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

Во математиката, фракталите се множества составени од елементи слични на множеството како целина. Најдобар пример: Ако внимателно ја погледнете линијата на елипсата, таа ќе стане права. Фрактал - без разлика колку блиску ќе зумирате - сликата ќе остане сложена и слична на општиот приказ. Елементите се распоредени на бизарен начин. Следствено, сметаме дека концентричните кругови се наједноставниот пример на фрактал. Колку и да се приближувате, се појавуваат нови кругови. Има многу примери на фрактали. На пример, Википедија дава цртеж на зелка Романеско, каде што главата на зелката се состои од конуси кои точно наликуваат на нацртаната глава од зелка. Читателите сега разбираат дека правењето фрактални антени не е лесно. Но, тоа е интересно.

Зошто се потребни фрактални антени?

Целта на фракталната антена е да фати повеќе со помалку. Во западните видеа, можно е да се најде параболоид, каде што емитер ќе биде парче фрактална лента. Тие веќе прават елементи на микробранови уреди од фолија кои се поефикасни од обичните. Ќе ви покажеме како да комплетирате фрактална антена и да се справите со совпаѓањето сами со SWR метар. Да споменеме дека постои цела веб-страница, се разбира странска, каде што се промовира соодветниот производ 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 веб-страницата fractenna.com, во 1897 година од Оливер Лоџ. Не гледај 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 нивните поголеми колеги. Често ќе најдете биконична антена во форма на две рамки или плочи со чудна форма.

На крајот, ова ќе овозможи да се примаат повеќе телевизиски канали.

Ако напишете барање на YouTube, се појавува видео за правење фрактални антени. Како функционира подобро ќе разберете ако ја замислите шесткраката ѕвезда на израелското знаме, чиј агол беше отсечен заедно со рамениците. Се испостави дека останаа три агли, два ја имаа едната страна на место, другата не. Шестиот свиок е целосно отсутен. Сега ќе поставиме две слични ѕвезди вертикално, со централни агли една до друга, процепи лево и десно, а над нив - сличен пар. Резултатот беше антена низа - наједноставната фрактална антена.

Ѕвездите се поврзани на аглите со фидер. Во парови по колони. Сигналот се зема од линијата, точно во средината на секоја жица. Структурата е составена со 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, а хоризонталното растојание (растојанието помеѓу двете жици на фидерот) е инч. Ѕвездите имаат агли од 60 степени на нивните темиња, сега читателот ќе нацрта нешто слично во форма на шаблон, за подоцна да може самиот да направи фрактална антена. Направивме работна скица, но размерот не беше исполнет. Не можеме да гарантираме дека ѕвездите излегле точно, Microsoft Paintбез голема способност за производство на точни цртежи. Само погледнете ја сликата за структурата на фракталната антена да стане очигледна:

1. Кафеавиот правоаголник ја покажува диелектричната подлога. Фракталната антена прикажана на сликата има симетрична шема на зрачење. Ако емитерот е заштитен од пречки, екранот се поставува на четири столбови зад подлогата на растојание од еден инч. На фреквенции нема потреба да се поставува цврст метален лим, ќе биде доволна мрежа со страна од четвртина инч, не заборавајте да го поврзете екранот со плетенка на кабелот.
2. Фидер со карактеристична импеданса од 75 Ом бара координација. Најдете или направете трансформатор кој претвора 300 оми во 75 оми. Подобро е да складирате SWR метар и да ги изберете потребните параметри не со допир, туку со користење на уредот.
3. Четири ѕвезди, свиткајте се од бакарна жица. Ќе ја исчистиме изолацијата на лакот на спојот со фидер (ако има). Внатрешното напојување на антената се состои од две паралелни парчиња жица. Добра идеја е да ја ставите антената во кутија за да ја заштитите од лоши временски услови.

Составување фрактална антена за дигитална телевизија

Откако ќе го прочитате овој преглед до крај, секој може да направи фрактални антени. Навлеговме толку длабоко во дизајнот што заборавивме да зборуваме за поларизација. Претпоставуваме дека е линеарен и хоризонтален. Ова произлегува од размислувањата:

• Видеото очигледно е од американско потекло, муабетот е за HDTV. Затоа, можеме да ја прифатиме модата на наведената земја.
• Како што знаете, неколку земји 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, ние веруваме дека двете земји стратешки избраа што и како да пренесат, другите земји тргнаа од чисто практични размислувања. Кружната поларизација беше воведена специјално за шпионски сателити (се движат постојано во однос на набљудувачот). Оттука, постои причина да се верува дека има сличности во телевизиското и радио емитувањето.
• Структурата на антената вели дека е линеарна. Едноставно нема каде да се добие кружна или елипсовидна поларизација. Затоа - освен ако меѓу нашите читатели нема професионалци кои поседуваат MMANA - ако антената не се фати во прифатената положба, ротирајте 90 степени во рамнината на емитер. Поларизацијата ќе се промени во вертикална. Патем, многумина ќе можат да фатат FM ако димензиите се поставени 4 пати поголеми.Подобро е да земете подебела жица (на пример, 10 mm).

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

1. Соголете ги ѕвездите и жиците на фидерот на местата на спојување. Прицврстете ги жиците на доводникот 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 има жици.
2. Залемете една структура, внимателно проверувајќи ги растојанијата. Авторите на видеото препорачуваат емитерот да се направи така што ѕвездите ќе лежат рамно на фидерите со нивните агли, а со спротивните краеви се потпираат на работ на подлогата (секоја на две места). За приближна ѕвезда, локациите се означени со сино.
3. За да го исполните условот, затегнете ја секоја ѕвезда на едно место со завртка со диелектрична клешта (на пример, PVA жици направени од камбрика и слично). На сликата, местата за монтирање се прикажани со црвено за една ѕвезда. Завртката е шематски нацртана со круг.

Кабелот за напојување работи (опционално) од 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. Да ве потсетиме како се прави ова. Ќе ви треба генератор на фреквенцијата на програмата што ја гледате, на пример, 500 MHz, и дополнително високофреквентен волтметар кој нема да се откаже од сигналот.

Потоа се мери напонот произведен од генераторот, за што е поврзан со волтметар (паралелно). Составуваме отпорен делител од променлив отпор со екстремно ниска самоиндуктивност и антена (го поврзуваме во серија по генераторот, прво отпорот, а потоа антената). Напонот го мериме со волтметар променлив отпорник, додека истовремено се прилагодува рејтингот додека отчитувањата на генераторот без оптоварување (види точка погоре) не станат двојно повисоки од сегашните. Ова значи дека вредноста на променливиот отпорник стана еднаква на брановата импеданса на антената на фреквенција од 500 MHz.

Сега е можно да се произведе трансформаторот по потреба. Тешко е да се најде она што ви треба на Интернет; за оние кои сакаат да гледаат радио преноси, најдовме готов одговор http://www.cqham.ru/tr.htm. На веб-локацијата е напишано и нацртано како да се совпадне товарот со кабел од 50 Ом. Ве молиме имајте предвид дека фреквенциите одговараат на опсегот на HF, SW делумно се вклопува овде. Карактеристичната импеданса на антената се одржува во опсег од 50 – 200 Ом. Тешко е да се каже колку ќе даде ѕвездата. Ако имате уред на вашата фарма за мерење на брановата импеданса на линија, да ве потсетиме: ако должината на фидерот е повеќекратно од четвртина од брановата должина, импедансата на антената се пренесува на излезот без промени. За мали и големи опсези, невозможно е да се обезбедат такви услови (запомнете дека особено фракталните антени вклучуваат и продолжен опсег), но за мерни цели, споменатиот факт се користи насекаде.

Сега читателите знаат сè за овие неверојатни уреди за примопредаватели. Таквата необична форма сугерира дека различноста на Универзумот не се вклопува во типичните граници.

Светот не е без добри луѓе:-)
Valery UR3CAH: "Добро попладне, Егор. Мислам дека овој напис (имено делот "Фрактални антени: помалку е повеќе") одговара на темата на вашата страница и ќе ве интересира:) 73!"
Да, секако дека е интересно. Оваа тема веќе ја допревме до одреден степен кога разговаравме за геометријата на хексабимите. И таму имаше дилема со „пакување“ на електричната должина во геометриски димензии :-). Затоа, ви благодарам, Валери, многу што го испративте материјалот.
Фрактални антени: помалку е повеќе
Во текот на изминатиот половина век, животот брзо почна да се менува. Повеќето од нас прифаќаат достигнувања модерни технологииЗдраво за готово. Многу брзо се навикнувате на се што го прави животот поудобен. Ретко кој ги поставува прашањата „Од каде дојде ова?“ и „Како функционира?“ Микробрановата печка го загрева појадокот - одлично, паметниот телефон ви дава можност да разговарате со друга личност - одлично. Ова ни изгледа како очигледна можност.
Но, животот можеше да биде сосема поинаков, ако човек не бараше 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 и на крајот, често се кршеа. Веруваме дека засекогаш потонале во заборав, а дел од причината за тоа се... фракталите.
Фракталните обрасци фасцинираат со нивните модели. Тие дефинитивно личат на слики од космички објекти - маглини, јата на галаксии итн. Затоа е сосема природно дека кога Манделброт ја искажал 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, ја доби 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, се состоеше од зголемување на нејзините геометриски димензии. Сепак, сопственикот на имотот во центарот на Бостон кој Нејтан го изнајмил бил категорично против поставување на големи уреди на покривот. Тогаш Нејтан почна да експериментира со различни форми на антени, обидувајќи се да го добие максималниот резултат со минимална големина. Инспириран 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 отсечка 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 на сликата сè е јасно и едноставно.
Постојат и други варијации 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 овозможува значително да се намалат геометриските димензии. Нејтан Коен дури излезе со теорема што докажува дека треба да се создаде широкопојасна антенадоволно е да му се даде облик на самослична фрактална крива.

Авторот го патентирал своето откритие и основал компанија 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 принцип, тоа е она што се случи. Точно, до ден-денес Нејтан е ангажиран во правна битка со големи корпорации, кој незаконски го користи своето 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 предизвиците за развој на UWB (ултра широкопојасни) микробранови модули и функционални единици. И колку и да ми е жално да го кажам ова, речиси сите информации за темата ги добивам од странски извори. Меѓутоа, пред извесно време, во потрага по информациите што ми беа потребни, наидов на една која ветуваше решение за сите мои проблеми. Сакам да зборувам за тоа како проблемите не беа решени.

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

1. Договор 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 со одење под 1 GHz во фреквенција. Генерално 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, не е тајна дека сега на малкумина им е потребна антена со рогови за брановоди со огромна големина. Секој сака антена која е мала, лесна и компактна за да може да се вметне во куќиште. пренослив уред. Но, при набивање 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 можеш да направиш антена на диелектрик со висока релативна диелектрична константа... И ќе бидат 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 од најпристапните и најевтините материјали (на пример, FR-4). Затоа што никој не сака да плати многу, многу пари за антена, дури и ако е три пати брилијантна. Секој ја сака цената на антената во фазата на производство печатено колотенденција на нула. Затоа што ова е нашиот свет...

4. Има уште едно барање што се јавува при решавање на различни проблеми поврзани, на пример, со локација со краток дострел, како и со создавање на различни сензори со помош на UWB технологија (тука мора да се разјасни дека ние зборуваме заза апликации со мала моќност каде што секој dBm е важен). И ова барање наведува дека моделот на зрачење (DP) 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“. Ова исто така ви овозможува да подобрите 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 херојски или духовито да ги надмине.

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

Смело се фаќаме за бизнис и ја храниме структурата предложена од авторот на статијата на симулаторот. Симулаторот грчевито ржи како компјутерски ладилник, џвака гигабајти бројки и го плука сварениот резултат... Гледајќи ги резултатите од симулацијата, се чувствувате како мало измамено момче. Солзи ми течат во очите, бидејќи ... пак ти се судрија детските воздушести соништа со леано железо...реалност. Нема координација 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 не сте разбрале нешто, сте направиле нешто погрешно... Започнува потрагата по преклопната точка, разни варијации со топологијата, но сè е залудно - мртво е!

Најтажно во оваа ситуација е што до последен момент ја барате причината за неуспех во себе. Благодарност до моите соработници кои ми објаснија дека сè е точно - не треба да функционира.

П.С. Се надевам дека мојот петочен пост донесе насмевка на твоето лице.
Моралот на оваа презентација е овој: бидете внимателни!
(И многу сакав да напишам АНТИ-статија за ова, затоа што се излажав).

Првото нешто за кое би сакал да напишам е мал вовед во историјата, теоријата и употребата на фракталните антени. Неодамна беа 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 внатрешните области или надворешната 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 делови, при што секој дел е помала копија 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 приближно 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.

Во мнозинството Мобилни телефониВеќе има фрактални антени. Можеби сте го забележале ова затоа што Мобилни телефониповеќе нема антени однадвор. Тоа е затоа што тие имаат фрактални антени во нив, врежани во колото, што им овозможува да примаат подобар сигнал и да земат повеќе фреквенции, како што е Bluetooth, клеточнаи 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 антена, 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 постигнете. За да го направите ова, треба да користите математика (или онлајн калкулатор).

Во мојот пример ќе направам едноставна антена, но можете да го направите покомплексен. Колку е покомплексно, толку подобро. Ќе користам калем од 18-жичка жица со цврсто јадро 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 резолуција. Овие фреквенции се полесни за работа и се во должина од околу 15 cm до 150 cm за половина бранова должина. За едноставност и ниска 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 тоа ќе го направи приемот повеќе зависен од насоката на антената. VHF е исто така насочен, но наместо да покажувате директно на ТВ станицата во UHF инсталација, ќе треба да ги монтирате VHF ушите нормално на ТВ станицата. Ова ќе бара малку повеќе напор. Сакам да го направам дизајнот што е можно поедноставен, бидејќи ова е веќе доста сложена работа.

Главни компоненти:

• Површина за монтирање, како што е пластично куќиште (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 завртки. Јас користев завртки од челичен лим
• Трансформатор со отпор од 300 Ohm до 75 Ohm.
• Жица за монтирање 18 AWG (0,8 mm).
• RG-6 коаксијален кабел со терминатори (и со гумена обвивка ако инсталацијата ќе биде 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, една малку помала во дијаметар од вашите завртки
• Мал секач за жица
• Шрафцигер или шрафцигер

Забелешка: Дното на алуминиумската жичана антена се наоѓа на десната страна на сликата каде што се испакнува трансформаторот.

Чекор 1: Додавање рефлектор

Составете го куќиштето со рефлекторот под пластичната обвивка

Чекор 2: Дупчење дупки и инсталирање точки за монтирање

Дупчете мали отвори за излез на спротивната страна на рефлекторот на овие позиции и поставете проводен шраф.

Чекор 3: Измерете, исечете и одземете ги жиците

Исечете четири парчиња жица од 20 сантиметри и ставете ги на телото.

Чекор 4: Мерење и обележување на жици

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

Чекор 5: Создавање фрактали

Овој чекор мора да се повтори за секое парче жица. Секој свиок треба да биде точно 60 степени, бидејќи ќе правиме рамнострани триаголници за фракталот. Јас користев две пара клешти и транспортер. Секој свиок е направен на ознака. Пред да направите набори, визуелизирајте ја насоката на секоја од нив. Ве молиме користете го приложениот дијаграм за ова.

Чекор 6: Создавање диполи

Исечете уште две парчиња жица долги најмалку 6 инчи. Завиткајте ги овие жици околу горните и долните завртки по долгата страна, а потоа завиткајте ги околу централните завртки. Потоа исечете ја вишокот должина.

Чекор 7: Инсталација на диполи и инсталација на трансформатор

Прицврстете ги секој од фракталите на аголните завртки.

Прикачете трансформатор со соодветна 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 хартиен шаблон од GIMP. Користев мала цврста телефонска жица. Беше доволно мал, цврст и податлив за да се наведне во сложените форми потребни за централната фреквенција (554 MHz). Ова е просекот дигитален сигнал UHF за канали копнена телевизијаво мојата област.

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

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

Додадов и шаблон во формат png. За да ја испечатите големината што ја сакате, ќе треба да ја отворите во уредувач на фотографии како GIMP. Шаблонот не е совршен бидејќи го направив рачно со помош на 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.Написот го разгледува проблемот со дизајнирање на антена со ултра широкопојасен опсег заснована на фрактална технологија. Прикажани се резултатите од студиите за промени во карактеристиките на зрачењето во зависност од факторот на скала.и ниво на повторување. Параметриската оптимизација на геометријата на антената беше спроведена за да се задоволат 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 широкопојасни радио комуникации, фрактална технологија, антени, рефлексивност.

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 широк опсег (UWB) се од голем интерес за развивачите и производителите на телекомуникациска опрема, бидејќи овозможуваат пренос на огромни текови на податоци со големи брзини во ултра-широк фреквентен опсег без лиценца. Особеностите на пренесените сигнали подразбираат отсуство на моќни засилувачи и сложени компоненти за обработка на сигналот како дел од комплексите на примопредаватели, но тие го ограничуваат опсегот (5-10 m).

Недостатокот на соодветна база на елементи способна ефикасно да работи со ултракратки импулси го кочи масовното прифаќање 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 и овозможува да работи во опсегот UWB со функција 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 спроводната рамнина (50×50 mm 2) беше избрана како зрачен елемент во. Претставена е рамна монополна антена (22x22mm2) 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, поедноставен дизајн, мала големина и намалени трошоци 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 модернизира со употреба на фрактална технологија, што ќе овозможи и проучување на зависноста на карактеристиките на зрачењето од вредноста на факторот на скала. δ и нивото на фрактална итерација.

Следно, ја поставивме задачата да ја оптимизираме развиената фрактална антена со цел да го прошириме опсегот на работа со менување на следните параметри: должината на централниот проводник (CP) на компланарниот бранововод (HF), должината на рамнината на земјата (GP ) на HF, растојанието „CP HF - зрачен елемент (E)“.

Моделирањето на антената и нумеричките експерименти се изведуваат во "Студио за микробранови CST“.

3 Избор на геометрија на антената

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

Каде L ar– должина на зрачниот елемент на антената без да се земе предвид процесорот;ѓ Л- фреквенција на долна граница,ѓ Л = ѓ мин uwb = 3,1·10 9 Hz; Со- брзина 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 земајќи ја оригиналната должина на процесоротЛфисто така еднакви р, ја добиваме нултата итерација (сл. 2).

Ориз. 2. Нулта итерација на антената

Дебелина на диелектрична подлогаТ си со вредности на параметриεs = 3,38, tg δ = 0,0025 се користи како основа на чија предна страна IE, CPU и PZ . Во исто време, растојанијата " PZ-CP" Зви „ПЗ-ИЕ“ Ж земени еднакво на 0,76 mm. Вредностите на другите параметри што се користат во процесот на моделирање 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
В а	Ширина на антената	2 ∙ р	24 мм
Лф	Должина на процесорот	r + 0,1	12,1 мм
Вф	Ширина на процесорот		1,66 мм
Л г	PZ должина	r – T s	11,24 мм
L s	Должина на подлогата	Л а + Г с	37 мм
В с	Ширина на подлогата	В а+ 2 ∙ Г с	26 мм
G s 1	Вертикален јаз на подлогата		1 мм
G s 2	Хоризонтален јаз на подлогата		1 мм
Тм	Дебелина на метал		0,035 мм
Т с	Дебелина на подлогата		0,76 мм
р	Радиус на кругот на 0-та итерација		12 мм
р 1	Радиус на кругот на првата итерација	р /2	6 мм
р 2	Радиус на кругот на 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 од компланарен брановод кој се состои од централен проводник и рамнина за заземјување, SMA -приклучок и копланарен брановоден приклучок (CWP) лоциран нормално на него (сл. 3).

Каде εeff - ефективна диелектрична константа:

К – целосен елипсовиден интеграл од прв вид;

	(5)

Фракталноста при конструирање на антена лежи 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 приликата δ = 2 е прикажано на сл. 4.

Ориз. 4. Прво, второ и трето повторување на антената ( δ = 2)

Така, првата итерација беше добиена со одземање на два круга со радиуср 1 од оригиналниот елемент. Втората итерација се формира со поставување на метални кругови преполовени во радиуср 2 во секој круг од првата итерација. Третата итерација е слична на првата, но радиусот ер 3 . Работата го испитува вертикалниот и хоризонталниот распоред на круговите.

3.1 Хоризонтално распоредување на елементите

Динамиката на промените во коефициентот на рефлексија во зависност од нивото на повторување е претставена 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. Покрај тоа, 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 е дека во секоја фаза, од карактеристиките што се разгледуваат, се избира онаа за која се утврдува дека е најперспективна. Во овој поглед, воведено е следново правило:

Ако вишокот (разликата) во опсегот каде што полицата е 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 првата 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 – втора итерација.

Следно, се предлага да се проучи зависноста на коефициентот на рефлексија од вредноста на факторот на скала. Размислете за промената 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 на нивотоС 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, вредноста избрана за двете повторувања е 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 најдлабоки резонанции (сл. 9).

Ориз. 9. Споредба на С 11

3.2 Вертикална поставеност на елементите

Динамиката на промените во коефициентот на рефлексија во зависност од нивото на повторување за случајот на вертикално распоредување на кругови е претставена 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 случајот со хоризонтално уредување.

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

Во овој случај, вредноста избрана за двете повторувања е δ = 6, што исто така претставуваn-повеќекратен фрактал, што значи дека можеби ќе треба да комбинира карактеристики 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 разгледани геометрии на антената

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. Следно, дизајнот ќе биде модернизиран со цел да се развие антена која ќе 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 во , а опсезите на нивните промени се во Табела 2.

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

На сл. 20 ги прикажува карактеристиките што 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 понатаму за пресметување на површинските струи и моделите на зрачење.

Табела 3. Пресметани параметри на антената

Име	Почетна вредност, mm	Конечна вредност, mm
∆ Лф
Ж	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 се 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° g) 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 големините на клучните компоненти на антената врз карактеристиките на зрачењето.

Утврдено е дека како што се зголемува редоследот на повторување, бројот на резонантните фреквенции се зголемува, а зголемувањето на факторот на скала во рамките на една итерација се карактеризира со порамно однесувањеС 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 на нивотоС 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 благодарност професор А.Г.ИПаоло Рока за корисна дискусија.

Литература

1. Л . 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 изведба на 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. – 118 стр.