle onde ultra lunghe (VLF) e delle onde lunghe (LW); antenne della gamma delle onde medie (MW); antenne a onde corte (HF); antenne della gamma delle onde ultracorte (VHF); antenne a microonde.

Negli ultimi anni, i più popolari in termini di fornitura di servizi di comunicazione personale, trasmissioni radiofoniche e televisive sono i sistemi radio HF, VHF e a microonde, i cui dispositivi di antenna verranno discussi di seguito. Allo stesso tempo, va notato che, nonostante l'apparente impossibilità di inventare qualcosa di nuovo nel settore delle antenne, negli ultimi anni, sulla base di nuove tecnologie e principi, sono stati apportati miglioramenti significativi alle antenne classiche e sono state sviluppate nuove antenne che sono fondamentalmente diversi da quelli precedentemente esistenti per design, dimensioni, caratteristiche principali, ecc. che hanno portato ad un aumento significativo del numero di tipi di dispositivi di antenna utilizzati nei moderni sistemi radio.

In qualsiasi sistema di comunicazione radio, possono essere presenti disposizioni di antenne di sola trasmissione, trasmissione-ricezione o di sola ricezione.

Per ciascuna delle gamme di frequenza è inoltre necessario distinguere tra i sistemi di antenna dei dispositivi radio ad azione direzionale e non direzionale (omnidirezionale), che a sua volta è determinata dallo scopo del dispositivo (comunicazione, trasmissione, ecc.) , i compiti svolti dal dispositivo (avviso, comunicazione, trasmissione, ecc.) d.). Nel caso generale, per aumentare la direttività delle antenne (per restringere il diagramma di radiazione), si possono utilizzare schiere di antenne costituite da radiatori elementari (antenne), che, in determinate condizioni della loro fasatura, possono fornire i necessari cambiamenti nella direzione del raggio dell'antenna nello spazio (fornisce il controllo sulla posizione del diagramma di radiazione dell'antenna). All'interno di ciascuna gamma, si può anche distinguere tra dispositivi di antenna che funzionano solo a una determinata frequenza (frequenza singola o banda stretta) e antenne che funzionano su una gamma di frequenze abbastanza ampia (banda larga o banda larga).

1.3 Radiazione da schiere di antenne

Per ottenere un'elevata direttività della radiazione, spesso richiesta nella pratica, è possibile utilizzare un sistema di antenne debolmente direzionali, come vibratori, fessure, estremità aperte di guide d'onda e altri, posizionati nello spazio in un certo modo ed eccitati da correnti con la necessaria rapporto tra ampiezze e fasi. In questo caso la direttività complessiva, soprattutto con un gran numero di radiatori, è determinata principalmente dalle dimensioni complessive dell'intero sistema e, in misura molto minore, dalle proprietà direzionali individuali dei singoli radiatori.

Gli array di antenne (AR) sono tra questi sistemi. Di solito l'AR è un sistema di elementi radianti identici, ugualmente orientati nello spazio e posizionati secondo una determinata legge. A seconda della posizione degli elementi, si distinguono reticoli lineari, superficiali e volumetrici, tra i quali i più comuni sono quelli rettilinei e piatti. A volte gli elementi radianti sono posizionati lungo un arco circolare o su superfici curve che corrispondono alla forma dell'oggetto su cui si trova l'AR (AR conforme).

Il più semplice è lo schieramento lineare, in cui gli elementi radianti sono disposti lungo una linea retta, detta asse dello schieramento, a uguale distanza l'uno dall'altro (schiera equidistante). La distanza d tra i centri di fase degli emettitori è chiamata passo del reticolo. L'AR lineare, oltre al suo valore indipendente, è spesso la base per l'analisi di altri tipi di AR.

2 . Analisi delle strutture prospettiche delle antenne

2.1 Antenne HF e VHF

Figura 1 - Stazioni base dell'antenna

nell'HF e Bande VHF Attualmente sono in funzione numerosi sistemi radio per vari scopi: comunicazioni (ripetitore radio, cellulare, trunking, satellite, ecc.), Trasmissione radiofonica e trasmissione televisiva. In base alla progettazione e alle caratteristiche, tutti i dispositivi di antenna di questi sistemi possono essere suddivisi in due gruppi principali: antenne fisse e antenne di dispositivi mobili. Le antenne fisse includono antenne di stazioni di comunicazione di base, antenne televisive riceventi, antenne di linee di comunicazione a relè radio e antenne mobili di terminali utente di comunicazione personale, antenne per auto, antenne di stazioni radio indossabili (portatili).

Le antenne delle stazioni base sono principalmente non direzionali sul piano orizzontale, poiché forniscono la comunicazione principalmente con oggetti in movimento. Le antenne a stilo più diffuse sono di polarizzazione verticale del tipo "Ground Plane" ("GP") per la semplicità del loro design e la sufficiente efficienza. Tale antenna è un'asta verticale di lunghezza L, selezionata in base alla lunghezza d'onda operativa l, con tre o più contrappesi, solitamente montata su un albero (Figura 1).

La lunghezza dei perni L è l / 4, l / 2 e 5/8 l, e i contrappesi sono compresi tra 0,25 l e 0,1 l. L'impedenza di ingresso dell'antenna dipende dall'angolo tra il contrappeso e il palo: minore è questo angolo (più i contrappesi vengono premuti contro il palo), maggiore è la resistenza. In particolare, per un'antenna con L = l/4, si ottiene un'impedenza di ingresso di 50 ohm con un angolo pari a 30º ... 45º. Il diagramma di radiazione di tale antenna sul piano verticale ha un massimo con un angolo di 30º rispetto all'orizzonte. Il guadagno delle antenne è uguale al guadagno di un dipolo a semionda verticale. In questa versione, tuttavia, non è previsto il collegamento del perno con l'albero, che è necessario utilizzo aggiuntivo un anello cortocircuitato di cavo l/4 per proteggere l'antenna dai fulmini e dall'elettricità statica.

Un'antenna di lunghezza L = l / 2 non necessita di contrappesi, il cui ruolo è svolto dall'albero, e il suo DN nel piano verticale è più fortemente premuto verso l'orizzonte, il che aumenta la sua portata. In questo caso, viene utilizzato un trasformatore ad alta frequenza per abbassare la resistenza di ingresso e la base del perno è collegata al palo messo a terra tramite un trasformatore di adattamento, che risolve automaticamente il problema della protezione dai fulmini e dell'elettricità statica. Il guadagno dell'antenna rispetto ad un dipolo a semionda è di circa 4 dB.

La più efficace delle antenne "GP" per la comunicazione a lunga distanza è l'antenna con L = 5/8l. È leggermente più lungo di un'antenna a semionda e il cavo di alimentazione è collegato a un induttore corrispondente situato alla base del vibratore. I contrappesi (almeno 3) sono posizionati su un piano orizzontale. Il guadagno di tale antenna è di 5-6 dB, il DN massimo si trova ad un angolo di 15º rispetto all'orizzonte e il perno stesso è collegato a terra all'albero tramite una bobina corrispondente. Queste antenne sono più strette delle antenne a semionda e quindi richiedono una sintonizzazione più attenta.

Figura 2 - Vibratore a semionda dell'antenna

Figura 3 - Antenna vibratore a semionda rombica

La maggior parte delle antenne base sono installate sui tetti, il che può influire notevolmente sulle loro prestazioni, pertanto è necessario considerare quanto segue:

Si consiglia di posizionare la base dell'antenna ad almeno 3 metri dal piano del tetto;

Vicino all'antenna non devono essere presenti oggetti e strutture metalliche (antenne televisive, cavi, ecc.);

È auspicabile installare le antenne il più in alto possibile;

Il funzionamento dell'antenna non dovrebbe interferire con altre stazioni base.

Un ruolo essenziale nello stabilire una comunicazione radio stabile è svolto dalla polarizzazione del segnale ricevuto (irradiato); perché con la propagazione a lunga distanza onda superficiale sperimenta un'attenuazione significativamente inferiore con polarizzazione orizzontale, quindi per le comunicazioni radio a lunga distanza, così come per la trasmissione televisiva, vengono utilizzate antenne con polarizzazione orizzontale (i vibratori si trovano orizzontalmente).

La più semplice delle antenne direzionali è il vibratore a semionda. Per un vibratore a semionda simmetrico, la lunghezza totale dei suoi due bracci identici è approssimativamente uguale a l / 2 (0,95 l / 2), il diagramma di radiazione ha la forma di un otto nel piano orizzontale e di un cerchio nel piano verticale. Come unità di misura viene assunto il fattore di amplificazione, come sopra indicato.

Se l'angolo tra i vibratori di tale antenna è 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.

Quando due antenne di tipo V sono collegate in modo tale che i loro RP siano sommati, si ottiene un'antenna rombica, in cui la direttività è molto più pronunciata (Figura 3).

Quando collegata alla sommità del rombo, opposta ai punti di potenza, la resistenza di carico Rn, che dissipa una potenza pari alla metà della potenza del trasmettitore, sopprime il lobo posteriore dell'RP di 15...20 dB. La direzione del lobo principale nel piano orizzontale coincide con la diagonale a. Nel piano verticale, il lobo principale è orientato orizzontalmente.

Una delle migliori antenne direzionali relativamente semplici è un'antenna a telaio "doppio quadrato" con un guadagno di 8...9 dB, soppressione del lobo posteriore dell'AP - non meno di 20 dB, polarizzazione - verticale.

Figura 4 - Antenna "canale d'onda"

Le più utilizzate, soprattutto nella gamma VHF, sono le antenne del tipo "canale d'onda" (nella letteratura straniera - antenne Uda-Yaga), poiché sono abbastanza compatte e forniscono grandi valori Ga con dimensioni relativamente piccole. Le antenne di questo tipo sono un insieme di elementi: attivo - un vibratore e passivo - un riflettore e diversi direttori installati su un braccio comune (Figura 4). Tali antenne, soprattutto con un gran numero di elementi, richiedono un'attenta messa a punto durante la produzione. Per un'antenna a tre elementi (vibratore, riflettore e un direttore), le caratteristiche di base possono essere raggiunte senza ulteriore messa a punto.

La complessità delle antenne di questo tipo sta anche nel fatto che l'impedenza di ingresso dell'antenna dipende dal numero di elementi passivi e dipende in modo significativo dalla sintonizzazione dell'antenna, motivo per cui il valore esatto dell'impedenza di ingresso di tali antenne è spesso non indicato in letteratura. In particolare, quando si utilizza come vibratore un vibratore ad anello Pistohlkors, che ha una resistenza di ingresso di circa 300 Ohm, all'aumentare del numero di elementi passivi, la resistenza di ingresso dell'antenna diminuisce e raggiunge valori di 30-50 Ohm , che porta a una mancata corrispondenza con l'alimentatore e richiede un coordinamento aggiuntivo. Con un aumento del numero di elementi passivi, il modello dell'antenna si restringe e il guadagno aumenta, ad esempio, per antenne a tre e cinque elementi, i guadagni sono 5 ... 6 dB e 8 ...

Le antenne a onda viaggiante (TW) sono a banda più larga rispetto alle antenne a canale d'onda e non necessitano di messa a punto, in cui tutti i vibratori situati alla stessa distanza l'uno dall'altro sono attivi e collegati alla linea di raccolta (Figura 5). L'energia del segnale da loro ricevuto viene aggiunta nella linea di raccolta quasi in fase ed entra nell'alimentatore. Il guadagno di tali antenne è determinato dalla lunghezza della linea collettrice, è proporzionale al rapporto tra questa lunghezza e la lunghezza d'onda del segnale ricevuto e dipende dalle proprietà direzionali dei vibratori. In particolare, per ABV con sei vibratori di diverse lunghezze corrispondenti alla gamma di frequenza richiesta e posizionati ad un angolo di 60º rispetto alla linea di raccolta, il guadagno varia da 4 dB a 9 dB all'interno della gamma operativa, e il livello di radiazione posteriore è inferiore di 14 dB.

Figura 5 - Antenna a onda viaggiante

Figura 6 - Antenna con struttura di periodicità logaritmica o antenna log-periodica

Le proprietà direzionali delle antenne considerate cambiano a seconda della lunghezza d'onda del segnale ricevuto. Uno dei tipi più comuni di antenne con una forma RP costante in un'ampia gamma di frequenze sono le antenne con una periodicità logaritmica della struttura o antenne log-periodiche (LPA). Si distinguono per un'ampia gamma: la lunghezza d'onda massima del segnale ricevuto supera la minima di oltre 10 volte. Allo stesso tempo, è garantito un buon adattamento antenna-alimentatore su tutto il campo operativo e il guadagno rimane praticamente invariato. La linea di raccolta LPA è solitamente formata da due conduttori posti uno sopra l'altro, ai quali attraverso uno di essi sono fissati orizzontalmente alternativamente i bracci vibratori (Figura 6, vista dall'alto).

I vibratori LPA risultano inscritti in un triangolo isoscele con angolo al vertice b e base pari al vibratore più grande. La larghezza di banda operativa dell'antenna è determinata dalle dimensioni dei vibratori più lunghi e più corti. Per la struttura logaritmica del nastro dell'antenna, è necessario rispettare un certo rapporto tra le lunghezze dei vibratori adiacenti, nonché tra le distanze da essi alla sommità della struttura. Questa relazione è chiamata periodo della struttura φ:

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=…=f

Pertanto le dimensioni dei vibratori e la loro distanza dal vertice del triangolo diminuiscono in modo esponenziale. Le caratteristiche dell'antenna sono determinate dal valore di f e b. Più piccolo è l'angolo b e più grande b (b è sempre inferiore a 1), maggiore è il guadagno dell'antenna e più basso è il livello dei lobi posteriori e laterali dell'AP. Tuttavia, in questo caso aumenta il numero di vibratori, aumentano le dimensioni e il peso dell'antenna. Scegli in modo ottimale i valori dell'angolo b entro 3є ... 60є e f - 0,7 ... 0,9.

A seconda della lunghezza d'onda del segnale ricevuto, nella struttura dell'antenna vengono eccitati diversi vibratori, le cui dimensioni sono più vicine alla metà della lunghezza d'onda del segnale, quindi l'LPA è simile in linea di principio a più antenne "canale d'onda" collegate tra loro, ciascuna delle quali contiene un vibratore, un riflettore e un regista. Ad una certa lunghezza d'onda del segnale, solo un trio di vibratori viene eccitato, mentre gli altri sono così stonati da non influenzare il funzionamento dell'antenna. Pertanto, il guadagno dell'LPA risulta essere inferiore al guadagno dell'antenna "canale d'onda" con lo stesso numero di elementi, ma la larghezza di banda dell'LPA risulta essere molto più ampia. Quindi, per LPA di dieci vibratori e valori b = 45º, f = 0,84, il guadagno calcolato è di 6 dB, che praticamente non cambia sull'intero intervallo di frequenze operative.

Per le linee di comunicazione con relè radio è molto importante avere un diagramma di radiazione stretto per non interferire con altri mezzi elettronici e per garantire una comunicazione di alta qualità. Per restringere il diagramma, sono ampiamente utilizzati gli array di antenne (AR), che restringono il diagramma su piani diversi e forniscono valori diversi della larghezza del lobo principale. È abbastanza chiaro che le dimensioni geometriche del sistema di antenne e le caratteristiche del diagramma di radiazione dipendono in modo significativo dall'intervallo di frequenza operativa: maggiore è la frequenza, più compatto sarà il sistema di antenne e più stretto sarà il diagramma di radiazione e, di conseguenza , maggiore è il guadagno. Per le stesse frequenze, all'aumentare della dimensione dell'array (il numero di emettitori elementari), lo schema si restringerà.

Per la banda VHF vengono spesso utilizzati array costituiti da antenne vibranti (vibratori ad anello), il cui numero può raggiungere diverse decine, il guadagno aumenta fino a 15 dB o più e la larghezza del modello su qualsiasi piano può essere ristretto a 10º, ad esempio, per 16 vibratori ad anello posizionati verticalmente nella gamma di frequenza di 395 ... 535 MHz DN si restringe nel piano verticale a 10º.

Il tipo principale di antenne utilizzate nei terminali utente sono antenne a stilo polarizzate verticalmente con uno schema circolare sul piano orizzontale. L'efficienza di queste antenne è piuttosto bassa a causa dei bassi valori di guadagno, nonché dell'influenza degli oggetti circostanti sul diagramma di radiazione, nonché della mancanza di un'adeguata messa a terra e della limitazione delle dimensioni geometriche delle antenne. Quest'ultimo richiede un adattamento di alta qualità dell'antenna con i circuiti di ingresso del dispositivo radio. Tipiche opzioni di progettazione per l'adattamento sono l'induttanza distribuita lungo la lunghezza e l'induttanza alla base dell'antenna. Per aumentare la portata della comunicazione radio, vengono utilizzate speciali antenne allungate lunghe diversi metri, che consentono un aumento significativo del livello del segnale ricevuto.

Attualmente esistono molti tipi di antenne per auto, diverse per aspetto, design, prezzo. Queste antenne sono soggette a severi requisiti meccanici, elettrici, prestazionali ed estetici. I migliori risultati in termini di portata di comunicazione si ottengono con un'antenna a grandezza naturale con una lunghezza l / 4, tuttavia, le grandi dimensioni geometriche non sono sempre convenienti, pertanto vengono utilizzati vari metodi per accorciare le antenne senza un significativo deterioramento delle loro caratteristiche. Fornire comunicazione cellulare Nelle automobili possono essere utilizzate antenne risonanti a microstriscia (una, due e tre bande) che non richiedono l'installazione di parti esterne, poiché sono fissate all'interno del vetro dell'auto. Tali antenne forniscono la ricezione e la trasmissione di segnali polarizzati verticalmente nella gamma di frequenze 450 ... 1900 MHz, hanno un guadagno fino a 2 dB.

2.1.1 Caratteristiche generali delle antenne a microonde

Nel campo delle microonde negli ultimi anni si è assistito anche ad un aumento del numero di sistemi di comunicazione e trasmissione, sia già esistenti che di nuova concezione. Per i sistemi terrestri, si tratta di sistemi di comunicazione con relè radio, trasmissione radiofonica e televisiva, sistemi televisivi cellulari, ecc., Per sistemi satellitari: trasmissione televisiva diretta, telefono, fax, cercapersone, videoconferenza, accesso a Internet, ecc. Le gamme di frequenza utilizzate per i tipi specificati di comunicazione e trasmissione corrispondono alle sezioni dello spettro di frequenza assegnate a questi scopi, le principali delle quali sono: 3,4 ... 4,2 GHz; 5,6…6,5 GHz; 10,7…11,7 GHz; 13,7…14,5GHz; 17,7…19,7GHz; 21,2…23,6 GHz; 24,5…26,5GHz; 27,5…28,5GHz; 36…40GHz. A volte nella letteratura tecnica, la gamma delle microonde comprende sistemi che operano a frequenze superiori a 1 GHz, sebbene questa gamma inizi strettamente da 3 GHz.

Per i sistemi a microonde terrestri, i dispositivi di antenna sono antenne con riflettore, tromba e lente a tromba di piccole dimensioni montate su alberi e protette da influenze atmosferiche dannose. Le antenne direzionali, a seconda dello scopo, del design e della gamma di frequenza, hanno un'ampia gamma di caratteristiche, vale a dire: in termini di guadagno - da 12 a 50 dB, in termini di larghezza del modello (livello - 3 dB) - da 3,5 a 120º. Inoltre, i sistemi televisivi cellulari utilizzano antenne biconiche omnidirezionali (sul piano orizzontale), costituite da due coni metallici rivolti l'uno verso l'altro, una lente dielettrica installata tra i coni e un dispositivo di eccitazione. Tali antenne hanno un guadagno di 7 ... 10 dB, la larghezza del lobo principale sul piano verticale è di 8 ... 15º e il livello dei lobi laterali non è peggiore di meno 14 dB.

3. Analisi di possibili metodi per sintetizzare strutture frattali di antenne

3.1 antenne frattali

Le antenne frattali sono una classe relativamente nuova di antenne elettricamente piccole (ESA), fondamentalmente diverse nella loro geometria dalle soluzioni note. Infatti, l'evoluzione tradizionale delle antenne si basava sulla geometria euclidea, operando con oggetti di dimensione intera (linea, cerchio, ellisse, paraboloide, ecc.). La principale differenza tra le forme geometriche frattali è la loro dimensione frazionaria, che si manifesta esternamente nella ripetizione ricorsiva su scala crescente o decrescente degli schemi deterministici o casuali originali. Le tecnologie frattali si sono diffuse nella formazione di strumenti di filtraggio del segnale, nella sintesi di modelli computerizzati tridimensionali di paesaggi naturali e nella compressione delle immagini. È del tutto naturale che la "moda" frattale non abbia aggirato la teoria delle antenne. Inoltre, il prototipo delle moderne tecnologie frattali nella tecnologia delle antenne erano le costruzioni log-periodiche e a spirale proposte a metà degli anni '60 del secolo scorso. È vero, in senso strettamente matematico, tali costruzioni al momento dello sviluppo non erano legate alla geometria frattale, essendo, in effetti, solo frattali del primo tipo. Ora i ricercatori, principalmente per tentativi ed errori, stanno cercando di utilizzare i frattali noti in geometria nelle soluzioni di antenne. Come risultato della modellazione e degli esperimenti di simulazione, si è scoperto che le antenne frattali consentono di ottenere quasi lo stesso guadagno di quelle convenzionali, ma con dimensioni più piccole, il che è importante per le applicazioni mobili. Consideriamo i risultati ottenuti nel campo della creazione di antenne frattali di vario tipo.

Pubblicati da Cohen, i risultati degli studi sulle caratteristiche di un nuovo design di antenna hanno attirato l'attenzione degli specialisti. Grazie agli sforzi di molti ricercatori, oggi la teoria delle antenne frattali è diventata un apparato indipendente e abbastanza sviluppato per la sintesi e l'analisi degli EMA.

3.2 Proprietàantenne frattali

Gli SFC possono essere utilizzati come modelli per la produzione di monopoli e bracci di dipolari, la formazione della topologia di antenne stampate, superfici selettive in frequenza (Frequency Selection Surfaces, FSS) o gusci di riflettori, il contorno di antenne a telaio e profili di apertura a tromba, come così come la fresatura di scanalature nelle antenne a fessura.

I dati sperimentali ottenuti dalla società Cushcraft per la curva di Koch, quattro iterazioni del meandro e l'antenna elicoidale consentono di confrontare le proprietà elettriche dell'antenna di Koch con altri radiatori con struttura periodica. Tutti i radiatori confrontati avevano proprietà multifrequenza, che si manifestavano in presenza di risonanze periodiche nei grafici di impedenza. Tuttavia, per applicazioni multi-gamma, è più adatto il frattale Koch, per il quale, con l'aumentare della frequenza, diminuiscono i valori di picco delle resistenze reattive e attive, mentre per il meandro e la spirale aumentano.

In generale, va notato che è difficile presentare teoricamente il meccanismo di interazione tra un'antenna ricevente frattale e le onde elettromagnetiche incidenti su di essa a causa della mancanza di una descrizione analitica dei processi ondulatori in un conduttore con una topologia complessa. In una situazione del genere, è consigliabile determinare i parametri principali delle antenne frattali mediante modelli matematici.

Un esempio di costruzione della prima curva frattale autosimile fu dimostrato nel 1890 dal matematico italiano Giuseppe Peano. La linea da lui proposta nel limite riempie completamente il quadrato, percorrendone tutti i punti (Figura 9). Successivamente furono ritrovati altri oggetti simili, che ricevettero il nome generale "curve di Peano" dal nome dello scopritore della loro famiglia. È vero, a causa della descrizione puramente analitica della curva proposta da Peano, è sorta una certa confusione nella classificazione delle linee SFC. Infatti il ​​nome “curve di Peano” dovrebbe essere dato solo alle curve originali, la cui costruzione corrisponde all’analisi pubblicata da Peano (Figura 10).

Figura 9 - Iterazioni della curva di Peano: a) linea di base, b) prima, c) seconda ed) terza iterazione

Figura 10 - Iterazioni della linea spezzata proposta da Hilbert nel 1891

Spesso interpretata come una curva di Peano ricorsiva

Pertanto, per specificare gli oggetti della tecnologia delle antenne in esame, quando si descrive l'una o l'altra forma di antenna frattale, si dovrebbero, se possibile, menzionare anche i nomi degli autori che hanno proposto la corrispondente modifica della SFC. Ciò è tanto più importante perché, secondo le stime, il numero di varietà conosciute di SFC si avvicina a trecento e questa cifra non è il limite.

Va notato che la curva di Peano (Figura 9) nella sua forma originale è abbastanza adatta per creare fessure nelle pareti della guida d'onda, antenne frattali stampate e altre aperture, ma non è accettabile per costruire un'antenna a filo, poiché ha adiacenti sezioni. Pertanto gli specialisti di Fractus ne hanno proposto la modifica, denominata “Peanodec” (Figura 11).

Figura 11 - Opzione di modifica della curva di Peano ("Peanodec"): a) prima, b) seconda c) terza iterazione

Un'applicazione promettente delle antenne con la topologia Koch sono i sistemi di comunicazione MIMO (sistemi di comunicazione con molti ingressi e uscite). Per la miniaturizzazione delle schiere di antenne dei terminali degli abbonati in tali mezzi di comunicazione, gli specialisti del Laboratorio di elettromagnetismo dell'Università di Patrasso (Grecia) hanno proposto una somiglianza frattale con un'antenna a L invertita (ILA). L'essenza dell'idea è quella di piegare il vibratore Koch di 90° nel punto dividendolo in segmenti con un rapporto di lunghezza 2:1. Per le comunicazioni mobili con una frequenza portante di ~2,4 Hz, le dimensioni di tale antenna stampata sono 12,33×10,16 mm (~l/10×l/12), la larghezza di banda è ~20% e l'efficienza è del 93% .

Figura 12 – Esempio di un array di antenne dual-band (2,45 e 5,25 GHz).

Il modello di direttività in azimut è quasi uniforme, il guadagno in termini di ingresso alimentatore è di ~3,4 dB. È vero, come notato nell'articolo, il funzionamento di tali elementi stampati come parte di una griglia (Figura 12) è accompagnato da una diminuzione della loro efficienza rispetto a un singolo elemento. Pertanto, alla frequenza di 2,4 GHz, l'efficienza di un monopolo Koch piegato di 90° diminuisce dal 93 al 72%, e alla frequenza di 5,2 GHz, dal 90 all'80%. La situazione è leggermente migliore con l'influenza reciproca delle antenne della banda ad alta frequenza: alla frequenza di 5,25 GHz, l'isolamento tra gli elementi che formano la coppia centrale di antenne è di 10 dB. Per quanto riguarda l'influenza reciproca in una coppia di elementi vicini di diversa portata, a seconda della frequenza del segnale, l'isolamento varia da 11 dB (a 2,45 GHz) a 15 dB (a 5,25 GHz). La ragione del deterioramento dell'efficienza delle antenne è l'influenza reciproca degli elementi stampati.

Pertanto, la possibilità di scegliere una varietà di parametri del sistema di antenna basato sulla linea spezzata di Koch consente di soddisfare diversi requisiti per il valore della resistenza interna e la distribuzione delle frequenze di risonanza durante la progettazione. Tuttavia, poiché l'interdipendenza della dimensione ricorsiva e delle caratteristiche dell'antenna può essere ottenuta solo per una certa geometria, la validità delle proprietà considerate per altre configurazioni ricorsive necessita di ulteriori studi.

3.3 Caratteristiche delle antenne frattali

L'antenna frattale Koch mostrata nella Figura 13 o 20 è solo una delle opzioni implementate utilizzando un triangolo ricorsivo iniziale equilatero, ad es. l'angolo e alla sua base (angolo di rientranza o "angolo profondo") è di 60°. Questa versione del frattale Koch è chiamata quella standard. È del tutto naturale chiedersi se è possibile utilizzare modifiche del frattale con altri valori di questo angolo. Vinoy ha proposto di considerare l'angolo alla base del triangolo iniziale come un parametro caratterizzante la struttura dell'antenna. Modificando questo angolo è possibile ottenere curve ricorsive simili di diverse dimensioni (Figura 13). Le curve mantengono la proprietà di autosimilarità, ma la lunghezza della linea risultante può essere diversa, il che influisce sulle caratteristiche dell'antenna. Vinoy è stato il primo a studiare la correlazione tra le proprietà dell'antenna e la dimensione del frattale D di Koch generalizzato, che è determinata nel caso generale dalla dipendenza

(1)

È stato dimostrato che all'aumentare dell'angolo, u aumenta anche nella dimensione frattale, e si avvicina a 2 per u > 90°.oggetti ricorsivi.

Figura 13 - Costruzione della curva di Koch con un angolo a) 30° eb) 70° alla base del triangolo nel generatore frattale

All'aumentare della dimensione aumenta in modo non lineare anche la lunghezza totale della linea spezzata, che è determinata dalla relazione:

(2)

dove L0 è la lunghezza di un dipolo lineare, la cui distanza tra gli estremi è uguale a quella della linea spezzata di Koch, n è il numero di iterazioni. Il passaggio da u = 60° a u = 80° alla sesta iterazione permette di aumentare la lunghezza totale del prefrattale di oltre quattro volte. Come ci si potrebbe aspettare, esiste una relazione diretta tra la dimensione ricorsiva e le proprietà dell'antenna come la frequenza di risonanza primaria, la resistenza di risonanza interna e le prestazioni multirange. Sulla base di calcoli al computer, Vinoy ottenne la dipendenza della prima frequenza di risonanza del dipolo di Koch fk dalla dimensione del prefrattale D, dal numero di iterazione n e dalla frequenza di risonanza di un dipolo rettilineo fD della stessa altezza del dipolo di Koch linea spezzata (nei punti estremi):

(3)

Figura 14 - L'effetto di “perdita” di un'onda elettromagnetica

Nel caso generale, per la resistenza interna del dipolo Koch alla prima frequenza di risonanza, vale la seguente relazione approssimativa:

(4)

dove R0 è la resistenza interna del dipolo lineare (D=1), che in questo caso è pari a 72 Ohm. Le espressioni (3) e (4) possono essere utilizzate per determinare i parametri geometrici dell'antenna con i valori richiesti della frequenza di risonanza e della resistenza interna. Le proprietà multibanda del dipolo Koch sono anche molto sensibili al valore dell'angolo u. All'aumentare di e, i valori delle frequenze di risonanza si avvicinano e, di conseguenza, il loro numero cresce in un dato intervallo spettrale (Figura 15). Allo stesso tempo, maggiore è il numero di iterazioni, più forte è questa convergenza.

Figura 15 - L'effetto di restringere l'intervallo tra le frequenze di risonanza

Un altro aspetto importante del dipolo Koch è stato studiato presso la Pennsylvania State University: l'effetto dell'asimmetria della sua alimentazione sul grado in cui la resistenza interna dell'antenna si avvicina a 50 Ohm. Nei dipoli lineari, il punto di alimentazione è spesso posizionato asimmetricamente. Lo stesso approccio può essere utilizzato per un'antenna frattale sotto forma di curva di Koch, la cui resistenza interna è inferiore ai valori standard. Quindi, nella terza iterazione, la resistenza interna di un dipolo Koch standard (u = 60°) senza tenere conto delle perdite quando l'alimentatore è collegato al centro è di 28 ohm. Quando si sposta l'alimentatore su una delle estremità dell'antenna, è possibile ottenere una resistenza di 50 ohm.

Tutte le configurazioni della linea spezzata di Koch considerate finora sono state sintetizzate ricorsivamente. Tuttavia, secondo Vina, se questa regola viene violata, in particolare, impostando angoli diversi e? ad ogni nuova iterazione, le proprietà dell'antenna possono essere modificate con maggiore flessibilità. Per preservare la somiglianza, è consigliabile scegliere uno schema regolare per modificare l'angolo u. Ad esempio, per modificarlo secondo una legge lineare e n \u003d e n-1 - Di n, dove n è il numero di iterazione, Di? - incremento dell'angolo alla base del triangolo. Una variante di questo principio di costruzione di una linea spezzata è la seguente sequenza di angoli: u1 = 20° per la prima iterazione, u2 = 10° per la seconda e così via. La configurazione del vibratore in questo caso non sarà strettamente ricorsiva, tuttavia tutti i suoi segmenti sintetizzati in un'iterazione avranno la stessa dimensione e forma. Pertanto, la geometria di tale linea spezzata ibrida è percepita come autosimile. Con un piccolo numero di iterazioni, insieme ad un incremento negativo Di?, è possibile utilizzare una variazione quadratica o un'altra variazione non lineare nell'angolo n.

L'approccio considerato consente di impostare la distribuzione delle frequenze di risonanza dell'antenna e i valori della sua resistenza interna. Tuttavia, riorganizzare l'ordine di modifica dei valori degli angoli e nelle iterazioni non fornisce un risultato equivalente. Per la stessa altezza della polilinea, diverse combinazioni degli stessi angoli, ad esempio u1 = 20°, u2 = 60° e u1 = 60°, u2 = 20° (Figura 16), danno la stessa lunghezza prefrattale spiegata. Ma, contrariamente alle aspettative, la completa coincidenza dei parametri non fornisce l'identità delle frequenze di risonanza e l'identità delle proprietà multibanda delle antenne. Il motivo è la variazione della resistenza interna dei segmenti della polilinea, ad es. il ruolo chiave è giocato dalla configurazione del conduttore, non dalle sue dimensioni.

Figura 16 - Prefrattali Koch generalizzati della seconda iterazione con incremento negativo Dq (a), incremento positivo Dq (b) e della terza iterazione con incremento negativo Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Esempi di antenne frattali

4.1 Panoramica delle antenne

Gli argomenti relativi alle antenne sono uno dei più promettenti e di notevole interesse nella moderna teoria della trasmissione dell'informazione. Un tale desiderio di sviluppare questa particolare area di sviluppo scientifico è associato ai requisiti sempre crescenti di velocità e metodi di trasferimento delle informazioni nel moderno mondo tecnologico. Ogni giorno, comunicando tra loro, trasmettiamo informazioni in modo così naturale per noi: attraverso l'aria. Allo stesso modo, gli scienziati hanno avuto l'idea di insegnare come comunicare e numerose reti di computer.

Il risultato è stato l'emergere di nuovi sviluppi in questo settore, la loro approvazione sul mercato delle apparecchiature informatiche e successivamente l'adozione di standard trasmissione senza fili informazione. Ad oggi, tecnologie di trasmissione come BlueTooth, WiFi sono già approvate e generalmente accettate. Ma lo sviluppo non si ferma qui e non può fermarsi, ci sono nuove esigenze, nuovi desideri del mercato.

Le velocità di trasmissione, così sorprendentemente elevate all'epoca dello sviluppo delle tecnologie, oggi non soddisfano più le esigenze e i desideri degli utenti di questi sviluppi. Diversi importanti centri di sviluppo hanno avviato un nuovo progetto WiMAX per migliorare la velocità basata sull'espansione dei canali nello standard WiFi già esistente. Che posto occupa il tema dell’antenna in tutto questo?

Il problema dell'ampliamento del canale di trasmissione può essere parzialmente risolto introducendo una compressione ancora maggiore di quella esistente. L'uso di antenne frattali consentirà di risolvere questo problema in modo più qualitativo ed efficace. La ragione di ciò è che le antenne frattali e le superfici e i volumi selettivi in ​​frequenza basati su di esse hanno caratteristiche elettrodinamiche uniche, vale a dire: banda larga, ripetibilità della larghezza di banda nella gamma di frequenze, ecc.

4.1.1 Costruire un albero di Cayley

L'albero di Cayley è uno dei classici esempi di insiemi frattali. La sua iterazione zero è semplicemente un segmento di linea di data lunghezza l. La prima e ciascuna successiva iterazione dispari sono due segmenti esattamente della stessa lunghezza l dell'iterazione precedente, posizionati perpendicolari al segmento dell'iterazione precedente in modo che le sue estremità siano collegate al centro dei segmenti.

La seconda e ciascuna successiva iterazione pari del frattale sono due segmenti l/2 metà della lunghezza dell'iterazione precedente, posizionati, come prima, perpendicolari all'iterazione precedente.

I risultati della costruzione dell'albero di Cayley sono mostrati nella Figura 17. L'altezza totale dell'antenna è 15/8l e la larghezza è 7/4l.

Figura 17 - Costruzione dell'albero di Cayley

Calcoli e analisi del tipo di antenna "Cayley Tree" Sono stati eseguiti calcoli teorici dell'antenna frattale sotto forma di un albero di Cayley del 6° ordine. Per risolvere questo problema pratico, è stato utilizzato uno strumento abbastanza potente per il calcolo rigoroso delle proprietà elettrodinamiche degli elementi conduttivi: il programma EDEM. Gli strumenti potenti e l'interfaccia intuitiva di questo programma lo rendono indispensabile per questo livello di calcoli.

Gli autori hanno dovuto affrontare il compito di progettare un'antenna, stimare i valori teorici delle frequenze di risonanza di ricezione e trasmissione del segnale e presentare il problema nell'interfaccia del linguaggio del programma EDEM. L'antenna frattale progettata basata sull'albero di Cayley è mostrata nella Figura 18.

Quindi, un'onda elettromagnetica piana è stata diretta all'antenna frattale progettata e il programma ha calcolato la propagazione del campo prima e dopo l'antenna, calcolando le caratteristiche elettrodinamiche dell'antenna frattale.

I risultati dei calcoli effettuati dagli autori dell'antenna frattale Cayley Tree hanno permesso di trarre le seguenti conclusioni. È dimostrato che una serie di frequenze di risonanza si ripete approssimativamente ad un valore doppio rispetto alla frequenza precedente. Sono state determinate le distribuzioni di corrente sulla superficie dell'antenna. Sono state studiate sezioni sia di trasmissione totale che di riflessione totale. campo elettromagnetico.

Figura 18 - Albero di Cayley del 6° ordine

4 .1.2 antenna multimediale

La miniaturizzazione sta facendo passi da gigante sul pianeta. La comparsa di computer delle dimensioni di un chicco di fagiolo non è lontana, ma per ora Fractus porta alla nostra attenzione un'antenna le cui dimensioni sono più piccole di un chicco di riso (Figura 19).

Figura 19 - Antenna frattale

Il nuovo prodotto, chiamato Micro Reach Xtend, funziona ad una frequenza di 2,4 GHz e supporta tecnologia senza fili Wi-Fi e Bluetooth, così come altri standard meno popolari. Il dispositivo si basa sulla tecnologia brevettata dell'antenna frattale e la sua area è di soli 3,7 x 2 mm. Secondo gli sviluppatori, una piccola antenna ridurrà le dimensioni dei prodotti multimediali in cui troverà il suo utilizzo nel prossimo futuro o riunirà più funzionalità in un unico dispositivo.

Le stazioni televisive trasmettono segnali nella gamma 50-900 MHz, che vengono ricevuti con sicurezza a una distanza di molti chilometri dall'antenna trasmittente. È noto che le oscillazioni delle frequenze più alte attraversano gli edifici e vari ostacoli peggiori di quelle a bassa frequenza, che semplicemente li aggirano. Pertanto, la tecnologia Wi-Fi utilizzata nei sistemi convenzionali comunicazone wireless e operando a frequenze superiori a 2,4 GHz, fornisce la ricezione del segnale solo a una distanza non superiore a 100 m.. Tale ingiustizia nei confronti della tecnologia Wi-Fi avanzata finirà presto, ovviamente, senza danni per i consumatori televisivi. In futuro, i dispositivi basati sulla tecnologia Wi-Fi funzioneranno a frequenze tra canali TV attivi, aumentando così la portata di ricezione affidabile. Per non interferire con il funzionamento della televisione, ciascuno dei sistemi Wi-Fi (trasmettitore e ricevitore) scansionerà costantemente le frequenze vicine, prevenendo collisioni in onda. Quando si passa a una gamma di frequenze più ampia, diventa necessario disporre di un'antenna che riceva ugualmente bene i segnali sia dall'alto che dal basso basse frequenze. Le normali antenne a frusta non soddisfano questi requisiti, perché. ricevono selettivamente frequenze di una certa lunghezza d'onda in base alla loro lunghezza. Un'antenna adatta a ricevere segnali in un'ampia gamma di frequenze è diventata la cosiddetta antenna frattale, che ha la forma di un frattale, una struttura che sembra la stessa non importa quanto la guardiamo ingrandita. Un'antenna frattale si comporta come una struttura composta da molte antenne a spillo di diversa lunghezza intrecciate insieme.

4.1.3 Antenna "rotta".

L'ingegnere americano Nathan Cohen ha deciso dieci anni fa di assemblare una stazione radioamatoriale a casa, ma si è imbattuto in una difficoltà inaspettata. Il suo appartamento era nel centro di Boston e le autorità cittadine vietavano severamente di posizionare un'antenna all'esterno dell'edificio. La via d'uscita è stata trovata inaspettatamente, trasformando l'intera vita successiva di un radioamatore.

Invece di realizzare un'antenna dalla forma tradizionale, Cohen ha preso un pezzo di foglio di alluminio e lo ha tagliato in una forma a forma di oggetto matematico noto come curva di Koch. Questa curva, scoperta nel 1904 dalla matematica tedesca Helga von Koch, è un frattale, una linea spezzata che assomiglia a una serie di triangoli infinitamente decrescenti che crescono l'uno dall'altro come il tetto di una pagoda cinese a più livelli. Come tutti i frattali, questa curva è "autosimile", cioè su qualsiasi segmento più piccolo ha la stessa forma, ripetendosi. Tali curve vengono costruite ripetendo all'infinito una semplice operazione. La linea è divisa in segmenti uguali e su ciascuno viene realizzata una curva a forma di triangolo (metodo von Koch) o quadrato (metodo Hermann Minkowski). Quindi, su tutti i lati della figura risultante, a loro volta, vengono piegati quadrati o triangoli simili, ma di dimensioni inferiori. Proseguendo la costruzione all'infinito si può ottenere una curva “spezzata” in ogni punto (Figura 20).

Figura 20 - Costruzione della curva di Koch e Minkowski

Costruzione della curva di Koch - uno dei primissimi oggetti frattali. Sulla linea infinita si distinguono segmenti di lunghezza l. Ogni segmento è diviso in tre parti uguali e su quello centrale viene costruito un triangolo equilatero con lato l / 3. Inoltre, il processo si ripete: i triangoli con i lati l/9 sono costruiti sui segmenti l/3, i triangoli con i lati l/27 sono costruiti su di essi e così via. Questa curva ha autosimilarità, o invarianza di scala: ciascuno dei suoi elementi ripete la curva stessa in forma ridotta.

Il frattale Minkowski è costruito in modo simile alla curva di Koch e ha le stesse proprietà. Quando viene costruito, invece di un sistema di triangoli, i meandri vengono costruiti su una linea retta: "onde rettangolari" di dimensioni infinitamente decrescenti.

Costruendo la curva di Koch, Cohen si è limitato a soli due o tre passaggi. Poi incollò la figura su un piccolo foglio di carta, lo attaccò al ricevitore e fu sorpreso di scoprire che funzionava come le normali antenne. Come si è scoperto in seguito, la sua invenzione è diventata l'antenato di un tipo di antenna fondamentalmente nuovo, ora prodotto in serie.

Queste antenne sono molto compatte: l'antenna frattale incorporata per un telefono cellulare ha le dimensioni di una normale diapositiva (24 x 36 mm). Inoltre, operano su un'ampia gamma di frequenze. Tutto questo è stato scoperto sperimentalmente; La teoria delle antenne frattali non esiste ancora.

I parametri di un'antenna frattale realizzata mediante una serie di passaggi successivi secondo l'algoritmo di Minkowski cambiano in modo molto interessante. Se un'antenna rettilinea viene piegata sotto forma di "onda quadra" - un meandro, il suo guadagno aumenterà. Tutti i successivi meandri del guadagno dell'antenna non cambiano, ma la gamma di frequenze da essa ricevute si espande e l'antenna stessa diventa molto più compatta. È vero, solo i primi cinque o sei passaggi sono efficaci: per piegare ulteriormente il conduttore, dovrai ridurne il diametro, e questo aumenterà la resistenza dell'antenna e porterà alla perdita di guadagno.

Mentre alcuni si scervellano su problemi teorici, altri stanno attivamente mettendo in pratica l'invenzione. Secondo Nathan Cohen, ora professore all'Università di Boston e ispettore tecnico capo della Fractal Antenna Systems, "tra pochi anni le antenne frattali diventeranno parte integrante dei telefoni cellulari e cordless e di molti altri dispositivi wireless".

frattale dell'array di antenne

4.2 Applicazione delle antenne frattali

Tra i tanti progetti di antenne utilizzati oggi nelle comunicazioni, il tipo di antenne nel titolo dell'articolo è relativamente nuovo e fondamentalmente diverso dalle soluzioni note. Le prime pubblicazioni che consideravano l'elettrodinamica delle strutture frattali apparvero già negli anni '80. l'inizio uso pratico Più di 10 anni fa, la direzione frattale nella tecnologia delle antenne è stata proposta dall'ingegnere americano Nathan Cohen, ora professore alla Boaon University e ispettore tecnico capo di Fractal Antenna Systems. Vivendo nel centro di Boston, per aggirare il divieto del governo cittadino di installare antenne esterne, ha deciso di camuffare l'antenna di una stazione radioamatoriale con una figura decorativa realizzata in un foglio di alluminio. Come base, prese la famosa curva di Koch in geometria (Figura 20), descritta nel 1904 dal matematico svedese Niels Fabian Helge von Koch (1870-1924).

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Chi non sa cos'è e dove viene utilizzato, posso dire che guarda i videofilm sui frattali. E tali antenne sono utilizzate ovunque nel nostro tempo, ad esempio in ogni telefono cellulare.

Così, alla fine del 2013, mio ​​suocero e mia suocera sono venuti a trovarci, questo e quello, e qui la suocera, alla vigilia delle vacanze di Capodanno, ci ha chiesto un'antenna per la sua piccola TV. Il suocero guarda la TV attraverso un'antenna parabolica e di solito qualcosa di suo, ma la suocera voleva guardare con calma i programmi di Capodanno senza tirare fuori il suocero.

Ok, le abbiamo regalato la nostra antenna loop (quadrata 330x330 mm), attraverso la quale mia moglie ogni tanto guardava la TV.

E poi si stava avvicinando l'orario di apertura delle Olimpiadi invernali a Sochi e la moglie ha detto: crea un'antenna.

Non è un problema per me realizzare un’altra antenna, solo che ci sarebbe uno scopo e un significato. Ha promesso di farlo. E ora è giunto il momento ... ma ho pensato che scolpire un'altra antenna a telaio fosse in qualche modo noioso, ma il 21 ° secolo è alle porte e poi mi sono ricordato che le più progressiste nella costruzione di antenne sono le antenne EH, le antenne HZ e le antenne frattali . Dopo aver valutato ciò che è più adatto al mio caso, ho optato per un'antenna frattale. Fortunatamente, ho visto abbastanza film di tutti i tipi sui frattali e ho estratto da Internet tutti i tipi di immagini molto tempo fa. Quindi ho voluto tradurre l'idea in una realtà materiale.

Le immagini sono una cosa, l'implementazione specifica di un dispositivo è un'altra. Non mi sono preoccupato per molto tempo e ho deciso di costruire un'antenna lungo un frattale rettangolare.

Ho tirato fuori un filo di rame del diametro di circa 1 mm, ho preso delle pinze e ho iniziato ad armeggiare... il primo progetto era a grandezza naturale utilizzando molti frattali. L'ho fatto, per abitudine, per molto tempo, nelle fredde serate invernali, di conseguenza l'ho fatto, ho incollato l'intera superficie frattale sul pannello di fibra utilizzando polietilene liquido, ho saldato direttamente il cavo, lungo circa 1 m, ho iniziato a provare ...Ops! E questa antenna riceveva i canali TV molto più chiaramente di quella del frame ... Sono rimasto soddisfatto di un tale risultato, il che significa che non è stato per niente che mi sono dimenato e mi sono strofinato i calli mentre piegavo il filo in una forma frattale.

È passata circa una settimana e mi sono reso conto che le dimensioni della nuova antenna sono quasi le stesse dell'antenna a telaio, non ci sono particolari vantaggi, se non si tiene conto di un leggero miglioramento della ricezione. E così ho deciso di montare una nuova antenna frattale, utilizzando rispettivamente meno frattali e di dimensioni più piccole.

antenna frattale. Prima opzione

Sabato 02/08/2014 ho tirato fuori un piccolo pezzo di filo di rame rimasto dalla prima antenna frattale e piuttosto velocemente, circa mezz'ora, ho montato una nuova antenna...

antenna frattale. Seconda opzione

Quindi ho saldato il cavo del primo e si è rivelato un dispositivo finito. antenna frattale. Seconda versione con cavo

Ho iniziato a controllare le prestazioni... Wow! Sì, questo funziona ancora meglio e riceve fino a 10 canali a colori, cosa che prima non era possibile ottenere utilizzando un'antenna a telaio. La vittoria è significativa! Se si presta attenzione anche al fatto che le mie condizioni di ricezione non sono affatto importanti: al secondo piano, la nostra casa è completamente isolata dal centro televisivo da grattacieli, non c'è visibilità diretta, allora il guadagno è impressionante sia in termini di accoglienza e dimensioni.

Su Internet ci sono antenne frattali realizzate incidendo su fibra di vetro rivestita di alluminio ... Penso che non importi cosa fare, e le dimensioni non dovrebbero essere rispettate rigorosamente per antenna televisiva, all'interno del lavoro sul ginocchio .

In matematica gli insiemi sono chiamati frattali e sono costituiti da elementi simili all'insieme nel suo insieme. miglior esempio: Se osservi attentamente la linea dell'ellisse, diventerà diritta. Frattale, non importa quanto sia vicino, l'immagine rimarrà complessa e simile alla visione generale. Gli elementi sono disposti in modo bizzarro. Pertanto, consideriamo i cerchi concentrici l'esempio più semplice di frattale. Non importa quanto vicini, appaiono nuovi cerchi. Ci sono molti esempi di frattali. Ad esempio, Wikipedia fornisce un'immagine del cavolo romanesco, dove la testa del cavolo è costituita da coni, che ricordano esattamente una testa di cavolo dipinta. Ora i lettori capiscono che non è facile realizzare antenne frattali. Ma è interessante.

Perché sono necessarie le antenne frattali

Lo scopo dell'antenna frattale è catturare di più con meno vittime. Nei video occidentali è possibile trovare un paraboloide, dove un segmento di un nastro frattale fungerà da emettitore. Producono già elementi di dispositivi a microonde in pellicola, più efficienti di quelli ordinari. Mostreremo come realizzare un'antenna frattale fino alla fine e ci occuperemo solo della coordinazione con un misuratore SWR. Menzioniamo che esiste un intero sito, ovviamente, straniero, dove il prodotto corrispondente viene promosso per scopi commerciali, non ci sono disegni. La nostra antenna frattale fatta in casa è più semplice, il vantaggio principale è che puoi realizzare il disegno con le tue mani.

Le prime antenne frattali - biconiche - apparvero, secondo il video del sito fractenna.com, nel 1897 da Oliver Lodge. Non cercare su Wikipedia. Rispetto ad un dipolo convenzionale, una coppia di triangoli al posto del vibratore dà un'estensione di banda del 20%. Creando strutture ripetitive periodiche, è stato possibile assemblare antenne in miniatura non peggiori delle controparti di grandi dimensioni. Spesso troverai un'antenna biconica sotto forma di due cornici o piastre dalla forma bizzarra.

Ciò consentirà eventualmente di ricevere più canali TV.

Se digiti una richiesta su YouTube, viene visualizzato un video sulla produzione di antenne frattali. Capirai meglio come funziona se immagini la stella a sei punte della bandiera israeliana, in cui l'angolo è stato tagliato insieme alle spalle. Si è scoperto che rimanevano tre angoli, due avevano un lato a posto, il secondo no. Manca del tutto la sesta curva. Ora posizioniamo due stelle simili verticalmente, con angoli centrali tra loro, fessure a sinistra e a destra, sopra di loro - una coppia simile. Il risultato è stato un array di antenne: l'antenna frattale più semplice.

Le stelle attorno agli angoli sono collegate da un alimentatore. Colonne a coppie. Il segnale viene prelevato dalla linea, esattamente al centro di ciascun filo. La struttura è assemblata tramite bulloni su un substrato dielettrico (plastico) di dimensioni adeguate. Il lato della stella è esattamente un pollice, la distanza tra gli angoli delle stelle verticalmente (la lunghezza dell'alimentatore) è di quattro pollici, orizzontalmente (la distanza tra i due fili dell'alimentatore) è di un pollice. Le stelle hanno angoli di 60 gradi ai loro vertici, ora il lettore ne disegnerà uno simile sotto forma di modello, in modo che in seguito possano realizzare da soli un'antenna frattale. Abbiamo realizzato uno schizzo funzionante, la scala non è stata rispettata. Non possiamo garantire che le stelle siano uscite esattamente, Microsoft Paint senza grandi opportunità per realizzare disegni accurati. Basta guardare l'immagine per rendere evidente il dispositivo dell'antenna frattale:

1. Il rettangolo marrone mostra il substrato dielettrico. L'antenna frattale mostrata nella figura ha un diagramma di radiazione simmetrico. Se si protegge l'emettitore dalle interferenze, lo schermo viene posizionato su quattro montanti dietro il substrato a una distanza di un pollice. Alle frequenze non è necessario posizionare un solido foglio di metallo, sarà sufficiente una maglia da un quarto di pollice, non dimenticare di collegare lo schermo alla guaina del cavo.
2. L'alimentatore con impedenza caratteristica di 75 ohm richiede l'approvazione. Trova o costruisci un trasformatore che converta 300 ohm in 75 ohm. Meglio fare scorta di un misuratore SWR e selezionare i parametri desiderati non tramite tocco, ma tramite il dispositivo.
3. Quattro stelle, piegate il filo di rame. Puliamo l'isolamento laccato nel punto di attracco con l'alimentatore (se presente). L'alimentatore interno dell'antenna è costituito da due pezzi di filo paralleli. È opportuno riporre l'antenna in una scatola per proteggerla dalle intemperie.

Assemblare un'antenna frattale per la televisione digitale

Dopo aver letto la recensione fino alla fine, chiunque realizzerà antenne frattali. Si sono immersi così rapidamente nel design che si sono dimenticati di parlare di polarizzazione. Crediamo che sia lineare e orizzontale. Ciò nasce dalle considerazioni:

• Il video è ovviamente di provenienza americana, parliamo di HDTV. Pertanto, possiamo accettare la moda del paese specificato.
• Come sapete, pochi stati del pianeta trasmettono dai satelliti utilizzando la polarizzazione circolare, tra cui la Federazione Russa e gli Stati Uniti. Pertanto, riteniamo che altre tecnologie di trasferimento delle informazioni siano simili. Perché? Crediamo che ci sia stata una guerra fredda, entrambi i paesi hanno scelto strategicamente cosa e come trasferire, gli altri paesi hanno proceduto da considerazioni puramente pratiche. La polarizzazione circolare è implementata specificamente per i satelliti spia (in costante movimento rispetto all'osservatore). Quindi, c’è motivo di credere che ci sia una somiglianza tra le trasmissioni televisive e radiofoniche.
• La struttura dell'antenna dice che è lineare. Semplicemente non c'è nessun posto dove prendere la polarizzazione circolare o ellittica. Pertanto - a meno che i nostri lettori non siano professionisti che conoscono MMANA - se l'antenna non si aggancia nella posizione accettata, ruotare di 90 gradi nel piano del radiatore. La polarizzazione cambierà in verticale. A proposito, molti saranno in grado di catturare anche FM se le dimensioni vengono impostate più di 4 volte: è meglio prendere un filo più spesso (ad esempio 10 mm).

Speriamo di aver spiegato ai lettori come utilizzare l'antenna frattale. Un paio di consigli per un facile montaggio. Quindi, prova a trovare un filo con protezione verniciata. Piega le forme come mostrato nell'immagine. Quindi i costruttori divergono, ti consigliamo di fare questo:

1. Spelare le stelle e i cavi di alimentazione nei punti di aggancio. Fissare i cavi di alimentazione per le orecchie con bulloni sul substrato nelle parti centrali. Per eseguire correttamente l'azione, misura un pollice in anticipo e disegna due linee parallele con una matita. I fili dovrebbero trovarsi lungo di loro.
2. Saldare un'unica struttura controllando attentamente le distanze. Gli autori del video consigliano di realizzare un emettitore in modo che le stelle si appoggino sugli alimentatori con i loro angoli e le estremità opposte poggino sul bordo del substrato (ciascuna in due punti). Per una stella esemplare, i luoghi erano contrassegnati in blu.
3. Per soddisfare la condizione, tirare ciascuna stella in un punto con un bullone con un morsetto dielettrico (ad esempio, fili PVA di cambrico e simili). Nella figura, i punti di attacco sono mostrati in rosso per una stella. Il bullone è disegnato schematicamente come un cerchio.

Il cavo di alimentazione corre (opzionalmente) con rovescio. Praticare dei fori sul posto. L'SWR viene regolato modificando la distanza tra i fili di alimentazione, ma in questo progetto questo è un metodo sadico. Si consiglia di misurare semplicemente l'impedenza dell'antenna. Ricorda come è fatto. Avrai bisogno di un generatore per la frequenza del programma che stai guardando, ad esempio 500 MHz, inoltre, un voltmetro ad alta frequenza che non si risparmi davanti al segnale.

Quindi viene misurata la tensione prodotta dal generatore, per la quale si chiude a un voltmetro (in parallelo). Da una resistenza variabile con autoinduttanza estremamente bassa e un'antenna, assembliamo un partitore resistivo (colleghiamo in serie dopo il generatore, prima la resistenza, poi l'antenna). Misuriamo la tensione con un voltmetro resistore variabile, regolando contemporaneamente la potenza fino a quando le letture del generatore senza carico (vedere paragrafo sopra) diventano il doppio della corrente. Ciò significa che il valore del resistore variabile è diventato uguale all'impedenza dell'onda dell'antenna ad una frequenza di 500 MHz.

Ora è possibile realizzare il trasformatore nel modo desiderato. È difficile trovare quello giusto in rete, per coloro a cui piace seguire le trasmissioni radiofoniche, hanno trovato una risposta già pronta http://www.cqham.ru/tr.htm. Il sito dice e disegna come abbinare il carico con un cavo da 50 ohm. Si prega di notare che le frequenze corrispondono alla banda HF, MW si inserisce qui parzialmente. L'impedenza caratteristica dell'antenna è mantenuta nell'intervallo 50 - 200 ohm. È difficile dire quanto darà una stella. Se nella fattoria è presente un dispositivo per misurare l'impedenza d'onda della linea, ricordiamo: se la lunghezza dell'alimentatore è multiplo di un quarto della lunghezza d'onda, l'impedenza dell'antenna viene trasmessa all'uscita invariata. È impossibile fornire tali condizioni per una portata piccola e grande (ricordiamo che anche una portata estesa è inclusa nelle caratteristiche delle antenne frattali), ma ai fini delle misurazioni il fatto menzionato viene utilizzato ovunque.

I lettori ora sanno tutto su questi straordinari ricetrasmettitori. Una forma così insolita suggerisce che la diversità dell'universo non rientra nel quadro tipico.

Risposte alle domande dal forum, dal libro degli ospiti e dalla posta.

Il mondo non è privo di brave persone:-)
Valery UR3CAH: "Buon pomeriggio, Egor. Penso che questo articolo (vale a dire la sezione "Antenne frattali: meno è meglio") corrisponda al tema del tuo sito e ti interesserà:) È vero? 73!"
Sì, certo che è interessante. In una certa misura, abbiamo già toccato questo argomento quando abbiamo discusso della geometria degli esabimi. Anche lì c'era il dilemma con l'"impacchettamento" della lunghezza elettrica in dimensioni geometriche :-). Quindi grazie mille, Valery, per il materiale inviato.
"Antenne frattali: meno è meglio, ma meglio
Nell’ultimo mezzo secolo la vita è cambiata rapidamente. La maggior parte di noi accetta i risultati tecnologie moderne per scontato. Tutto ciò che rende la vita più comoda ci si abitua molto velocemente. Raramente qualcuno pone la domanda "Da dove viene?" E come funziona?". Il forno a microonde riscalda la colazione - beh, fantastico, lo smartphone ti permette di parlare con un'altra persona - fantastico. Questa ci sembra una possibilità ovvia.
Ma la vita potrebbe essere completamente diversa se una persona non cercasse una spiegazione per gli eventi che si stanno verificando. Prendiamo, ad esempio, Telefono cellulare. Ricordate le antenne retrattili dei primi modelli? Hanno interferito, hanno aumentato le dimensioni del dispositivo e alla fine si sono spesso rotti. Crediamo che siano sprofondati nell'oblio per sempre, e in parte a causa di questo... frattali.

I disegni frattali affascinano con i loro modelli. Assomigliano decisamente alle immagini di oggetti spaziali: nebulose, ammassi di galassie e così via. Pertanto, è del tutto naturale che quando Mandelbrot espresse la sua teoria dei frattali, la sua ricerca suscitò un crescente interesse tra coloro che studiavano astronomia. Uno di questi dilettanti di nome Nathan Cohen, dopo aver assistito a una conferenza di Benoit Mandelbrot a Budapest, si accese con l'idea applicazione pratica conoscenza acquisita. È vero, lo ha fatto in modo intuitivo e il caso ha giocato un ruolo importante nella sua scoperta. Come radioamatore, Nathan ha cercato di creare un'antenna con la massima sensibilità possibile.
L'unico modo migliorare i parametri dell'antenna, allora nota, significava aumentarne le dimensioni geometriche. Tuttavia, il proprietario dell'appartamento di Nathan nel centro di Boston era fermamente contrario all'installazione di grandi dispositivi sul tetto. Quindi Nathan iniziò a sperimentare varie forme di antenne, cercando di ottenere il massimo risultato con la dimensione minima. Infiammato dall'idea delle forme frattali, Cohen, come si suol dire, ha creato casualmente uno dei frattali più famosi con il filo: il "fiocco di neve di Koch". Il matematico svedese Helge von Koch inventò questa curva nel 1904. Si ottiene dividendo il segmento in tre parti e sostituendo il segmento centrale con un triangolo equilatero senza lato coincidente con tale segmento. La definizione è un po’ difficile da capire, ma la figura è chiara e semplice.
Esistono anche altre varietà della "curva di Koch", ma la forma approssimativa della curva rimane simile.
Quando Nathan collegò l'antenna al ricevitore radio, rimase molto sorpreso: la sensibilità aumentò notevolmente. Dopo una serie di esperimenti, il futuro professore dell'Università di Boston si rese conto che un'antenna realizzata secondo uno schema frattale ha un'elevata efficienza e copre una gamma di frequenze molto più ampia rispetto alle soluzioni classiche. Inoltre, la forma dell'antenna sotto forma di curva frattale può ridurre significativamente le dimensioni geometriche. Nathan Cohen ha persino escogitato un teorema per dimostrarlo, per creare antenna a banda largaè sufficiente dargli la forma di una curva frattale autosimile.
L'autore ha brevettato la sua scoperta e ha fondato la società per lo sviluppo e la progettazione di antenne frattali Fractal Antenna Systems, credendo giustamente che in futuro, grazie alla sua scoperta, i telefoni cellulari potranno liberarsi delle antenne ingombranti e diventare più compatti. Fondamentalmente, questo è quello che è successo. È vero, fino ad oggi Nathan è in causa con grandi aziende che usano illegalmente la sua scoperta per produrre dispositivi di comunicazione compatti. Alcuni noti produttori dispositivi mobili come Motorola hanno già raggiunto un accordo con l'inventore dell'antenna frattale."

Nonostante sembri "irreale e fantastico", la situazione con l'aumento del segnale utile è assolutamente reale e pragmatica. Non è necessario avere sette spanne sulla fronte per indovinare da dove provengono i microvolt in più. Con un aumento molto elevato della lunghezza elettrica dell'antenna, tutte le sue sezioni rotte si trovano nello spazio in fase con le precedenti. E sappiamo già da dove viene il guadagno nelle antenne multielemento: a causa dell'aggiunta di energia in un elemento re-irradiato da altri elementi. È chiaro che non possono essere usate come direzionali per lo stesso motivo :-) è impossibile, ma resta il fatto: un'antenna frattale è davvero più efficiente di un filo dritto.

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• Duchifat: davvero 9 milliwatt?

  Con la nuova antenna, il Duchifat-1 israeliano ha iniziato a ricevere notevolmente meglio. Si sente sempre debolmente, ma sembra che vada meglio con uno stack di due antenne a 7 elementi. Ho ricevuto un paio di frame di telemetria. Fa un po' paura, temo che sia il mio decoder a non essere corretto. Oppure una "traduzione" imprecisa dei numeri dei pacchi in parametri di DK3WN. Nella confezione, la potenza del sensore (avanti) è di soli 7,2 milliwatt. Ma se dice la verità, allora 10 milliwatt della sua potenza sulla Terra si sentono perfettamente :-)

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  Quindi per i non credenti, tre audio uno dopo l'altro 9M2MSO, Malesia, Porto Rico NP4JS e infine l'affascinante Cecile dal Venezuela YY1YLY. Sono grato all'Onnipotente per il fatto che siamo così diversi, colorati, belli e interessanti. Tutte le connessioni sono come la selezione SSB. come se fosse specifico anche per, in modo che tutti possano ascoltare.... :-)

• Sopravvissuto di successo

  Il riuscito DelfiC3 vola con i suoi 125 milliwatt, è perfettamente udibile, viene decodificato perfettamente con la lozione Java RASCAL e invia le linee ricevute al sito del team di supporto. AUDIO: immagine del decoder qui sotto.

  

• Ricevitore WEB smarrito?

  Abbiamo appena avuto il tempo di parlare della macchina Java, quando SUN ci ha fatto scivolare un altro maiale :-) Naturalmente, tutto è a vantaggio dell'utente. Solo che hanno dimenticato che è necessario informare i milioni di utenti di ricevitori WEB dell'inasprimento dei requisiti di sicurezza, che nel 90% dei casi funzionano tramite una macchina Java. E comunque, non solo loro. I creatori dei ricevitori WED (e, tra l'altro, anche Windows stesso :-) cercano di fare a meno di JAVA usando HTML5 e altri colpi di scena, ma non sempre funziona. Una storia troppo lunga li collega: tutto si chiude sulle caratteristiche del ferro. Il mio portatile, ad esempio, utilizzando HTML5 può fornire il controllo del ricevitore, ma non può ricevere l'audio :-) Stima, il ricevitore mostra tutto, ma allo stesso tempo è silenzioso :-) In breve, solo Vadim, UT3RZ, ti aiuterà Oggi.

  "UT3RZ Vadim. Priluki. http://cqpriluki.at.uaA causa dell'aggiornamento Jawa del 14 gennaio 2014 alla versione 7 Update 51 (build 1.7.0_51-b13), si sono verificati problemi con l'ascolto dei ricevitori WEB SDR. I creatori di Jawa, perseguendo obiettivi di sicurezza degli utenti informatici, nuova versione 7 L'aggiornamento 51 ha introdotto la necessità di confermare manualmente la sicurezza da parte dell'utente.

• Controlla le orecchie del tuo TNC

  Per noia ho ascoltato (infilzato ;-) il canale digipeater della ISS. Fruscio abbastanza regolarmente e abbastanza attivamente. Il controllo audio, ovviamente, ha registrato tutto. Il rospo ha battuto il record. Eccolo, controlla le impostazioni del tuo modem o TNC. È bellissimo là fuori nello spazio. La verità è davvero noiosa: le stesse facce tutto l'anno :-(

  

• Telegramma UR8RF

  Radio Promin
  

  Bevo tutto. Oggi, 17 foglie d'autunno, su Radio Promin per 40 hvilin Volodymyr UY2UQ ha parlato di radioamatore. Potete ascoltarlo sul sito di Radio Promin nell'archivio audio di 17 leaf fall.
  Ora 15:14:14 - 15:54:38 http://promin.fm/page/9.html?name=Audioarhiv1http://promin.fm/page/9.html?name=Audioarhiv1
  73! Con rispetto Oleksandr UR8RF

• Internet va in Morse

  Nel dicembre 2011 Google ha annunciato il rilascio dell'applicazione Gmail per iOS, che consente di prendere rapidamente piccoli appunti. In un comunicato stampa della società si è osservato che anche gli uomini delle caverne utilizzavano tali dischi, disegnando sulle rocce. E ora il software per appunti rapidi ha ricevuto la sua logica continuazione: Google ha annunciato un modo fondamentalmente nuovo di scrivere sulla tastiera dei dispositivi mobili.
  Gmail Tap è il nome dell'applicazione con cui il passaggio dalla solita tastiera da smartphone a 26 tasti a quella a due tasti diventerà realtà. Hai sentito bene. D'ora in poi, sia gli utenti di dispositivi iOS che Android potranno utilizzare Gmail Tocca per comporre messaggi di testo utilizzando solo due pulsanti: un punto e un trattino. Gli specialisti di Google, guidati da Reed Morse (pronipote del famoso inventore del codice Morse), offrono agli utenti una versione semplificata del codice Morse, con la quale i messaggi SMS possono essere digitati non più lentamente che con tastiera standard. La capacità di digitare due messaggi contemporaneamente è ammirevole. La modalità per utenti avanzati "modalità multi email" prevede l'uso di due tastiere: una standard nella parte inferiore e una aggiuntiva nella parte superiore dello schermo. E anche un utente alle prime armi di Gmail Tap può imparare rapidamente a digitare senza guardare la tastiera. Guarda com'è facile:

Le antenne frattali a filo, studiate in questa tesi, sono state realizzate piegando il filo secondo una sagoma di carta stampata su una stampante. Poiché il filo è stato piegato manualmente utilizzando una pinzetta, la precisione nella realizzazione delle "piegature" dell'antenna era di circa 0,5 mm. Pertanto, per la ricerca sono state prese le forme geometriche frattali più semplici: la curva di Koch e il "salto bipolare" di Minkowski.

È noto che i frattali consentono di ridurre le dimensioni delle antenne, mentre le dimensioni dell'antenna frattale vengono confrontate con le dimensioni di un dipolo lineare a semionda simmetrico. Negli studi successivi della tesi, le antenne frattali filari verranno confrontate con un dipolo lineare a /4 bracci pari a 78 mm con una frequenza di risonanza di 900 MHz.

Antenne frattali a filo basate sulla curva di Koch

Il documento fornisce formule per il calcolo delle antenne frattali basate sulla curva di Koch (Figura 24).

UN) N= 0b) N= 1c) N = 2

Figura 24 - Curva di Koch delle varie iterazioni n

Dimensione D il frattale Koch generalizzato è calcolato con la formula:

Se nella formula (35) sostituiamo l'angolo di curvatura standard della curva di Koch = 60, allora otteniamo D = 1,262.

Dipendenza dalla prima frequenza di risonanza del dipolo di Koch F K sulla dimensione del frattale D, numeri di iterazione N e frequenza di risonanza di un dipolo rettilineo F D della stessa altezza della spezzata di Koch (nei punti estremi) è determinata dalla formula:

Per la Figura 24, b con N= 1 e D= 1.262 dalla formula (36) si ottiene:

F K= F D0,816, F K = 900 MHz 0,816 = 734 MHz. (37)

Per la Figura 24, c con n = 2 e D = 1.262, dalla formula (36) si ottiene:

F K= F D0,696, F K = 900 MHz 0,696 = 626 MHz. (38)

Le formule (37) e (38) ci consentono anche di risolvere il problema inverso: se vogliamo che le antenne frattali funzionino ad una frequenza F K = 900 MHz, allora i dipoli diritti devono operare alle seguenti frequenze:

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

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

Secondo il grafico della Figura 22, determiniamo le lunghezze dei bracci /4 di un dipolo rettilineo. Saranno pari a 63,5 mm (per 1102 MHz) e 55 mm (per 1293 MHz).

Pertanto, sulla base della curva di Koch sono state fabbricate 4 antenne frattali: due con dimensioni /4 bracci di 78 mm e due con dimensioni più piccole. Le Figure 25-28 mostrano le immagini dello schermo PK2-47, che possono essere utilizzate per determinare sperimentalmente le frequenze di risonanza.

La tabella 2 riassume i dati calcolati e sperimentali, da cui si evince che le frequenze teoriche F T differiscono da quello sperimentale F E non più del 4-9%, e questo è un risultato abbastanza buono.

Figura 25 - Schermata PK2-47 quando si misura l'antenna con la curva di Koch di iterazione n = 1 con /4-spalle pari a 78 mm. Frequenza di risonanza 767 MHz

Figura 26 - Schermata PK2-47 quando si misura l'antenna con la curva di Koch di iterazione n = 1 con /4-spalle pari a 63,5 mm. Frequenza di risonanza 945 MHz

Figura 27 - Schermata PK2-47 quando si misura l'antenna con la curva di Koch dell'iterazione n = 2 con /4-spalle pari a 78 mm. Frequenza di risonanza 658 MHz

Figura 28 - Schermata PK2-47 quando si misura l'antenna con la curva di Koch dell'iterazione n = 2 con /4-spalle pari a 55 mm. Frequenza di risonanza 980 MHz

Tabella 2 - Confronto delle frequenze di risonanza fE calcolate (teoriche) e sperimentali delle antenne frattali basate sulla curva di Koch

Antenne frattali a filo basate sul "salto bipolare". modello di radiazione

Nel lavoro sono descritte le linee frattali del tipo "salto bipolare", tuttavia nel lavoro non vengono fornite le formule per il calcolo della frequenza di risonanza in base alla dimensione dell'antenna. Pertanto si è deciso di determinare sperimentalmente le frequenze di risonanza. Per semplici linee frattali della 1a iterazione (Figura 29, b), sono state realizzate 4 antenne - con una lunghezza di /4 bracci pari a 78 mm, con metà della lunghezza e due lunghezze intermedie. Per le linee frattali difficili da realizzare della 2a iterazione (Figura 29, c), sono state realizzate 2 antenne con lunghezze /4 bracci di 78 e 39 mm.

La Figura 30 mostra tutte le antenne frattali fabbricate. La Figura 31 mostra l'aspetto dell'apparato sperimentale con l'antenna frattale "salto bipolare" della 2a iterazione. Le Figure 32-37 mostrano la determinazione sperimentale delle frequenze di risonanza.

UN) N= 0b) N= 1c) N = 2

Figura 29 - Curva di Minkowski "salto bipolare" di varie iterazioni n

Figura 30 - Aspetto tutto prodotto frattale di filo antenne (diametri filo 1 e 0,7 mm)

Figura 31 - Configurazione sperimentale: VSWR panoramico e misuratore di attenuazione RK2-47 con un'antenna frattale del tipo "salto bipolare" della 2a iterazione

Figura 32 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'iterazione "salto bipolare" dell'antenna n = 1 con /4 bracci pari a 78 mm.

Frequenza di risonanza 553 MHz

Figura 33 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'iterazione "salto bipolare" dell'antenna n = 1 con /4 bracci pari a 58,5 mm.

Frequenza di risonanza 722 MHz

Figura 34 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'iterazione "salto bipolare" dell'antenna n = 1 con /4 bracci pari a 48 mm. Frequenza di risonanza 1012 MHz

Figura 35 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'iterazione "salto bipolare" dell'antenna n = 1 con /4 bracci pari a 39 mm. Frequenza di risonanza 1200 MHz

Figura 36 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'iterazione "salto bipolare" dell'antenna n = 2 con /4 bracci pari a 78 mm.

La prima frequenza di risonanza è 445 MHz, la seconda è 1143 MHz

Figura 37 - Schermata PK2-47 durante la misurazione dell'antenna "salto bipolare" dell'iterazione n = 2 con /4 bracci pari a 39 mm.

Frequenza di risonanza 954 MHz

Come hanno dimostrato gli studi sperimentali, se prendiamo un dipolo lineare a semionda simmetrico e un'antenna frattale della stessa lunghezza (Figura 38), le antenne frattali del tipo "salto bipolare" funzioneranno a una frequenza inferiore (di 50 e 61%) e le antenne frattali a forma di curva Koch funzionano a frequenze inferiori del 73 e 85% rispetto a quelle di un dipolo lineare. Pertanto, in effetti, le antenne frattali possono essere ridotte. La Figura 39 mostra le dimensioni delle antenne frattali per le stesse frequenze di risonanza (900-1000 MHz) rispetto al braccio di un dipolo a semionda convenzionale.

Figura 38 - Antenne "regolari" e frattali della stessa lunghezza

Figura 39 - Dimensioni dell'antenna per le stesse frequenze di risonanza

5. Misurazione dei diagrammi di radiazione delle antenne frattali

I modelli delle antenne vengono solitamente misurati in camere "anecoiche", le cui pareti assorbono la radiazione incidente su di esse. In questa tesi, le misurazioni sono state effettuate in un normale laboratorio della Facoltà di Fisica e Tecnologia e il segnale riflesso dalle custodie metalliche degli strumenti e dai supporti in ferro ha introdotto qualche errore nelle misurazioni.

Come sorgente del segnale a microonde, abbiamo utilizzato il nostro generatore di VSWR panoramico e misuratore di attenuazione RK2-47. Come ricevitore di radiazioni dell'antenna frattale è stato utilizzato un misuratore di livello del campo elettromagnetico ATT-2592, che consente misurazioni nella gamma di frequenze da 50 MHz a 3,5 GHz.

Misurazioni preliminari hanno dimostrato che il diagramma di radiazione di un dipolo lineare a semionda simmetrico distorce notevolmente la radiazione proveniente dall'esterno del cavo coassiale, che era collegato direttamente (senza dispositivi di adattamento) al dipolo. Un modo per sopprimere la radiazione della linea di trasmissione è utilizzare un monopolo invece di un dipolo insieme a quattro "contrappesi" /4 reciprocamente perpendicolari che svolgono il ruolo di "terra" (Figura 40).

Figura 40 - /4 Antenna unipolare e frattale con "contrappesi"

Le Figure 41 - 45 mostrano i diagrammi di radiazione misurati sperimentalmente delle antenne studiate con "contrappesi" (la frequenza di risonanza della radiazione praticamente non cambia quando si passa da un dipolo a un monopolo). Le misurazioni della densità del flusso di potenza della radiazione a microonde in microwatt per metro quadrato sono state effettuate sui piani orizzontale e verticale fino a 10. Le misurazioni sono state effettuate nella zona "lontana" dell'antenna a una distanza di 2.

Per prima cosa è stata studiata un'antenna a forma di vibratore /4 rettilineo. Dal diagramma di radiazione di questa antenna (Figura 41) si può notare che esso differisce da quello teorico. Ciò è dovuto ad errori di misurazione.

Gli errori di misura per tutte le antenne in studio possono essere i seguenti:

Riflessione della radiazione da oggetti metallici all'interno del laboratorio;

L'assenza di una rigorosa perpendicolarità reciproca tra antenna e contrappesi;

Non sopprimere completamente la radiazione della guaina esterna del cavo coassiale;

Lettura imprecisa dei valori angolari;

"Targeting" impreciso del misuratore ATT-2592 sull'antenna;

Interferenze da telefoni cellulari.