Теледидарға арналған фракталдық антенналар. Дөңгелек монопольге негізделген фракталдық ультра кең жолақты антенна. Содан кейін жобаланған фракталдық антеннаға жазық электромагниттік толқын жіберілді және бағдарлама өрістің таралуына дейін және одан кейін есептелді.

Математикада фракталдар тұтас жиынға ұқсас элементтерден тұратын жиындар деп аталады. Ең жақсы үлгі: Эллипс сызығына мұқият қарасаңыз, ол түзу болады. Фрактал – қаншалықты жақын ұлғайтқаныңызға қарамастан – сурет күрделі және жалпы көрініске ұқсас болып қалады. Элементтер біртүрлі түрде орналастырылған. Демек, біз концентрлік шеңберлерді фракталдың қарапайым мысалы деп санаймыз. Сіз қаншалықты жақындасаңыз да, жаңа шеңберлер пайда болады. Фракталдардың көптеген мысалдары бар. Мысалы, Википедия Романеско қырыққабатының суретін береді, онда қырыққабаттың басы қырыққабаттың тартылған басына дәл ұқсайтын конустардан тұрады. Оқырмандар енді фракталдық антенналарды жасау оңай емес екенін түсінеді. Бірақ қызық.

Неліктен фракталдық антенналар қажет?

Фракталды антеннаның мақсаты - азырақ көп түсіру. Батыстық бейнелерде параболоидты табуға болады, онда эмитент фракталдық таспаның бір бөлігі болады. Олар фольгадан қарапайым құрылғыларға қарағанда тиімдірек микротолқынды пеш құрылғыларының элементтерін жасап жатыр. Біз сізге фракталдық антеннаны қалай аяқтау керектігін көрсетеміз және тек SWR өлшегішімен сәйкестендірумен айналысамыз. Айта кетейік, тұтас бір веб-сайт бар, әрине, шетелдік, онда тиісті өнім коммерциялық мақсатта жылжытылады, сызбалар жоқ. Біздің үйдегі фракталдық антенна қарапайымырақ, басты артықшылығы - дизайнды өз қолыңызбен жасай аласыз.

Бірінші фракталдық антенналар - биконикалық - fractenna.com веб-сайтындағы бейнеге сәйкес, 1897 жылы Оливер Лодж пайда болды. Википедияға қарамаңыз. Кәдімгі дипольмен салыстырғанда вибратордың орнына жұп үшбұрыштар жолақтың 20% кеңеюін береді. Мерзімді қайталанатын құрылымдарды жасау арқылы кішігірім антенналарды олардың үлкен аналогтарынан кем емес жинауға болады. Сіз жиі екі жақтау немесе біртүрлі пішінді тақталар түрінде биконикалық антеннаны таба аласыз.

Сайып келгенде, бұл көбірек телеарналарды қабылдауға мүмкіндік береді.

Егер сіз YouTube сайтында сұрау терсеңіз, фракталдық антенналарды жасау туралы бейне пайда болады. Бұрыш иығымен бірге кесілген Израиль туының алты бұрышты жұлдызын елестетсеңіз, оның қалай жұмыс істейтінін жақсырақ түсінесіз. Үш бұрыш қалды, екеуінің бір жағы орнында, екіншісінде жоқ. Алтыншы бұрыш мүлде жоқ. Енді біз екі ұқсас жұлдызды тігінен орналастырамыз, орталық бұрыштары бір-біріне, солға және оңға саңылаулары, ал олардың үстіне - ұқсас жұп. Нәтижесінде антенна массиві болды - ең қарапайым фракталдық антенна.

Жұлдыздар бұрыштарда фидер арқылы біріктірілген. Бағандар бойынша жұпта. Сигнал әр сымның дәл ортасында сызықтан алынады. Құрылым тиісті өлшемдегі диэлектрлік (пластикалық) негізге болттармен жиналады. Жұлдыздың жағы дәл бір дюйм, жұлдыздардың бұрыштары арасындағы қашықтық тігінен (фидердің ұзындығы) төрт дюйм, ал көлденең қашықтық (қоректендіргіштің екі сымының арасындағы қашықтық) бір дюйм. Жұлдыздардың төбесінде 60 градус бұрыштары бар, енді оқырман фракталдық антеннаны өзі жасай алатындай етіп шаблон түрінде сурет салады. Біз жұмыс нобайын жасадық, бірақ масштаб орындалмады. Біз жұлдыздардың дәл шыққанына кепілдік бере алмаймыз, Microsoft Paintдәл сызбаларды шығару мүмкіндігі жоқ. Фракталды антеннаның құрылымы анық болу үшін суретке қараңыз:

1. Қоңыр тіктөртбұрыш диэлектрлік субстратты көрсетеді. Суретте көрсетілген фракталдық антенна симметриялы сәулелену үлгісіне ие. Егер эмитент кедергілерден қорғалған болса, экран бір дюйм қашықтықта субстраттың артындағы төрт тірекке орналастырылады. Жиіліктерде қатты металл парағын орналастырудың қажеті жоқ, төрттен дюймдік жағы бар тор жеткілікті болады, экранды кабельдік өруге қосуды ұмытпаңыз.
2. Тәндік кедергісі 75 Ом болатын фидер үйлестіруді қажет етеді. 300 Ом-ты 75 Ом-қа түрлендіретін трансформаторды табыңыз немесе жасаңыз. SWR есептегішіне жинақтап, қажетті параметрлерді түрту арқылы емес, құрылғыны пайдалану арқылы таңдаған дұрыс.
3. Төрт жұлдыз, мыс сымнан иілу. Біз фидермен (бар болса) түйіскен жердегі лак оқшаулауын тазалаймыз. Антеннаның ішкі беруі екі параллель сымнан тұрады. Антеннаны қолайсыз ауа-райынан қорғау үшін оны қорапқа салған дұрыс.

Сандық теледидар үшін фракталдық антеннаны құрастыру

Осы шолуды соңына дейін оқығаннан кейін кез келген адам фракталдық антенналарды жасай алады. Біз дизайнға терең еніп кеткеніміз сонша, поляризация туралы айтуды ұмытып кеттік. Біз оны сызықтық және көлденең деп есептейміз. Бұл ойлардан туындайды:

• Бейне американдық екені анық, әңгіме HDTV туралы. Сондықтан біз көрсетілген елдің сәнін қабылдай аламыз.
• Өздеріңіз білетіндей, планетада дөңгелек поляризацияны қолданатын спутниктерден хабар тарататын аз елдер, олардың арасында Ресей Федерациясы мен АҚШ бар. Сондықтан, басқа да ақпаратты тасымалдау технологиялары ұқсас деп есептейміз. Неліктен? Қырғи қабақ соғыс болды, біз екі ел нені және қалай беруді стратегиялық тұрғыдан таңдады деп есептейміз, басқа елдер таза практикалық ойлардан шықты. Дөңгелек поляризация тыңшылық спутниктер үшін арнайы енгізілген (бақылаушыға қатысты үнемі қозғалатын). Демек, телерадио хабарларын таратуда ұқсастықтар бар деуге негіз бар.
• Антенна құрылымы оның сызықты екенін айтады. Дөңгелек немесе эллипстік поляризацияны алудың еш жері жоқ. Сондықтан - егер біздің оқырмандарымыздың арасында MMANA-ны иеленетін кәсіпқойлар болмаса - антенна қабылданған күйде ұсталмаса, эмитент жазықтығында 90 градусқа бұраңыз. Поляризация тікке өзгереді. Айтпақшы, өлшемдер 4 есе үлкенірек орнатылса, көпшілігі FM-ді ұстай алады.Қалыңырақ сымды (мысалы, 10 мм) алған дұрыс.

Біз оқырмандарға фракталдық антеннаны қалай пайдалану керектігін түсіндірдік деп үміттенеміз. Оңай құрастыру үшін бірнеше кеңестер. Сонымен, лакпен қорғалған сымды табуға тырысыңыз. Суретте көрсетілгендей пішіндерді бүктеңіз. Содан кейін дизайнерлер алшақтайды, біз мұны істеуді ұсынамыз:

1. Жұлдызшалар мен фидер сымдарын түйісу нүктелерінде алып тастаңыз. Ортаңғы бөліктердегі тірекке болттармен құлақшалармен қоректендіргіш сымдарды бекітіңіз. Әрекетті дұрыс орындау үшін алдын ала дюймді өлшеп, қарындашпен екі параллель сызық сызыңыз. Олардың бойымен сымдар болуы керек.
2. Қашықтықтарды мұқият тексеріп, бір құрылымды дәнекерлеу. Бейне авторлары эмитентті жұлдыздар бұрыштарымен фидерлерге тегіс жатуы және қарама-қарсы ұштары субстраттың шетіне (әрқайсысы екі жерде) демалатындай етіп жасауды ұсынады. Болжалды жұлдыз үшін орындар көк түспен белгіленген.
3. Шартты орындау үшін әрбір жұлдызды бір жерде диэлектрлік қысқышы бар болтпен қатайтыңыз (мысалы, кембрикадан жасалған PVA сымдары және т.б.). Суретте орнату орындары бір жұлдыз үшін қызыл түспен көрсетілген. Болт схемалық түрде шеңбермен сызылған.

Қуат кабелі (қосымша) бастап жұмыс істейді кері жағы. Тесіктерді орнында бұрғылаңыз. SWR фидер сымдарының арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы реттеледі, бірақ бұл дизайнда бұл садистік әдіс. Біз жай ғана антеннаның кедергісін өлшеуді ұсынамыз. Мұның қалай жасалатынын еске сала кетейік. Сізге қарап отырған бағдарламаның жиілігінде генератор қажет, мысалы, 500 МГц және қосымша сигналдан бас тартпайтын жоғары жиілікті вольтметр.

Содан кейін генератор шығаратын кернеу өлшенеді, ол үшін ол вольтметрге қосылады (параллель). Біз өте төмен өзіндік индуктивтілігі бар айнымалы кедергіден резистивті бөлгішті және антеннаны жинаймыз (біз оны генератордан кейін серияға қосамыз, алдымен қарсылық, содан кейін антенна). Кернеуді вольтметрмен өлшейміз айнымалы резистор, жүктемесіз генератордың көрсеткіштері (жоғарыдағы тармақты қараңыз) ағымдағы көрсеткіштерден екі есе жоғары болғанша бір уақытта номиналды реттей отырып. Бұл айнымалы резистордың мәні 500 МГц жиіліктегі антеннаның толқындық кедергісіне тең болғанын білдіреді.

Трансформаторды қажетінше өндіруге мүмкіндік бар. Интернетте қажет нәрсені табу қиын, радиохабарларды тыңдауды ұнататындар үшін біз http://www.cqham.ru/tr.htm дайын жауапты таптық. 50 Ом кабельмен жүктемені қалай сәйкестендіру керектігі веб-сайтта жазылған және сызылған. Жиіліктердің HF диапазонына сәйкес келетінін ескеріңіз, SW ішінара осында сәйкес келеді. Антеннаның сипаттамалық кедергісі 50 – 200 Ом диапазонында сақталады. Жұлдыз қанша беретінін айту қиын. Егер сіздің фермаңызда желінің толқындық кедергісін өлшеуге арналған құрылғы болса, сізге еске сала кетейік: егер фидердің ұзындығы толқын ұзындығының төрттен біріне еселік болса, антеннаның кедергісі шығысқа өзгеріссіз беріледі. Кіші және үлкен диапазондар үшін мұндай шарттарды қамтамасыз ету мүмкін емес (әсіресе фракталдық антенналар кеңейтілген диапазонды қамтитынын есте сақтаңыз), бірақ өлшеу мақсатында аталған факт барлық жерде қолданылады.

Енді оқырмандар осы таңғажайып қабылдағыш құрылғылар туралы бәрін біледі. Мұндай ерекше пішін Әлемнің әртүрлілігі әдеттегі шекараларға сәйкес келмейтінін көрсетеді.

Әлем жақсы адамдарсыз емес :-)
Валерий UR3CAH: "Қайырлы күн, Егор. Менің ойымша, бұл мақала (дәлірек айтқанда, "Фракталды антенналар: азырақ" бөлімі) сіздің сайтыңыздың тақырыбына сәйкес келеді және сізді қызықтырады :) 73!"
Иә, әрине қызық. Біз бұл тақырыпты гексабимдердің геометриясын талқылағанда белгілі бір дәрежеде қозғадық. Мұнда да электрлік ұзындықты геометриялық өлшемдерге «орау» дилемма болды :-). Сондықтан, Валерий, материал жібергеніңіз үшін көп рахмет.
Фракталды антенналар: азырақ - көп
Соңғы жарты ғасырда өмір тез өзгере бастады. Көпшілігіміз жетістіктерді қабылдаймыз заманауи технологияларберілген. Сіз өмірді ыңғайлы ететін барлық нәрсеге тез үйренесіз. «Бұл қайдан пайда болды?» Деген сұрақты сирек қояды. және «Бұл қалай жұмыс істейді?» Микротолқынды пеш таңғы асты қыздырады - тамаша, смартфон сізге басқа адаммен сөйлесуге мүмкіндік береді - тамаша. Бұл бізге айқын мүмкіндік сияқты.
Бірақ егер адам болып жатқан оқиғаларға түсініктеме іздемегенде өмір мүлдем басқаша болуы мүмкін еді. Мысалы, ұялы телефондарды алайық. Алғашқы үлгілердегі тартылатын антенналар есіңізде ме? Олар араласып, құрылғының көлемін ұлғайтып, соңында жиі бұзылды. Біздің ойымызша, олар мәңгілікке ұмытылды, оның себебінің бір бөлігі... фракталдар.
Фракталдық үлгілер өз өрнектерімен таң қалдырады. Олар міндетті түрде ғарыштық объектілердің бейнелеріне ұқсайды - тұмандықтардың, галактика кластерлерінің және т.б. Сондықтан Мандельброт фракталдар теориясын айтқан кезде оның зерттеулері астрономияны зерттегендердің қызығушылығын арттырғаны табиғи нәрсе. Натан Коэн есімді осы әуесқойлардың бірі Бенуа Мандельброттың Будапешттегі лекциясына қатысқаннан кейін идеяны алды. практикалық қолдануалған білім. Рас, ол мұны интуитивті түрде жасады және оның ашылуында кездейсоқтық маңызды рөл атқарды. Радиоәуесқой ретінде Натан ең жоғары сезімталдығы бар антенна жасауға тырысты.
Жалғыз жолсол кезде белгілі болған антеннаның параметрлерін жақсарту, оның геометриялық өлшемдерін арттырудан тұратын. Алайда, Натан жалға алған Бостон қаласының орталығындағы мүліктің иесі шатырға үлкен құрылғылар орнатуға үзілді-кесілді қарсы болды. Содан кейін Натан әртүрлі антенна пішіндерімен тәжірибе жасай бастады, ең төменгі өлшеммен максималды нәтиже алуға тырысты. Фракталды пішіндер идеясымен шабыттанған Коэн, олар айтқандай, сымнан ең танымал фракталдардың бірін - «Кох қар ұшқынын» кездейсоқ жасады. Бұл қисықты швед математигі Хельге фон Кох 1904 жылы ойлап тапқан. Ол кесіндіні үш бөлікке бөлу және ортаңғы кесіндіні осы кесіндімен сәйкес келетін қабырғасы жоқ теңбүйірлі үшбұрышқа ауыстыру арқылы алынады. Анықтаманы түсіну біршама қиын, бірақ суретте бәрі түсінікті және қарапайым.
Кох қисығының басқа нұсқалары да бар, бірақ қисық сызықтың жуық пішіні ұқсас болып қалады.

Натан антеннаны радиоқабылдағышқа қосқанда, ол қатты таң қалды - сезімталдық күрт өсті. Бірқатар тәжірибелерден кейін Бостон университетінің болашақ профессоры фракталдық үлгі бойынша жасалған антеннаның тиімділігі жоғары екенін және классикалық шешімдермен салыстырғанда әлдеқайда кең жиілік диапазонын қамтитынын түсінді. Сонымен қатар, фракталдық қисық түріндегі антеннаның пішіні геометриялық өлшемдерді айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. Натан Коэн тіпті құруға болатынын дәлелдейтін теореманы ойлап тапты кең жолақты антеннаоған өзіне ұқсас фракталдық қисық пішінін беру жеткілікті.

Автор өзінің ашқан жаңалығын патенттеп, болашақта өзінің ашқан жаңалығының арқасында ұялы телефондар үлкен көлемді антенналардан арылып, ықшамды бола алатынына дұрыс сеніп, фракталдық антенналарды әзірлеу және жобалаумен айналысатын Fractal Antenna Systems компаниясын құрды. Негізінде солай болды. Рас, Натан осы күнге дейін соттасып жатыр ірі корпорациялар, өзінің ашқан жаңалығын ықшам байланыс құрылғыларын шығару үшін заңсыз пайдаланған. Кейбір танымал өндірушілер мобильді құрылғылар, мысалы, Motorola фракталдық антеннаның өнертапқышымен бейбіт келісімге келді. Түпнұсқа дереккөз

Соңғы бірнеше жылда мен үнемі UWB (ультра кең жолақты) микротолқынды модульдерді және функционалдық бірліктер. Мұны айту мен үшін қаншалықты мұң болса да, тақырыпқа қатысты барлық дерлік ақпаратты шетелдік ақпарат көздерінен аламын. Дегенмен, біраз уақыт бұрын маған қажетті ақпаратты іздеп, менің барлық мәселелерімді шешуге уәде беретін біреуіне тап болдым. Мен проблемалардың қалай шешілмегені туралы айтқым келеді.

UWB микротолқынды құрылғыларын дамытудағы тұрақты «бас ауруларының» бірі - белгілі бір қасиеттер жиынтығы болуы керек UWB антенналарының дамуы. Бұл қасиеттердің ішінде мыналар бар:

1. Жұмыс жиілігі диапазонындағы келісім (мысалы, 1-ден 4 ГГц-ке дейін). Дегенмен, бұл 0,5 ГГц-тен 5 ГГц-ке дейінгі жиілік диапазонында келісу қажет болғанда орын алады. Бұл жерде жиілікте 1 ГГц төмен түсу мәселесі туындайды. Мен жалпы алғанда 1 ГГц жиілігі қандай да бір тылсым күшке ие сияқты әсер алдым - сіз оған жақындай аласыз, бірақ оны жеңу өте қиын, өйткені бұл жағдайда антеннаға қойылатын басқа талап бұзылады, атап айтқанда

2. Ықшамдылық. Жасыратыны жоқ, қазір аз ғана адамдар үлкен көлемдегі толқындық антеннаны қажет етеді. Барлығы кішкентай, жеңіл және жинақы антеннаны қалайды, сондықтан оны корпусқа итеруге болады. портативті құрылғы. Бірақ антеннаны нығыздау кезінде антеннаға қойылатын талаптардың 1-тармағын орындау өте қиын болады, өйткені Жұмыс диапазонының ең аз жиілігі антеннаның максималды өлшемімен тығыз байланысты. Біреу сіз салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі жоғары диэлектрикте антенна жасай аласыз деп айтады ... Және олар дұрыс болады, бірақ бұл біздің тізімдегі келесі тармаққа қайшы келеді, ол былай дейді.

3. Антенна мүмкіндігінше арзан және ең қолжетімді және қымбат емес материалдардан жасалған болуы керек (мысалы, FR-4). Өйткені антенна үш есе керемет болса да, ешкім көп, көп ақша төлегісі келмейді. Өндіріс сатысындағы антеннаның құнын бәрі қалайды баспа схемасынөлге ұмтылды. Өйткені бұл біздің әлем...

4. Мысалы, жақын қашықтықта орналасумен, сондай-ақ UWB технологиясын пайдалана отырып, әртүрлі сенсорларды жасаумен байланысты әртүрлі мәселелерді шешу кезінде туындайтын тағы бір талап бар (мұнда мынаны түсіндіру керек: туралы айтып отырмызәрбір дБм есептелетін төмен қуатты қолданбалар туралы). Және бұл талап жобаланған антеннаның радиациялық үлгісі (ҚҚ) тек бір жарты шарда құрылуы керек екенін айтады. Ол не үшін? Антенна құнды қуатты «қайтаруға» жұмсамай, тек бір бағытта «жарқырап» тұруы үшін. Бұл сондай-ақ мұндай антенна қолданылатын жүйенің бірқатар көрсеткіштерін жақсартуға мүмкіндік береді.

Мұның бәрін не үшін жазып отырмын..? Ізденімпаз оқырман мұндай антеннаны жасаушы көптеген шектеулер мен тыйымдарға тап болғанын түсіну үшін ол батырлықпен немесе тапқырлықпен еңсеруі керек.

Кенеттен, аян сияқты, жоғарыда аталған барлық проблемаларды (сонымен қатар айтылмағандарды) шешуге уәде беретін мақала пайда болады. Бұл мақаланы оқу аздап эйфория сезімін тудырады. Алғаш рет не жазылғанын толық түсінбесеңіз де, «фракталдық» сиқырлы сөзі өте перспективалы болып көрінеді, өйткені Евклид геометриясы өз дәлелдерін таусылған.

Біз іске батыл кірісеміз және мақала авторы ұсынған құрылымды тренажерға береміз. Тренажер компьютердің салқындатқышындай іштей ырылдап, гигабайт сандарды шайнап, қорытылған нәтижені түкіреді... Модельдеу нәтижелеріне қарап, сіз өзіңізді кішкентай алданған баладай сезінесіз. Менің көзімнен жас ағып жатыр, өйткені... тағы да балалық шақтағы әуелі армандарың шойынмен...шындықпен соқтығысты. 0,1 ГГц - 24 ГГц жиілік диапазонында үйлестіру жоқ. Тіпті 0,5 ГГц - 5 ГГц диапазонында да ұқсас ештеңе жоқ.

Сіз бірдеңені түсінбедіңіз, дұрыс емес нәрсе жасадыңыз деген қорқынышты үміт бар ... Коммутация нүктесін іздеу басталады, топологияның әртүрлі нұсқалары, бірақ бәрі бекер - бұл өлді!

Бұл жағдайдағы ең өкініштісі, сіз соңғы сәтке дейін сәтсіздіктің себебін өзіңізден іздейсіз. Барлығы дұрыс екенін түсіндірген әріптестеріме рахмет - бұл жұмыс істемеуі керек.

P.S. Жұмадағы жазбам жүзіңізге күлкі сыйлады деп үміттенемін.
Бұл презентацияның моральдық мәні мынада: қырағы болыңыз!
(Ал мен бұл туралы ҚАРСЫ мақала жазғым келді, өйткені мені алдап кетті).

Мен жазғым келетін бірінші нәрсе - фракталдық антенналардың тарихы, теориясы және қолданылуына кішкене кіріспе. Фракталды антенналар жақында ашылды. Оларды алғаш рет 1988 жылы Нейтан Коэн ойлап тапты, содан кейін ол сымнан теледидар антеннасын қалай жасауға болатыны туралы зерттеулерін жариялады және оны 1995 жылы патенттеді.

Фракталды антеннаның Википедияда жазылғандай бірнеше ерекше сипаттамалары бар:

«Фракталды антенна - берілген жалпы беттің немесе көлемнің ішінде электромагниттік сигналдарды қабылдай алатын немесе тарата алатын материалдың ұзындығын (ішкі аймақтарында немесе сыртқы құрылымында) ұлғайту үшін фрактальды, өздігінен қайталанатын дизайнды пайдаланатын антенна. .”

Бұл нақты нені білдіреді? Фракталдың не екенін білу керек. Сондай-ақ Уикипедиядан:

«Фрактал әдетте бөліктерге бөлінуі мүмкін өрескел немесе фрагменттік геометриялық пішін болып табылады, оның әрбір бөлігі бүтіннің кішірек көшірмесі болып табылады - бұл өзіндік ұқсастық деп аталатын қасиет».

Сонымен, фрактал жеке бөліктердің өлшеміне қарамастан қайта-қайта қайталанатын геометриялық фигура.

Фракталды антенналар кәдімгі антенналарға қарағанда шамамен 20% тиімдірек екені анықталды. Бұл әсіресе теледидар антеннасының сандық немесе жоғары ажыратымдылықтағы бейнені қабылдауын, ұялы байланыс ауқымын, Wi-Fi ауқымын, FM немесе AM радио қабылдауын, т.б. ұлғайтуды қаласаңыз пайдалы болуы мүмкін.

Көпшілігінде ұялы телефондарҚазірдің өзінде фракталдық антенналар бар. Сіз мұны байқаған шығарсыз, өйткені мобильді телефоненді сыртында антенналар жоқ. Себебі олардың ішінде фракталдық антенналар бар, олар схемалық тақшаға салынған, бұл оларға жақсы сигнал алуға және Bluetooth сияқты көбірек жиіліктерді қабылдауға мүмкіндік береді. ұялыжәне бір антеннадан Wi-Fi.

Уикипедия:

«Фракталды антеннаның жауабы дәстүрлі антенна конструкцияларынан айтарлықтай ерекшеленеді, өйткені ол бір уақытта әртүрлі жиіліктерде жақсы өнімділікпен жұмыс істей алады. Стандартты антенналардың жиілігі тек сол жиілікті қабылдау мүмкіндігін алу үшін кесілуі керек. Сондықтан фракталдық антенна кәдімгі антеннадан айырмашылығы кең жолақты және көп жолақты қолданбалар үшін тамаша дизайн болып табылады.

Бұл фракталдық антеннаны өзіңіз қалаған орталық жиілікте резонанс жасау үшін жобалау. Бұл сіз қол жеткізгіңіз келетін нәрсеге байланысты антенна әртүрлі болады дегенді білдіреді. Ол үшін математиканы (немесе онлайн калькуляторды) пайдалану керек.

Менің мысалда мен жасаймын қарапайым антенна, бірақ сіз оны күрделірек ете аласыз. Неғұрлым күрделі болса, соғұрлым жақсы. Мен антеннаны жасау үшін 18 жіпті қатты өзек сымының катушкасын қолданамын, бірақ сіз өзіңіздің жеке схемаларыңызды эстетикаңызға сай етіп теңшей аласыз, оны үлкенірек ажыратымдылық пен резонанспен кішірек немесе күрделірек ете аласыз.

Мен сандық теледидарды немесе теледидарды қабылдау үшін теледидар антеннасын жасаймын жоғары ажыратымдылық. Бұл жиіліктермен жұмыс істеу оңайырақ және жарты толқын ұзындығы үшін ұзындығы шамамен 15 см-ден 150 см-ге дейін ауытқиды. Бөлшектердің қарапайымдылығы мен төмен құны үшін мен оны жалпы дипольді антеннаға орналастырамын, ол 136-174 МГц диапазонында (VHF) толқындарды ұстайды.

UHF толқындарын (400-512 МГц) қабылдау үшін режиссер немесе рефлекторды қосуға болады, бірақ бұл қабылдауды антеннаның бағытына көбірек тәуелді етеді. VHF де бағытталған, бірақ UHF қондырғысында тікелей теледидар станциясына нұсқаудың орнына, VHF құлақтарын теледидар станциясына перпендикуляр орнату керек. Бұл біраз күш салуды қажет етеді. Мен дизайнды мүмкіндігінше қарапайым еткім келеді, өйткені бұл қазірдің өзінде өте күрделі нәрсе.

Негізгі компоненттер:

• Пластикалық корпус сияқты орнату беті (20 см x 15 см x 8 см)
• 6 бұранда. Мен болат табақ бұрандаларды қолдандым
• 300 Ом-дан 75 Ом-ге дейінгі кедергісі бар трансформатор.
• 18 AWG (0,8 мм) орнату сымы
• Терминаторлары бар RG-6 коаксиалды кабель (және орнату ашық ауада болса, резеңке қабықпен)
• Рефлекторды пайдаланған кезде алюминий. Жоғарыдағы қосымшада біреуі бар еді.
• Жақсы маркер
• Екі жұп кішкентай тістеуік
• Сызғыш 20 см-ден қысқа емес.
• Бұрышты өлшеуге арналған конвейер
• Екі бұрғылау бит, диаметрі бұрандалардан сәл кішірек
• Шағын сым кескіш
• Бұрауыш немесе бұрағыш

Ескертпе: Алюминий сым антеннасының төменгі жағы суреттің оң жағында трансформатор шығып тұрған жерде орналасқан.

1-қадам: Рефлекторды қосу

Корпусты рефлектормен пластикалық қақпақтың астына жинаңыз

2-қадам: тесіктерді бұрғылау және орнату нүктелерін орнату

Осы позицияларда шағылыстырғыштың қарама-қарсы жағында шағын шығыс тесіктерін бұрғылаңыз және өткізгіш бұранданы орналастырыңыз.

3-қадам: Өлшеу, кесу және сымдарды кесу

Төрт 20 см сымды кесіп, оларды денеге қойыңыз.

4-қадам: Сымдарды өлшеу және таңбалау

Маркерді пайдаланып, сымның әрбір 2,5 см-ін белгілеңіз (бұл нүктелерде иілулер болады)

5-қадам: Фракталдарды құру

Бұл қадам сымның әрбір бөлігі үшін қайталануы керек. Әрбір иілу дәл 60 градус болуы керек, өйткені біз фрактал үшін тең қабырғалы үшбұрыштар жасаймыз. Мен екі жұп тістеуік пен транспортирді қолдандым. Әрбір иілу белгі бойынша жасалады. Бүктемелерді жасамас бұрын, олардың әрқайсысының бағытын елестетіңіз. Ол үшін қоса берілген диаграмманы пайдаланыңыз.

6-қадам: Дипольдерді құру

Ұзындығы кемінде 6 дюйм болатын сымның тағы екі бөлігін кесіңіз. Бұл сымдарды ұзын жағынан үстіңгі және астыңғы бұрандаларға орап, содан кейін оларды орталық бұрандаларға ораңыз. Содан кейін артық ұзындықты кесіңіз.

7-қадам: Дипольдерді орнату және трансформаторды орнату

Фракталдардың әрқайсысын бұрыштық бұрандаларға бекітіңіз.

Екі орталық бұрандаға тиісті кедергінің трансформаторын бекітіп, оларды қатайтыңыз.

Құрастыру аяқталды! Оны тексеріп, ләззат алыңыз!

8-қадам: Қосымша итерациялар/тәжірибелер

Мен GIMP қағаз үлгісін пайдаланып жаңа элементтер жасадым. Мен кішкентай қатты телефон сымын қолдандым. Ол орталық жиілікке (554 МГц) қажетті күрделі пішіндерге иілу үшін кішкентай, күшті және иілгіш болды. Бұл орташа көрсеткіш сандық сигналАрналар үшін UHF жерүсті теледидарыменің аймағымда.

Фотосурет қосылды. Мыс сымдарды төмен жарықта картон мен таспаның үстінен көру қиын болуы мүмкін, бірақ сіз идеяны түсінесіз.

Бұл өлшемде элементтер өте нәзік, сондықтан оларды мұқият өңдеу керек.

Мен png пішіміндегі үлгіні де қостым. Қажетті өлшемді басып шығару үшін оны GIMP сияқты фотосурет өңдегішінде ашуыңыз керек. Үлгі мінсіз емес, себебі мен оны тінтуірдің көмегімен қолмен жасадым, бірақ ол адамның қолына ыңғайлы.

ӘОЖ 621.396

дөңгелек монополға негізделген фракталдық ультра кең жолақты антенна

Г.И.Абдрахманова

Уфа мемлекеттік авиациялық техникалық университеті,

Тренто университетінің университеті

Аннотация.Мақалада фракталдық технология негізінде ультра кең жолақты антеннаны жобалау мәселесі қарастырылады. Радиациялық сипаттамалардың масштаб факторына байланысты өзгеруін зерттеу нәтижелері берілген.және итерация деңгейі. Антенна геометриясын параметрлік оңтайландыру шағылысу коэффициентінің талаптарын қанағаттандыру үшін жүргізілді. Әзірленген антеннаның өлшемдері 34 × 28 мм 2, жұмыс жиілігі диапазоны 3,09 ÷ 15 ГГц.

Түйінді сөздер:ультра кең жолақты радиобайланыс, фракталдық технология, антенналар, шағылыстыру.

Аннотация:Жұмыста фракталдық технология негізінде жаңа ультра кең жолақты антеннаның дамуы сипатталған. Радиациялық сипаттамалар бойынша зерттеу нәтижелері шкала коэффициентінің мәніне және итерация деңгейіне байланысты өзгереді. Шағылу коэффициентінің талаптарын қанағаттандыру үшін антенна геометриясын параметрлік оңтайландыру қолданылды. Әзірленген антенна өлшемі 28 × 34 мм 2, өткізу қабілеті 3,09 ÷ 15 ГГц.

Негізгі сөздер:ультра кең жолақты радиобайланыс, фракталдық технология, антенналар, шағылысу коэффициенті.

1. Кіріспе

Бүгінгі таңда ультра кең жолақты (UWB) байланыс жүйелері телекоммуникациялық жабдықты әзірлеушілер мен өндірушілер үшін үлкен қызығушылық тудырады, өйткені олар үлкен деректер ағындарын лицензиясыз ультра кең жиілік диапазонында жоғары жылдамдықпен беруге мүмкіндік береді. Берілетін сигналдардың ерекшеліктері қабылдағыш кешендерінің құрамында қуатты күшейткіштер мен күрделі сигналды өңдеу компоненттерінің жоқтығын білдіреді, бірақ олар диапазонды шектейді (5-10 м).

Ультра қысқа импульстармен тиімді жұмыс істеуге қабілетті тиісті элементтік базаның болмауы UWB технологиясын жаппай енгізуді тежейді.

Трансивер антенналары сигналды жіберу/қабылдау сапасына әсер ететін негізгі элементтердің бірі болып табылады. UWB құрылғыларына арналған антенна технологиясын жобалау саласындағы патенттер мен зерттеулердің негізгі бағыты - қажетті жиілік пен энергетикалық сипаттамаларды қамтамасыз ету кезінде өндіріс шығындарын азайту және азайту, сонымен қатар жаңа формалар мен құрылымдарды пайдалану.

Осылайша, антенна геометриясы ортасында тікбұрышты U-тәрізді ұясы бар сплайн негізінде құрастырылған, бұл блоктау функциясы бар UWB жолағында жұмыс істеуге мүмкіндік береді. WLAN - диапазон, антенна өлшемдері - 45,6 × 29 мм 2. Сәулелену элементі ретінде өткізгіш жазықтыққа (50 × 50 мм 2) қатысты 7 мм биіктікте орналасқан өлшемі 28 × 10 мм 2 асимметриялық Е-тәрізді фигура таңдалды. Тік бұрышты сәулелену элементі және артқы жағындағы баспалдақтың резонанстық құрылымы негізінде жасалған жазық монополды антенна (22х22мм2) ұсынылған.

2 Мәселе туралы мәлімдеме

Дөңгелек құрылымдар жеткілікті кең өткізу қабілеттілігін, жеңілдетілген дизайнды, кішігірім өлшемді және өндіріс шығындарын азайтуды қамтамасыз ете алатындығына байланысты, бұл мақалада дөңгелек монополь негізіндегі UWB антеннасын әзірлеу ұсынылады. Қажетті жұмыс жиілігі диапазоны – 3,1 ÷ 10,6 ГГц -10 дБ шағылу коэффициенті деңгейінде S 11, (Cурет 1).

Күріш. 1. Шағылыстыру үшін қажетті маска S 11

Миниатюризациялау мақсатында антеннаның геометриясы фракталдық технологияны қолдану арқылы жаңартылады, бұл сонымен қатар радиациялық сипаттамалардың масштаб коэффициентінің мәніне тәуелділігін зерттеуге мүмкіндік береді. δ және фракталдық итерация деңгейі.

Әрі қарай, біз келесі параметрлерді өзгерту арқылы жұмыс диапазонын кеңейту үшін әзірленген фракталдық антеннаны оңтайландыру міндетін қойдық: компланарлық толқын өткізгіштің (HF) орталық өткізгішінің (CP) ұзындығы, жер жазықтығының ұзындығы (GP). ) ЖЖ, қашықтығы «CP HF - сәулелену элементі (E)».

Антеннаны модельдеу және сандық эксперименттер « CST Microwave Studio».

3 Антенна геометриясын таңдау

Негізгі элемент ретінде дөңгелек монополь таңдалды, оның өлшемдері қажетті диапазонның толқын ұзындығының төрттен бірін құрайды:

Қайда L ар– процессорды есепке алмай антеннаның сәулелену элементінің ұзындығы;f Л- төменгі шекті жиілік,f Л = f мин uwb = 3,1·10 9 Гц; бірге- жарық жылдамдығы, бірге = 3·10 8 м/с 2 .

Біз алып жатырмыз L ар= 24,19 мм ≈ 24 мм. радиусы бар шеңбер екенін ескерсекr = L ар / 2 = 12 мм және бастапқы процессордың ұзындығын аладыL fда тең r, біз нөлдік итерацияны аламыз (2-сурет).

Күріш. 2. Антеннаның нөлдік итерациясы

Диэлектрлік негіздің қалыңдығыТ сжәне параметр мәндеріменεs = 3,38, тг δ = 0,0025 оның алдыңғы жағында негіз ретінде пайдаланылады IE, CPU және PZ . Сонымен бірге арақашықтықтар « PZ-CP» Звжәне "PZ-IE" Ж 0,76 мм-ге тең қабылданады. Модельдеу процесінде қолданылатын басқа параметрлердің мәндері 1-кестеде берілген.

Кесте 1. Антенна параметрлері ( δ = 2)

Аты	Сипаттама	Формула	Мағынасы
Л а	Антеннаның ұзындығы	2 ∙ r + L f	36 мм
В а	Антенна ені	2 ∙ r	24 мм
L f	CPU ұзындығы	r + 0,1	12,1 мм
Wf	CPU ені		1,66 мм
Л г	PZ ұзындығы	r – T s	11,24 мм
L с	Субстрат ұзындығы	Л а + Г с	37 мм
В с	Субстрат ені	В а+ 2 ∙ Г с	26 мм
G s 1	Тік субстрат саңылауы		1 мм
G s 2	Көлденең субстрат саңылауы		1 мм
Тм	Металл қалыңдығы		0,035 мм
Т с	Субстрат қалыңдығы		0,76 мм
r	0-итерация шеңберінің радиусы		12 мм
r 1	1-итерация шеңберінің радиусы	r /2	6 мм
r 2	2-итерация шеңберінің радиусы	r 1 /2	3 мм
r 3	Шеңбер радиусы 3 итерация	r 2 /2	1,5 мм
εs	Диэлектрлік тұрақты		3,38

Антенна орталық өткізгіштен және жердегі жазықтықтан тұратын компланарлы толқын өткізгіштен қуат алады, SMA -коннектор және оған перпендикуляр орналасқан компланар толқын өткізгіш порт (CWP) (3-сурет).

Қайда εeff – тиімді диэлектрлік өтімділік:

Қ – бірінші текті толық эллиптикалық интегралды;

	(5)

Антеннаны құрастыру кезіндегі фракталдылық элементтерді орауыштың ерекше тәсілінде жатыр: антеннаның кейінгі итерациялары алдыңғы итерацияның элементтеріне кішірек радиустағы шеңберлерді орналастыру арқылы қалыптасады. Бұл жағдайда масштаб коэффициенті δ көрші итерациялардың өлшемдері қанша рет ерекшеленетінін анықтайды. Бұл процессоқиға үшін δ = 2 суретте көрсетілген. 4.

Күріш. 4. Антеннаның бірінші, екінші және үшінші итерациялары ( δ = 2)

Осылайша, бірінші итерация радиусы бар екі шеңберді алып тастау арқылы алындыr 1 бастапқы элементтен. Екінші итерация радиуста екі еселенген металл шеңберлерді орналастыру арқылы қалыптасадыr 2 бірінші итерацияның әрбір шеңберінде. Үшінші итерация біріншіге ұқсас, бірақ радиусыr 3 . Жұмыс шеңберлердің тік және көлденең орналасуын қарастырады.

3.1 Элементтердің көлденең орналасуы

Итерация деңгейіне байланысты шағылысу коэффициентінің өзгеру динамикасы күріш. 5 үшін δ = 2 және сур. 6 үшін δ = 3. Әрбір жаңа ретке бір қосымша резонанстық жиілікке сәйкес келеді. Осылайша, қарастырылып отырған 0 ÷ 15 ГГц диапазонындағы нөлдік итерация 4 резонансқа сәйкес келеді, бірінші итерация – 5 және т.б. Сонымен қатар, екінші итерациядан бастап сипаттамалардың мінез-құлқындағы өзгерістер азырақ байқалады.

Күріш. 5. Шағылу коэффициентінің қайталану ретіне тәуелділігі ( δ = 2)

Модельдеудің мәні мынада: әрбір кезеңде қарастырылып отырған сипаттамалардың ішінен ең перспективалы болып анықталғаны таңдалады. Осыған байланысты келесі ереже енгізілді:

Егер сөре -10 дБ жоғары болатын диапазондағы артық (айырмашылық) аз болса, жұмыс диапазонында (-10 дБ төмен) төменгі сөреге ие сипаттаманы таңдау керек, өйткені оңтайландыру нәтижесінде бірінші жойылады, ал екіншісі одан да төмендеді.

Күріш. 6. Шағылу коэффициентінің қайталану ретіне тәуелділігі ( δ = 3)

Алынған деректер негізінде және осы ережеге сәйкес δ = 2 үшін бірінші итерацияға сәйкес қисық таңдалады δ = 3 – екінші итерация.

Келесі кезекте шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентінің мәніне тәуелділігін зерттеу ұсынылады. Өзгерісті қарастырыңыз δ бірінші және екінші итерациялар шегінде 1-қадаммен 2 ÷ 6 диапазонында (Cурет 7, 8).

Графиктердің қызықты әрекеті мынада, бастап δ = 3, сипаттамалар тегіс және тегіс болады, резонанстардың саны тұрақты болып қалады және өсу δ деңгейінің жоғарылауымен қатар жүреді S 11 жұп диапазондарда және тақтардың азаюы.

Күріш. 7. Бірінші итерациядағы шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентіне тәуелділігі ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Бұл жағдайда екі итерация үшін де таңдалған мән δ = 6.

Күріш. 8. Екінші итерация үшін шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентіне тәуелділігі ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, өйткені ол ең төменгі сөрелермен және ең терең резонанстармен сипатталады (9-сурет).

Күріш. 9. S 11 салыстыру

3.2 Элементтердің тік орналасуы

Шеңберлердің тік орналасу жағдайы үшін итерация деңгейіне байланысты шағылысу коэффициентінің өзгеру динамикасы суретте көрсетілген. 10 үшін δ = 2 және сур. 11 үшін δ = 3.

Күріш. 10. Шағылу коэффициентінің қайталану ретіне тәуелділігі ( δ = 2)

Алынған мәліметтер негізінде және ережеге сәйкес δ = 2 және δ = 3 үшінші итерацияға сәйкес қисық таңдалады.

Күріш. 11. Шағылу коэффициентінің қайталану ретіне тәуелділігі ( δ = 3)

Бірінші және екінші итерациялар шегінде шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентінің мәніне тәуелділігін қарастыру (12, 13-сурет) оңтайлы мәнді анықтайды. δ = 6, көлденең орналасу жағдайындағы сияқты.

Күріш. 12. Бірінші итерациядағы шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентіне тәуелділігі ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Бұл жағдайда екі итерация үшін де таңдалған мән δ = 6, ол да білдіредіn-бірнеше фракталдық, яғни мүмкіндіктерді біріктіру қажет болуы мүмкін δ = 2 және δ = 3.

Күріш. 13. Екінші итерация үшін шағылысу коэффициентінің масштаб коэффициентіне тәуелділігі ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Осылайша, салыстырылған төрт нұсқадан екінші итерацияға сәйкес қисық таңдалды, δ = 6, алдыңғы жағдайдағыдай (14-сурет).

Күріш. 14. Салыстыру S 11 қарастырылған төрт антенна геометриясы үшін

3.3 Салыстыру

Алдыңғы екі бөлімде алынған тік және көлденең геометриялардың ең жақсы нұсқаларын қарастыра отырып, таңдау бірінші бойынша жасалады (15-сурет), дегенмен бұл жағдайда бұл опциялар арасындағы айырмашылық соншалықты үлкен емес. Жұмыс жиілігі диапазоны: 3,825÷4,242 ГГц және 6,969÷13,2 ГГц. Әрі қарай дизайн барлық UWB диапазонында жұмыс істейтін антеннаны дамыту үшін жаңартылады.

Күріш. 15. Салыстыру S 11 соңғы опцияны таңдау үшін

4 Оңтайландыру

Бұл бөлімде коэффициент мәні бар фракталдық екінші итерация негізінде антеннаны оңтайландыру талқыланады δ = 6. Айнымалы параметрлер -де, ал олардың өзгерістерінің диапазондары 2-кестеде берілген.

Күріш. 20. Антеннаның сыртқы түрі: а) алдыңғы жағы; б) кері жағы

Суретте. 20 өзгеру динамикасын көрсететін сипаттамаларды көрсетеді S 11 кезең-кезеңімен және әрбір келесі әрекеттің дұрыстығын дәлелдеу. 4-кестеде беттік токтар мен сәулелену үлгілерін есептеу үшін әрі қарай қолданылатын резонанстық және кесу жиіліктері көрсетілген.

Кесте 3. Антеннаның есептелген параметрлері

Аты	Бастапқы мән, мм	Соңғы мән, мм
∆ L f
Ж	Кесте 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

UWB диапазонының резонанстық және шекаралық жиіліктеріндегі антеннаның беткі токтарының таралуы суретте көрсетілген. 21, ал сәулелену үлгілері күріш. 22.

a) 3,09 ГГц б) 3,6 ГГц

c) 6,195 ГГц d) 8,85 ГГц

д) 10,6 ГГц f) 12,87 ГГц

Күріш. 21. Беттік токтардың таралуы

A) Ф(φ ), θ = 0° b) Ф(φ ), θ = 90°

V) Ф(θ ), φ = 0° г) Ф(θ ), φ = 90°

Күріш. 22. Полярлық координаталар жүйесіндегі сәулелену заңдылықтары

5 Қорытынды

Бұл мақалада фракталдық технологияны қолдануға негізделген UWB антенналарын жобалаудың жаңа әдісі ұсынылған. Бұл процесс екі кезеңді қамтиды. Бастапқыда антеннаның геометриясы сәйкес масштаб коэффициентін және фракталдық итерация деңгейін таңдау арқылы анықталады. Әрі қарай, негізгі антенна компоненттерінің өлшемдерінің сәулелену сипаттамаларына әсерін зерттеу негізінде алынған пішінге параметрлік оңтайландыру қолданылады.

Итерация реті ұлғайған сайын резонанстық жиіліктер саны көбейетіні және бір итерациядағы масштаб коэффициентінің ұлғаюы жалпақ мінез-құлықпен сипатталатыны анықталды. S 11 және резонанстардың тұрақтылығы (бастап δ = 3).

Әзірленген антенна деңгейі бойынша 3,09 ÷ 15 ГГц жиілік диапазонында сигналдарды жоғары сапалы қабылдауды қамтамасыз етеді. S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Алғыс

Зерттеуге Еуропалық Одақтың гранты қолдау көрсетті.Эразмус Мундус әрекеті 2», сонымен қатар A.G.I. профессорға алғысын білдіредіПаоло Рокка пайдалы талқылау үшін.

Әдебиет

1.Л . Лицци, Г.Оливери, П.Рокко, А.Масса. UNII1/UNII2 WLAN диапазонының ойық сипаттамалары бар жазық монополды UWB антеннасы. Электромагниттік зерттеулердегі прогресс B, том. 25, 2010. – 277-292 б.б.

2. Х.Малекпур, С.Джам. Көп резонанстары бар бүктелген патчпен қоректенетін ультра кең жолақты қысқартылған патч антенналары. Электромагниттік зерттеулердегі прогресс B, том. 44, 2012. – 309-326 б.б.

3. Р.А. Садеғзаден-Шейхан, М.Насер-Могадаси, Э.Эбадифаллаһ, Х.Руста, М.Катули, Б.С. Вирди. Ультра кең жолақты өнімділік үшін артқы жазықтықты баспалдақ тәрізді резонанстық құрылымды пайдаланатын жазық монополды антенна. IET Микротолқындар, антенналар және таралу, том. 4, Исс. 9, 2010. – 1327-1335 б.б.

4. Комиссияның ультра кең жолақты тарату жүйелеріне қатысты ережелерінің 15-бөлігін қайта қарау, Федералдық байланыс комиссиясы, FCC 02-48, 2002. – 118 б.