Fraktalne antene za televizijo. Fraktalna ultraširokopasovna antena na osnovi krožnega monopola. Nato je bil ravninski elektromagnetni val usmerjen na oblikovano fraktalno anteno in program je izračunal širjenje polja pred in po

V matematiki se množice imenujejo fraktali, sestavljeni iz elementov, podobnih množici kot celoti. najboljši primer: Če natančno pogledate črto elipse, bo postala ravna. Fraktalna - ne glede na to, kako blizu - bo slika ostala zapletena in podobna splošnemu pogledu. Elementi so razporejeni na bizaren način. Zato menimo, da so koncentrični krogi najpreprostejši primer fraktala. Ne glede na to, kako blizu so, se pojavijo novi krogi. Obstaja veliko primerov fraktalov. Na primer, Wikipedia daje sliko zelja Romanesco, kjer je glava zelja sestavljena iz storžkov, popolnoma podobnih naslikani glavi zelja. Zdaj bralci razumejo, da izdelava fraktalnih anten ni lahko. Je pa zanimivo.

Zakaj so potrebne fraktalne antene

Namen fraktalne antene je ujeti več z manj žrtvami. V zahodnih videih - je mogoče najti paraboloid, kjer bo segment fraktalne traku služil kot oddajnik. Iz folije že izdelujejo elemente mikrovalovnih naprav, učinkovitejše od navadnih. Pokazali bomo, kako narediti fraktalno anteno do konca in se ukvarjati samo s koordinacijo s SWR-metrom. Omenimo, da obstaja celo spletno mesto, seveda tuje, kjer se ustrezen izdelek promovira v komercialne namene, ni risb. Naša domača fraktalna antena je preprostejša, glavna prednost pa je, da lahko dizajn naredite z lastnimi rokami.

Prve fraktalne antene - bikonične - se je po videoposnetku s spletnega mesta fractenna.com pojavil leta 1897 s strani Oliverja Lodgea. Ne išči po Wikipediji. V primerjavi z običajnim dipolom daje par trikotnikov namesto vibratorja razširitev pasu za 20 %. Z ustvarjanjem periodičnih ponavljajočih se struktur je bilo mogoče sestaviti miniaturne antene nič slabše od velikih analogov. Pogosto boste našli bikonično anteno v obliki dveh okvirjev ali bizarno oblikovanih plošč.

To bo sčasoma omogočilo sprejem več televizijskih kanalov.

Če vtipkate povpraševanje na YouTube, se prikaže video o izdelavi fraktalnih anten. Kako deluje, boste bolje razumeli, če si predstavljate šesterokrako zvezdo izraelske zastave, v kateri je bil odrezan vogal skupaj z rameni. Izkazalo se je, da so ostali trije vogali, dva sta imela eno stran na mestu, druga ne. Šesti vogal v celoti manjka. Zdaj postavimo dve podobni zvezdi navpično, s središčnimi koti drug proti drugemu, reže na levi in ​​desni, nad njimi - podoben par. Rezultat je bil antenski niz – najpreprostejša fraktalna antena.

Zvezdice okoli vogalov so povezane s podajalnikom. Stolpci po parih. Signal je vzet iz linije, točno na sredini vsake žice. Konstrukcija je sestavljena na sornike na dielektrično (plastično) podlago ustrezne velikosti. Stranica zvezde je točno en palec, razdalja med vogali zvezd navpično (dolžina podajalnika) je štiri inče, vodoravno (razdalja med obema žicama podajalnika) je palec. Zvezde imajo na ogliščih kote 60 stopinj, zdaj si bo bralec podobnega narisal v obliki šablone, da bo kasneje lahko sam izdelal fraktalno anteno. Naredili smo delovno skico, merilo ni upoštevano. Ne moremo zagotoviti, da so se zvezde izkazale točno, Microsoft Paint brez velikih možnosti za izdelavo natančnih risb. Dovolj je pogledati sliko, da postane naprava fraktalne antene očitna:

1. Rjav pravokotnik prikazuje dielektrično podlago. Fraktalna antena, prikazana na sliki, ima simetričen vzorec sevanja. Če oddajnik zaščitite pred motnjami, je zaslon nameščen na štiri stebre za podlago na razdalji enega palca. Pri frekvencah ni treba postaviti trdne pločevine, zadostuje četrtinčna mreža, ne pozabite priključiti oklopa na kabelski plašč.
2. Napajalnik z karakteristično impedanco 75 ohmov zahteva odobritev. Poiščite ali naredite transformator, ki pretvori 300 ohmov v 75 ohmov. Bolje se založite z merilnikom SWR in izberite želene parametre ne z dotikom, temveč z napravo.
3. Štiri zvezdice, upognjene iz bakrene žice. Očistimo izolacijo laka na mestu priklopa s podajalnikom (če obstaja). Notranji podajalnik antene je sestavljen iz dveh vzporednih kosov žice. Za zaščito pred slabim vremenom je dobro anteno postaviti v škatlo.

Sestavljanje fraktalne antene za digitalno televizijo

Po branju ocene do konca bo fraktalne antene izdelal kdorkoli. Tako hitro so se poglobili v dizajn, da so pozabili govoriti o polarizaciji. Verjamemo, da je linearna in vodoravna. To izhaja iz premislekov:

• Video je očitno ameriškega izvora, govorimo o HDTV. Zato lahko sprejmemo modo določene države.
• Kot veste, nekaj držav na planetu oddaja s satelitov s krožno polarizacijo, med njimi Ruska federacija in ZDA. Zato menimo, da so druge tehnologije prenosa informacij podobne. Zakaj? Mislimo, da je bila hladna vojna, obe državi sta strateško izbirali, kaj in kako bosta prenesli, druge države so izhajale iz čisto praktičnih premislekov. Krožna polarizacija je izvedena posebej za vohunske satelite (stalno se premikajo glede na opazovalca). Zato obstaja razlog za domnevo, da obstaja podobnost v televizijskem in radijskem oddajanju.
• Struktura antene pravi, da je linearna. Preprosto ni kje vzeti krožne ali eliptične polarizacije. Zato - razen če so naši bralci profesionalci, ki poznajo MMANA - če se antena ne ujame v sprejetem položaju, zavrtite za 90 stopinj v ravnini radiatorja. Polarizacija se bo spremenila v navpično. Mimogrede, mnogi bodo lahko ujeli tudi FM, če so dimenzije nastavljene več kot 4-krat.Bolje je vzeti debelejšo žico (na primer 10 mm).

Upamo, da smo bralcem razložili, kako uporabljati fraktalno anteno. Nekaj ​​nasvetov za enostavno sestavljanje. Torej, poskusite najti žico z lakirano zaščito. Upognite oblike, kot je prikazano na sliki. Potem se konstruktorji razlikujejo, priporočamo, da naredite to:

1. Odstranite zvezdice in napajalne žice na priključnih točkah. Napajalne žice pritrdite za ušesa z sorniki na podlago v srednjih delih. Za pravilno izvedbo dejanja vnaprej izmerite en palec in s svinčnikom narišite dve vzporedni črti. Žice naj ležijo vzdolž njih.
2. Spajkajte eno strukturo, pri čemer natančno preverite razdalje. Avtorji videoposnetka priporočajo izdelavo oddajnika tako, da zvezdice s svojimi vogali ležijo ravno na hranilnikih, nasprotni konci pa se naslanjajo na rob podlage (vsaka na dveh mestih). Za zgledno zvezdo so bila mesta označena z modro barvo.
3. Če želite izpolniti pogoj, povlecite vsako zvezdo na enem mestu s sornikom z dielektrično sponko (na primer PVA žice iz kambrika in podobno). Na sliki so pritrdilne točke prikazane rdeče za eno zvezdico. Vijak je shematsko narisan kot krog.

Napajalni kabel poteka (opcijsko) z hrbtna stran. Izvrtajte luknje na mestu. SWR se prilagodi s spreminjanjem razdalje med napajalnimi žicami, vendar je v tej zasnovi to sadistična metoda. Priporočamo preprosto merjenje impedance antene. Spomnite se, kako se to naredi. Potrebovali boste generator za frekvenco programa, ki ga gledate, na primer 500 MHz, poleg tega pa visokofrekvenčni voltmeter, ki ne varčuje pred signalom.

Nato se izmeri napetost, ki jo proizvaja generator, za kar se zapre na voltmeter (vzporedno). Iz spremenljivega upora z izredno nizko samoinduktivnostjo in antene sestavimo uporovni delilnik (po generatorju povežemo zaporedno najprej upor, nato anteno). Napetost merimo z voltmetrom spremenljivi upor, medtem ko istočasno prilagajate nazivno vrednost, dokler odčitki generatorja brez obremenitve (glejte odstavek zgoraj) ne postanejo dvakrat večji od toka. To pomeni, da je vrednost spremenljivega upora postala enaka valovni impedanci antene pri frekvenci 500 MHz.

Zdaj je možno izdelati transformator na želen način. V omrežju je težko najti pravega, za tiste, ki radi ujamejo radijsko oddajo, so našli že pripravljen odgovor http://www.cqham.ru/tr.htm. Na spletnem mestu piše in riše, kako uskladiti obremenitev s 50-ohmskim kablom. Upoštevajte, da frekvence ustrezajo HF pasu, MW se tukaj delno prilega. Značilna impedanca antene se vzdržuje v območju 50 - 200 ohmov. Težko je reči, koliko bo zvezdnik dal. Če je na kmetiji naprava za merjenje valovne impedance linije, se spomnimo: če je dolžina podajalnika večkratnik četrtine valovne dolžine, se impedanca antene prenese na izhod nespremenjena. Takšnih pogojev je nemogoče zagotoviti za majhen in velik domet (spomnimo se, da tudi razširjeni domet sodi med značilnosti fraktalnih anten), vendar se za namene meritev omenjeno dejstvo uporablja povsod.

Bralci zdaj vedo vse o teh neverjetnih oddajnikih in oddajnikih. Tako nenavadna oblika nakazuje, da se raznolikost vesolja ne ujema s tipičnim okvirom.

Svet ni brez dobrih ljudi :-)
Valery UR3CAH: "Dober dan, Egor. Mislim, da ta članek (in sicer razdelek "Fraktalne antene: manj je bolje") ustreza temi vašega spletnega mesta in vas bo zanimal:) 73!"
Ja, seveda je zanimivo. Do neke mere smo se te teme že dotaknili, ko smo razpravljali o geometriji heksabimov. Tudi tam je bila dilema pri "pakiranju" električne dolžine v geometrijske mere :-). Zato se vam, Valery, najlepša hvala za poslano gradivo.
Fraktalne antene: manj je bolje, a bolje
V zadnjega pol stoletja se je življenje hitro spremenilo. Večina nas sprejema dosežke sodobne tehnologije samoumevno. Vsega, kar dela življenje udobnejše, se zelo hitro navadiš. Redkokdo si zastavi vprašanje "Od kod to?" in "Kako deluje?". Mikrovalovna pečica pogreje zajtrk - no, super, pametni telefon omogoča pogovor z drugo osebo - super. To se nam zdi očitna možnost.
Toda življenje bi lahko bilo povsem drugačno, če človek ne bi iskal razlage za dogajanje. Vzemimo za primer mobilne telefone. Se spomnite izvlečnih anten na prvih modelih? Vmešavali so se, povečali velikost naprave, na koncu so se pogosto zlomili. Verjamemo, da so za vedno potonili v pozabo in delno tudi zaradi tega ... fraktali.
Fraktalne risbe očarajo s svojimi vzorci. Vsekakor spominjajo na slike vesoljskih objektov - meglic, jat galaksij itd. Zato je povsem naravno, da je Mandelbrot, ko je izrazil svojo teorijo o fraktalih, vzbudil večje zanimanje med tistimi, ki so študirali astronomijo. Eden od teh amaterjev po imenu Nathan Cohen se je po obisku predavanja Benoita Mandelbrota v Budimpešti vnel za idejo praktična uporaba pridobljeno znanje. Res je, da je to storil intuitivno in naključje je igralo pomembno vlogo pri njegovem odkritju. Kot radioamater si je Nathan prizadeval ustvariti anteno z največjo možno občutljivostjo.
Edina pot izboljšanje parametrov antene, kar je bilo takrat znano, je bilo povečanje njenih geometrijskih dimenzij. Vendar pa je lastnik Nathanovega stanovanja v središču Bostona odločno nasprotoval namestitvi velikih strešnih naprav. Nato je Nathan začel eksperimentirati z različnimi oblikami anten in poskušal doseči največji rezultat z najmanjšo velikostjo. Navdušen nad idejo o fraktalnih oblikah je Cohen, kot pravijo, naključno naredil enega najbolj znanih fraktalov iz žice - "Kochovo snežinko". Švedski matematik Helge von Koch je leta 1904 prišel do te krivulje. Dobimo ga tako, da segment razdelimo na tri dele in srednji segment nadomestimo z enakostraničnim trikotnikom brez stranice, ki sovpada s tem segmentom. Definicija je nekoliko težko razumljiva, vendar je številka jasna in preprosta.
Obstajajo tudi druge različice "Kochove krivulje", vendar je približna oblika krivulje podobna.

Ko je Nathan priključil anteno na radijski sprejemnik, je bil zelo presenečen - občutljivost se je dramatično povečala. Bodoči profesor na bostonski univerzi je po seriji poskusov ugotovil, da ima antena, izdelana po fraktalnem vzorcu, visoko učinkovitost in pokriva veliko širši frekvenčni razpon v primerjavi s klasičnimi rešitvami. Poleg tega lahko oblika antene v obliki fraktalne krivulje bistveno zmanjša geometrijske dimenzije. Nathan Cohen se je celo domislil teorema, ki to dokazuje, da bi ustvarjal širokopasovna antena zadostuje, da ji damo obliko samopodobne fraktalne krivulje.

Avtor je svoje odkritje patentiral in ustanovil podjetje za razvoj in oblikovanje fraktalnih anten Fractal Antenna Systems, pri čemer je upravičeno verjel, da se bodo mobilni telefoni v prihodnosti zaradi njegovega odkritja lahko znebili zajetnih anten in postali bolj kompaktni. V bistvu se je to zgodilo. Res je, še danes je Nathan v tožbi z velike korporacije ki nezakonito uporabljajo njegovo odkritje za proizvodnjo kompaktnih komunikacijskih naprav. Nekateri znani proizvajalci mobilne naprave, kot je Motorola, so že dosegle mirovni dogovor z izumiteljem fraktalne antene. izvirni vir

V zadnjih nekaj letih sem se redno soočal z nalogami razvoja UWB (ultra širokopasovnih) mikrovalovnih modulov in funkcionalna vozlišča. In ne glede na to, kako žalostno mi je o tem govoriti, skoraj vse informacije o tej temi črpam iz tujih virov. Pred časom pa sem v iskanju potrebnih informacij naletel na eno, ki je obljubljala rešitev vseh mojih težav. Želim govoriti o tem, kako rešitev težav ni uspela.

Eden od stalnih »glavobolov« pri razvoju UWB mikrovalovnih naprav je razvoj UWB anten, ki morajo imeti nabor specifičnih lastnosti. Med temi lastnostmi so naslednje:

1. Usklajevanje v delovnem frekvenčnem pasu (na primer od 1 do 4 GHz). Vendar se zgodi, ko se je treba dogovoriti v frekvenčnem območju od 0,5 GHz do 5 GHz. In tu nastane problem, da se frekvenca spusti pod 1 GHz. Na splošno sem dobil vtis, da ima frekvenca 1 GHz nekakšno mistično moč - lahko se ji približate, vendar jo je zelo težko premagati, ker. v tem primeru je kršena še ena zahteva za anteno, namreč

2. Kompaktnost. Navsezadnje nikomur ni skrivnost, da zdaj le malo ljudi potrebuje valovodno rogovo anteno ogromnih dimenzij. Vsak si želi, da je antena majhna, lahka in kompaktna, da jo lahko pospravimo v kovček. prenosna naprava. Toda s kompaktifikacijo antene postane zelo težko izpolnjevati odstavek 1 zahtev za anteno, saj najmanjša frekvenca delovnega območja je tesno povezana z največjo velikostjo antene. Nekdo bo rekel, da lahko naredite anteno na dielektriku z visoko vrednostjo relativne prepustnosti ... In imel bo prav, vendar je to v nasprotju z naslednjo točko na našem seznamu, ki pravi, da

3. Antena mora biti čim cenejša in izdelana na osnovi najbolj dostopnih in poceni materialov (npr. FR-4). Ker nihče noče plačati veliko, veliko denarja za anteno, pa čeprav je trikrat briljantna. Vsakdo želi stroške antene v fazi izdelave tiskano vezje gravitiralo proti ničli. Ker to je naš svet...

4. Obstaja še ena zahteva, ki se pojavi pri reševanju različnih težav, povezanih na primer z lokacijo kratkega dosega, pa tudi z ustvarjanjem različnih senzorjev s tehnologijo UWB (tukaj je treba pojasniti, da pogovarjamo se aplikacije z nizko porabo energije, kjer šteje vsak dBm). In ta zahteva navaja, da mora biti vzorec sevanja (DN) oblikovane antene oblikovan samo v eni polobli. Čemu služi? Da bi antena "svetila" samo v eno smer, ne da bi dragoceno moč razpršila v "povratek". Izboljša tudi številne indikatorje sistema, v katerem se uporablja taka antena.

Zakaj vse to pišem..? Da bi vedoželjni bralec razumel, da se razvijalec takšne antene sooča s kopico omejitev in prepovedi, ki jih mora junaško ali duhovito premagati.

In nenadoma se kot razodetje pojavi članek, ki obljublja rešitev vseh zgoraj naštetih težav (pa tudi tistih, ki niso bile omenjene). Branje tega članka povzroči rahel občutek evforije. Čeprav prvič ne razumeš popolnoma napisanega, čarobna beseda fraktal zveni zelo obetavno, ker. Evklidska geometrija je že izčrpala svoje argumente.

Zadeve se pogumno lotimo in v simulator vnesemo strukturo, ki jo je predlagal avtor članka. Simulator stoči kot računalniški hladilnik, žveči gigabajte številk in izpljune prežvečeni rezultat... Ob pogledu na rezultate simulacije se počutiš kot mali prevarani deček. Solze me oblijo, saj. spet so vaše otroške sanje o zraku naletele na litoželezno ... resničnost. V frekvenčnem območju 0,1 GHz - 24 GHz ni dogovora. Tudi v območju 0,5 GHz - 5 GHz ni nič podobnega.

Še vedno obstaja plaho upanje, da česa niste razumeli, naredili nekaj narobe ... Začne se iskanje vključitvene točke, različne različice s topologijo, a vse zaman - mrtvo je!

Najbolj žalostno v tej situaciji je, da do zadnjega trenutka iščete vzrok neuspeha v sebi. Hvala tovarišem v trgovini, ki so razložili, da je vse pravilno - ne bi smelo delovati.

P.S. Upam, da vas je moja petkova objava nasmejala.
Morala zgodbe je naslednja - bodite previdni!
(O tem sem tudi zelo želel napisati ANTI-članek, ker so me zavajali).

Prva stvar, o kateri bi rad pisal, je kratek uvod v zgodovino, teorijo in uporabo fraktalnih anten. Nedavno so odkrili fraktalne antene. Prvi jih je izumil Nathan Cohen leta 1988, nato pa je objavil svojo raziskavo o tem, kako narediti televizijsko anteno iz žice in jo patentiral leta 1995.

Fraktalna antena ima več edinstvenih lastnosti, kot je zapisano na Wikipediji:

"Fraktalna antena je antena, ki uporablja fraktalno, samoponavljajočo se zasnovo za maksimiranje dolžine ali povečanje oboda (na notranjih mestih ali zunanji strukturi) materiala, ki lahko sprejema ali oddaja elektromagnetne signale znotraj dane celotne površine ali prostornine ."

Kaj točno to pomeni? No, vedeti morate, kaj je fraktal. Tudi iz Wikipedije:

"Fraktal je običajno groba ali razdrobljena geometrijska oblika, ki jo je mogoče razdeliti na dele, pri čemer je vsak del pomanjšana kopija celote - lastnost, imenovana samopodobnost."

Tako je fraktal geometrijska oblika, ki se vedno znova ponavlja, ne glede na velikost posameznih delov.

Ugotovljeno je bilo, da so fraktalne antene približno 20 % učinkovitejše od običajnih anten. To je lahko uporabno, zlasti če želite, da vaša televizijska antena sprejema digitalni video ali video visoke ločljivosti, poveča doseg mobilne telefonije, doseg Wi-Fi, sprejem FM ali AM radia itd.

večina mobilni telefonže obstajajo fraktalne antene. Morda ste to opazili, ker Mobilni telefon zunaj nimajo več antene. To je zato, ker imajo v notranjosti vezja vgravirane fraktalne antene, ki jim omogočajo sprejem boljšega signala in zajem več frekvenc, kot je Bluetooth, celični in Wi-Fi iz ene antene.

Wikipedia:

»Odziv fraktalne antene se izrazito razlikuje od tradicionalnih zasnov antene, saj je sposobna delovati z dobrimi zmogljivostmi na različnih frekvencah hkrati. Frekvenco standardnih anten je treba zmanjšati, da lahko sprejemajo samo to frekvenco. Zato je fraktalna antena, za razliko od običajne, odličen dizajn za širokopasovne in večpasovne aplikacije.«

Trik je v tem, da svojo fraktalno anteno oblikujete tako, da resonira na določeni srednji frekvenci, ki jo želite. To pomeni, da bo antena videti drugače glede na to, kaj želite sprejemati. Če želite to narediti, morate uporabiti matematiko (ali spletni kalkulator).

V svojem primeru bom izdelal preprosto anteno, vendar jo lahko naredite bolj zapleteno. Težje kot je, bolje je. Za izdelavo antene bom uporabil kolut 18-žilne žice s polnim jedrom, vendar lahko svoja vezja prilagodite tako, da ustrezajo vaši estetiki, jih naredite manjše ali bolj zapletene z večjo ločljivostjo in resonanco.

Izdelal bom TV anteno za sprejem digitalne televizije oz visoka ločljivost. S temi frekvencami je lažje delati in segajo v dolžino od približno 15 cm do 150 cm za polovico valovne dolžine. Zaradi enostavnosti in cenenosti delov ga bom namestil na navadno dipolno anteno, lovil bo valove v območju 136-174 MHz (VHF).

Za sprejem UHF valov (400-512 MHz) lahko dodate usmerjevalnik ali reflektor, vendar bo na ta način sprejem bolj odvisen od smeri antene. VHF je prav tako odvisen od smeri, vendar namesto neposrednega usmerjanja na TV postajo v primeru UHF namestitve, boste morali VHF ušesa nastaviti pravokotno na TV postajo. Tukaj se morate malo bolj potruditi. Konstrukcijo želim čim bolj poenostaviti, ker je že to precej zapletena stvar.

Glavne komponente:

• Montažna površina, npr. plastično ohišje (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vijakov. Uporabil sem vijake za jekleno pločevino
• Transformator z uporom od 300 ohmov do 75 ohmov.
• Montažna žica 18 AWG (0,8 mm)
• Koaksialni kabel RG-6 s terminatorji (in z gumijastim plaščem, če je namestitev na prostem)
• Aluminij pri uporabi reflektorja. V zgornji priponki je bil eden.
• Fini marker
• Dva para majhnih klešč
• Ravnilo ni krajše od 20 cm.
• Transporter za merjenje kotov
• Dva svedra, eden nekoliko manjši od vaših vijakov
• Majhen rezalnik žice
• Izvijač ali izvijač

Opomba: spodnji del antene je izdelan iz aluminijasta žica je na desni na sliki, kjer štrli transformator.

1. korak: Dodajanje reflektorja

Sestavite ohišje z reflektorjem pod plastičnim pokrovom

2. korak: Vrtanje lukenj in namestitev pritrdilnih točk

Na nasprotni strani reflektorja na teh mestih izvrtajte majhne luknje za pipo in namestite prevodni vijak.

3. korak: Izmerite, odrežite in odstranite žice

Odrežite štiri 20 cm velike kose žice in jih položite na ohišje.

4. korak: Merjenje in označevanje žic

Z markerjem označite vsakih 2,5 cm na žici (na teh mestih bodo zavoji)

5. korak: Ustvarite fraktale

Ta korak je treba ponoviti za vsak kos žice. Vsak upogib mora biti natanko 60 stopinj, saj bomo za fraktal izdelali enakostranične trikotnike. Uporabil sem dva para klešč in kotomer. Vsak zavoj je narejen na etiketi. Preden naredite gube, si predstavljajte smer vsakega od njih. Za to uporabite priloženi diagram.

6. korak: Ustvarjanje dipolov

Odrežite še dva kosa žice, dolga vsaj 15 cm, ki ju ovijte okoli zgornjega in spodnjega vijaka, ki potekata vzdolž dolge strani, in ju ovijte do sredine. Nato odrežite odvečno dolžino.

7. korak: Montaža dipolov in montaža transformatorja

Vsak od fraktalov pritrdite na kotne vijake.

Na dva sredinska vijaka pritrdite transformator pravilne impedance in ju privijte.

Montaža končana! Preverite in uživajte!

8. korak: Več ponovitev/poskusov

Naredil sem nekaj novih elementov z uporabo papirnate predloge iz GIMP. Uporabil sem majhno trdno telefonsko žico. Bil je dovolj majhen, močan in dovolj voljan, da se je upognil v zapletene oblike, potrebne za osrednjo frekvenco (554 MHz). To je povprečje digitalni signal UHF za kanale aktivna televizija na mojem območju.

Fotografija priložena. Morda je težko videti bakrene žice pri šibki svetlobi proti kartonu in lepilnemu traku na njem, vendar razumete.

Pri tej velikosti so elementi precej krhki, zato je treba z njimi ravnati previdno.

Dodal sem tudi png predlogo. Če želite natisniti želeno velikost, jo morate odpreti v urejevalniku fotografij, kot je GIMP. Šablona ni popolna, ker sem jo naredil ročno z miško, je pa dovolj udobna za človeške roke.

UDK 621.396

fraktalna ultraširokopasovna antena, ki temelji na krožnem monopolu

G.I. Abdrakhmanova

Državna letalska tehnična univerza Ufa,

Universita degli studi di Trento

Opomba.Članek obravnava problem načrtovanja ultra širokopasovne antene na osnovi fraktalne tehnologije. Predstavljeni so rezultati študij sprememb sevalnih karakteristik v odvisnosti od vrednosti faktorja lestvice.in raven ponovitve. Izvedena je bila parametrična optimizacija geometrije antene za skladnost z zahtevami odbojnega koeficienta. Dimenzije razvite antene so 34 × 28 mm 2, frekvenčno območje delovanja pa 3,09 ÷ 15 GHz.

Ključne besede:ultraširokopasovne radijske komunikacije, fraktalna tehnologija, antene, odbojni koeficient.

Povzetek:V prispevku je opisan razvoj nove ultra širokopasovne antene na osnovi fraktalne tehnologije. Predstavljeni so rezultati raziskav o spremembah sevalnih karakteristik v odvisnosti od vrednosti faktorja lestvice in nivoja iteracije. Uporabljena je bila parametrična optimizacija geometrije antene za izpolnjevanje zahtev glede odbojnega koeficienta. Velikost razvite antene je 28 × 34 mm 2 , pasovna širina pa 3,09 ÷ 15 GHz.

ključne besede:ultraširokopasovne radijske komunikacije, fraktalna tehnologija, antene, odbojni koeficient.

1. Uvod

Danes so ultraširokopasovni (UWB) komunikacijski sistemi zelo zanimivi za razvijalce in proizvajalce telekomunikacijske opreme, saj omogočajo prenos ogromnih podatkovnih tokov pri visokih hitrostih v ultra širokem frekvenčnem pasu brez licence. Značilnosti oddanih signalov pomenijo odsotnost močnih ojačevalnikov in kompleksnih komponent za obdelavo signalov kot del sprejemno-oddajnih kompleksov, vendar omejujejo doseg (5-10 m).

Pomanjkanje ustrezne elementne baze, ki bi lahko učinkovito delovala z ultrakratkimi impulzi, ovira množično uvedbo tehnologije UWB.

Oddajno-sprejemne antene so eden ključnih elementov, ki vplivajo na kakovost prenosa/sprejemanja signala. Glavna usmeritev patentov in raziskav na področju oblikovanja antenske tehnologije za naprave UWB je miniaturizacija in znižanje proizvodnih stroškov ob zagotavljanju zahtevanih frekvenčnih in energijskih karakteristik ter uporaba novih oblik in struktur.

Tako je geometrija antene zgrajena na osnovi zlepka s pravokotno režo v obliki črke U v sredini, kar omogoča delovanje v pasu UWB s funkcijo blokiranja WLAN -pas, dimenzije antene - 45,6 × 29 mm 2. Kot sevalni element je bila izbrana asimetrična figura v obliki črke E z merami 28 × 10 mm 2, ki se nahaja na višini 7 mm glede na prevodno ravnino (50 × 50 mm 2). Predstavljena je planarna monopolna antena (22×22 mm 2 ), zasnovana na osnovi pravokotnega sevalnega elementa in lestvičaste resonančne strukture na hrbtni strani.

2 Izjava problema

Zaradi dejstva, da lahko krožne strukture zagotovijo precej široko pasovno širino, poenostavijo zasnovo, majhno velikost in zmanjšajo proizvodne stroške, ta članek predlaga razvoj UWB antene, ki temelji na krožnem monopolu. Zahtevano delovno frekvenčno območje - 3,1 ÷ 10,6 GHz pri nivoju odbojnega koeficienta -10 dB S 11, (slika 1).

riž. 1. Zahtevana maska ​​za odboj S 11

Z namenom miniaturizacije bo geometrija antene nadgrajena z uporabo fraktalne tehnologije, kar bo omogočilo tudi proučevanje odvisnosti sevalnih karakteristik od vrednosti faktorja skale. δ in nivo ponovitve fraktala.

Nato je bila zastavljena naloga optimizacije razvite fraktalne antene z namenom razširitve območja delovanja s spreminjanjem naslednjih parametrov: dolžina centralnega vodnika (CPU) koplanarnega valovoda (HF), dolžina ozemljitvene plošče (GZ). ) KV, razdalja "GZ KV - sevalni element (IE)".

Modeliranje anten in numerični eksperimenti se izvajajo v okolju " CST mikrovalovni studio.

3 Izbira geometrije antene

Kot osnovni element je izbran krožni monopol, katerega dimenzije so četrtina valovne dolžine zahtevanega območja:

Kje L arje dolžina sevalnega elementa antene, brez CPE;f L– nižja mejna frekvenca,f L = f min uwb = 3,1·109 Hz; z je svetlobna hitrost, z = 3 10 8 m/s 2 .

Dobimo L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Glede na to, da je krog s polmeromr = L ar / 2 = 12 mm in ob predpostavki prvotne dolžine CPELf tudi enakovredna r, dobimo ničelno ponovitev (slika 2).

riž. 2. Ničelna iteracija antene

Debelina dielektrične podlageTsin z vrednostmi parametrovεs = 3,38, tg δ = 0,0025 se uporablja kot osnova, na sprednji strani katere so nameščeni IE, CPE in ROM . Hkrati pa razdalje PZ-CPU" Z v in "PZ-IE" Z h vzeto enako 0,76 mm. Vrednosti drugih parametrov, uporabljenih v procesu simulacije, so predstavljene v tabeli 1.

Tabela 1. Parametri antene ( δ = 2)

Ime	Opis	Formula	Pomen
L a	Dolžina antene	2 ∙ r + Lf	36 mm
Wa	Širina antene	2 ∙ r	24 mm
Lf	dolžina procesorja	r+ 0,1	12,1 mm
Wf	CPE širina		1,66 mm
Lg	Dolžina PZ	r-Ts	11,24 mm
Ls	Dolžina substrata	L a + Gs	37 mm
Ws	Širina podlage	Wa+ 2 ∙ Gs	26 mm
G s 1	Navpična vrzel podlage		1 mm
Gs 2	Horizontalna podporna vrzel		1 mm
Tm	debelina kovine		0,035 mm
Ts	Debelina podlage		0,76 mm
r	Polmer kroga 0. ponovitev		12 mm
r 1	Polmer kroga 1. ponovitve	r /2	6 mm
r 2	Polmer kroga 2. ponovitev	r 1 /2	3 mm
r 3	Polmer kroga 3 ponovitve	r 2 /2	1,5 mm
εs	Dielektrična konstanta		3,38

Anteno napaja koplanarni valovod, sestavljen iz sredinskega vodnika in ozemljitvene plošče, SMA -konektor in koplanarni valovodni priključek (CWP), ki je nameščen pravokotno nanj (slika 3).

Kje εeff je efektivna prepustnost:

K – popolni eliptični integral prve vrste;

	(5)

Fraktalnost pri konstrukciji antene je sestavljena iz posebnega načina pakiranja elementov: naslednje iteracije antene se oblikujejo tako, da se v elemente prejšnje iteracije postavijo krogi manjšega radija. V tem primeru faktor lestvice δ določa, kolikokrat se bodo velikosti sosednjih iteracij razlikovale. Ta proces za primer δ = 2 je prikazano na sl. 4.

riž. 4. Prva, druga in tretja ponovitev antene ( δ = 2)

Torej, prvo ponovitev dobimo z odštevanjem dveh krogov s polmeromr 1 iz prvotnega elementa. Druga ponovitev se oblikuje s postavitvijo kovinskih krogov, zmanjšanih za polovico s polmeromr 2 v vsakem krogu prve ponovitve. Tretja ponovitev je podobna prvi, vendar je polmer enakr 3 . Prispevek obravnava navpično in vodoravno razporeditev krogov.

3.1 Horizontalna razporeditev elementov

Dinamika spremembe koeficienta refleksije glede na stopnjo iteracije je prikazana na sl. 5 za δ = 2 in na sl. 6 za δ = 3. Vsak nov vrstni red ustreza eni dodatni resonančni frekvenci. Tako ničelna iteracija v obravnavanem območju 0 ÷ 15 GHz ustreza 4 resonancam, prva iteracija - 5 itd. V tem primeru, od druge iteracije, postanejo spremembe v obnašanju značilnosti manj opazne.

riž. 5. Odvisnost koeficienta refleksije od vrstnega reda ponovitev ( δ = 2)

Bistvo modeliranja je v tem, da se na vsaki stopnji izmed obravnavanih značilnosti izbere tista, ki je opredeljena kot najbolj obetavna. Posledično je bilo uvedeno naslednje pravilo:

Če je presežek (razlika) v območju, kjer so police nad -10 dB, majhen, potem je treba izbrati karakteristiko, ki ima nižjo polico v območju delovanja (pod -10 dB), saj je zaradi optimizacije prva bo izločena, druga pa padla še nižje.

riž. 6. Odvisnost koeficienta refleksije od vrstnega reda ponovitev ( δ = 3)

Prejetih podatkih ter v skladu s tem pravilnikom za δ = 2 je izbrana krivulja, ki ustreza prvi ponovitvi δ = 3 – druga ponovitev.

Nato se predlaga, da se razišče odvisnost koeficienta refleksije od vrednosti faktorja lestvice. Razmislite o spremembi δ v območju 2 ÷ 6 s korakom 1 znotraj prve in druge iteracije (sl. 7, 8).

Zanimivo obnašanje grafov je, da začenši od δ = 3, postanejo značilnosti bolj položne in gladke, število resonanc ostane konstantno in rast δ spremlja povečanje S 11 v sodih območjih in zmanjšanje v lihih.

riž. 7. Odvisnost koeficienta refleksije od faktorja lestvice za prvo iteracijo ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

V tem primeru za obe ponovitvi vrednost δ = 6.

riž. 8. Odvisnost koeficienta refleksije od faktorja lestvice za drugo iteracijo ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, saj so zanj značilne najnižje police in globoke resonance (slika 9).

riž. 9. Primerjava S 11

3.2 Vertikalna razporeditev elementov

Dinamika spremembe koeficienta refleksije glede na stopnjo iteracije za primer navpične razporeditve krogov je prikazana na sl. 10 za δ = 2 in na sl. 11 za δ = 3.

riž. 10. Odvisnost koeficienta refleksije od vrstnega reda ponovitev ( δ = 2)

Prejetih podatkih ter v skladu s pravilom za δ = 2 in δ = 3 je izbrana krivulja, ki ustreza tretji ponovitvi.

riž. 11. Odvisnost koeficienta refleksije od vrstnega reda ponovitev ( δ = 3)

Upoštevanje odvisnosti koeficienta refleksije od vrednosti faktorja lestvice znotraj prve in druge iteracije (sl. 12, 13) razkrije optimalno vrednost δ = 6, kot v primeru horizontalne postavitve.

riž. 12. Odvisnost koeficienta refleksije od faktorja lestvice za prvo iteracijo ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

V tem primeru za obe ponovitvi vrednost δ = 6, kar tudi predstavljan-večkratni fraktal, zato bi morda moral združiti značilnosti δ = 2 in δ = 3.

riž. 13. Odvisnost koeficienta refleksije od faktorja lestvice za drugo iteracijo ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Tako je bila izmed štirih primerjanih možnosti izbrana krivulja, ki ustreza drugi iteraciji, δ = 6, kot v prejšnjem primeru (slika 14).

riž. 14. Primerjava S 11 za štiri obravnavane geometrije anten

3.3 Primerjava

Glede na najboljše možnosti za navpične in vodoravne geometrije, pridobljene v prejšnjih dveh pododdelkih, je izbira narejena na prvi (slika 15), čeprav v tem primeru razlika med tema možnostma ni tako velika. Frekvenčna območja delovanja: 3,825÷4,242 GHz in 6,969÷13,2 GHz. Nadalje bo zasnova nadgrajena, da se razvije antena, ki deluje v celotnem območju UWB.

riž. 15. Primerjava S 11 da izberete končno možnost

4 Optimizacija

Ta razdelek obravnava optimizacijo antene na podlagi druge ponovitve fraktala z vrednostjo koeficienta δ = 6. Parametri spremenljivk so predstavljeni na , razponi njihovih sprememb pa v tabeli 2.

riž. 20. Videz antene: a) sprednja stran; b) hrbtna stran

Na sl. 20 prikazuje značilnosti, ki odražajo dinamiko sprememb S 11 korak za korakom in dokazovanje veljavnosti vsakega naslednjega dejanja. Tabela 4 prikazuje resonančne in mejne frekvence, uporabljene spodaj za izračun površinskih tokov in vzorca sevanja.

Tabela 3. Izračunani parametri antene

Ime	Začetna vrednost, mm	Končna vrednost, mm
∆ Lf
Z h	Tabela 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Porazdelitev površinskih tokov antene na resonančnih in mejnih frekvencah območja UWB je prikazana na sl. 21, in vzorci sevanja - na sl. 22.

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

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

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

riž. 21. Porazdelitev površinskih tokov

A) F(φ ), θ = 0° b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0° d) F(θ ), φ = 90°

riž. 22. Vzorci sevanja v polarnem koordinatnem sistemu

5 Zaključek

Članek predstavlja novo metodo za načrtovanje UWB anten, ki temelji na uporabi fraktalne tehnologije. Ta proces vključuje dve stopnji. Na začetku se geometrija antene določi z izbiro ustreznega faktorja lestvice in stopnje fraktalne iteracije. Nato se na nastalo obliko uporabi parametrična optimizacija na podlagi proučevanja vpliva dimenzij ključnih komponent antene na karakteristike sevanja.

Ugotovljeno je bilo, da se s povečanjem vrstnega reda ponovitev poveča število resonančnih frekvenc, za povečanje faktorja lestvice v eni ponovitvi pa je značilno bolj položno obnašanje S 11 in konstantnost resonanc (začenši od δ = 3).

Razvita antena zagotavlja kakovosten sprejem signalov v frekvenčnem pasu 3,09 ÷ 15 GHz glede na S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Zahvala

Študija je bila podprta z donacijo Evropske unije " Akcija Erasmus Mundus 2«, tudi A. G. I. se zahvaljuje prof. Paolo Rocca za koristno razpravo.

Literatura

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Planarna monopolna UWB antena z značilnostmi UNII1/UNII2 WLAN-pasu z zarezo. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 25, 2010. - 277-292 str.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Izjemno širokopasovne kratkospojene antene, ki jih napaja prepognjena povezava z več resonancami. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 44, 2012. - 309-326 str.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdee. Planarna monopolna antena, ki uporablja resonančno strukturo v obliki lestve na hrbtni plošči za ultraširokopasovno delovanje. IET Mikrovalovi, Antene in širjenje, Vol. 4, št. 9, 2010. - 1327-1335 str.

4. Revizija 15. dela pravil Komisije glede ultraširokopasovnih prenosnih sistemov, Zvezna komisija za komunikacije, FCC 02-48, 2002. - 118 str.