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프랙탈 TV 안테나 그림입니다. DIY 프랙탈 안테나. HF 및 VHF 안테나

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소개

안테나는 전파를 발산하거나 수신하도록 설계된 무선 장치입니다. 전자파. 안테나는 전파의 방출 또는 수신과 관련된 모든 무선 공학 시스템의 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 이러한 시스템에는 무선 통신 시스템, 방송, 텔레비전, 무선 제어, 무선 중계 통신, 레이더, 무선 천문학, 무선 항법 등이 포함됩니다.

구조적으로 안테나는 와이어, 금속 표면, 유전체, 자기 유전체로 구성됩니다. 안테나의 목적은 무선 링크의 단순화된 다이어그램으로 설명됩니다. 유용한 신호에 의해 변조되고 생성기에 의해 생성된 고주파 전자기 발진은 송신 안테나에 의해 전자기파로 변환되어 우주로 방사됩니다. 일반적으로 전자기 진동은 송신기에서 안테나로 직접 전달되는 것이 아니라 전력선(전자파 전송선, 피더)을 통해 전달됩니다.

이 경우 이와 관련된 전자기파는 안테나에 의해 자유 공간의 발산 전자기파로 변환되는 피더를 따라 전파됩니다.

수신 안테나는 자유 전파를 포착하여 피더를 통해 수신기에 공급되는 결합파로 변환합니다. 안테나 가역성의 원리에 따라 송신 모드에서 동작하는 안테나의 특성은 이 안테나가 수신 모드에서 동작할 때 변경되지 않습니다.

안테나와 유사한 장치도 여기하는 데 사용됩니다. 전자기 진동 V 다양한 방식도파관 및 공동 공진기.

1. 안테나의 주요 특징

1.1 안테나의 주요 매개변수에 대한 간략한 정보

안테나를 선택할 때 작동 주파수 범위(대역폭), 게인, 방사 패턴, 입력 임피던스, 편파와 같은 주요 특성을 비교합니다. 정량적으로 안테나 이득 Ga는 주어진 안테나가 수신한 신호의 전력이 몇 배인지를 나타내며, 더 많은 권력가장 간단한 안테나에 의해 수신된 신호 - 공간의 동일한 지점에 배치된 반파 진동기(등방성 방사기). 게인은 데시벨 dB 또는 dB로 표시됩니다. 위에 정의된 이득(쌍극자 또는 반파장 진동기에 상대적인)과 dBi 또는 dB ISO로 표시된 등방성 방사체에 상대적인 이득 사이에 구별이 이루어져야 합니다. 어쨌든 같은 유형의 값을 비교할 필요가 있습니다. 이득이 높은 안테나를 사용하는 것이 바람직하지만 일반적으로 이득을 높이려면 설계와 치수가 복잡해집니다. 고이득의 간단한 소형 안테나는 없습니다. 안테나의 방사 패턴(RP)은 안테나가 신호를 수신하는 방법을 보여줍니다. 서로 다른 방향. 이 경우 수평면과 수직면의 안테나 패턴을 모두 고려할 필요가 있다. 모든 평면의 전 방향 안테나는 원형 형태의 패턴을 갖습니다. 즉, 안테나는 수평면에서 수직 핀의 방사 패턴과 같이 동일한 방식으로 모든면에서 신호를 수신 할 수 있습니다. 지향성 안테나는 하나 이상의 지향성 로브가 있는 것이 특징이며, 그 중 가장 큰 로브를 메인 로브라고 합니다. 일반적으로 메인 로브 외에도 후면 및 사이드 로브가 있으며 그 레벨은 메인 로브보다 훨씬 적지 만 그럼에도 불구하고 안테나 작동이 악화되므로 가능한 한 레벨을 최소화하려고 노력합니다. .

안테나의 입력 임피던스는 안테나 급전점의 신호 전류에 대한 순간 전압 값의 비율입니다. 신호의 전압과 전류의 위상이 같으면 비율은 실제 값이고 입력 저항은 순전히 활성화됩니다. 위상 변이를 사용하면 능동 구성 요소 외에도 전류가 위상에서 전압보다 뒤떨어져 있는지 또는 앞서 있는지에 따라 유도 성 또는 용량 성 구성 요소가 나타납니다. 입력 임피던스는 수신 신호의 주파수에 따라 다릅니다. 위의 기본 특성 외에도 안테나에는 정재파비 SWR(SWR - Standing Wave Ratio), 교차 편파 수준, 작동 온도 범위, 풍하중 등과 같은 여러 가지 중요한 매개변수가 있습니다.

1.2 안테나 분류

안테나는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 안테나가 사용되는 무선 공학 시스템의 유형별(무선 통신용 안테나, 방송용, 텔레비전용 등). 우리는 범위 분류를 고수할 것입니다. 동일한(유형별) 방사 요소가 있는 안테나가 다른 파장 범위에서 매우 자주 사용되지만 설계는 다릅니다. 이러한 안테나의 매개 변수와 이에 대한 요구 사항도 크게 다릅니다.

다음 파장 범위의 안테나가 고려됩니다(범위의 이름은 전파 규정의 권장 사항에 따라 제공됩니다. 안테나 급전 장치에 대한 문헌에서 널리 사용되는 이름은 괄호 안에 표시됨). (); 킬로미터 (긴) 파도 (); 헥토메트릭(중간) 파도(); 데카미터(짧은) 파도(); 미터파(); 데시미터파(); 센티미터파(); 밀리미터파(). 마지막 4개의 범위는 때때로 "초단파"(VHF)라는 일반적인 이름으로 결합됩니다.

1.2.1 안테나 범위

최근 몇 년 동안 무선 통신 및 방송 시장에는 서로 다른 특성을 가진 다양한 용도의 새로운 통신 시스템이 많이 등장했습니다. 사용자 입장에서는 무선 통신 시스템이나 방송 시스템을 선택할 때 우선적으로 통신 품질(방송)과 이 시스템(사용자 단말)의 사용 편의성이 중요합니다. 크기, 무게, 작동 용이성 및 추가 기능 목록에 따라 결정됩니다. 이러한 모든 매개 변수는 본질적으로 안테나 장치의 유형과 설계 및 고려중인 시스템의 안테나 피더 경로 요소에 의해 결정되며 무선 통신은 생각할 수 없습니다. 차례로 안테나의 설계 및 효율성을 결정하는 요소는 작동 주파수 범위입니다.

허용되는 주파수 범위 분류에 따라 몇 가지 큰 안테나 클래스(그룹)가 구별되며 근본적으로 서로 다릅니다. 초장파(VLF) 및 장파(LW) 범위의 안테나; 중파(MW) 범위의 안테나; 단파(HF) 안테나; 초단파(VHF) 범위의 안테나; 마이크로파 안테나.

최근 몇 년 동안 개인 통신 서비스, 라디오 및 텔레비전 방송 제공 측면에서 가장 인기있는 것은 HF, VHF 및 마이크로파 라디오 시스템이며 안테나 장치는 아래에서 설명합니다. 동시에 안테나 사업에서 새로운 것을 발명하는 것은 불가능해 보이지만 최근 몇 년 동안 새로운 기술과 원칙을 기반으로 기존 안테나에 상당한 개선이 이루어졌으며 새로운 안테나가 개발되었습니다. 디자인, 치수, 주요 특성 등이 기존의 것과 근본적으로 다르기 때문에 현대 무선 시스템에 사용되는 안테나 장치 유형의 수가 크게 증가했습니다.

모든 무선 통신 시스템에는 송신 전용, 송신-수신 또는 수신 전용인 안테나 배열이 있을 수 있습니다.

각 주파수 범위에 대해 방향성 및 무지향성(전방향성) 동작의 무선 장치의 안테나 시스템을 구분해야 하며, 이는 장치의 목적(통신, 방송 등)에 따라 결정됩니다. , 장치가 해결하는 작업(경고, 통신, 방송 등) d.). 일반적으로 안테나의 지향성을 높이기 위해(방사 패턴을 좁히기 위해) 기본 방사체(안테나)로 구성된 안테나 어레이를 사용할 수 있습니다. (안테나 방사 패턴의 위치에 대한 제어 제공) 각 범위 내에서 특정 주파수(단일 주파수 또는 협대역)에서만 작동하는 안테나 장치와 상당히 넓은 주파수 범위(광대역 또는 광대역)에서 작동하는 안테나를 구분할 수도 있습니다.

1.3 안테나 어레이의 방사

실제로 종종 필요한 높은 지향성 방사를 얻으려면 특정 방식으로 공간에 위치하고 필요한 전류에 의해 여기되는 진동기, 슬롯, 도파관의 개방형 끝 등과 같은 약한 방향성 안테나 시스템을 사용할 수 있습니다 진폭과 위상의 비율. 이 경우, 특히 많은 수의 라디에이터가 있는 전체 지향성은 주로 전체 시스템의 전체 치수에 의해 결정되며, 개별 라디에이터의 개별 방향 속성에 의해 훨씬 덜 결정됩니다.

안테나 어레이(AR)는 이러한 시스템 중 하나입니다. 일반적으로 AR은 동일한 방사 요소의 시스템으로, 공간에서 동일하게 방향이 지정되고 특정 법칙에 따라 배치됩니다. 요소의 위치에 따라 선형, 표면 및 체적 격자가 구별되며 가장 일반적인 것은 직선 및 평면 배열입니다. 때로는 방사 요소가 원호를 따라 또는 AR이 위치한 객체의 모양과 일치하는 곡면에 위치합니다(등각 AR).

가장 간단한 것은 방사 요소가 서로 동일한 거리(등거리 배열)에서 배열 축이라고 하는 직선을 따라 위치하는 선형 배열입니다. 이미 터의 위상 중심 사이의 거리 d를 격자 피치라고합니다. 선형 AR은 독립적인 가치 외에도 종종 다른 유형의 AR 분석을 위한 기초가 됩니다.

2 . 투시 안테나 구조 분석

2.1 HF 및 VHF 안테나

그림 1 - 안테나 기지국

통신(무선 중계, 셀룰러, 트렁킹, 위성 등), 방송 및 텔레비전 방송과 같은 다양한 목적을 위한 많은 무선 시스템이 현재 HF 및 VHF 대역에서 작동하고 있습니다. 설계 및 특성에 따라 이러한 시스템의 모든 안테나 장치는 고정 안테나와 모바일 장치 안테나의 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 고정 안테나에는 기지국 안테나, 수신 텔레비전 안테나, 무선 중계 통신 회선의 안테나 및 모바일-개인 통신 사용자 단말기의 안테나가 포함되며, 자동차 안테나, 웨어러블(휴대용) 라디오 방송국의 안테나.

기지국 안테나는 주로 움직이는 물체와 통신을 제공하므로 수평면에서 주로 무지향성입니다. 설계의 단순성과 충분한 효율성으로 인해 "Ground Plane"( "GP") 유형의 수직 편파의 가장 널리 퍼진 휩 안테나. 이러한 안테나는 작동 파장 l에 따라 선택되는 길이 L의 수직 로드이며 일반적으로 마스트에 장착된 3개 이상의 카운터웨이트가 있습니다(그림 1).

핀 L의 길이는 l / 4, l / 2 및 5/8 l이고 카운터 웨이트는 0.25 l ~ 0.1 l 범위입니다. 안테나의 입력 임피던스는 평형추와 기둥 사이의 각도에 따라 달라집니다. 이 각도가 작을수록(균형추가 기둥에 더 많이 눌릴수록) 저항이 커집니다. 특히 L = l/4인 안테나의 경우 30º ... 45º와 같은 각도에서 50ohm의 입력 임피던스가 달성됩니다. 수직면에서 이러한 안테나의 방사 패턴은 수평선에 대해 30º의 각도에서 최대값을 갖습니다. 안테나의 이득은 수직 반파 다이폴의 이득과 같습니다. 그러나 이 설계에서는 마스트와 핀의 연결이 없으므로 추가 사용번개 및 정전기로부터 안테나를 보호하기 위해 l / 4 케이블의 단락 루프.

길이가 L = l/2인 안테나에는 카운터웨이트가 필요하지 않으며 그 역할은 마스트에 의해 수행되며 수직면의 DN은 수평선에 더 강하게 눌려 범위가 증가합니다. 이 경우 고주파 변압기를 사용하여 입력 저항을 낮추고 핀베이스는 정합 변압기를 통해 접지 된 마스트에 연결하여 낙뢰 및 정전기 문제를 자동으로 해결합니다. 반파장 다이폴에 비해 안테나 이득은 약 4dB입니다.

장거리 통신에 가장 효과적인 "GP" 안테나는 L = 5/8l인 안테나입니다. 반파장 안테나보다 다소 길고 급전 케이블은 진동기 바닥에 위치한 일치하는 인덕터에 연결됩니다. 균형추(적어도 3개)는 수평면에 있습니다. 이러한 안테나의 이득은 5-6dB이고 최대 DN은 수평선에 대해 15º의 각도에 있으며 핀 자체는 일치하는 코일을 통해 마스트에 접지됩니다. 이 안테나는 반파장 안테나보다 좁기 때문에 보다 신중한 조정이 필요합니다.

그림 2 - 안테나 반파 진동기

그림 3 - 마름모형 반파 진동기 안테나

대부분의 베이스 안테나는 옥상에 설치되어 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 다음 사항을 고려해야 합니다.

안테나 베이스는 지붕면에서 최소 3m 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다.

안테나 근처에는 금속 물체 및 구조물(텔레비전 안테나, 전선 등)이 없어야 합니다.

안테나는 가능한 높게 설치하는 것이 바람직합니다.

안테나의 작동이 다른 기지국과 간섭을 일으키지 않아야 합니다.

안정적인 무선 통신을 설정하는 데 필수적인 역할은 수신된(방사된) 신호의 극성화에 의해 수행됩니다. 장거리 전파를 하기 때문에 표면파수평 편파로 감쇠가 훨씬 적고 장거리 무선 통신 및 텔레비전 전송의 경우 수평 편파 안테나가 사용됩니다 (진동기는 수평으로 위치).

가장 간단한 지향성 안테나는 반파 진동기입니다. 대칭형 반파 진동기에서 두 개의 동일한 암의 총 길이는 대략 l/2(0.95 l/2)이고 방사 패턴은 수평면에서 8자 모양이고 수직의. 위에 표시된 증폭 계수는 측정 단위로 사용됩니다.

이러한 안테나의 진동자 사이의 각도를 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.

V형 안테나 2개를 RP가 합산되도록 연결하면 지향성이 훨씬 더 두드러지는 마름모꼴 안테나가 됩니다(그림 3).

마름모 모양의 상단에 연결될 때 전력 지점과 반대되는 부하 저항 Rn은 송신기 전력의 절반에 해당하는 전력을 소산하며 RP의 백 로브를 15 ~ 20dB 억제합니다. 수평면에서 메인 로브의 방향은 대각선 a와 일치합니다. 수직면에서 메인 로브는 수평 방향입니다.

상대적으로 가장 단순한 지향성 안테나 중 하나는 8...9dB의 이득, AP의 백 로브 억제 - 20dB 이상, 편파 - 수직인 "double-square" 루프 안테나입니다.

그림 4 - 안테나 "웨이브 채널"

특히 VHF 범위에서 가장 널리 사용되는 것은 "웨이브 채널"유형의 안테나 (외국 문헌 - Uda-Yaga 안테나)입니다. 매우 작고 상대적으로 작은 크기로 큰 Ga 값을 제공하기 때문입니다. 이 유형의 안테나는 활성 - 진동기 및 수동 - 반사경 및 하나의 공통 붐에 설치된 여러 디렉터의 요소 집합입니다(그림 4). 특히 많은 수의 요소가 있는 이러한 안테나는 제조 과정에서 신중한 조정이 필요합니다. 3요소 안테나(바이브레이터, 리플렉터 및 하나의 디렉터)의 경우 추가 튜닝 없이 기본 특성을 얻을 수 있습니다.

이 유형의 안테나의 복잡성은 안테나의 입력 임피던스가 수동 소자의 수에 의존하고 안테나 튜닝에 크게 의존한다는 사실에 있습니다. 이것이 그러한 안테나의 정확한 입력 임피던스 값이 종종 문헌에 표시되지 않습니다. 특히 입력 저항이 300옴 정도인 Pistohlkors 루프 바이브레이터를 진동자로 사용하면 패시브 소자의 수가 증가함에 따라 안테나의 입력 저항이 감소하여 30~50옴의 값에 도달하게 된다. , 피더와의 불일치로 이어지고 추가 조정이 필요합니다. 수동 소자의 수가 증가함에 따라 안테나 패턴이 좁아지고 이득이 증가합니다. 예를 들어 3요소 및 5요소 안테나의 경우 이득은 5 ... 6 dB 및 8 ...

진행파 안테나(TW)는 파동 채널 안테나에 비해 더 광대역이며 서로 동일한 거리에 있는 모든 진동기가 활성화되고 수집 라인에 연결되는 튜닝이 필요하지 않습니다(그림 5). 그들에 의해 수신된 신호 에너지는 수집 라인에 거의 같은 위상으로 추가되어 피더로 들어갑니다. 이러한 안테나의 이득은 수집 라인의 길이에 의해 결정되며 수신된 신호의 파장에 대한 이 길이의 비율에 비례하며 진동기의 방향 특성에 따라 달라집니다. 특히 요구되는 주파수 범위에 해당하는 서로 다른 길이의 6개의 진동자를 가진 ABV의 경우 수집선과 60º의 각도로 위치하여 작동 범위 내에서 게인이 4dB에서 9dB까지 다양하며 역복사 수준은 다음과 같습니다. 14dB 낮아집니다.

그림 5 - 진행파 안테나

그림 6 - 대수 주기 구조를 갖는 안테나 또는 대수 주기 안테나

고려된 안테나의 지향성 특성은 수신된 신호의 파장에 따라 달라집니다. 넓은 주파수 범위에서 일정한 RP 모양을 갖는 가장 일반적인 유형의 안테나 중 하나는 대수 주기 구조의 안테나 또는 대수 주기 안테나(LPA)입니다. 그들은 넓은 범위로 구별됩니다. 수신 신호의 최대 파장은 최소 파장을 10 배 이상 초과합니다. 동시에 전체 작동 범위에서 우수한 안테나-피더 정합이 보장되며 이득은 실질적으로 변경되지 않습니다. LPA의 수집 라인은 일반적으로 진동기의 암이 하나를 통해 교대로 수평으로 부착되는 다른 하나 위에 위치한 두 개의 전도체로 구성됩니다(그림 6, 평면도).

LPA 진동자는 정점 b의 각도와 가장 큰 진동자와 동일한 밑변을 갖는 이등변 삼각형에 내접하는 것으로 밝혀졌습니다. 안테나의 작동 대역폭은 가장 긴 진동자와 가장 짧은 진동자의 크기에 따라 결정됩니다. 안테나 웹의 대수 구조의 경우 인접한 진동기의 길이와 진동기에서 구조물 상단까지의 거리 사이에 일정한 비율이 충족되어야 합니다. 이 관계를 구조 φ의 주기라고 합니다.

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=…=에프

따라서 진동기의 치수와 삼각형 상단으로부터의 거리는 기하급수적으로 감소합니다. 안테나의 특성은 f와 b의 값에 의해 결정됩니다. 각도 b가 작고 b가 클수록(b는 항상 1보다 작음) 안테나 이득이 커지고 AP의 후면 및 측면 로브의 레벨이 낮아집니다. 그러나이 경우 진동기의 수가 증가하고 안테나의 크기와 무게가 증가합니다. 3є ... 60є 및 f - 0.7 ... 0.9 내에서 각도 b의 값을 최적으로 선택하십시오.

수신된 신호의 파장에 따라 여러 개의 진동자가 안테나 구조에서 여기되며 그 크기는 신호 파장의 절반에 가장 가깝기 때문에 LPA는 원칙적으로 함께 연결된 여러 개의 "파동 채널" 안테나와 유사합니다. 진동기, 반사경 및 감독을 포함합니다. 특정 신호 파장에서 하나의 진동기 트리오만 여기되고 나머지는 디튜닝되어 안테나 작동에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 LPA의 이득은 요소 수가 같은 "웨이브 채널" 안테나의 이득보다 작은 것으로 밝혀졌지만 LPA의 대역폭은 훨씬 더 넓은 것으로 나타났습니다. 따라서 10개의 진동기 및 값 b = 45º, f = 0.84의 LPA에 대해 계산된 이득은 6dB이며 이는 실제로 전체 작동 주파수 범위에서 변경되지 않습니다.

무선 중계 통신 회선의 경우 다른 전자적 수단과 간섭하지 않고 고품질 통신을 보장하기 위해 좁은 방사 패턴을 갖는 것이 매우 중요합니다. 패턴을 좁히기 위해 다른 평면에서 패턴을 좁히고 메인 로브 폭의 다른 값을 제공하는 안테나 어레이(AR)가 널리 사용됩니다. 안테나 어레이의 기하학적 치수와 방사 패턴의 특성은 작동 주파수 범위에 크게 의존한다는 것이 분명합니다. 주파수가 높을수록 안테나 어레이가 더 콤팩트해지고 방사 패턴이 더 좁아집니다. , 이득이 커집니다. 동일한 주파수의 경우 배열 크기(기본 이미 터 수)가 증가하면 패턴이 좁아집니다.

VHF 대역의 경우 진동기 안테나 (루프 진동기)로 구성된 어레이가 자주 사용되며 그 수는 수십에 달할 수 있고 이득은 15dB 이상으로 증가하며 모든 평면의 패턴 폭은 예를 들어 주파수 범위 395 ... 535 MHz에서 16개의 수직으로 위치한 루프 진동기의 경우 10º로 좁혀집니다. DN은 수직면에서 10º로 좁아집니다.

사용자 단말기에 사용되는 안테나의 주요 유형은 수평면에 원형 패턴이 있는 수직 편파 휩 안테나입니다. 이러한 안테나의 효율은 낮은 게인 값과 주변 물체가 방사 패턴에 미치는 영향, 본격적인 접지 부족 및 안테나의 기하학적 치수 제한으로 인해 다소 낮습니다. 후자는 무선 장치의 입력 회로와 안테나의 고품질 일치가 필요합니다. 정합을 위한 일반적인 설계 옵션은 길이를 따라 분포된 인덕턴스와 안테나 베이스의 인덕턴스입니다. 무선 통신 범위를 늘리기 위해 수 미터 길이의 특수 길쭉한 안테나가 사용되어 수신 신호 수준이 크게 증가합니다.

현재 외관, 디자인, 가격이 다른 많은 유형의 자동차 안테나가 있습니다. 이러한 안테나는 엄격한 기계적, 전기적, 성능 및 미적 요구 사항을 따릅니다. 통신 범위 측면에서 가장 좋은 결과는 길이가 l / 4 인 풀 사이즈 안테나이지만 큰 기하학적 치수가 항상 편리한 것은 아니므로 특성을 크게 저하시키지 않고 안테나를 줄이는 다양한 방법이 사용됩니다. 제공하기 위해 셀룰러 통신마이크로스트립 공진 안테나(1대역, 2대역, 3대역)는 자동차 유리 안쪽에 부착하기 때문에 외부 부품을 설치할 필요가 없는 자동차에 사용할 수 있습니다. 이러한 안테나는 450 ~ 1900MHz의 주파수 범위에서 수직 편파 신호의 수신 및 전송을 제공하며 최대 2dB의 이득을 갖습니다.

2.1.1 마이크로웨이브 안테나의 일반 특성

최근 몇 년 동안 마이크로웨이브 범위에서 기존 및 새로 개발된 통신 및 방송 시스템의 수가 증가했습니다. 지상파 시스템의 경우 직접 텔레비전 방송, 전화, 팩스, 페이징, 화상 회의, 인터넷 액세스 등 위성 시스템의 무선 중계 통신, 라디오 및 텔레비전 방송, 셀룰러 텔레비전 시스템 등의 시스템입니다. 지정된 유형의 통신 및 방송에 사용되는 주파수 범위는 이러한 목적을 위해 할당된 주파수 스펙트럼 섹션에 해당하며, 그 중 주요 항목은 3.4 ~ 4.2GHz입니다. 5.6~6.5GHz; 10.7~11.7GHz; 13.7~14.5GHz; 17.7~19.7GHz; 21.2~23.6GHz; 24.5~26.5GHz; 27.5~28.5GHz; 36~40GHz. 때때로 기술 문헌에서 극초단파 범위는 1GHz 이상의 주파수에서 작동하는 시스템을 포함하지만 엄밀히 말하면 이 범위는 3GHz에서 시작합니다.

지상파 마이크로파 시스템의 경우 안테나 장치는 마스트에 장착되고 유해한 대기 영향으로부터 보호되는 소형 반사경, 혼, 혼 렌즈 안테나입니다. 목적, 디자인 및 주파수 범위에 따라 지향성 안테나는 다음과 같은 광범위한 특성을 갖습니다. 120º. 또한 셀룰러 텔레비전 시스템은 서로를 가리키는 두 개의 금속 콘, 콘 사이에 설치된 유전체 렌즈 및 여기 장치로 구성된 바이코니컬 무지향성(수평면) 안테나를 사용합니다. 이러한 안테나의 이득은 7 ~ 10dB이고 수직면에서 메인 로브의 너비는 8 ~ 15º이며 사이드 로브의 레벨은 마이너스 14dB보다 나쁘지 않습니다.

3. 안테나 프랙탈 구조의 합성 가능성 분석

3.1 프랙탈 안테나

프랙탈 안테나는 비교적 새로운 종류의 전기적 소형 안테나(ESA)로, 알려진 솔루션과 기하학적 구조가 근본적으로 다릅니다. 사실, 안테나의 전통적인 진화는 정수 차원의 객체(선, 원, 타원, 포물면 등)로 작동하는 유클리드 기하학을 기반으로 했습니다. 프랙탈 기하학적 형태 사이의 주요 차이점은 원래의 결정론적 또는 무작위 패턴의 증가 또는 감소 규모에서 재귀적 반복으로 외부적으로 나타나는 분수 차원입니다. 프랙탈 기술은 신호 필터링 도구의 형성, 자연 경관의 3차원 컴퓨터 모델 합성 및 이미지 압축에 널리 보급되었습니다. 프랙탈 "패션"이 안테나 이론을 우회하지 않은 것은 당연합니다. 또한 안테나 기술에서 현대 프랙탈 기술의 원형은 지난 세기 60년대 중반에 제안된 대수 주기 및 나선형 구조였습니다. 사실, 엄격한 수학적 의미에서 개발 당시의 그러한 구성은 프랙탈 기하학과 관련이 없었으며 실제로는 첫 번째 종류의 프랙탈에 불과했습니다. 이제 연구원들은 주로 시행 착오를 통해 기하학에서 알려진 프랙탈을 안테나 솔루션에 사용하려고 합니다. 시뮬레이션 모델링 및 실험 결과 프랙탈 안테나는 기존 안테나와 거의 동일한 이득을 얻을 수 있지만 크기가 작아 모바일 응용 분야에 중요하다는 사실이 밝혀졌습니다. 다양한 유형의 프랙탈 안테나를 만드는 분야에서 얻은 결과를 고려해 봅시다.

Cohen에서 발표한 새로운 안테나 설계의 특성에 대한 연구 결과는 전문가들의 관심을 끌었습니다. 많은 연구자들의 노력 덕분에 오늘날 프랙탈 안테나 이론은 EMA의 합성 및 분석을 위한 독립적이고 공정하게 개발된 장치가 되었습니다.

3.2 속성프랙탈 안테나

SFC는 모노폴 및 다이폴 암, 인쇄 안테나의 토폴로지, 주파수 선택 표면(FSS) 또는 미러 반사기 쉘, 루프 안테나의 윤곽 및 혼 개구 프로파일, 슬롯 안테나의 밀링 슬롯을 제조하기 위한 템플릿으로 사용할 수 있습니다.

코흐 곡선, 미앤더의 4회 반복 및 헬리컬 안테나에 대해 쿠시크래프트사에서 얻은 실험 데이터를 통해 코흐 안테나의 전기적 특성을 주기적인 구조를 가진 다른 방사체와 비교할 수 있습니다. 비교된 모든 라디에이터는 다중 주파수 특성을 가졌으며, 이는 임피던스 그래프에서 주기적인 공진이 있을 때 나타납니다. 그러나 다중 범위 응용 프로그램의 경우 Koch 프랙탈이 가장 적합합니다. 주파수가 증가하면 반응성 및 활성 저항의 피크 값이 감소하고 사행 및 나선형의 경우 증가합니다.

일반적으로 프랙탈 수신 안테나와 이에 입사하는 전자기파 사이의 상호 작용 메커니즘을 이론적으로 제시하는 것은 복잡한 토폴로지를 가진 도체의 파동 프로세스에 대한 분석적 설명이 부족하기 때문에 어렵다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 상황에서 수학적 모델링을 통해 프랙탈 안테나의 주요 매개변수를 결정하는 것이 좋습니다.

최초의 자기유사 프랙탈 곡선을 구성하는 예는 1890년 이탈리아 수학자 Giuseppe Peano에 의해 시연되었습니다. 극한에서 그가 제안한 선은 사각형을 완전히 채우고 모든 지점을 돌아 다닙니다(그림 9). 나중에 가족 발견 자의 이름을 따서 "Peano 곡선"이라는 일반 이름을받은 다른 유사한 물체가 발견되었습니다. 사실, Peano가 제안한 곡선에 대한 순전히 분석적인 설명으로 인해 SFC 라인의 분류에 약간의 혼란이 생겼습니다. 실제로 "Peano 곡선"이라는 이름은 원래 곡선에만 부여되어야 하며 구성은 Peano가 발표한 분석에 해당합니다(그림 10).

그림 9 - Peano 곡선 반복: a) 기준선, b) 첫 번째, c) 두 번째 및 d) 세 번째 반복

그림 10 - 1891년 Hilbert가 제안한 점선의 반복

종종 재귀 Peano 곡선으로 해석됨

따라서 고려중인 안테나 기술의 대상을 구체화하기 위해 하나 또는 다른 형태의 프랙탈 안테나를 설명 할 때 가능하면 SFC의 해당 수정을 제안한 작성자의 이름을 언급하는 것이 필요합니다. 추정에 따르면 알려진 SFC 품종의 수가 300개에 육박하고 이 수치가 한계가 아니기 때문에 이것은 더욱 중요합니다.

원래 형태의 Peano 곡선(그림 9)은 도파관 벽, 인쇄 및 기타 개구 프랙탈 안테나에 슬롯을 만드는 데 매우 적합하지만 와이어 안테나를 만드는 데는 적합하지 않습니다. 섹션. 따라서 Fractus 전문가들은 "Peanodec"(그림 11)이라는 수정안을 제안했습니다.

그림 11 - Peano 곡선 수정 옵션("Peanodec"): a) 첫 번째, b) 두 번째 c) 세 번째 반복

Koch 토폴로지를 사용하는 안테나의 유망한 응용 프로그램은 MIMO 통신 시스템(많은 입력 및 출력이 있는 통신 시스템)입니다. 이러한 통신 수단에서 가입자 단말의 안테나 배열을 소형화하기 위해 Patras 대학(그리스)의 전자기 연구실 전문가들은 ILA(inverted L-antenna)에 대한 프랙탈 유사성을 제안했습니다. 아이디어의 핵심은 길이 비율이 2:1인 세그먼트로 나누는 지점에서 Koch 진동기를 90° 구부리는 것입니다. 캐리어 주파수가 ~2.4Hz인 이동 통신의 경우 인쇄된 형태의 안테나 크기는 12.33×10.16mm(~1/10×1/12), 대역폭은 ~20%, 효율성은 93%입니다. .

그림 12 - 이중 대역(2.45 및 5.25GHz) 안테나 어레이의 예

방위각의 지향성 패턴은 거의 균일하며 피더 입력의 이득은 ~3.4dB입니다. 사실, 기사에서 언급했듯이 그리드의 일부로 인쇄된 요소의 작동(그림 12)은 단일 요소에 비해 효율성이 감소합니다. 따라서 2.4GHz 주파수에서 90° 구부러진 코흐 모노폴의 효율은 93%에서 72%로 감소하고 5.2GHz 주파수에서는 90%에서 80%로 감소합니다. 고주파 대역 안테나의 상호 영향으로 상황이 다소 나아졌습니다. 5.25GHz의 주파수에서 중앙 안테나 쌍을 형성하는 요소 간의 격리는 10dB입니다. 범위가 다른 한 쌍의 이웃 요소의 상호 영향은 신호의 주파수에 따라 격리가 11dB(2.45GHz에서)에서 15dB(5.25GHz의 주파수에서)까지 다양합니다. 안테나의 효율이 저하되는 이유는 인쇄 소자의 상호 영향 때문입니다.

따라서 Koch의 파선을 기반으로 안테나 시스템의 다양한 매개 변수를 선택할 수 있으므로 내부 저항 값과 공진 주파수 분포에 대한 다양한 요구 사항을 만족하도록 설계할 수 있습니다. 그러나 재귀적 차원과 안테나 특성의 상호의존성은 특정 기하학에 대해서만 얻을 수 있기 때문에 다른 재귀적 구성에 대해 고려된 속성의 타당성은 추가적인 연구가 필요하다.

3.3 프랙탈 안테나의 특성

그림 13 또는 20에 표시된 Koch 프랙탈 안테나는 등변 시작 재귀 삼각형을 사용하여 구현된 옵션 중 하나일 뿐입니다. 각도와 베이스(인덴테이션 각도 또는 "깊은 각도")는 60°입니다. Koch 프랙탈의 이 버전을 표준 프랙탈이라고 합니다. 이 각도의 다른 값으로 프랙탈을 수정할 수 있는지 묻는 것은 매우 자연스러운 일입니다. Vinoy는 안테나 구조를 특성화하는 매개변수로서 시작 삼각형의 밑면에서의 각도를 고려할 것을 제안했습니다. 이 각도를 변경하면 치수가 다른 유사한 재귀 곡선을 얻을 수 있습니다(그림 13). 곡선은 자기 유사성 특성을 유지하지만 결과 선 길이가 다를 수 있으며 이는 안테나의 특성에 영향을 미칩니다. Vinoy는 안테나 특성과 일반화된 Koch 프랙탈 D의 차원 사이의 상관관계를 조사한 최초의 사람이었습니다. 이는 일반적인 경우 종속성에 의해 결정됩니다.

(1)

각도가 증가함에 따라 u도 프랙탈 차원에서 증가하고 u > 90°인 경우 2에 접근하는 것으로 나타났습니다.

그림 13 - 프랙탈 생성기의 삼각형 밑면에서 a) 30° 및 b) 70° 각도로 Koch 곡선 구성

치수가 증가하면 파선의 총 길이도 비선형적으로 증가하며 이는 다음 관계에 의해 결정됩니다.

(2)

여기서 L0는 선형 쌍극자의 길이이고 끝 사이의 거리는 Koch 파선과 동일하며 n은 반복 횟수입니다. 여섯 번째 반복에서 u = 60°에서 u = 80°로 전환하면 프리프랙탈의 전체 길이를 4배 이상 늘릴 수 있습니다. 예상할 수 있듯이 기본 공진 주파수, 내부 공진 저항 및 다중 범위 성능과 같은 재귀 차원과 안테나 속성 간에는 직접적인 관계가 있습니다. 컴퓨터 계산을 기반으로 Vinoy는 프리프랙탈 D의 차원, 반복 횟수 n 및 Koch와 동일한 높이의 직선 쌍극자 fD의 공진 주파수에 대한 Koch 쌍극자 fk의 첫 번째 공진 주파수의 의존성을 얻었습니다. 파선(극점에서):

(3)

그림 14 - 전자기파의 "누설" 효과

일반적인 경우 첫 번째 공진 주파수에서 Koch 쌍극자의 내부 저항에 대해 다음과 같은 근사 관계가 참입니다.

(4)

여기서 R0은 선형 쌍극자의 내부 저항(D=1)이며, 이 경우 72옴과 같습니다. 식 (3) 및 (4)는 필요한 공진 주파수 및 내부 저항 값으로 안테나의 기하학적 파라미터를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. Koch 쌍극자의 다중대역 특성도 각도 u 값에 매우 민감합니다. 증가함에 따라 공진 주파수의 값이 서로 접근하고 결과적으로 주어진 스펙트럼 범위에서 그 수가 증가합니다(그림 15). 동시에 반복 횟수가 높을수록 이 수렴이 강해집니다.

그림 15 - 공진 주파수 사이의 간격을 좁히는 효과

Koch 쌍극자의 또 다른 중요한 측면은 Pennsylvania State University에서 연구되었습니다. 안테나의 내부 저항이 50Ω에 접근하는 정도에 대한 전원 공급 장치의 비대칭 효과입니다. 선형 쌍극자에서 피드 포인트는 종종 비대칭으로 위치합니다. 내부 저항이 표준 값보다 작은 Koch 곡선 형태의 프랙탈 안테나에 동일한 접근 방식을 사용할 수 있습니다. 따라서 세 번째 반복에서 피더가 중앙에 연결될 때 손실을 고려하지 않은 표준 Koch 쌍극자(u = 60°)의 내부 저항은 28옴입니다. 피더를 안테나 끝 중 하나로 이동하면 50옴의 저항을 얻을 수 있습니다.

지금까지 고려한 코흐 파선의 모든 구성을 재귀적으로 합성하였다. 그러나 Vina에 따르면 특히 다른 각도를 설정하여 이 규칙을 위반하면? 각각의 새로운 반복에서 안테나 속성을 보다 유연하게 변경할 수 있습니다. 유사성을 유지하려면 각도 u를 변경하는 규칙적인 방식을 선택하는 것이 좋습니다. 예를 들어 선형 법칙에 따라 변경하려면 n \u003d 및 n-1-Din, 여기서 n은 반복 횟수, Di? - 삼각형 밑면의 각도 증분. 파선을 구성하는 이 원칙의 변형은 다음과 같은 일련의 각도입니다. 첫 번째 반복의 경우 u1 = 20°, 두 번째 반복의 경우 u2 = 10° 등입니다. 이 경우 진동기의 구성은 엄격하게 재귀적이지 않지만 한 번의 반복으로 합성된 모든 세그먼트는 동일한 크기와 모양을 갖습니다. 따라서 이러한 하이브리드 파선의 기하학은 자기유사한 것으로 인식됩니다. 음의 증분 Di?와 함께 적은 수의 반복으로 각도 n의 2차 또는 기타 비선형 변경을 사용할 수 있습니다.

고려 된 접근 방식을 통해 안테나의 공진 주파수 분포와 내부 저항 값을 설정할 수 있습니다. 그러나 각도 값을 변경하는 순서와 반복을 다시 정렬하면 동일한 결과가 제공되지 않습니다. 동일한 폴리라인 높이에 대해 동일한 각도의 다른 조합(예: u1 = 20°, u2 = 60° 및 u1 = 60°, u2 = 20°(그림 16))은 동일한 펼친 프리프랙탈 길이를 제공합니다. 그러나 기대와는 달리 매개변수의 완전한 일치는 공진 주파수의 정체와 안테나의 다중대역 특성의 정체를 제공하지 않습니다. 그 이유는 폴리라인 세그먼트의 내부 저항 변화, 즉 중요한 역할은 도체의 크기가 아니라 도체의 구성에 있습니다.

그림 16 - 음수 증분 Dq(a), 양수 증분 Dq(b) 및 음수 증분 Dq = 40°, 30°, 20°(c)가 있는 세 번째 반복의 일반화된 Koch 프리프랙탈

4. 프랙탈 안테나의 예

4.1 안테나 개요

안테나 주제는 현대 정보 전송 이론에서 가장 유망하고 상당한 관심을 끄는 주제 중 하나입니다. 이 특정 과학 개발 영역을 개발하려는 이러한 욕구는 현대 기술 세계에서 정보 전송 속도 및 방법에 대한 요구 사항이 계속 증가하는 것과 관련이 있습니다. 매일 서로 의사 소통하면서 우리는 공기를 통해 자연스러운 방식으로 정보를 전송합니다. 정확히 같은 방식으로 과학자들은 의사 소통 방법과 수많은 컴퓨터 네트워크를 가르치는 아이디어를 내놓았습니다.

그 결과 이 분야의 새로운 개발이 등장하고 컴퓨터 장비 시장에 대한 승인이 이루어졌으며 나중에 표준이 채택되었습니다. 무선 전송정보. 현재까지 Bluetooth, WiFi와 같은 전송 기술은 이미 승인되었으며 일반적으로 받아들여지고 있습니다. 그러나 개발은 거기서 멈추지 않고 멈출 수 없으며 새로운 요구 사항, 시장의 새로운 희망이 있습니다.

기술 개발 당시에는 놀라울 정도로 빠른 전송 속도는 오늘날 더 이상 이러한 개발 사용자의 요구 사항과 희망 사항을 충족하지 못합니다. 몇몇 주요 개발 센터는 이미 존재하는 WiFi 표준의 채널 확장을 기반으로 속도를 개선하기 위해 새로운 WiMAX 프로젝트를 시작했습니다. 이 모든 것에서 안테나 테마는 어떤 위치를 차지합니까?

전송 채널을 확장하는 문제는 기존보다 더 많은 압축을 도입하면 부분적으로 해결할 수 있습니다. 프랙탈 안테나를 사용하면 이 문제를 보다 질적으로 가장 효과적으로 해결할 수 있습니다. 그 이유는 프랙탈 안테나와 이를 기반으로 하는 주파수 선택 표면 및 볼륨이 고유한 전기역학적 특성, 즉 광대역, 주파수 범위의 대역폭 반복성 등을 갖기 때문입니다.

4.1.1 Cayley 트리 구축

Cayley 트리는 프랙탈 집합의 고전적인 예 중 하나입니다. 제로 반복은 주어진 길이 l의 선분입니다. 첫 번째 및 각각의 후속 홀수 반복은 이전 반복과 정확히 동일한 길이 l의 두 세그먼트로, 이전 반복의 세그먼트에 수직으로 위치하여 끝이 세그먼트의 중간에 연결됩니다.

프랙탈의 두 번째 및 각 후속 짝수 반복은 이전 반복과 수직으로 이전 반복 길이의 절반인 1/2의 두 세그먼트입니다.

Cayley 트리를 구축한 결과는 그림 17에 나와 있습니다. 안테나의 전체 높이는 15/8l이고 너비는 7/4l입니다.

그림 17 - Cayley 트리 구성

안테나 유형 "Cayley Tree"의 계산 및 분석 6차 Cayley 트리 형태의 프랙탈 안테나에 대한 이론적 계산이 수행되었습니다. 이 실용적인 문제를 해결하기 위해 전도성 요소의 전기 역학적 특성을 엄격하게 계산하는 데 상당히 강력한 도구인 EDEM 프로그램이 사용되었습니다. 이 프로그램의 강력한 도구와 사용자 친화적인 인터페이스는 이 수준의 계산에 필수적입니다.

저자는 안테나를 설계하고 신호 수신 및 전송의 공진 주파수의 이론적 값을 추정하고 EDEM 프로그램 언어의 인터페이스에서 문제를 제시하는 작업에 직면했습니다. Cayley Tree를 기반으로 설계된 프랙탈 안테나는 그림 18에 나와 있습니다.

그런 다음 평면 전자파를 설계된 프랙탈 안테나로 향하게 하여 프로그램이 안테나 전후의 전계 전파를 계산하고 프랙탈 안테나의 전기역학적 특성을 계산했습니다.

Cayley Tree 프랙탈 안테나의 저자가 수행한 계산 결과로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었습니다. 일련의 공진 주파수가 이전 주파수보다 대략 두 배의 값으로 반복되는 것을 볼 수 있습니다. 안테나 표면의 전류 분포가 결정되었습니다. 전자기장의 전반사 및 전반사 영역이 모두 연구되었습니다.

그림 18 - 6차 Cayley 트리

4 .1.2 멀티미디어 안테나

소형화는 비약적으로 지구를 휩쓸고 있습니다. 콩알만한 크기의 컴퓨터의 등장은 그리 멀지 않은 일이지만 현재 Fractus는 쌀알보다 작은 크기의 안테나를 주목하고 있습니다(그림 19).

그림 19 - 프랙탈 안테나

Micro Reach Xtend라는 신제품은 2.4GHz의 주파수에서 작동하며 다음을 지원합니다. 무선 기술 Wi-Fi 및 Bluetooth뿐만 아니라 덜 인기있는 다른 표준도 있습니다. 이 장치는 특허받은 프랙탈 안테나 기술을 기반으로 하며 그 면적은 3.7 x 2mm에 불과합니다. 개발자들에 따르면 작은 안테나는 가까운 미래에 사용하게 될 멀티미디어 제품의 크기를 줄이거나 하나의 장치에 더 많은 기능을 집어넣을 것이라고 합니다.

텔레비전 방송국은 50-900MHz 범위의 신호를 전송하며 전송 안테나에서 수 킬로미터 떨어진 거리에서 확실하게 수신됩니다. 높은 주파수의 진동은 건물을 통과하고 단순히 주변을 돌아 다니는 저주파보다 더 나쁜 다양한 장애물을 통과하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 기존 시스템에서 사용하던 Wi-Fi 기술은 무선 통신 2.4GHz 이상의 주파수에서 작동하며 100m 이하의 거리에서만 신호 수신을 제공하며 고급 Wi-Fi 기술과 관련된 이러한 불의로 인해 TV 소비자에게 해를 끼치 지 않고 곧 끝날 것입니다. 앞으로는 Wi-Fi 기술을 기반으로 하는 장치가 활성 TV 채널 사이의 주파수에서 작동하여 안정적인 수신 범위를 늘릴 것입니다. TV 작동을 방해하지 않기 위해 각 Wi-Fi 시스템(송신기 및 수신기)은 주변 주파수를 지속적으로 스캔하여 공중에서의 충돌을 방지합니다. 더 넓은 주파수 범위로 전환할 때 고주파와 고주파 모두에서 신호를 동등하게 잘 수신하는 안테나가 필요합니다. 저주파. 일반 휩 안테나는 이러한 요구 사항을 충족하지 않기 때문입니다. 길이에 따라 특정 파장의 주파수를 선택적으로 수신합니다. 넓은 주파수 범위의 신호를 수신하기에 적합한 안테나는 소위 프랙탈 안테나가 되었는데, 프랙탈의 형태는 아무리 확대해도 똑같아 보이는 구조입니다. 프랙탈 안테나는 함께 꼬인 서로 다른 길이의 많은 핀 안테나 구조로 동작합니다.

4.1.3 "깨진" 안테나

미국인 엔지니어 Nathan Cohen은 10년 전에 집에서 아마추어 라디오 방송국을 조립하기로 결정했지만 예상치 못한 어려움에 봉착했습니다. 그의 아파트는 보스턴 시내에 있었고 시 당국은 건물 외부에 안테나를 설치하는 것을 엄격히 금지했습니다. 탈출구는 예기치 않게 발견되어 라디오 아마추어의 전체 삶을 바 꾸었습니다.

전통적인 모양의 안테나를 만드는 대신 Cohen은 알루미늄 호일 조각을 가져와 Koch 곡선으로 알려진 수학적 개체 모양의 모양으로 잘라냈습니다. 1904년 독일 수학자 Helga von Koch가 발견한 이 곡선은 다단계 중국 탑의 지붕처럼 서로 성장하는 일련의 무한히 감소하는 삼각형처럼 보이는 파선인 프랙탈입니다. 모든 프랙탈과 마찬가지로 이 곡선은 "자체 유사"합니다. 즉, 가장 작은 세그먼트에서 동일한 형태를 가지며 반복됩니다. 이러한 곡선은 간단한 작업을 끝없이 반복하여 만들어집니다. 선은 동일한 세그먼트로 나뉘고 각 세그먼트에서 삼각형(von Koch 방법) 또는 사각형(Hermann Minkowski 방법) 형태로 구부러집니다. 그런 다음 결과 그림의 모든면에서 유사한 사각형 또는 삼각형이 구부러져 있지만 크기는 더 작습니다. 구성을 무한대로 계속하면 각 지점에서 "깨진" 곡선을 얻을 수 있습니다(그림 20).

그림 20 - Koch 및 Minkowski 곡선의 구성

최초의 프랙탈 개체 중 하나인 코흐 곡선의 구성. 길이가 l인 세그먼트는 무한선에서 구별됩니다. 각 세그먼트는 세 개의 동일한 부분으로 나뉘며 측면 l / 3의 정삼각형이 가운데 부분에 만들어집니다. 또한 프로세스가 반복됩니다. 변이 1/9인 삼각형이 세그먼트 1/3에 만들어지고 변이 1/27인 삼각형이 그 위에 만들어지는 식입니다. 이 곡선은 자체 유사성 또는 척도 불변성을 가지고 있습니다. 각 요소는 축소된 형태로 곡선 자체를 반복합니다.

Minkowski 프랙탈은 Koch 곡선과 유사하게 구성되며 동일한 속성을 갖습니다. 그것이 구성되면 삼각형 시스템 대신 무한히 감소하는 크기의 "직사각형 파도"인 직선에 사행이 구성됩니다.

Koch 곡선을 구축하면서 Cohen은 자신을 2~3단계로 제한했습니다. 그런 다음 작은 종이에 그림을 붙여서 수신기에 부착했는데 일반 안테나처럼 작동하는 것을 보고 놀랐습니다. 나중에 밝혀진 바와 같이 그의 발명품은 현재 대량 생산되는 근본적으로 새로운 유형의 안테나의 조상이 되었습니다.

이 안테나는 매우 콤팩트합니다. 휴대폰용 내장형 프랙탈 안테나는 일반 슬라이드 크기(24 x 36 mm)입니다. 또한 넓은 주파수 범위에서 작동합니다. 이 모든 것은 실험적으로 발견되었습니다. 프랙탈 안테나 이론은 아직 존재하지 않습니다.

Minkowski 알고리즘에 따라 일련의 연속적인 단계로 만들어진 프랙탈 안테나의 매개 변수는 매우 흥미로운 방식으로 변경됩니다. 직선 안테나가 "구형파"(사행) 형태로 구부러지면 이득이 증가합니다. 안테나 이득의 모든 후속 사행은 변경되지 않지만 수신되는 주파수 범위가 확장되고 안테나 자체가 훨씬 더 작아집니다. 사실, 처음 5~6단계만 효과적입니다. 도체를 더 구부리려면 직경을 줄여야 하며 이렇게 하면 안테나의 저항이 증가하고 게인 손실이 발생합니다.

어떤 사람들은 이론적인 문제에 대해 어리둥절하지만 다른 사람들은 적극적으로 발명을 실행에 옮기고 있습니다. 현재 보스턴 대학의 교수이자 Fractal Antenna Systems의 수석 기술 검사관인 Nathan Cohen에 따르면 "몇 년 안에 프랙탈 안테나는 셀룰러 및 무선 전화기와 기타 여러 무선 장치의 필수 요소가 될 것입니다."

안테나 배열 프랙탈

4.2 프랙탈 안테나의 응용

오늘날 통신에 사용되는 많은 안테나 설계 중에서 기사 제목의 안테나 유형은 비교적 새롭고 알려진 솔루션과 근본적으로 다릅니다. 프랙탈 구조의 전기역학을 고려한 최초의 출판물은 이미 1980년대에 나타났습니다. 시작 실용 10여 년 전, 안테나 기술의 프랙탈 방향은 현재 Boaon University의 교수이자 Fractal Antenna Systems의 수석 기술 검사관인 미국 엔지니어 Nathan Cohen이 제안했습니다. 보스턴 시내에 살던 그는 시 정부의 옥외 안테나 설치 금지령을 피하기 위해 아마추어 라디오 방송국의 안테나를 알루미늄 호일로 만든 장식용 인형으로 위장하기로 했다. 기본으로 그는 스웨덴 수학자 Niels Fabian Helge von Koch(1870-1924)가 1904년에 설명한 기하학에서 잘 알려진 Koch 곡선(그림 20)을 사용했습니다.

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수학에서 세트는 전체적으로 세트와 유사한 요소로 구성된 프랙탈이라고합니다. 가장 좋은 예: 타원의 선을 자세히 보면 직선이 됩니다. 프랙탈 - 아무리 가까워도 그림은 복잡하고 일반 보기와 비슷합니다. 요소는 기괴한 방식으로 배열됩니다. 따라서 우리는 동심원을 프랙탈의 가장 간단한 예라고 생각합니다. 아무리 가까워도 새로운 원이 나타납니다. 프랙탈의 많은 예가 있습니다. 예를 들어 Wikipedia는 Romanesco 양배추의 사진을 제공합니다. 양배추 머리는 양배추 머리와 정확히 닮은 원뿔로 구성되어 있습니다. 이제 독자들은 프랙탈 안테나를 만드는 것이 쉽지 않다는 것을 이해합니다. 그러나 그것은 흥미 롭습니다.

프랙탈 안테나가 필요한 이유

프랙탈 안테나의 목적은 적은 희생자로 더 많은 것을 잡는 것입니다. 서양 비디오에서는 프랙탈 리본의 세그먼트가 이미 터 역할을 할 포물면을 찾을 수 있습니다. 그들은 이미 호일로 마이크로파 장치의 요소를 만들고 일반 요소보다 더 효율적입니다. 프랙탈 안테나를 만드는 방법을 끝까지 보여주고 SWR 미터로 단독 조정을 처리합니다. 물론 해당 제품이 상업적 목적으로 홍보되는 해외 전체 사이트가 있으며 그림이 없다고 언급합니다. 우리의 수제 프랙탈 안테나는 더 간단하며 가장 큰 장점은 자신의 손으로 디자인을 만들 수 있다는 것입니다.

1897년 Oliver Lodge가 fractenna.com 사이트의 비디오에 따르면 최초의 프랙탈 안테나인 바이코니컬이 나타났습니다. Wikipedia를 검색하지 마십시오. 기존 쌍극자에 비해 진동자 대신 삼각형 한 쌍을 사용하면 20%의 대역 확장이 가능합니다. 주기적인 반복 구조를 생성함으로써 대형 안테나보다 나쁘지 않은 소형 안테나를 조립할 수 있었습니다. 종종 두 개의 프레임 또는 기이한 모양의 플레이트 형태의 바이코니컬 안테나를 찾을 수 있습니다.

이렇게 하면 결국 더 많은 TV 채널을 수신할 수 있습니다.

YouTube에 요청을 입력하면 프랙탈 안테나 제조에 대한 비디오가 나타납니다. 어깨와 함께 모서리가 잘린 이스라엘 국기의 6 개 별을 상상하면 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 것입니다. 세 개의 모서리가 남아 있고 두 개의 모서리가 제자리에 있고 두 번째 모서리는 그렇지 않은 것으로 나타났습니다. 여섯 번째 모서리가 완전히 누락되었습니다. 이제 두 개의 유사한 별을 수직으로 배치하고 서로 중심각을 두고 왼쪽과 오른쪽에 슬롯을 그 위에 배치합니다. 비슷한 쌍입니다. 그 결과 가장 단순한 프랙탈 안테나인 안테나 어레이가 탄생했습니다.

모퉁이의 별은 피더로 연결됩니다. 쌍별 열. 신호는 정확히 각 와이어의 중간에 있는 라인에서 가져옵니다. 구조는 적절한 크기의 유전체(플라스틱) 기판에 볼트로 조립됩니다. 별의 측면은 정확히 1인치이고, 별 모서리 사이의 수직 거리(피더 길이)는 4인치, 수평(피더의 두 와이어 사이의 거리)은 1인치입니다. 별은 꼭지점에서 60도의 각도를 가지며 이제 독자는 템플릿 형태로 비슷한 것을 그릴 것이므로 나중에 스스로 프랙탈 안테나를 만들 수 있습니다. 우리는 작업 스케치를 만들었고 축척이 관찰되지 않았습니다. 정확한 그림을 그릴 수 있는 좋은 기회가 없으면 별이 정확히 나왔다는 것을 보장할 수 없습니다. 프랙탈 안테나 장치를 명확하게 만들기 위해 그림을 보는 것으로 충분합니다.

갈색 사각형은 유전체 기판을 나타냅니다. 그림에 표시된 프랙탈 안테나는 대칭 방사 패턴을 가지고 있습니다. 이미터를 간섭으로부터 차폐하면 스크린은 기판 뒤 1인치 거리에 있는 4개의 포스트에 배치됩니다. 주파수에서는 단단한 금속판을 놓을 필요가 없으며 1/4 인치 메쉬로 충분하며 실드를 케이블 피복에 연결하는 것을 잊지 마십시오.
특성 임피던스가 75옴인 피더는 승인이 필요합니다. 300옴을 75옴으로 변환하는 변압기를 찾거나 만드십시오. SWR 미터를 더 잘 비축하고 터치가 아닌 장치로 원하는 매개 변수를 선택하십시오.
네 개의 별, 구리선을 구부리십시오. 피더 (있는 경우)와 도킹 장소에서 래커 단열재를 청소합니다. 안테나의 내부 피더는 두 개의 병렬 와이어 조각으로 구성됩니다. 악천후로부터 보호하기 위해 안테나를 상자에 넣는 것이 좋습니다.

디지털 텔레비전용 프랙탈 안테나 조립

리뷰를 끝까지 읽으면 누구나 프랙탈 안테나를 만들 것입니다. 디자인을 너무 빨리 파고들어 편광에 대해 이야기하는 것을 잊었습니다. 우리는 그것이 선형적이고 수평적이라고 믿습니다. 이것은 고려 사항에서 비롯됩니다.

비디오는 분명히 미국 출신이며 HDTV에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 특정 국가의 패션을 수용할 수 있습니다.
아시다시피, 지구상에서 원형 편파를 사용하여 위성에서 방송하는 국가는 거의 없습니다. 그 중에는 러시아 연방과 미국이 있습니다. 따라서 다른 정보 전송 기술도 유사하다고 생각합니다. 왜? 냉전이 있었고 양국은 무엇을 어떻게 이전할지 전략적으로 선택했고 다른 국가는 순전히 실용적인 고려에서 진행했습니다. 원형 편파는 스파이 위성을 위해 특별히 구현됩니다(관찰자에 대해 지속적으로 이동). 따라서 텔레비전과 라디오 방송에 유사성이 있다고 믿을만한 이유가 있습니다.
안테나의 구조는 선형이라고 말합니다. 원형 또는 타원형 편광을 취할 곳이 없습니다. 따라서 독자가 MMANA를 아는 전문가가 아닌 경우 안테나가 허용된 위치에 걸리지 않으면 라디에이터 평면에서 90도 회전합니다. 편광이 수직으로 변경됩니다. 그건 그렇고, 치수를 4 배 이상 설정하면 많은 사람들이 FM도 잡을 수 있습니다 더 두꺼운 와이어 (예 : 10mm)를 사용하는 것이 좋습니다.

독자들에게 프랙탈 안테나 사용법을 설명했길 바랍니다. 쉬운 조립을 위한 몇 가지 팁. 따라서 니스 칠한 보호 기능이 있는 전선을 찾으십시오. 그림과 같이 모양을 구부립니다. 그런 다음 생성자가 갈라집니다. 다음을 수행하는 것이 좋습니다.

도킹 지점에서 별과 피더 와이어를 벗겨냅니다. 중간 부분의 기판에 볼트로 피더 와이어를 귀로 고정하십시오. 작업을 올바르게 수행하려면 미리 1인치를 측정하고 연필로 두 개의 평행선을 그립니다. 와이어가 함께 있어야 합니다.
신중하게 거리를 확인하면서 단일 구조를 납땜하십시오. 비디오 작성자는 별이 모서리가있는 피더에 평평하게 놓이고 반대쪽 끝이 기판 가장자리에 놓 이도록 이미 터를 만들 것을 권장합니다 (각각 두 군데). 모범적인 별의 경우 장소를 파란색으로 표시했습니다.
조건을 충족하려면 유전체 클램프가 있는 볼트(예: cambric 등의 PVA 전선)를 사용하여 각 별을 한 곳에서 당깁니다. 그림에서 첨부 지점은 하나의 별에 대해 빨간색으로 표시됩니다. 볼트는 개략적으로 원으로 그려집니다.

공급 케이블은 다음과 같이 실행됩니다(선택 사항). 반대쪽. 제자리에 구멍을 뚫습니다. 피더 와이어 사이의 거리를 변경하여 SWR을 조정하지만 이 설계에서는 가학적인 방법입니다. 단순히 안테나의 임피던스를 측정하는 것이 좋습니다. 이것이 어떻게 수행되는지 기억하십시오. 보고있는 프로그램의 주파수 (예 : 500MHz)에 대한 생성기와 신호 앞에 저장하지 않는 고주파 전압계가 필요합니다.

그런 다음 발전기에서 생성된 전압을 측정하여 전압계에 근접합니다(병렬). 자체 인덕턴스가 매우 낮은 가변 저항과 안테나에서 저항 분배기를 조립합니다(제너레이터 다음에 저항을 먼저 연결한 다음 안테나를 직렬로 연결합니다). 전압계로 전압을 측정합니다. 가변 저항기, 동시에 무부하 발전기 판독값(위 단락 참조)이 전류의 두 배가 될 때까지 정격을 조정합니다. 이것은 가변 저항의 값이 500MHz의 주파수에서 안테나의 파동 임피던스와 같아졌음을 의미합니다.

이제 원하는 방식으로 변압기를 만들 수 있습니다. 인터넷에서 올바른 것을 찾기가 어렵습니다. 라디오 방송을 좋아하는 사람들에게는 기성품 답변 http://www.cqham.ru/tr.htm을 찾았습니다. 사이트는 부하를 50옴 케이블과 일치시키는 방법을 말하고 그립니다. 주파수는 HF 대역에 해당하며 MW는 여기에 부분적으로 맞습니다. 안테나의 특성 임피던스는 50~200옴 범위로 유지됩니다. 별이 얼마를 줄지 말하기는 어렵습니다. 농장에 라인의 파동 임피던스를 측정하는 장치가 있는 경우 피더 길이가 파장의 1/4의 배수이면 안테나 임피던스가 변경되지 않은 상태로 출력으로 전송됩니다. 작은 범위와 큰 범위에 대해 이러한 조건을 제공하는 것은 불가능하지만 (프랙탈 안테나의 기능에는 확장 범위도 포함되어 있음을 기억합니다) 측정을 위해 언급 된 사실이 모든 곳에서 사용됩니다.

독자들은 이제 이 놀라운 트랜시버에 대해 모두 알고 있습니다. 이러한 특이한 모양은 우주의 다양성이 일반적인 틀에 맞지 않음을 시사합니다.

그것이 무엇이며 어디에 사용되는지 모르는 사람은 프랙탈에 관한 비디오 영화를 시청한다고 말할 수 있습니다. 그리고 이러한 안테나는 예를 들어 모든 휴대 전화와 같이 우리 시대의 모든 곳에서 사용됩니다.

그래서 2013년 말 시아버지와 장모님께서 이것저것 찾아오셨고, 여기도 설 연휴 전날 장모님께서 그녀의 작은 TV용 안테나. 시아버지는 위성안테나로 TV를 보는데, 시어머니는 시아버지를 끌어당기지 않고 차분하게 새해 프로그램을 보고 싶었다.

좋아, 우리는 아내가 가끔 TV를 볼 때 사용하는 루프 안테나(정사각형 330x330mm)를 그녀에게 주었다.

그러던 중 소치 동계올림픽 개막일이 다가오자 부인이 “안테나를 만들어라.

다른 안테나를 만드는 것이 문제가 아니라 목적과 의미가 있을 뿐입니다. 그는 그렇게 하겠다고 약속했습니다. 그리고 이제 때가 되었는데... 루프안테나를 하나 더 조각하는건 어쩐지 지루하다고 생각했는데 21세기가 마당에 있다보니 안테나를 만드는데 가장 진보적인게 EH안테나, HZ안테나, 프랙탈안테나라는게 생각났어요 . 내 경우에 가장 적합한 것을 추정한 후 프랙탈 안테나를 선택했습니다. 다행히도 프랙탈에 관한 모든 종류의 영화를 충분히 보았고 오래 전에 인터넷에서 모든 종류의 사진을 가져 왔습니다. 그래서 저는 그 아이디어를 물질적 현실로 옮기고 싶었습니다.

사진은 한 가지이며 장치의 특정 구현은 또 다른 것입니다. 나는 오랫동안 귀찮게하지 않고 직사각형 프랙탈을 따라 안테나를 만들기로 결정했습니다.

직경 약 1mm의 구리선을 꺼내 펜치를 잡고 땜질하기 시작했습니다. 첫 번째 프로젝트는 많은 프랙탈을 사용하여 본격적인 프로젝트였습니다. 나는 추운 겨울 저녁에 습관적으로 오랫동안 그것을했고 결과적으로 액체 폴리에틸렌을 사용하여 전체 프랙탈 표면을 섬유판에 붙이고 약 1m 길이의 케이블을 직접 납땜하고 시도하기 시작했습니다. ... 이런! 그리고이 안테나는 프레임 1보다 훨씬 더 명확하게 TV 채널을 수신했습니다 ... 그런 결과에 만족했습니다. 즉, 와이어를 프랙탈 모양으로 구부리면서 티눈을 비틀고 문지른 것이 헛되지 않았습니다.

약 일주일이 지났고 새 안테나의 크기가 프레임 안테나와 거의 같다는 생각이 들었습니다. 약간의 수신 개선을 고려하지 않으면 특별한 이점이 없습니다. 그래서 저는 각각 더 적은 수의 프랙탈을 사용하고 더 작은 크기의 새로운 프랙탈 안테나를 장착하기로 결정했습니다.

프랙탈 안테나. 첫 번째 옵션

2014년 2월 8일 토요일, 나는 첫 번째 프랙탈 안테나에서 남겨진 작은 구리선 조각을 꺼내 약 30분 만에 새 안테나를 장착했습니다.

프랙탈 안테나. 두 번째 옵션

그런 다음 첫 번째 케이블을 납땜했고 완성된 장치로 판명되었습니다. 프랙탈 안테나. 케이블이 포함된 두 번째 버전

성능을 확인하기 시작했습니다 ... 와우! 예, 이것은 훨씬 더 잘 작동하며 이전에는 루프 안테나를 사용하여 달성할 수 없었던 최대 10개의 컬러 채널을 수신합니다. 승리는 중요합니다! 내 수신 조건이 완전히 중요하지 않다는 사실에도주의를 기울이면 2 층, 우리 집은 고층 건물에 의해 텔레비전 센터에서 완전히 차단되고 직접적인 가시성이 없으며 이득은 모두 인상적입니다. 리셉션 및 크기.

인터넷에는 호일 코팅 유리 섬유에 에칭하여 만든 프랙탈 안테나가 있습니다 ... 무엇을해도 상관 없다고 생각하며 치수를 엄격하게 준수해서는 안됩니다 텔레비전 안테나, 무릎 작업 내에서 .

세상은 좋은 사람들 없이는 없습니다 :-)
Valery UR3CAH: "안녕하세요, Egor. 이 기사(즉, "Fractal antennas: less is better" 섹션)가 귀하의 사이트 주제와 일치하고 귀하의 관심을 끌 것입니다:) 73!"
예, 물론 흥미 롭습니다. 우리는 헥사빔의 기하학을 논의할 때 이미 이 주제를 어느 정도 다루었습니다. 거기에서도 전기 길이를 기하학적 차원으로 "패킹"하는 딜레마가 있었습니다 :-). Valery, 보내주신 자료에 대해 대단히 감사합니다.
프랙탈 안테나: 적을수록 좋지만 더 좋습니다
지난 반세기 동안 삶은 빠르게 변했습니다. 우리 대부분은 성취를 받아들인다 현대 기술당연히. 삶을 더 편안하게 만드는 모든 것, 당신은 매우 빨리 익숙해집니다. "이게 어디서 났어?"라고 묻는 사람은 거의 없습니다. 그리고 "어떻게 작동합니까?" 전자 레인지는 아침 식사를 데워줍니다. 좋습니다. 스마트 폰을 사용하면 다른 사람과 대화 할 수 있습니다. 이것은 우리에게 명백한 가능성처럼 보입니다.
그러나 일어나는 사건에 대한 설명을 찾지 않는다면 인생은 완전히 달라질 수 있습니다. 예를 들어 휴대폰을 생각해 보십시오. 첫 번째 모델의 개폐식 안테나를 기억하십니까? 그들은 방해하고 장치의 크기를 늘렸고 결국에는 종종 고장났습니다. 우리는 그들이 망각 속으로 영원히 가라앉았다고 믿습니다. 그리고 부분적으로는 프랙탈 때문입니다.
프랙탈 그림은 패턴에 매료됩니다. 성운, 은하단 등 우주 물체의 이미지와 분명히 비슷합니다. 따라서 Mandelbrot가 자신의 프랙탈 이론을 발표했을 때 그의 연구가 천문학을 연구하는 사람들 사이에서 더 많은 관심을 불러일으킨 것은 매우 자연스러운 일입니다. 이 아마추어 중 한 명인 Nathan Cohen은 부다페스트에서 Benoit Mandelbrot의 강의에 참석한 후 아이디어에 불이 붙었습니다. 실용적인 응용 프로그램습득한 지식. 사실, 그는 그것을 직관적으로 해냈고 기회는 그의 발견에 중요한 역할을 했습니다. 라디오 아마추어로서 Nathan은 가능한 최고의 감도를 가진 안테나를 만들려고 노력했습니다.
유일한 방법당시 알려진 안테나의 매개 변수를 개선하려면 기하학적 치수를 늘리는 것이 었습니다. 그러나 Nathan의 보스턴 시내 아파트 소유주는 대형 옥상 장치 설치에 완강히 반대했습니다. 그런 다음 Nathan은 최소 크기로 최대 결과를 얻으려고 다양한 형태의 안테나를 실험하기 시작했습니다. 프랙탈 형태의 아이디어에 불을 붙인 Cohen은 가장 유명한 프랙탈 중 하나 인 "Koch 눈송이"를 무작위로 만들었습니다. 스웨덴의 수학자 Helge von Koch는 1904년에 이 곡선을 고안했습니다. 세그먼트를 세 부분으로 나누고 가운데 세그먼트를 이 세그먼트와 일치하는 변이 없는 정삼각형으로 교체하여 얻습니다. 정의는 이해하기 약간 어렵지만 그림은 명확하고 간단합니다.
"Koch 곡선"의 다른 종류도 있지만 곡선의 대략적인 모양은 유사하게 유지됩니다.

Nathan이 안테나를 라디오 수신기에 연결했을 때 그는 매우 놀랐습니다. 감도가 극적으로 증가했습니다. 일련의 실험 후 Boston University의 미래 교수는 프랙탈 패턴에 따라 만들어진 안테나가 고전적인 솔루션에 비해 효율성이 높고 훨씬 더 넓은 주파수 범위를 커버한다는 것을 깨달았습니다. 또한 프랙탈 곡선 형태의 안테나 모양은 기하학적 치수를 크게 줄일 수 있습니다. Nathan Cohen은 광대역 안테나자기 유사 프랙탈 곡선의 형태를 제공하는 것으로 충분합니다.

저자는 자신의 발견에 대한 특허를 취득하고 프랙탈 안테나 Fractal Antenna Systems의 개발 및 설계를 위해 회사를 설립했으며, 그의 발견 덕분에 미래에 휴대폰이 부피가 큰 안테나를 없애고 더 콤팩트해질 수 있을 것이라고 믿었습니다. 기본적으로 그렇게 된 것입니다. 사실, 오늘날까지 Nathan은 대기업소형 통신 장치를 생산하기 위해 자신의 발견을 불법적으로 사용하는 사람. 일부 유명한 제조업체 모바일 장치, Motorola와 같은 회사는 이미 프랙탈 안테나 발명가와 평화 협정을 맺었습니다. 원본 소스

지난 반세기 동안 삶은 빠르게 변했습니다. 우리 대부분은 현대 기술의 발전을 당연하게 여깁니다. 삶을 더 편안하게 만드는 모든 것, 당신은 매우 빨리 익숙해집니다. "이게 어디서 났어?"라고 묻는 사람은 거의 없습니다. 그리고 "어떻게 작동합니까?" 전자 레인지는 아침 식사를 따뜻하게합니다. 좋습니다. 스마트 폰을 사용하면 다른 사람과 대화 할 수 있습니다. 이것은 우리에게 명백한 가능성처럼 보입니다.

그러나 일어나는 사건에 대한 설명을 찾지 않는다면 인생은 완전히 달라질 수 있습니다. 예를 들어 휴대폰을 생각해 보십시오. 첫 번째 모델의 개폐식 안테나를 기억하십니까? 그들은 방해하고 장치의 크기를 늘렸고 결국에는 종종 고장났습니다. 우리는 그들이 망각 속으로 영원히 가라앉았다고 믿습니다. 그리고 부분적으로는 프랙탈 때문입니다.

프랙탈 그림은 패턴에 매료됩니다. 성운, 은하단 등 우주 물체의 이미지와 분명히 비슷합니다. 따라서 Mandelbrot가 자신의 프랙탈 이론을 발표했을 때 그의 연구가 천문학을 연구하는 사람들 사이에서 더 많은 관심을 불러일으킨 것은 매우 자연스러운 일입니다.

Nathan Cohen이라는 아마추어는 부다페스트에서 Benoit Mandelbrot의 강의에 참석한 후 얻은 지식을 실용적으로 적용한다는 아이디어에서 영감을 받았습니다. 사실, 그는 그것을 직관적으로 해냈고 기회는 그의 발견에 중요한 역할을 했습니다. 라디오 아마추어로서 Nathan은 가능한 최고의 감도를 가진 안테나를 만들려고 노력했습니다.
당시 알려진 안테나의 매개변수를 개선하는 유일한 방법은 기하학적 치수를 늘리는 것이었습니다. 그러나 Nathan의 보스턴 시내 아파트 소유주는 대형 옥상 장치 설치에 완강히 반대했습니다.

그런 다음 Nathan은 최소 크기로 최대 결과를 얻으려고 다양한 형태의 안테나를 실험하기 시작했습니다. 프랙탈 형태의 아이디어에 불을 붙인 Cohen은 가장 유명한 프랙탈 중 하나 인 "Koch 눈송이"를 무작위로 만들었습니다.

스웨덴의 수학자 Helge von Koch는 1904년에 이 곡선을 고안했습니다. 세그먼트를 세 부분으로 나누고 가운데 세그먼트를 이 세그먼트와 일치하는 변이 없는 정삼각형으로 교체하여 얻습니다. 정의는 이해하기 약간 어렵지만 그림은 명확하고 간단합니다.

"Koch 곡선"의 다른 종류도 있지만 곡선의 대략적인 모양은 유사하게 유지됩니다.
Nathan이 안테나를 라디오 수신기에 연결했을 때 그는 매우 놀랐습니다. 감도가 극적으로 증가했습니다. 일련의 실험 후 Boston University의 미래 교수는 프랙탈 패턴에 따라 만들어진 안테나가 고전적인 솔루션에 비해 효율성이 높고 훨씬 더 넓은 주파수 범위를 커버한다는 것을 깨달았습니다. 또한 프랙탈 곡선 형태의 안테나 모양은 기하학적 치수를 크게 줄일 수 있습니다.

Nathan Cohen은 광대역 안테나를 만들기 위해서는 자기유사 프랙탈 곡선의 모양을 제공하는 것으로 충분하다는 것을 증명하는 정리를 개발했습니다. 저자는 자신의 발견에 대한 특허를 취득하고 프랙탈 안테나 Fractal Antenna Systems의 개발 및 설계를 위한 회사를 설립했으며, 그의 발견 덕분에 미래에 휴대폰이 부피가 큰 안테나를 없애고 더 콤팩트해질 수 있을 것이라고 믿었습니다.

기본적으로 그렇게 된 것입니다. 사실, 오늘날까지 Nathan은 소형 통신 장치를 생산하기 위해 자신의 발견을 불법적으로 사용하는 대기업과 소송을 벌이고 있습니다. Motorola와 같은 일부 잘 알려진 모바일 장치 제조업체는 이미 프랙탈 안테나 발명자와 평화 협정에 도달했습니다.

추신:이 주제에 대해 제기된 질문을 예상하면 그렇지 않다고 가정합니다. 효율적인 작업그런 안테나. 물리학과 자연은 속일 수 없습니다. 안테나 크기가 꼬이거나 줄어들면 효율성이 떨어집니다. 이러한 안테나 및 이들의 시스템은 충분히 높은 주파수 및 원하는 경우 소형화에서 사용될 수 있습니다. 이것은 이미 사용 중입니다. 휴대폰, 미세 회로의 공진기, 프린트 배선판등등.
여기서 고효율을 기대할 수는 없지만 비좁은 환경에서 작동하고 이미 작동하고 있습니다.