Фрактални антени за телевизија. Фрактална ултраширокопојасна антена базирана на кружен монопол. Потоа, авионски електромагнетен бран беше насочен кон дизајнираната фрактална антена, а програмата го пресмета ширењето на полето пред и потоа

Во математиката, множествата се нарекуваат фрактални, кои се состојат од елементи слични на множеството како целина. најдобар пример: Ако внимателно ја погледнете линијата на елипсата, таа ќе стане права. Фрактал - без разлика колку е блиску - сликата ќе остане сложена и слична на општиот приказ. Елементите се распоредени на бизарен начин. Затоа, концентричните кругови ги сметаме за наједноставен пример за фрактал. Колку и да се блиску, се појавуваат нови кругови. Има многу примери на фрактали. На пример, Википедија дава слика од зелка Романеско, каде што главата на зелката се состои од конуси, точно налик на насликана глава од зелка. Сега читателите разбираат дека не е лесно да се направат фрактални антени. Но, тоа е интересно.

Зошто се потребни фрактални антени

Целта на фракталната антена е да фати повеќе со помалку жртви. Во западните видеа - можно е да се најде параболоид, каде што сегмент од фрактална лента ќе служи како емитер. Тие веќе прават елементи на микробранови уреди од фолија, поефикасни од обичните. Ќе покажеме како да направиме фрактална антена до крај, а да се справиме со координацијата сами со SWR метар. Напоменуваме дека има цел сајт, се разбира, странски, каде што соодветниот производ се промовира за комерцијални цели, нема цртежи. Нашата домашна фрактална антена е поедноставна, главната предност е што можете да го направите дизајнот со свои раце.

Првите фрактални антени - биконични - се појавија, според видеото од страницата fractenna.com, во 1897 година од Оливер Лоџ. Не пребарувајте на Википедија. Во споредба со конвенционалниот дипол, пар триаголници наместо вибратор дава проширување на лентата од 20%. Со создавање на периодични повторливи структури, беше можно да се соберат минијатурни антени не полоши од големите колеги. Честопати ќе најдете биконусна антена во форма на две рамки или плочи со бизарна форма.

Ова на крајот ќе овозможи да се примат повеќе ТВ канали.

Ако напишете барање на YouTube, се појавува видео за производство на фрактални антени. Како функционира подобро ќе разберете ако ја замислите шесткраката ѕвезда на израелското знаме, во која аголот е отсечен заедно со рамената. Се испостави дека останаа три агли, два ја имаа едната страна во место, втората не. Целосно недостасува шестиот агол. Сега да поставиме две слични ѕвезди вертикално, со централни агли едни на други, слотови лево и десно, над нив - сличен пар. Резултатот беше антена низа - наједноставната фрактална антена.

Ѕвездите околу аглите се поврзани со фидер. Колони во пар. Сигналот се зема од линијата, точно во средината на секоја жица. Структурата е составена на завртки на диелектрична (пластична) подлога со соодветна големина. Страната на ѕвездата е точно инч, растојанието помеѓу аглите на ѕвездите вертикално (должината на фидерот) е четири инчи, хоризонтално (растојанието помеѓу двете жици на фидерот) е инч. Ѕвездите имаат агли од 60 степени на нивните темиња, сега читателот ќе нацрта сличен во форма на шаблон, за подоцна сами да направат фрактална антена. Направивме работна скица, скалата не се почитува. Не можеме да гарантираме дека ѕвездите излегле точно, Microsoft Paint без големи можности за правење точни цртежи. Доволно е да ја погледнете сликата за да стане очигледен уредот на фракталната антена:

1. Кафеавиот правоаголник ја покажува диелектричната подлога. Фракталната антена прикажана на сликата има симетрична шема на зрачење. Ако го заштитите емитерот од пречки, екранот се поставува на четири столбови зад подлогата на растојание од еден инч. На фреквенции, нема потреба да се поставува цврст лим од метал, ќе биде доволна мрежа од четвртина инчи, не заборавајте да го поврзете штитот со обвивката на кабелот.
2. Внесувачот со карактеристична импеданса од 75 оми бара одобрение. Најдете или направете трансформатор кој претвора 300 оми во 75 оми. Подобро складирајте SWR метар и изберете ги саканите параметри не со допир, туку со уредот.
3. Четири ѕвезди, свиткајте се од бакарна жица. Ја чистиме изолацијата од лак на местото на приклучување со фидер (ако има). Внатрешниот фидер на антената се состои од две паралелни парчиња жица. Добра идеја е да ја ставите антената во кутија за заштита од лоши временски услови.

Составување фрактална антена за дигитална телевизија

Откако ќе го прочитате прегледот до крај, фракталните антени ќе ги направи секој. Толку брзо навлегоа во дизајнот што заборавија да зборуваат за поларизација. Ние веруваме дека е линеарен и хоризонтален. Ова произлегува од размислувањата:

• Видеото очигледно е од американско потекло, зборуваме за HDTV. Затоа, можеме да ја прифатиме модата на наведената земја.
• Како што знаете, неколку држави на планетата емитуваат од сателити користејќи кружна поларизација, меѓу нив и Руската Федерација и Соединетите Држави. Затоа, веруваме дека другите технологии за пренос на информации се слични. Зошто? Имаше Студена војна, веруваме, двете земји одбраа стратешки што и како да пренесат, другите земји тргнаа од чисто практични размислувања. Кружната поларизација е имплементирана специјално за шпионски сателити (се движат постојано во однос на набљудувачот). Оттука, постои причина да се верува дека постои сличност во телевизиското и радио емитувањето.
• Структурата на антената вели дека е линеарна. Едноставно нема каде да се земе кружна или елипсовидна поларизација. Затоа - освен ако нашите читатели не се професионалци кои ја познаваат MMANA - ако антената не се фати во прифатената положба, ротирајте 90 степени во рамнината на радијаторот. Поларизацијата ќе се промени во вертикална. Патем, многумина ќе можат да фатат и FM, ако димензиите се поставени повеќе од 4 пати.Подобро е да земете подебела жица (на пример, 10 мм).

Се надеваме дека им објаснивме на читателите како да ја користат фракталната антена. Неколку совети за лесно склопување. Затоа, обидете се да најдете жица со лакирана заштита. Свиткајте ги формите како што е прикажано на сликата. Потоа конструкторите се разминуваат, препорачуваме да го направите ова:

1. Соголете ги ѕвездите и жиците на доводникот на местата за приклучување. Прицврстете ги жиците за фидер за ушите со завртки на подлогата во средните делови. За правилно извршување на дејството, однапред измерете инч и нацртајте две паралелни линии со молив. По нив треба да лежат жици.
2. Залемете една структура, внимателно проверувајќи ги растојанијата. Авторите на видеото препорачуваат да се направи емитер така што ѕвездите ќе лежат рамно на фидерите со нивните агли, а спротивните краеви се потпираат на работ на подлогата (секоја на две места). За примерна ѕвезда, местата беа означени со сина боја.
3. За да го исполните условот, повлечете ја секоја ѕвезда на едно место со завртка со диелектрична клешта (на пример, PVA жици од камбрика и слично). На сликата, точките за прицврстување се прикажани со црвено за една ѕвезда. Завртката е шематски нацртана како круг.

Напојниот кабел работи (опционално) со задната страна. Дупчете дупки на место. SWR се прилагодува со менување на растојанието помеѓу жиците на фидер, но во овој дизајн ова е садистички метод. Препорачуваме едноставно мерење на импедансата на антената. Потсетете се како се прави ова. Ќе ви треба генератор за фреквенцијата на програмата што ја гледате, на пример, 500 MHz, покрај тоа, волтметар со висока фреквенција што не заштедува пред сигналот.

Потоа се мери напонот произведен од генераторот, за што се затвора на волтметар (паралелно). Од променлив отпор со екстремно ниска самоиндуктивност и антена, составуваме отпорен делител (се поврзуваме во серија по генераторот, прво отпорот, а потоа антената). Ние го мериме напонот со волтметар променлив отпорник, при истовремено прилагодување на рејтингот додека отчитувањата на генераторот без оптоварување (види пасус погоре) не станат двојно поголеми од струјата. Ова значи дека вредноста на променливиот отпорник стана еднаква на брановата импеданса на антената на фреквенција од 500 MHz.

Сега е можно да се направи трансформаторот на саканиот начин. Тешко е да се најде вистинскиот на мрежата, за оние кои сакаат да фатат радио емитување, најдоа готов одговор http://www.cqham.ru/tr.htm. Веб-страницата вели и црта како да се совпадне товарот со кабел од 50 оми. Ве молиме имајте предвид дека фреквенциите одговараат на опсегот HF, MW делумно се вклопува овде. Карактеристичната импеданса на антената се одржува во опсег од 50 - 200 оми. Тешко е да се каже колку една ѕвезда ќе даде. Ако на фармата има уред за мерење на брановата импеданса на линијата, потсетуваме: ако должината на фидерот е повеќекратно од четвртина од брановата должина, импедансата на антената се пренесува на излезот непроменета. Невозможно е да се обезбедат такви услови за мал и голем опсег (се потсетуваме дека во карактеристиките на фракталните антени е вклучен и продолжен опсег), но за потребите на мерењата, споменатиот факт се користи насекаде.

Читателите сега знаат сè за овие неверојатни примопредаватели. Таквата необична форма сугерира дека различноста на универзумот не се вклопува во типичната рамка.

Светот не е без добри луѓе:-)
Valery UR3CAH: "Добро попладне, Егор. Мислам дека овој напис (имено, делот "Фрактални антени: помалку е подобро") одговара на темата на вашата страница и ќе ве интересира :) 73!"
Да, секако дека е интересно. До одреден степен, веќе ја допревме оваа тема кога разговаравме за геометријата на хексабимите. И таму имаше дилема со „пакувањето“ на електричната должина во геометриски димензии :-). Затоа, ви благодарам, Валери, многу за испратениот материјал.
Фрактални антени: помалку е подобро, но подобро
Во текот на изминатиот половина век, животот брзо се промени. Повеќето од нас прифаќаат достигнувања модерни технологииЗдраво за готово. Сè што го прави животот поудобен, многу брзо се навикнувате. Ретко кој ги поставува прашањата „Од каде дојде ова?“ и "Како функционира?". Микробранова печка го загрева појадокот - добро, одлично, паметен телефон ви овозможува да разговарате со друго лице - одлично. Ова ни изгледа како очигледна можност.
Но, животот би можел да биде сосема поинаков ако човекот не бара објаснување за настаните што се случуваат. Земете ги, на пример, мобилните телефони. Се сеќавате на антените што се извлекуваат на првите модели? Тие се мешаа, ја зголемија големината на уредот, на крајот, често се кршеа. Веруваме дека тие засекогаш потонале во заборав, а делумно и поради овие ... фрактали.
Фракталните цртежи фасцинираат со нивните модели. Тие дефинитивно личат на слики од вселенски објекти - маглини, јата на галаксии итн. Затоа, сосема е природно дека кога Манделброт ја изразил својата теорија за фрактали, неговото истражување предизвикало зголемен интерес кај оние кои ја проучувале астрономијата. Еден од овие аматери по име Нејтан Коен, откако присуствуваше на предавањето на Беноа Манделброт во Будимпешта, се запали со идејата практична применастекнато знаење. Точно, тој го направи тоа интуитивно, а шансата одигра важна улога во неговото откритие. Како радио аматер, Нејтан се обиде да создаде антена со најголема можна чувствителност.
Единствениот начинза подобрување на параметрите на антената, што беше познато во тоа време, требаше да се зголемат нејзините геометриски димензии. Сепак, сопственикот на станот на Нејтан во центарот на Бостон беше категорично против поставувањето на големи уреди на покривот. Тогаш Натан почна да експериментира со различни форми на антени, обидувајќи се да го добие максималниот резултат со минимална големина. Запален од идејата за фрактални форми, Коен, како што велат, по случаен избор направил еден од најпознатите фрактали од жица - „Кох снегулка“. Шведскиот математичар Хелге фон Кох дошол до оваа крива уште во 1904 година. Се добива со делење на отсечката на три дела и замена на средниот сегмент со рамностран триаголник без страна што се совпаѓа со оваа отсечка. Дефиницијата е малку тешка за разбирање, но бројката е јасна и едноставна.
Постојат и други сорти на „кривата Кох“, но приближната форма на кривата останува слична.

Кога Натан ја поврзал антената со радио приемникот, бил многу изненаден - чувствителноста драстично се зголемила. По низа експерименти, идниот професор на Универзитетот во Бостон сфатил дека антената направена според фрактална шема има висока ефикасност и покрива многу поширок опсег на фреквенции во споредба со класичните решенија. Покрај тоа, обликот на антената во форма на фрактална крива може значително да ги намали геометриските димензии. Нејтан Коен дури излезе со теорема што го докажува тоа за да создаде широкопојасна антенадоволно е да му се даде форма на самослична фрактална крива.

Авторот го патентирал своето откритие и ја основал компанијата за развој и дизајн на фрактални антени Fractal Antenna Systems, со право верувајќи дека во иднина, благодарение на неговото откритие, мобилните телефони ќе можат да се ослободат од гломазните антени и да станат покомпактни. Во суштина, тоа е она што се случи. Точно, до денес, Нејтан е во судски спор со големи корпорациикои незаконски го користат неговото откритие за производство на компактни комуникациски уреди. Некои познати производители Мобилни уреди, како што е Motorola, веќе постигнаа мировен договор со пронаоѓачот на фракталната антена. оригинален извор

Во текот на изминатите неколку години, редовно се соочував со задачите за развој на UWB (ултра широкопојасни) микробранови модули и функционални јазли. И колку и да ми е тажно да зборувам за тоа, речиси сите информации на темата ги црпам од странски извори. Меѓутоа, пред некое време, во потрага по информациите што ми беа потребни, налетав на една која ветуваше решение за сите мои проблеми. Сакам да зборувам за тоа како решението на проблемите не успеа.

Една од постојаните „главоболки“ во развојот на UWB микробранови уреди е развојот на UWB антени, кои мора да имаат збир на специфични својства. Меѓу овие својства се следниве:

1. Координација во оперативниот фреквентен опсег (на пример, од 1 до 4 GHz). Сепак, тоа се случува кога е неопходно да се договориме во опсегот на фреквенции од 0,5 GHz до 5 GHz. И тука се јавува проблемот да се спушти во фреквенција под 1 GHz. Во принцип, добив впечаток дека фреквенцијата од 1 GHz има некаква мистична моќ - може да се приближите до неа, но многу е тешко да се надмине, бидејќи. во овој случај, уште еден услов за антената е прекршен, имено

2. Компактност. На крајот на краиштата, за никого не е тајна дека сега на малкумина им е потребна антена со рогови за брановоди со огромни димензии. Секој сака антената да биде мала, лесна и компактна за да може да се смести во куќиште. пренослив уред. Но, со набивањето на антената, станува многу тешко да се усогласи со став 1 од барањата за антената, бидејќи минималната фреквенција на опсегот на работа е тесно поврзана со максималната големина на антената. Некој ќе рече дека можете да направите антена на диелектрик со висока вредност на релативна пропустливост... И ќе биде во право, но ова е во спротивност со следната ставка од нашата листа, која вели дека

3. Антената треба да биде што е можно поевтина и направена врз основа на најпристапните и најевтините материјали (на пример, FR-4). Затоа што никој не сака да плати многу, многу пари за антена, дури и ако е трипати брилијантна. Секој ја сака цената на антената во фазата на производство печатено кологравитира кон нула. Затоа што ова е нашиот свет...

4. Има уште едно барање што се јавува при решавање на разни проблеми поврзани, на пример, со локација со краток дострел, како и со создавање на различни сензори со помош на UWB технологија (тука треба да се разјасни дека ние зборувамеапликации со мала моќност каде што секој dBm е важен). И ова барање наведува дека шемата на зрачење (DN) на дизајнираната антена треба да се формира само на една хемисфера. За што е? За да може антената да „сјае“ само во една насока, без да ја троши скапоцената моќ во „враќањето“. Исто така, подобрува голем број индикатори на системот во кој се користи таква антена.

Зошто го пишувам сето ова..? За да може љубопитниот читател да разбере дека развивачот на таква антена се соочува со многу ограничувања и забрани што треба да ги надмине херојски или духовити.

И одеднаш, како откровение, се појавува напис кој ветува решение за сите горенаведени проблеми (како и оние кои не беа спомнати). Читањето на оваа статија предизвикува мало чувство на еуфорија. Иако прв пат не го разбирате целосно напишаното, магичниот збор „фрактал“ звучи многу ветувачки, затоа што. Евклидовата геометрија веќе ги исцрпи своите аргументи.

Ние смело ја преземаме работата и ја храниме структурата предложена од авторот на статијата на симулаторот. Симулаторот стенка како компјутерски ладилник, џвака гигабајти бројки и го плука сварениот резултат... Гледајќи ги резултатите од симулацијата, се чувствувате како мало измамено момче. Солзи течат во очите, затоа што. повторно вашите детски воздушни соништа наидоа на леано железо ... реалност. Нема договор во опсегот на фреквенции 0,1 GHz - 24 GHz. Дури и во опсег од 0,5 GHz - 5 GHz нема ништо слично.

Сè уште постои плашлива надеж дека нешто не сте разбрале, нешто згрешиле... Почнува потрагата по точката за вклучување, разни варијации со топологијата, но залудно - таа е мртва!

Најтажно во оваа ситуација е што до последен момент ја барате причината за неуспехот во себе. Благодарение на другарите во продавницата, кои објаснија дека сè е точно - не треба да работи.

П.С. Се надевам дека мојот петочен пост ве насмеа.
Моралот на приказната е овој - внимавајте!
(И исто така многу сакав да напишам АНТИ-статија за ова, бидејќи ме излажаа).

Првото нешто за кое би сакал да напишам е мал вовед во историјата, теоријата и употребата на фракталните антени. Неодамна се откриени фрактални антени. Тие првпат ги измислил Нејтан Коен во 1988 година, а потоа го објавил своето истражување за тоа како да се направи ТВ антена од жица и ја патентирал во 1995 година.

Фракталната антена има неколку уникатни карактеристики, како што е напишано на Википедија:

„Фрактална антена е антена што користи фрактален дизајн што се повторува за да ја максимизира должината или да го зголеми периметарот (на внатрешни места или надворешна структура) на материјалот што може да прима или пренесува електромагнетни сигнали во дадена вкупна површина или волумен. .

Што точно значи ова? Па, треба да знаете што е фрактал. Исто така од Википедија:

„Фракталот е типично груба или фрагментирана геометриска форма која може да се подели на парчиња, при што секое од парчињата е копија со намалена големина на целината - својство наречено самосличност“.

Така, фракталот е геометриска форма која се повторува одново и одново, без оглед на големината на одделните делови.

Утврдено е дека фракталните антени се околу 20% поефикасни од конвенционалните антени. Ова може да биде корисно особено ако сакате вашата ТВ антена да прима дигитално или видео со висока дефиниција, да го зголемува опсегот на мобилниот телефон, опсегот на Wi-Fi, приемот на FM или AM радио итн.

Повеќето Мобилни телефонивеќе има фрактални антени. Можеби сте го забележале ова затоа што Мобилни телефонивеќе нема антени надвор. Тоа е затоа што тие имаат фрактални антени врежани во плочката внатре во нив, што им овозможува да примаат подобар сигнал и да земат повеќе фреквенции, како што е Bluetooth, клеточени Wi-Fi од една антена.

Википедија:

„Одговорот на фракталната антена е значително различен од традиционалните дизајни на антени со тоа што е способен да работи со добри перформанси на различни фреквенции истовремено. Фреквенцијата на стандардните антени мора да се намали за да може да се прима само таа фреквенција. Затоа, фракталната антена, за разлика од конвенционалната, е одличен дизајн за широкопојасни и апликации со повеќе опсег.

Трикот е да ја дизајнирате вашата фрактална антена да резонира на специфичната централна фреквенција што ја сакате. Ова значи дека антената ќе изгледа различно во зависност од тоа што сакате да примите. За да го направите ова, треба да примените математика (или онлајн калкулатор).

Во мојот пример, ќе направам едноставна антена, но можете да ја направите посложена. Колку потешко, толку подобро. Ќе користам калем од жица со цврсто јадро од 18 жици за да ја направам антената, но можете да ги приспособите вашите сопствени кола за да одговараат на вашата естетика, да ја направите помала или посложена со поголема резолуција и резонанца.

Ќе направам ТВ антена за примање дигитална телевизија или ТВ висока дефиниција. Овие фреквенции се полесни за работа и се во должина од околу 15 cm до 150 cm за половина бранова должина. За едноставност и евтина цена на деловите, ќе го поставам на заедничка диполна антена, ќе фаќа бранови во опсегот од 136-174 MHz (VHF).

За да примате UHF бранови (400-512 MHz), можете да додадете директор или рефлектор, но на овој начин приемот ќе зависи повеќе од насоката на антената. VHF зависи и од насоката, но наместо директно да се насочува кон ТВ станицата во случај на инсталација на UHF, ќе треба да ги поставите ушите на VHF нормално на ТВ станицата. Ова е местото каде што треба да вложите малку повеќе напор. Сакам да ја направам конструкцијата што е можно поедноставна, бидејќи тоа е веќе доста комплицирана работа.

Главни компоненти:

• Површина за монтирање, на пр., пластично куќиште (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 завртки. Јас користев завртки од челичен лим
• Трансформатор со отпор од 300 оми до 75 оми.
• Жица за монтирање 18 AWG (0,8 mm)
• RG-6 коаксијален кабел со терминатори (и со гумена обвивка ако инсталацијата е на отворено)
• Алуминиум кога се користи рефлектор. Имаше еден во прилогот погоре.
• Фин маркер
• Два пара мали клешти
• Линијарот не е пократок од 20 см.
• Транспортер за мерење на агол
• Две дупчалки, едната малку помала од вашите завртки
• Мал секач за жица
• Шрафцигер или шрафцигер

Забелешка: дното на антената е направено од алуминиумска жицае на десната страна на сликата каде што се штрчи трансформаторот.

Чекор 1: Додавање рефлектор

Составете го куќиштето со рефлекторот под пластичната обвивка

Чекор 2: Дупчење дупки и инсталирање точки за прицврстување

Дупчете мали дупки за чешма на спротивната страна на рефлекторот на овие позиции и поставете проводен шраф.

Чекор 3: Измерете, исечете ги и соголете ги жиците

Исечете четири парчиња жица од 20 см и ставете ги на куќиштето.

Чекор 4: Мерење и обележување на жици

Со помош на маркер, означете ги секои 2,5 см на жицата (на овие места ќе има свиоци)

Чекор 5: Креирајте фрактали

Овој чекор мора да се повтори за секое парче жица. Секој свиок мора да биде точно 60 степени, бидејќи ќе правиме рамностран триаголници за фракталот. Јас користев две пара клешти и транспортер. Секој свиок е направен на етикета. Пред да ги направите наборите, визуелизирајте ја насоката на секоја од нив. Користете го приложениот дијаграм за ова.

Чекор 6: Создавање диполи

Исечете уште две парчиња жица долги најмалку 15 см. Завиткајте ги овие жици околу горните и долните завртки што се протегаат по долгата страна, а потоа завиткајте ги до центарот. Потоа отсечете ја вишокот должина.

Чекор 7: Монтирање на диполите и монтирање на трансформаторот

Прицврстете го секој од фракталите на аголните завртки.

Прикачете трансформатор со правилна импеданса на двете централни завртки и затегнете ги.

Склопувањето е завршено! Проверете го и уживајте!

Чекор 8: Повеќе повторувања/експерименти

Направив некои нови елементи користејќи го шаблонот за хартија од GIMP. Користев мала цврста телефонска жица. Беше доволно мал, доволно силен и податлив за да се наведне во сложените форми потребни за централната фреквенција (554 MHz). Ова е просекот дигитален сигнал UHF за канали телевизија во етерво мојата област.

Фотографија во прилог. Можеби е тешко да се видат бакарните жици при слаба осветленост наспроти картонот и лентата над него, но ја разбирате идејата.

Со оваа големина, елементите се прилично кревки, па затоа треба внимателно да се постапува со нив.

Додадов и шаблон png. За да ја испечатите големината што ја сакате, треба да ја отворите во уредувач на фотографии како GIMP. Шаблонот не е совршен бидејќи го направив рачно со глушец, но е доволно удобен за човечки раце.

UDC 621.396

фрактална антена со ултра широк опсег базирана на кружен монопол

Г.I. Абдрахманова

Државниот авијациски технички универзитет Уфа,

Универзитетот во Тренто

Прибелешка.Статијата го разгледува проблемот со дизајнирање на антена со ултра широк опсег базирана на фрактална технологија. Прикажани се резултатите од студиите за промените на карактеристиките на зрачењето во зависност од вредноста на факторот на скала.и ниво на повторување. Извршена е параметриска оптимизација на геометријата на антената за усогласеност со барањата на коефициентот на рефлексија. Димензиите на развиената антена се 34 × 28 mm 2, а опсегот на работната фреквенција е 3,09 ÷ 15 GHz.

Клучни зборови:ултра широкопојасна радио комуникација, фрактална технологија, антени, коефициент на рефлексија.

Апстракт:Развојот на нова антена со ултра широк опсег врз основа на фрактална технологија е опишан во трудот. Прикажани се резултатите од истражувањето за промените на карактеристиките на зрачењето во зависност од вредноста на факторот на скала и нивото на итерација. Применета е параметарска оптимизација на геометријата на антената за задоволување на барањата за коефициент на рефлексија. Развиената големина на антената е 28 × 34 mm 2, а пропусниот опсег е 3,09 ÷ 15 GHz.

клучни зборови:ултра широкопојасна радио комуникација, фрактална технологија, антени, коефициент на рефлексија.

1. Вовед

Денес, комуникациските системи со ултра широкопојасен опсег (UWB) се од голем интерес за развивачите и производителите на телекомуникациска опрема, бидејќи овозможуваат пренос на огромни текови на податоци со голема брзина во ултра-широк фреквентен опсег на основа без лиценца. Карактеристиките на пренесените сигнали подразбираат отсуство на моќни засилувачи и сложени компоненти за обработка на сигналот како дел од комплексите за примање-пренос, но го ограничуваат опсегот (5-10 m).

Недостатокот на соодветна база на елементи способна ефикасно да работи со ултракратки импулси го попречува масовното воведување на UWB технологијата.

Антените на примопредавателите се еден од клучните елементи кои влијаат на квалитетот на преносот/приемот на сигналот. Главниот правец на патенти и истражувања во областа на дизајнирање на антена технологија за UWB уреди е минијатуризација и намалување на производствените трошоци притоа обезбедување на потребната фреквенција и енергетски карактеристики, како и употреба на нови форми и структури.

Така, геометријата на антената е изградена врз основа на шилеста со правоаголен отвор во форма на U во центарот, што овозможува да се работи во опсегот UWB со функцијата за блокирање WLAN -појас, димензии на антената - 45,6 × 29 mm 2. Асиметрична фигура во форма на Е со димензии 28×10 mm 2 сместена на височина од 7 mm во однос на проводната рамнина (50×50 mm 2) е избрана како зрачен елемент во. Претставена е рамна монополна антена (22×22 mm 2 ) дизајнирана врз основа на правоаголен зрачен елемент и скала резонантна структура на задната страна.

2 Изјава за проблемот

Поради фактот што кружните структури можат да обезбедат прилично широк опсег, да го поедностават дизајнот, малата големина и да ги намалат трошоците за производство, овој труд предлага да се развие UWB антена базирана на кружен монопол. Потребен опсег на работна фреквенција - 3,1 ÷ 10,6 GHz на ниво од -10 dB коефициент на рефлексија S 11, (сл. 1).

Ориз. 1. Потребна маска за рефлексијаС 11

Заради минијатуризација, геометријата на антената ќе се надгради преку употреба на фрактална технологија, што ќе овозможи и проучување на зависноста на карактеристиките на зрачењето од вредноста на факторот на скала. δ и ниво на итерација на фракталот.

Следно, беше поставена задачата за оптимизирање на развиената фрактална антена со цел да се прошири опсегот на работа со менување на следните параметри: должината на централниот проводник (CPU) на компланарниот брановод (HF), должината на рамнината на земјата (GZ ) KV, растојанието „GZ KV - зрачен елемент (IE)“.

Моделирањето на антената и нумеричките експерименти се вршат во околината "Студио за микробранови CST.

3 Избор на геометрија на антената

Како основен елемент, се избира кружен монопол, чии димензии се четвртина од брановата должина на потребниот опсег:

Каде L arе должината на зрачниот елемент на антената, со исклучок на процесорот;ѓ Л- помала фреквенција на исклучување,ѓ Л = ѓ мин uwb = 3,1 10 9 Hz; Сое брзината на светлината, Со = 3 10 8 m/s 2 .

Добиваме L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Имајќи предвид дека круг со радиус одр = L ar / 2 = 12 mm, и претпоставувајќи ја оригиналната должина на процесоротЛфисто така еднакви р, ја добиваме нултата итерација (сл. 2).

Ориз. 2. Нулта итерација на антената

Дебелина на диелектрична подлогаЦи со вредности на параметриεs = 3,38, tg δ Како основа се користи = 0,0025, на чија предна страна се поставени IE, CPU и ROM . Во исто време, растојанијата PZ-CPU" Z vи „ПЗ-ИЕ“ З ч земени еднакво на 0,76 mm. Вредностите на другите параметри што се користат во процесот на симулација се прикажани во Табела 1.

Табела 1. Параметри на антената ( δ = 2)

Име	Опис	Формула	Значење
Л а	Должина на антената	2 ∙ р + Лф	36 мм
Ва	Ширина на антената	2 ∙ р	24 мм
Лф	Должина на процесорот	r+ 0,1	12,1 мм
Вф	Ширина на процесорот		1,66 мм
Lg	PZ должина	r-Ts	11,24 мм
Ls	Должина на подлогата	Л а + Гс	37 мм
Ws	Ширина на подлогата	Ва+ 2 ∙ Гс	26 мм
G s 1	Вертикална празнина на подлогата		1 мм
Гс 2	Хоризонтален потпорен јаз		1 мм
Тм	дебелина на метал		0,035 мм
Ц	Дебелина на подлогата		0,76 мм
р	Кружен радиус 0-та повторување		12 мм
р 1	Кружен радиус од првата итерација	р /2	6 мм
р 2	Кружен радиус 2-та итерација	р 1 /2	3 мм
р 3	Кружен радиус 3 повторувања	р 2 /2	1,5 мм
εs	Диелектричната константа		3,38

Антената се напојува со компланарен бранововод кој се состои од централен проводник и рамнината на земјата, SMA -приклучок и копланарен брановоден приклучок (CWP) лоциран нормално на него (сл. 3).

Каде εeff е ефективната пропустливост:

К – целосен елипсовиден интеграл од прв вид;

	(5)

Фракталноста во конструкцијата на антената се состои во посебен начин на пакување на елементите: последователните повторувања на антената се формираат со поставување на кругови со помал радиус во елементите од претходната итерација. Во овој случај, факторот на скала δ одредува колку пати ќе се разликуваат големините на соседните повторувања. Овој процесза случајот δ = 2 е прикажано на сл. 4.

Ориз. 4. Првата, втората и третата итерација на антената ( δ = 2)

Значи, првата итерација се добива со одземање на два круга со радиуср 1 од оригиналниот елемент. Втората итерација се формира со поставување метални кругови намалени за половина со радиуср 2 во секој круг од првата итерација. Третата итерација е слична на првата, но радиусот ер 3 . Трудот ги разгледува вертикалните и хоризонталните распореди на круговите.

3.1 Хоризонтално распоредување на елементите

Динамиката на промената на коефициентот на рефлексија во зависност од нивото на повторување е прикажана на сл. 5 за δ = 2 и на сл. 6 за δ = 3. Секој нов редослед одговара на една дополнителна резонантна фреквенција. Така, нултата итерација во разгледуваниот опсег 0 ÷ 15 GHz одговара на 4 резонанции, првата итерација - 5, итн. Во овој случај, почнувајќи од втората итерација, промените во однесувањето на карактеристиките стануваат помалку забележливи.

Ориз. 5. Зависност на коефициентот на рефлексија од редоследот на повторување ( δ = 2)

Суштината на моделирањето лежи во тоа што во секоја фаза од разгледуваните карактеристики се избира онаа што е дефинирана како најперспективна. Како резултат на тоа, воведено е следново правило:

Ако вишокот (разликата) во опсегот каде што полиците се над -10 dB е мал, тогаш треба да ја изберете карактеристиката што има пониска полица во опсегот на работа (под -10 dB), бидејќи како резултат на оптимизацијата, првиот ќе биде елиминиран, а вториот падна уште пониско.

Ориз. 6. Зависност на коефициентот на рефлексија од редоследот на повторување ( δ = 3)

Врз основа на добиените податоци и во согласност со ова правило за δ = 2 е избрана кривата што одговара на првата итерација δ = 3 – втората итерација.

Следно, се предлага да се истражи зависноста на коефициентот на рефлексија од вредноста на факторот на скала. Размислете за промена δ во опсегот 2 ÷ 6 со чекор 1 во првата и втората итерација (сл. 7, 8).

Интересно однесување на графиконите е тоа што, почнувајќи од δ = 3, карактеристиките стануваат порамни и помазни, бројот на резонанци останува константен, а растот δ придружено со зголемување наС 11 во парни опсези и намалување на непарните.

Ориз. 7. Зависност на коефициентот на рефлексија од факторот на скала за првата итерација ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Во овој случај, за двете повторувања, вредноста δ = 6.

Ориз. 8. Зависност на коефициентот на рефлексија од факторот на скала за втората итерација ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, бидејќи се карактеризира со најниски полици и длабоки резонанции (сл. 9).

Ориз. 9. Споредба С 11

3.2 Вертикална поставеност на елементите

Динамиката на промената на коефициентот на рефлексија во зависност од нивото на повторување за случајот на вертикален распоред на кругови е прикажана на сл. 10 за δ = 2 и на сл. 11 за δ = 3.

Ориз. 10. Зависност на коефициентот на рефлексија од редоследот на повторување ( δ = 2)

Врз основа на добиените податоци и во согласност со правилото за δ = 2 и δ = 3 се избира кривата што одговара на третата итерација.

Ориз. 11. Зависност на коефициентот на рефлексија од редоследот на повторување ( δ = 3)

Разгледувањето на зависноста на коефициентот на рефлексија од вредноста на факторот на скала во рамките на првата и втората итерација (сл. 12, 13) ја открива оптималната вредност δ = 6, како во случај на хоризонтален распоред.

Ориз. 12. Зависност на коефициентот на рефлексија од факторот на скала за првата итерација ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Во овој случај, за двете повторувања, вредноста δ = 6, што исто така претставуваn-повеќекратен фрактал, и затоа, можеби, треба да ги комбинира карактеристиките δ = 2 и δ = 3.

Ориз. 13. Зависност на коефициентот на рефлексија од факторот на скала за втората итерација ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Така, од четирите споредени опции, беше избрана кривата што одговара на втората итерација, δ = 6, како и во претходниот случај (сл. 14).

Ориз. 14. СпоредбаС 11 за четирите геометрии на антената што се разгледуваат

3.3 Споредба

Имајќи ги предвид најдобрите опции за вертикални и хоризонтални геометрии добиени во двете претходни потсекции, изборот е направен на првата (сл. 15), иако во овој случај разликата помеѓу овие опции не е толку голема. Опсези на оперативни фреквенции: 3,825÷4,242 GHz и 6,969÷13,2 GHz. Понатаму, дизајнот ќе биде надграден со цел да се развие антена која работи во целиот опсег на UWB.

Ориз. 15. СпоредбаС 11 за да ја изберете последната опција

4 Оптимизација

Овој дел ја разгледува оптимизацијата на антената врз основа на втората итерација на фракталот со вредноста на коефициентот δ = 6. Параметрите на променливите се претставени на , а опсезите на нивните промени се во Табела 2.

Ориз. 20. Изглед на антената: а) предна страна; б) обратна страна

На сл. 20 покажува карактеристики кои ја одразуваат динамиката на променитеС 11 чекор по чекор и докажување на валидноста на секоја наредна акција. Табела 4 ги прикажува резонантните и прекинувачките фреквенции што се користат подолу за пресметување на површинските струи и шемата на зрачење.

Табела 3. Пресметани параметри на антената

Име	Почетна вредност, mm	Конечна вредност, mm
∆ Лф
З ч	Табела 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Распределбата на површинските струи на антената на резонантните и граничните фреквенции на опсегот UWB е прикажана на сл. 21, а моделите на зрачење - на сл. 22.

а) 3,09 GHz б) 3,6 GHz

в) 6,195 GHz г) 8,85 GHz

д) 10,6 GHz ѓ) 12,87 GHz

Ориз. 21. Распределба на површинските струи

А) Ф(φ ), θ = 0° б) Ф(φ ), θ = 90 °

V) Ф(θ ), φ = 0° d) Ф(θ ), φ = 90 °

Ориз. 22. Шаблони на зрачење во поларниот координатен систем

5 Заклучок

Овој труд претставува нов метод за дизајнирање на UWB антени врз основа на употреба на фрактална технологија. Овој процес вклучува две фази. Првично, геометријата на антената се одредува со избирање на соодветен фактор на скала и ниво на фрактална итерација. Следно, параметарската оптимизација се применува на добиената форма врз основа на проучување на влијанието на димензиите на клучните компоненти на антената врз карактеристиките на зрачењето.

Утврдено е дека со зголемување на редоследот на повторување, бројот на резонантните фреквенции се зголемува, а зголемувањето на факторот на скала во рамките на една итерација се карактеризира со порамно однесување.С 11 и постојаност на резонанции (почнувајќи од δ = 3).

Развиената антена обезбедува висококвалитетен прием на сигнали во фреквенцискиот опсег 3,09 ÷ 15 GHz во однос наС 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Признанија

Студијата беше поддржана од грант од Европската Унија.Еразмус Мундус акција 2“, исто така A. G. I. благодарност до проф.Паоло Рока за корисна дискусија.

Литература

1.L . Лизи, Г. Оливери, П. Рока, А. Маса. Планарна монополна UWB антена со UNII1/UNII2 WLAN-бенд засечени карактеристики. Напредокот во електромагнетното истражување Б, том. 25, 2010. - 277-292 стр.

2. Х. Малекпур, С. Џем. Кратки антени со ултра широкопојасен опсег напојувани со превиткана лепенка со повеќе резонанции. Напредокот во електромагнетното истражување Б, том. 44, 2012. - 309-326 стр.

3.Р.А. Садегзаден-Шеихан, М. Насер-Могадаси, Е. Ебадифалах, Х. Руста, М. Катули, Б.С. Вирди. Планарна монополна антена која користи резонантна структура во форма на задна скала за перформанси со ултра широк опсег. IET Microwaves, Antennas and Propagation, Vol. 4, Iss. 9, 2010. - 1327-1335 стр.

4. Ревизија на Дел 15 од Правилата на Комисијата во врска со ултра-широкопојасни системи за пренос, Федерална комисија за комуникации, FCC 02-48, 2002 година. - 118 стр.