Antenne frattali per la televisione. Antenna frattale a banda ultralarga basata su un monopolo circolare. Quindi, un'onda elettromagnetica piana è stata diretta all'antenna frattale progettata e il programma ha calcolato la propagazione del campo prima e dopo

In matematica, gli insiemi sono chiamati frattali, costituiti da elementi simili all'insieme nel suo insieme. miglior esempio: Se guardi da vicino la linea dell'ellisse, diventerà dritta. Frattale - non importa quanto vicino - l'immagine rimarrà complessa e simile alla vista generale. Gli elementi sono disposti in modo bizzarro. Pertanto, consideriamo i cerchi concentrici l'esempio più semplice di frattale. Non importa quanto vicini, appaiono nuove cerchie. 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 creare 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, in cui un segmento di un nastro frattale fungerà da emettitore. Realizzano già elementi di dispositivi a microonde in lamina, più efficienti di quelli ordinari. Mostreremo come realizzare un'antenna frattale fino alla fine e ci occuperemo solo del coordinamento con un misuratore SWR. Citiamo che esiste un intero sito, ovviamente estero, dove il prodotto corrispondente viene promosso a fini 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 ad opera di Oliver Lodge. Non cercare su Wikipedia. Rispetto a un dipolo convenzionale, una coppia di triangoli invece di un vibratore dà un'estensione della banda del 20%. Creando strutture ripetitive periodiche, è stato possibile assemblare antenne in miniatura non peggiori delle grandi controparti. Spesso troverai un'antenna biconica sotto forma di due telai o piastre dalla forma bizzarra.

Questo alla fine consentirà 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 in posizione, il secondo no. Manca del tutto la sesta curva. Ora posizioniamo verticalmente due stelle simili, con angoli centrali tra loro, fessure a sinistra ea destra, sopra di esse - una coppia simile. Il risultato è stato un array di antenne, la più semplice antenna frattale.

Le stelle intorno 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 su bulloni su un substrato dielettrico (plastico) di dimensioni adeguate. Il lato della stella è esattamente un pollice, la distanza tra gli angoli delle stelle in verticale (la lunghezza dell'alimentatore) è di quattro pollici, in orizzontale (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 una simile sotto forma di sagoma, in modo che in seguito possano realizzare da sole un'antenna frattale. Abbiamo realizzato uno schizzo funzionante, la scala non viene osservata. 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 un'impedenza caratteristica di 75 ohm richiede l'approvazione. Trova o costruisci un trasformatore che converte 300 ohm in 75 ohm. Meglio fare scorta di un misuratore SWR e selezionare i parametri desiderati non al tocco, ma dal dispositivo.
3. Quattro stelle, piegate in filo di rame. Puliamo l'isolamento della lacca nel punto di attracco con l'alimentatore (se presente). L'alimentatore interno dell'antenna è costituito da due pezzi di filo paralleli. È buona norma posizionare l'antenna in una scatola per proteggerla dalle intemperie.

Assemblaggio di un'antenna frattale per la televisione digitale

Dopo aver letto la recensione fino alla fine, le antenne frattali saranno realizzate da chiunque. Si sono addentrati così rapidamente nel design che si sono dimenticati di parlare della polarizzazione. Riteniamo che sia lineare e orizzontale. Ciò deriva dalle considerazioni:

• Il video è ovviamente di origine americana, stiamo parlando 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? C'è stata una Guerra Fredda, crediamo, entrambi i paesi hanno scelto strategicamente cosa e come trasferire, altri paesi hanno proceduto da considerazioni puramente pratiche. La polarizzazione circolare è implementata specificamente per i satelliti spia (che si muovono costantemente rispetto all'osservatore). Quindi, c'è motivo di credere che ci sia una somiglianza nelle 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 sono 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. Spellare le stelle e i cavi di alimentazione nei punti di attracco. Fissare i fili di alimentazione per le orecchie con bulloni sul substrato nelle parti centrali. Per eseguire correttamente l'azione, misurare un pollice in anticipo e tracciare due linee parallele con una matita. I fili dovrebbero giacere 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 giacciano piatte 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 da cambric 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 funziona (opzionalmente) con rovescio. Praticare i fori in posizione. L'SWR viene regolato modificando la distanza tra i fili dell'alimentatore, 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 salva 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 un'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 resistenza variabile, regolando contemporaneamente la potenza fino a quando le letture del generatore senza carico (vedere paragrafo precedente) diventano il doppio della corrente. Ciò significa che il valore del resistore variabile è diventato uguale all'impedenza d'onda dell'antenna a 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 catturare 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 adatta qui parzialmente. L'impedenza caratteristica dell'antenna è mantenuta nell'intervallo 50 - 200 ohm. È difficile dire quanto darà una stella. Se in azienda è presente un dispositivo per misurare l'impedenza d'onda della linea, ricordiamo: se la lunghezza dell'alimentatore è un 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 una portata estesa è inclusa anche nelle caratteristiche delle antenne frattali), ma ai fini delle misurazioni, il fatto menzionato è utilizzato ovunque.

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

Il mondo non è privo di brave persone :-)
Valery UR3CAH: "Buon pomeriggio, Egor. Penso che questo articolo (ovvero la sezione "Antenne frattali: meno è meglio") corrisponda al tema del tuo sito e ti interesserà:) 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 un dilemma con l'"impacchettamento" della lunghezza elettrica in dimensioni geometriche :-). Quindi grazie, Valery, molto 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 il successo moderne tecnologie per scontato. Tutto ciò che rende la vita più comoda, ci si abitua molto velocemente. Raramente qualcuno fa le domande "Da dove viene?" E come funziona?". Un forno a microonde riscalda la colazione - beh, fantastico, uno 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 in corso. Prendi, ad esempio, i telefoni cellulari. Ricordi le antenne retrattili sui primi modelli? Hanno interferito, aumentato le dimensioni del dispositivo, alla fine, spesso si sono rotti. Crediamo che siano caduti nell'oblio per sempre, e in parte a causa di questo ... frattali.
I disegni frattali affascinano con i loro motivi. Assomigliano decisamente a immagini di oggetti spaziali: nebulose, ammassi di galassie e così via. Pertanto, è del tutto naturale che quando Mandelbrot ha espresso la sua teoria dei frattali, la sua ricerca ha suscitato un crescente interesse tra coloro che studiavano l'astronomia. Uno di questi dilettanti di nome Nathan Cohen, dopo aver assistito a una conferenza di Benoit Mandelbrot a Budapest, prese fuoco con l'idea applicazione pratica conoscenze acquisite. 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 ha iniziato a sperimentare varie forme di antenne, cercando di ottenere il massimo risultato con la dimensione minima. Acceso 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 medio con un triangolo equilatero senza lato coincidente con questo 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 ha collegato l'antenna al ricevitore radio, è rimasto molto sorpreso: la sensibilità è aumentata notevolmente. Dopo una serie di esperimenti, il futuro professore alla Boston University 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 una curva frattale può ridurre notevolmente le dimensioni geometriche. Nathan Cohen ha persino escogitato un teorema che lo dimostra per creare antenna a banda larga basta dargli la forma di una curva frattale autosimilare.

L'autore ha brevettato la sua scoperta e ha fondato l'azienda 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 sbarazzarsi di antenne ingombranti e diventare più compatti. Fondamentalmente, è quello che è successo. È vero, fino ad oggi Nathan è in causa con grandi corporazioni che usano illegalmente la sua scoperta per produrre dispositivi di comunicazione compatti. Alcuni noti produttori dispositivi mobili, come Motorola, hanno già raggiunto un accordo di pace con l'inventore dell'antenna frattale. fonte originale

Negli ultimi anni, mi sono confrontato regolarmente con i compiti di sviluppo di moduli a microonde UWB (banda ultralarga) e nodi funzionali. E non importa quanto sia triste per me parlarne, traggo quasi tutte le informazioni sull'argomento da fonti straniere. Tuttavia, qualche tempo fa, alla ricerca delle informazioni di cui avevo bisogno, mi sono imbattuto in una che prometteva una soluzione a tutti i miei problemi. Voglio parlare di come la soluzione dei problemi non ha funzionato.

Uno dei costanti "grattacapi" nello sviluppo di dispositivi a microonde UWB è lo sviluppo di antenne UWB, che devono avere una serie di proprietà specifiche. Tra queste proprietà ci sono le seguenti:

1. Coordinamento nella banda di frequenza operativa (ad esempio, da 1 a 4 GHz). Tuttavia, accade quando è necessario concordare l'intervallo di frequenza da 0,5 GHz a 5 GHz. E qui sorge il problema di scendere in frequenza sotto 1 GHz. In generale, ho avuto l'impressione che la frequenza di 1 GHz abbia una sorta di potere mistico: puoi avvicinarti ad essa, ma è molto difficile superarla, perché. in questo caso viene violato un altro requisito per l'antenna, vale a dire

2. Compattezza. Dopotutto, non è un segreto per nessuno che ormai poche persone abbiano bisogno di un'antenna a tromba a guida d'onda di enormi dimensioni. Tutti vogliono che l'antenna sia piccola, leggera e compatta in modo che possa essere riposta in una custodia. dispositivo portatile. Ma con la compattazione dell'antenna, diventa molto difficile rispettare il paragrafo 1 dei requisiti per l'antenna, poiché la frequenza minima del raggio d'azione è strettamente correlata alla dimensione massima dell'antenna. Qualcuno dirà che puoi realizzare un'antenna su un dielettrico con un alto valore di permittività relativa ... E avrà ragione, ma questo contraddice l'elemento successivo della nostra lista, che dice che

3. L'antenna dovrebbe essere il più economica possibile e realizzata sulla base dei materiali più accessibili ed economici (ad esempio FR-4). Perché nessuno vuole pagare molto, molti soldi per un'antenna, anche se è tre volte brillante. Tutti vogliono il costo di un'antenna in fase di produzione scheda a circuito stampato gravitato verso lo zero. Perché questo è il nostro mondo...

4. C'è un altro requisito che sorge quando si risolvono vari problemi associati, ad esempio, alla posizione a corto raggio, nonché alla creazione di vari sensori che utilizzano la tecnologia UWB (qui dovrebbe essere chiarito che noi stiamo parlando applicazioni a bassa potenza dove ogni dBm conta). E questo requisito stabilisce che il diagramma di radiazione (DN) dell'antenna progettata dovrebbe essere formato in un solo emisfero. Cosa serve? Affinché l'antenna "brilli" in una sola direzione, senza dissipare energia preziosa nel "ritorno". Migliora anche una serie di indicatori del sistema in cui viene utilizzata tale antenna.

Perché scrivo tutto questo..? Affinché il lettore curioso capisca che lo sviluppatore di un'antenna del genere deve affrontare molte restrizioni e divieti che deve superare eroicamente o argutamente.

E all'improvviso, come rivelazione, appare un articolo che promette una soluzione a tutti i problemi di cui sopra (oltre a quelli che non sono stati menzionati). La lettura di questo articolo provoca una leggera sensazione di euforia. Sebbene la prima volta non comprendi appieno ciò che è scritto, la parola magica "frattale" suona molto promettente, perché. La geometria euclidea ha già esaurito i suoi argomenti.

Affrontiamo la questione con coraggio e diamo in pasto al simulatore la struttura proposta dall'autore dell'articolo. Il simulatore geme come un dispositivo di raffreddamento del computer, masticando gigabyte di numeri e sputa il risultato digerito... Guardando i risultati della simulazione, ti senti un ragazzino ingannato. Le lacrime agli occhi, perché. ancora una volta i tuoi sogni aerei d'infanzia si sono imbattuti in una realtà ... di ghisa. Non c'è accordo nella gamma di frequenza 0,1 GHz - 24 GHz. Anche nell'intervallo 0,5 GHz - 5 GHz non c'è niente di simile.

C'è ancora una timida speranza che tu non abbia capito qualcosa, fatto qualcosa di sbagliato ... Inizia la ricerca del punto di inclusione, varie variazioni con la topologia, ma tutto invano: è morto!

La cosa più triste in questa situazione è che fino all'ultimo momento stai cercando la causa del fallimento in te stesso. Grazie ai compagni del negozio, che hanno spiegato che è tutto corretto, non dovrebbe funzionare.

P.S. Spero che il mio post del venerdì vi abbia fatto sorridere.
La morale della favola è questa: attenzione!
(E volevo anche davvero scrivere un ANTI-articolo su questo, perché mi hanno ingannato).

La prima cosa di cui vorrei scrivere è una piccola introduzione alla storia, alla teoria e all'uso delle antenne frattali. Le antenne frattali sono state recentemente scoperte. Sono stati inventati per la prima volta da Nathan Cohen nel 1988, poi ha pubblicato la sua ricerca su come realizzare un'antenna TV senza fili e l'ha brevettata nel 1995.

L'antenna frattale ha diverse caratteristiche uniche, come scritto su Wikipedia:

"Un'antenna frattale è un'antenna che utilizza un design frattale che si ripete automaticamente per massimizzare la lunghezza o aumentare il perimetro (nei siti interni o nella struttura esterna) di un materiale che può ricevere o trasmettere segnali elettromagnetici all'interno di una data superficie totale o volume."

Cosa significa esattamente? Beh, devi sapere cos'è un frattale. Sempre da Wikipedia:

"Un frattale è in genere una forma geometrica grezza o frammentata che può essere divisa in pezzi, ciascuno dei pezzi è una copia di dimensioni ridotte dell'intero, una proprietà chiamata auto-somiglianza".

Pertanto, un frattale è una forma geometrica che si ripete più e più volte, indipendentemente dalla dimensione delle singole parti.

Si è scoperto che le antenne frattali sono circa il 20% più efficienti delle antenne convenzionali. Ciò può essere utile soprattutto se si desidera che l'antenna TV riceva video digitali o ad alta definizione, aumenti la portata cellulare, la portata Wi-Fi, la ricezione radio FM o AM, ecc.

Maggior parte telefono cellulare ci sono già antenne frattali. Potresti averlo notato perché Telefono cellulare non hanno più antenne all'esterno. Questo perché hanno antenne frattali incise nel circuito al loro interno, che consente loro di ricevere un segnale migliore e captare più frequenze, come Bluetooth, cellulare e Wi-Fi da un'antenna.

Wikipedia:

“La risposta di un'antenna frattale è nettamente diversa dai progetti di antenne tradizionali in quanto è in grado di funzionare con buone prestazioni a frequenze diverse contemporaneamente. La frequenza delle antenne standard deve essere tagliata per poter ricevere solo quella frequenza. Pertanto, un'antenna frattale, a differenza di un'antenna convenzionale, è un progetto eccellente per applicazioni a banda larga e multibanda".

Il trucco è progettare la tua antenna frattale in modo che risuoni alla frequenza centrale specifica che desideri. Ciò significa che l'antenna avrà un aspetto diverso a seconda di ciò che si desidera ricevere. Per fare ciò, è necessario applicare la matematica (o un calcolatore online).

Nel mio esempio, realizzerò un'antenna semplice, ma puoi renderla più complessa. Più è difficile, meglio è. Userò una bobina di filo solido a 18 fili per realizzare l'antenna, ma puoi personalizzare i tuoi circuiti stampati per adattarli alla tua estetica, renderli più piccoli o più complessi con più risoluzione e risonanza.

Farò un'antenna TV per ricevere la TV digitale o la TV alta definizione. Queste frequenze sono più facili da lavorare e variano in lunghezza da circa 15 cm a 150 cm per mezza lunghezza d'onda. Per semplicità ed economicità di parti, lo posizionerò su una comune antenna a dipolo, catturerà onde nella gamma 136-174 MHz (VHF).

Per ricevere le onde UHF (400-512 MHz), è possibile aggiungere un direttore o un riflettore, ma in questo modo la ricezione dipenderà maggiormente dalla direzione dell'antenna. Il VHF dipende anche dalla direzione, ma invece di puntare direttamente alla stazione TV nel caso di un'installazione UHF, sarà necessario impostare le orecchie VHF perpendicolarmente alla stazione TV. Qui è dove devi fare un piccolo sforzo in più. Voglio ottenere il massimo disegno semplice, perché è già una cosa abbastanza complessa.

Componenti principali:

• Superficie di montaggio, ad esempio custodia in plastica (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 viti. Ho usato viti per lamiera d'acciaio
• Trasformatore con resistenza da 300 ohm a 75 ohm.
• Cavo di montaggio 18 AWG (0,8 mm)
• Cavo coassiale RG-6 con terminatori (e con guaina in gomma se l'installazione è all'aperto)
• Alluminio quando si utilizza un riflettore. Ce n'era uno nell'allegato qui sopra.
• Fine pennarello
• Due paia di piccole pinze
• Il righello non è più corto di 20 cm.
• Nastro trasportatore per la misurazione dell'angolo
• Due trapani, uno leggermente più piccolo delle tue viti
• Piccolo tagliafili
• Cacciavite o cacciavite

Nota: la parte inferiore dell'antenna a filo di alluminio si trova sul lato destro dell'immagine, dove sporge il trasformatore.

Passaggio 1: aggiunta di un riflettore

Assemblare l'alloggiamento con il riflettore sotto il coperchio di plastica

Passaggio 2: praticare i fori e installare i punti di fissaggio

Praticare piccoli fori filettati sul lato opposto del riflettore in queste posizioni e posizionare una vite conduttiva.

Passaggio 3: misurare, tagliare e spellare i fili

Tagliare quattro pezzi di filo da 20 cm e posizionarli sulla custodia.

Passaggio 4: misurazione e marcatura dei fili

Usando un pennarello, segna ogni 2,5 cm sul filo (ci saranno pieghe in questi punti)

Passaggio 5: crea frattali

Questo passaggio deve essere ripetuto per ogni pezzo di filo. Ogni curva deve essere esattamente di 60 gradi, poiché creeremo triangoli equilateri per il frattale. Ho usato due paia di pinze e un goniometro. Ogni piega è fatta su un'etichetta. Prima di fare le pieghe, visualizza la direzione di ciascuna di esse. Utilizzare il diagramma allegato per questo.

Passaggio 6: creazione di dipoli

Taglia altri due pezzi di filo lunghi almeno 15 cm, avvolgi questi fili attorno alle viti superiore e inferiore che corrono lungo il lato lungo, quindi avvolgili al centro. Quindi tagliare la lunghezza in eccesso.

Passaggio 7: montaggio dei dipoli e montaggio del trasformatore

Fissa ciascuno dei frattali alle viti angolari.

Collegare un trasformatore dell'impedenza corretta alle due viti centrali e serrarle.

Assemblaggio completato! Dai un'occhiata e divertiti!

Passaggio 8: più iterazioni/esperimenti

Ho creato alcuni nuovi elementi utilizzando il modello di carta di GIMP. Ho usato un piccolo cavo telefonico solido. Era abbastanza piccolo, forte e abbastanza malleabile da piegarsi nelle forme complesse richieste per la frequenza centrale (554 MHz). Questa è la media segnale digitale UHF per i canali televisione in onda nella mia zona.

Foto allegata. Potrebbe essere difficile vedere i fili di rame in condizioni di scarsa illuminazione contro il cartone e il nastro sopra di esso, ma ti viene l'idea.

A queste dimensioni, gli elementi sono piuttosto fragili, quindi devono essere maneggiati con cura.

Ho anche aggiunto un modello png. Per stampare la dimensione desiderata, devi aprirlo in un editor di foto come GIMP. Il modello non è perfetto perché l'ho fatto a mano con un mouse, ma è abbastanza comodo per le mani umane.

UDC 621.396

antenna frattale a banda ultralarga basata su un monopolo circolare

G.I. Abdrakhmanova

Università tecnica dell'aviazione statale di Ufa,

Università degli studi di Trento

Annotazione.L'articolo considera il problema della progettazione di un'antenna a banda ultralarga basata sulla tecnologia frattale. Vengono presentati i risultati degli studi sui cambiamenti nelle caratteristiche di radiazione a seconda del valore del fattore di scala.e livello di iterazione. È stata eseguita l'ottimizzazione parametrica della geometria dell'antenna per la conformità ai requisiti del coefficiente di riflessione. Le dimensioni dell'antenna sviluppata sono 34 × 28 mm 2 , e la gamma di frequenza operativa è 3,09 ÷ 15 GHz.

Parole chiave:comunicazione radio a banda ultralarga, tecnologia frattale, antenne, coefficiente di riflessione.

astratto:Nel documento viene descritto lo sviluppo di una nuova antenna a banda ultralarga basata sulla tecnologia frattale. Vengono presentati i risultati della ricerca sui cambiamenti delle caratteristiche della radiazione a seconda del valore del fattore di scala e del livello di iterazione. È stata applicata l'ottimizzazione parametrica della geometria dell'antenna per soddisfare i requisiti del coefficiente di riflessione. La dimensione dell'antenna sviluppata è di 28 × 34 mm 2 e la larghezza di banda è di 3,09 ÷ 15 GHz.

parole chiave:comunicazione radio a banda ultralarga, tecnologia frattale, antenne, coefficiente di riflessione.

1. Introduzione

Oggi, i sistemi di comunicazione a banda ultra larga (UWB) sono di grande interesse per sviluppatori e produttori di apparecchiature per le telecomunicazioni, poiché consentono la trasmissione di enormi flussi di dati ad alta velocità in una banda di frequenza ultra ampia senza licenza. Le caratteristiche dei segnali trasmessi implicano l'assenza di potenti amplificatori e complessi componenti di elaborazione del segnale come parte dei complessi di ricezione-trasmissione, ma limitano la portata (5-10 m).

La mancanza di una base di elementi adeguata in grado di funzionare efficacemente con impulsi ultrabrevi ostacola l'introduzione di massa della tecnologia UWB.

Le antenne dei ricetrasmettitori sono uno degli elementi chiave che influenzano la qualità della trasmissione/ricezione del segnale. La direzione principale dei brevetti e della ricerca nel campo della progettazione della tecnologia dell'antenna per i dispositivi UWB è la miniaturizzazione e la riduzione dei costi di produzione garantendo al contempo le caratteristiche di frequenza ed energia richieste, nonché l'uso di nuove forme e strutture.

Pertanto, la geometria dell'antenna è costruita sulla base di una spline con una fessura rettangolare a forma di U al centro, che consente di operare nella banda UWB con la funzione di blocco Wi-Fi -banda, dimensioni dell'antenna - 45,6 × 29 mm 2. Come elemento radiante in . Viene presentata un'antenna unipolare planare (22×22 mm 2 ) progettata sulla base di un elemento radiante rettangolare e una struttura risonante a scala sul retro.

2 Dichiarazione del problema

Dato che le strutture circolari possono fornire una larghezza di banda piuttosto ampia, semplificare la progettazione, ridurre le dimensioni e ridurre i costi di produzione, questo documento propone di sviluppare un'antenna UWB basata su un monopolo circolare. Intervallo di frequenza operativa richiesto - 3,1 ÷ 10,6 GHz a livello di coefficiente di riflessione -10 dB S 11 , (figura 1).

Riso. 1. Maschera richiesta per la riflettanza S 11

Ai fini della miniaturizzazione, la geometria dell'antenna sarà aggiornata attraverso l'uso della tecnologia frattale, che consentirà anche di studiare la dipendenza delle caratteristiche della radiazione dal valore del fattore di scala δ e il livello di iterazione del frattale.

Successivamente, è stato impostato il compito di ottimizzare l'antenna frattale sviluppata per espandere il raggio operativo modificando i seguenti parametri: la lunghezza del conduttore centrale (CPU) della guida d'onda complanare (HF), la lunghezza del piano di massa (GZ) KV, la distanza "GZ KV - elemento radiante (IE)".

La modellazione dell'antenna e gli esperimenti numerici vengono eseguiti nell'ambiente " Studio microonde CST.

3 Selezione della geometria dell'antenna

Come elemento base viene scelto un monopolo circolare, le cui dimensioni sono un quarto della lunghezza d'onda dell'intervallo richiesto:

Dove L arè la lunghezza dell'elemento radiante dell'antenna, esclusa la CPU;fL– frequenza di taglio più bassa,fL = F minimo uwb = 3,1 10 9Hz; Conè la velocità della luce, Con = 3 10 8 m/sec 2 .

Noi abbiamo L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Considerando che un cerchio con un raggio diR = L ar / 2 = 12 mm e assumendo la lunghezza originale della CPULf anche uguale R, otteniamo l'iterazione zero (Fig. 2).

Riso. 2. Zero iterazione dell'antenna

Spessore del substrato dielettricoTse con i valori dei parametriεs = 3,38, tg δ = 0,0025 viene utilizzato come base, sul cui lato anteriore sono posizionati Internet Explorer, CPU e ROM . Allo stesso tempo, le distanze PZ-CPU" Z v e "PZ-IE" Z h preso pari a 0,76 mm. I valori di altri parametri utilizzati nel processo di simulazione sono presentati nella Tabella 1.

Tabella 1. Parametri dell'antenna ( δ = 2)

Nome	Descrizione	Formula	Senso
LA	Lunghezza dell'antenna	2 ∙ R + Lf	36 mm
Wa	Larghezza dell'antenna	2 ∙ R	24 mm
Lf	Lunghezza CPU	r+ 0,1	12,1 mm
Wf	Larghezza CPU		1,66 mm
LG	Lunghezza Pz	r-TS	11,24 mm
Ls	Lunghezza del substrato	LA + Gs	37 mm
Ws	Larghezza supporto	Wa+ 2 ∙ Gs	26mm
Sol 1	Fuga verticale del substrato		1mm
Gs 2	Spazio di supporto orizzontale		1mm
Tim	spessore del metallo		0,035 mm
Ts	Spessore del substrato		0,76 mm
R	Raggio del cerchio 0a iterazione		12 mm
R 1	Raggio del cerchio della prima iterazione	R /2	6mm
R 2	Raggio del cerchio 2a iterazione	R 1 /2	3mm
R 3	Raggio del cerchio 3 iterazioni	R 2 /2	1,5 mm
εs	La costante dielettrica		3,38

L'antenna è alimentata da una guida d'onda complanare costituita da un conduttore centrale e il piano di terra, SMA -connettore e una porta per guida d'onda complanare (CWP) situata perpendicolarmente ad esso (Fig. 3).

Dove eff è la permittività effettiva:

K – integrale ellittico completo di prima specie;

	(5)

La frattalità nella costruzione di un'antenna consiste in un modo speciale di impacchettare gli elementi: le successive iterazioni dell'antenna sono formate posizionando cerchi di un raggio più piccolo negli elementi dell'iterazione precedente. In questo caso, il fattore di scala δ determina quante volte le dimensioni delle iterazioni adiacenti differiranno. Questo processo per il caso δ = 2 è mostrato in fig. 4.

Riso. 4. La prima, seconda e terza iterazione dell'antenna ( δ = 2)

Quindi, la prima iterazione si ottiene sottraendo due cerchi di raggioR 1 dall'elemento originario. La seconda iterazione è formata posizionando cerchi metallici ridotti della metà con un raggioR 2 in ogni cerchio della prima iterazione. La terza iterazione è simile alla prima, ma il raggio lo èR 3 . Il documento considera la disposizione verticale e orizzontale dei cerchi.

3.1 Disposizione orizzontale degli elementi

La dinamica della variazione del coefficiente di riflessione in funzione del livello di iterazione è mostrata in Fig. . 5 per δ = 2 e nella fig. 6 per δ = 3. Ogni nuovo ordine corrisponde a una frequenza di risonanza aggiuntiva. Pertanto, l'iterazione zero nell'intervallo considerato 0 ÷ 15 GHz corrisponde a 4 risonanze, la prima iterazione - 5, ecc. In questo caso, a partire dalla seconda iterazione, i cambiamenti nel comportamento delle caratteristiche diventano meno evidenti.

Riso. 5. Dipendenza del coefficiente di riflessione dall'ordine di iterazione ( δ = 2)

L'essenza della modellazione sta nel fatto che in ogni fase, dalle caratteristiche considerate, viene selezionata quella definita come la più promettente. Di conseguenza, è stata introdotta la seguente norma:

Se l'eccesso (differenza) nell'intervallo in cui gli scaffali sono superiori a -10 dB è piccolo, allora dovresti scegliere la caratteristica che ha uno scaffale più basso nell'intervallo operativo (inferiore a -10 dB), perché a seguito dell'ottimizzazione, il primo verrà eliminato e il secondo verrà abbassato ancora di più.

Riso. 6. Dipendenza del coefficiente di riflessione dall'ordine di iterazione ( δ = 3)

Sulla base dei dati ricevuti e in conformità con questa regola per δ = 2 viene selezionata la curva corrispondente alla prima iterazione δ = 3 – la seconda iterazione.

Successivamente, si propone di indagare la dipendenza del coefficiente di riflessione dal valore del fattore di scala. Considera il cambiamento δ nell'intervallo 2 ÷ 6 con passo 1 all'interno della prima e della seconda iterazione (Fig. 7, 8).

Un comportamento interessante dei grafici è che, partendo da δ = 3, le caratteristiche diventano più piatte e levigate, il numero di risonanze rimane costante e la crescita δ accompagnato da un aumento di S 11 negli intervalli pari e diminuiscono in quelli dispari.

Riso. 7. Dipendenza del coefficiente di riflessione dal fattore di scala per la prima iterazione ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

In questo caso, per entrambe le iterazioni, il valore δ = 6.

Riso. 8. Dipendenza del coefficiente di riflessione dal fattore di scala per la seconda iterazione ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, poiché è caratterizzato dai ripiani più bassi e dalle risonanze profonde (Fig. 9).

Riso. 9. Confronto S 11

3.2 Disposizione verticale degli elementi

La dinamica della variazione del coefficiente di riflessione in funzione del livello di iterazione per il caso di una disposizione verticale di cerchi è mostrata in Fig. 10 per δ = 2 e nella fig. 11 per δ = 3.

Riso. 10. Dipendenza del coefficiente di riflessione dall'ordine di iterazione ( δ = 2)

Sulla base dei dati ricevuti e in conformità con la regola per δ = 2 e δ = 3 viene scelta la curva corrispondente alla terza iterazione.

Riso. 11. Dipendenza del coefficiente di riflessione dall'ordine di iterazione ( δ = 3)

La considerazione della dipendenza del coefficiente di riflessione dal valore del fattore di scala all'interno della prima e della seconda iterazione (Fig. 12, 13) rivela il valore ottimale δ = 6, come nel caso di una disposizione orizzontale.

Riso. 12. Dipendenza del coefficiente di riflessione dal fattore di scala per la prima iterazione ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

In questo caso, per entrambe le iterazioni, il valore δ = 6, che rappresenta ancheN-multiplo frattale, e quindi, forse, dovrebbe combinare le caratteristiche δ = 2 e δ = 3.

Riso. 13. Dipendenza del coefficiente di riflessione dal fattore di scala per la seconda iterazione ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Pertanto, tra le quattro opzioni confrontate, è stata scelta la curva corrispondente alla seconda iterazione, δ = 6, come nel caso precedente (Fig. 14).

Riso. 14. Confronto S 11 per le quattro geometrie di antenne considerate

3.3 Confronto

Considerando le migliori opzioni per le geometrie verticali e orizzontali ottenute nelle due sottosezioni precedenti, la scelta viene fatta sulla prima (Fig. 15), anche se in questo caso la differenza tra queste opzioni non è così grande. Range di frequenza operativa: 3,825÷4,242 GHz e 6,969÷13,2 GHz. Inoltre, il design verrà aggiornato per sviluppare un'antenna che operi nell'intera gamma UWB.

Riso. 15. Confronto S 11 per selezionare l'ultima opzione

4 Ottimizzazione

Questa sezione discute l'ottimizzazione dell'antenna basata sulla seconda iterazione del frattale con il valore del coefficiente δ = 6. I parametri delle variabili sono presentati in e gli intervalli delle loro modifiche sono nella Tabella 2.

Riso. 20. Aspetto dell'antenna: a) lato anteriore; b) retro

Sulla fig. 20 mostra caratteristiche che riflettono le dinamiche del cambiamento S 11 passo dopo passo e dimostrando la validità di ogni azione successiva. La tabella 4 mostra le frequenze di risonanza e di taglio utilizzate di seguito per calcolare le correnti superficiali e il diagramma di radiazione.

Tavolo 3. Parametri dell'antenna calcolati

Nome	Valore iniziale, mm	Valore finale, mm
∆ Lf
Z h	Tavolo 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

La distribuzione delle correnti superficiali dell'antenna alle frequenze di risonanza e limite della gamma UWB è mostrata in Fig. . 21, e i diagrammi di radiazione - in fig. 22.

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

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

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

Riso. 21. Distribuzione delle correnti superficiali

UN) F(φ ), θ = 0°b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0° d) F(θ ), φ = 90°

Riso. 22. Diagrammi di radiazione nel sistema di coordinate polari

5 Conclusione

Questo documento presenta un nuovo metodo per la progettazione di antenne UWB basato sull'uso della tecnologia frattale. Questo processo prevede due fasi. Inizialmente, la geometria dell'antenna viene determinata selezionando il fattore di scala appropriato e il livello di iterazione frattale. Successivamente, l'ottimizzazione parametrica viene applicata alla forma risultante sulla base dello studio dell'influenza delle dimensioni dei componenti chiave dell'antenna sulle caratteristiche della radiazione.

È stato stabilito che con un aumento dell'ordine di iterazione, il numero di frequenze risonanti aumenta e l'aumento del fattore di scala all'interno di un'iterazione è caratterizzato da un comportamento più piatto S 11 e costanza di risonanze (a partire da δ = 3).

L'antenna sviluppata fornisce una ricezione di alta qualità dei segnali nella banda di frequenza 3,09 ÷ 15 GHz in termini di S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Ringraziamenti

Lo studio è stato sostenuto da un finanziamento dell'Unione Europea" Azione Erasmus Mundus 2”, anche A.G.I. ringrazia il Prof. Paolo Rocca per una discussione utile.

Letteratura

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Antenna UWB unipolare planare con caratteristiche dentellate della banda WLAN UNII1/UNII2. Progressi nella ricerca sull'elettromagnetismo B, vol. 25, 2010. - 277-292 pp.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Antenne patch shorted a banda ultralarga alimentate da patch ripiegate con risonanze multiple. Progressi nella ricerca sull'elettromagnetismo B, vol. 44, 2012. - 309-326 pp.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdée. Antenna unipolare planare che utilizza una struttura risonante a forma di scala sul back-plane per prestazioni a banda ultralarga. Microonde IET, antenne e propagazione, vol. 4, Iss. 9, 2010. - 1327-1335 pp.

4. Revisione della Parte 15 delle Norme della Commissione relative ai sistemi di trasmissione a banda ultralarga, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. - 118 p.