Televizyon için fraktal antenler. Dairesel bir monopole dayalı fraktal ultra geniş bant anten. Daha sonra tasarlanan fraktal antene bir düzlem elektromanyetik dalga yönlendirilmiş ve program öncesi ve sonrası alan yayılımını hesaplamıştır.

Matematikte, bir bütün olarak kümeye benzer öğelerden oluşan kümelere fraktal denir. en iyi örnek: Elips çizgisine yakından bakarsanız düzleşecektir. Fraktal - ne kadar yakın olursa olsun, resim karmaşık ve genel görünüme benzer kalacaktır. Öğeler tuhaf bir şekilde düzenlenmiştir. Bu nedenle, eşmerkezli daireleri bir fraktalın en basit örneği olarak kabul ediyoruz. Ne kadar yakın olursa olsun, yeni daireler belirir. Birçok fraktal örneği vardır. Örneğin, Vikipedi, lahana başının tam olarak boyalı bir lahana kafasına benzeyen konilerden oluştuğu Romanesco lahanasının bir resmini verir. Artık okuyucular, fraktal anten yapmanın kolay olmadığını anlıyor. Ama bu ilginç.

Fraktal antenlere neden ihtiyaç duyulur?

Fraktal antenin amacı daha az kurbanla daha fazlasını yakalamaktır. Batı videolarında - bir fraktal şeridin bir bölümünün yayıcı görevi göreceği bir paraboloit bulmak mümkündür. Mikrodalga cihazlarının unsurlarını zaten folyodan yapıyorlar, sıradan olanlardan daha verimli. Fraktal bir antenin nasıl yapıldığını sonuna kadar göstereceğiz ve bir SWR metre ile sadece koordinasyonla ilgileneceğiz. Elbette yabancı, ilgili ürünün ticari amaçlarla tanıtıldığı koca bir site olduğundan bahsediyoruz, çizim yok. Ev yapımı fraktal antenimiz daha basittir, ana avantajı tasarımı kendi ellerinizle yapabilmenizdir.

İlk fraktal antenler - biconical - fractenna.com sitesindeki videoya göre 1897'de Oliver Lodge tarafından ortaya çıktı. Wikipedia'da arama yapmayın. Geleneksel bir dipol ile karşılaştırıldığında, bir vibratör yerine bir çift üçgen, %20'lik bir bant uzantısı sağlar. Periyodik yinelenen yapılar oluşturarak, büyük antenlerden daha kötü olmayan minyatür antenler monte etmek mümkün oldu. Genellikle iki çerçeve veya tuhaf şekilli plakalar şeklinde bir bikonik anten bulacaksınız.

Bu, sonunda daha fazla TV kanalının alınmasına izin verecektir.

YouTube'a bir istek yazarsanız, fraktal antenlerin imalatıyla ilgili bir video görünür. İsrail bayrağının omuzlarla birlikte köşesinin kesildiği altı köşeli yıldızını hayal ederseniz nasıl çalıştığını daha iyi anlayacaksınız. Üç köşenin kaldığı, ikisinin bir tarafı yerinde olduğu, ikincisinin olmadığı ortaya çıktı. Altıncı köşe tamamen eksik. Şimdi iki benzer yıldızı dikey olarak, birbirine merkez açılarla, yuvaları solda ve sağda, üstlerine yerleştirelim - benzer bir çift. Sonuç, bir anten dizisiydi - en basit fraktal anten.

Köşelerdeki yıldızlar bir besleyici ile birbirine bağlıdır. İkili sütunlar. Sinyal hattan, her telin tam ortasından alınır. Yapı, uygun boyutta bir dielektrik (plastik) alt tabaka üzerindeki cıvatalara monte edilir. Yıldızın kenarı tam olarak bir inç, yıldızların köşeleri arasındaki mesafe dikey olarak (besleyicinin uzunluğu) dört inç, yatay olarak (besleyicinin iki teli arasındaki mesafe) bir inçtir. Yıldızların köşelerinde 60 derecelik açıları vardır, şimdi okuyucu benzerini şablon şeklinde çizecek, böylece daha sonra kendi başlarına bir fraktal anten yapabilirler. Çalışan bir eskiz yaptık, ölçek gözlenmedi. Doğru çizimler yapmak için büyük fırsatlar olmadan yıldızların tam olarak ortaya çıktığını garanti edemeyiz, Microsoft Paint. Fraktal antenin cihazını belirginleştirmek için resme bakmak yeterlidir:

1. Kahverengi dikdörtgen, dielektrik substratı gösterir. Şekilde gösterilen fraktal anten simetrik bir radyasyon modeline sahiptir. Vericiyi parazitten korursanız ekran, alt tabakanın arkasında bir inç mesafeyle dört direk üzerine yerleştirilir. Frekanslarda sağlam bir metal levha yerleştirmeye gerek yoktur, çeyrek inçlik bir ağ yeterli olacaktır, blendajı kablo kılıfına bağlamayı unutmayınız.
2. 75 ohm karakteristik empedansa sahip besleyici onay gerektirir. 300 ohm'u 75 ohm'a çeviren bir transformatör bulun veya yapın. Bir SWR ölçerde daha iyi stok yapın ve istenen parametreleri dokunarak değil, cihazla seçin.
3. Dört yıldız, bakır telden bükün. Besleyici (varsa) ile kenetlenme yerindeki cila izolasyonunu temizliyoruz. Antenin dahili besleyicisi iki paralel tel parçasından oluşur. Kötü hava koşullarından korunmak için anteni bir kutuya koymak iyi bir fikirdir.

Dijital televizyon için fraktal bir anten montajı

İncelemeyi sonuna kadar okuduktan sonra fraktal antenler herkes tarafından yapılacaktır. Tasarıma o kadar çabuk daldılar ki kutuplaşma hakkında konuşmayı unuttular. Doğrusal ve yatay olduğuna inanıyoruz. Bu, şu düşüncelerden kaynaklanmaktadır:

• Video belli ki Amerikan menşeili, HDTV'den bahsediyoruz. Bu nedenle belirtilen ülkenin modasını kabul edebiliriz.
• Bildiğiniz gibi, gezegende dairesel kutuplaşma kullanan uydulardan yayın yapan çok az ülke var, aralarında Rusya Federasyonu ve Amerika Birleşik Devletleri var. Bu nedenle, diğer bilgi aktarım teknolojilerinin benzer olduğuna inanıyoruz. Neden? Bir Soğuk Savaş vardı, inanıyoruz ki, her iki ülke de neyi ve nasıl transfer edeceklerini stratejik olarak seçti, diğer ülkeler tamamen pratik kaygılardan yola çıktı. Dairesel polarizasyon, özellikle casus uydular için uygulanır (gözlemciye göre sürekli hareket eder). Dolayısıyla, televizyon ve radyo yayıncılığında bir benzerlik olduğuna inanmak için sebepler var.
• Antenin yapısı doğrusal olduğunu söylüyor. Dairesel veya eliptik kutuplaşmayı alacak hiçbir yer yoktur. Bu nedenle - okuyucularımız MMANA'yı bilen profesyoneller değilse - anten kabul edilen konumda tutulmazsa, radyatör düzleminde 90 derece döndürün. Polarizasyon dikey olarak değişecektir. Bu arada, boyutlar 4 kattan fazla ayarlanırsa çoğu kişi FM'yi de yakalayabilecektir, daha kalın bir tel (örneğin 10 mm) almak daha iyidir.

Umarız okuyuculara fraktal antenin nasıl kullanılacağını anlatmışızdır. Kolay montaj için birkaç ipucu. Bu nedenle, cilalı korumalı bir tel bulmaya çalışın. Şekilleri resimde gösterildiği gibi bükün. Ardından yapıcılar birbirinden ayrılır, bunu yapmanızı öneririz:

1. Bağlantı noktalarındaki yıldızları ve besleme kablolarını sıyırın. Besleme tellerini kulaklarından orta kısımlardaki alt tabakaya cıvatalarla sabitleyin. Eylemi doğru şekilde gerçekleştirmek için önceden bir inç ölçün ve bir kalemle iki paralel çizgi çizin. Teller yanlarında uzanmalıdır.
2. Mesafeleri dikkatlice kontrol ederek tek bir yapıyı lehimleyin. Videonun yazarları, yıldızların besleyiciler üzerinde köşeleri ile düz durması ve karşıt uçların alt tabakanın kenarına (her biri iki yerde) dayanması için bir yayıcı yapılmasını önerir. Örnek bir yıldız için yerler mavi ile işaretlenmiştir.
3. Koşulu yerine getirmek için, dielektrik kelepçeli bir cıvata ile her bir yıldızı tek bir yere çekin (örneğin, cambric ve benzerlerinden PVA telleri). Şekilde, bağlantı noktaları bir yıldız için kırmızı ile gösterilmiştir. Cıvata şematik olarak daire şeklinde çizilmiştir.

Besleme kablosu (isteğe bağlı olarak) ters taraf. Yerinde delikler açın. SWR, besleyici teller arasındaki mesafe değiştirilerek ayarlanır, ancak bu tasarımda bu sadist bir yöntemdir. Antenin empedansını basitçe ölçmenizi öneririz. Bunun nasıl yapıldığını hatırlayın. İzlediğiniz programın frekansı için bir jeneratöre, örneğin 500 MHz'e, ayrıca sinyalin önüne kaydetmeyen yüksek frekanslı bir voltmetreye ihtiyacınız olacak.

Daha sonra jeneratör tarafından üretilen voltaj ölçülür ve bunun için bir voltmetreye (paralel olarak) kapanır. Son derece düşük öz endüktanslı değişken bir dirençten ve bir antenden dirençli bir bölücü monte ediyoruz (jeneratörden sonra seri olarak, önce direnci, sonra anteni bağlarız). Gerilimi bir voltmetre ile ölçüyoruz değişken direnç, yüksüz jeneratör okumaları (yukarıdaki paragrafa bakın) akımın iki katına çıkana kadar aynı anda değeri ayarlarken. Bu, değişken direncin değerinin 500 MHz frekansta antenin dalga empedansına eşit hale geldiği anlamına gelir.

Artık trafoyu istenilen şekilde yapmak mümkün. İnternette doğru olanı bulmak zor, radyo yayınlarını yakalamak isteyenler için hazır bir cevap buldular http://www.cqham.ru/tr.htm. Site, 50 ohm kablo ile yükün nasıl eşleştirileceğini söylüyor ve çiziyor. Lütfen frekansların HF bandına karşılık geldiğini, MW'nin buraya kısmen uyduğunu unutmayın. Antenin karakteristik empedansı 50 - 200 ohm aralığında tutulur. Bir yıldızın ne kadar vereceğini söylemek zor. Çiftlikte hattın dalga empedansını ölçmek için bir cihaz varsa, hatırlayın: besleyicinin uzunluğu dalga boyunun dörtte birinin katıysa, anten empedansı değişmeden çıkışa iletilir. Küçük ve geniş bir aralık için bu tür koşulları sağlamak imkansızdır (fraktal antenlerin özelliklerine genişletilmiş bir aralığın da dahil olduğunu hatırlıyoruz), ancak ölçüm amacıyla, bahsedilen gerçek her yerde kullanılır.

Okuyucular artık bu harika alıcı-vericiler hakkında her şeyi biliyor. Böyle alışılmadık bir şekil, evrendeki çeşitliliğin tipik çerçeveye uymadığını düşündürür.

Dünya iyi insanlardan yoksun değil :-)
Valery UR3CAH: "İyi günler Egor. Bence bu makale (yani, "Fraktal antenler: daha az iyidir" bölümü) sitenizin temasına karşılık geliyor ve ilginizi çekecek :) 73!"
Evet, elbette ilginç. Heksabimlerin geometrisini tartışırken bu konuya bir dereceye kadar değinmiştik. Orada da elektriksel uzunluğun geometrik boyutlara "paketlenmesi" ile ilgili bir ikilem vardı :-). Valery, gönderilen malzeme için çok teşekkür ederim.
Fraktal antenler: daha azı daha iyidir, ancak daha iyidir
Geçen yarım yüzyılda hayat hızla değişti. Çoğumuz başarıyı kabul ederiz. modern teknolojiler verilen için. Hayatı daha konforlu hale getiren her şeye çok çabuk alışıyorsunuz. Nadiren kimse “Bu nereden çıktı?” Sorusunu sorar. ve "Nasıl çalışır?". Mikrodalga fırın kahvaltıyı ısıtır - harika, akıllı telefon başka biriyle konuşmanıza izin verir - harika. Bu bizim için açık bir olasılık gibi görünüyor.
Ancak bir kişi meydana gelen olaylar için bir açıklama aramasaydı hayat tamamen farklı olabilirdi. Örneğin cep telefonlarını ele alalım. İlk modellerdeki geri çekilebilir antenleri hatırlıyor musunuz? Müdahale ettiler, cihazın boyutunu artırdılar ve sonunda sık sık bozuldu. Sonsuza kadar ve kısmen de bu nedenle ... fraktalların unutulmaya yüz tuttuklarına inanıyoruz.
Fraktal çizimler, desenleriyle büyülüyor. Kesinlikle uzay nesnelerinin görüntülerine benziyorlar - bulutsular, galaksi kümeleri vb. Bu nedenle, Mandelbrot fraktallar teorisini dile getirdiğinde, araştırmasının astronomi okuyanlar arasında artan bir ilgi uyandırması oldukça doğaldır. Bu amatörlerden biri olan Nathan Cohen, Budapeşte'de Benoit Mandelbrot'un verdiği bir konferansa katıldıktan sonra bu fikirle alev aldı. pratik uygulama Edinilen bilgi. Doğru, bunu sezgisel olarak yaptı ve keşfinde şans önemli bir rol oynadı. Bir radyo amatörü olarak Nathan, mümkün olan en yüksek hassasiyete sahip bir anten yaratmaya çalıştı.
Tek yol o zamanlar bilinen antenin parametrelerini iyileştirmek, geometrik boyutlarını artırmaktı. Ancak, Nathan'ın Boston şehir merkezindeki dairesinin sahibi çatıya büyük cihazlar kurulmasına şiddetle karşı çıktı. Ardından Nathan, minimum boyutta maksimum sonucu elde etmeye çalışarak çeşitli anten biçimlerini denemeye başladı. Fraktal formlar fikriyle ateşlenen Cohen, dedikleri gibi, telden en ünlü fraktallardan birini rastgele yaptı - "Koch kar tanesi". İsveçli matematikçi Helge von Koch bu eğriyi 1904'te buldu. Parçanın üç parçaya bölünmesi ve ortadaki parçanın bu parçaya denk gelen kenarı olmayan bir eşkenar üçgen ile değiştirilmesiyle elde edilir. Tanımı anlamak biraz zor ama şekil açık ve basit.
"Koch eğrisinin" başka çeşitleri de vardır, ancak eğrinin yaklaşık şekli benzer kalır.

Nathan anteni radyo alıcısına bağladığında çok şaşırdı - hassasiyet önemli ölçüde arttı. Bir dizi deneyden sonra, Boston Üniversitesi'ndeki geleceğin profesörü, fraktal modele göre yapılmış bir antenin yüksek verimliliğe sahip olduğunu ve klasik çözümlere kıyasla çok daha geniş bir frekans aralığını kapsadığını fark etti. Ek olarak, antenin fraktal eğri şeklindeki şekli, geometrik boyutları önemli ölçüde azaltabilir. Nathan Cohen, yaratmak için bunu kanıtlayan bir teorem bile buldu. geniş bant anten kendisine benzer bir fraktal eğri biçimini vermek yeterlidir.

Yazar keşfinin patentini aldı ve fraktal antenlerin geliştirilmesi ve tasarımı için şirketi kurdu Fraktal Anten Sistemleri, keşfi sayesinde cep telefonlarının gelecekte hantal antenlerden kurtulabileceğine ve daha kompakt hale geleceğine haklı olarak inanıyor. Temel olarak, olan buydu. Doğru, bugüne kadar Nathan, büyük şirketler kompakt iletişim cihazları üretmek için keşfini yasadışı bir şekilde kullananlar. Bazı tanınmış üreticiler mobil cihazlar Motorola gibi şirketler, fraktal antenin mucidi ile çoktan bir barış anlaşmasına vardı. orjinal kaynak

Son birkaç yılda, düzenli olarak UWB (ultra geniş bant) mikrodalga modülleri geliştirme görevleriyle karşılaştım ve işlevsel düğümler. Ve bundan bahsetmek benim için ne kadar üzücü olursa olsun, konuyla ilgili neredeyse tüm bilgileri yabancı kaynaklardan alıyorum. Ancak, bir süre önce ihtiyacım olan bilgiyi ararken, tüm sorunlarıma çözüm vaat eden bir bilgiye rastladım. Sorunların çözümünün nasıl yürümediğinden bahsetmek istiyorum.

UWB mikrodalga cihazlarının geliştirilmesindeki sürekli "baş ağrılarından" biri, bir dizi özel özelliğe sahip olması gereken UWB antenlerinin geliştirilmesidir. Bu özellikler arasında şunlar yer alır:

1. Çalışma frekansı bandında koordinasyon (örneğin, 1 ila 4 GHz). Ancak, 0,5 GHz ila 5 GHz frekans aralığında anlaşmak gerektiğinde gerçekleşir. Ve burada sorun, frekansın 1 GHz'in altına düşmesidir. Genel olarak, 1 GHz frekansının bir tür mistik güce sahip olduğu izlenimini edindim - ona yaklaşabilirsiniz ama üstesinden gelmek çok zor çünkü. bu durumda, anten için başka bir gereklilik ihlal edilir, yani

2. Kompaktlık. Ne de olsa, artık çok az insanın muazzam boyutlarda bir dalga kılavuzu boynuz antenine ihtiyaç duyduğu kimse için bir sır değil. Herkes antenin bir kasaya sığabilecek kadar küçük, hafif ve kompakt olmasını ister. taşınabilir cihaz. Ancak antenin kompakt hale gelmesiyle, anten gereksinimlerinin 1. paragrafına uymak çok zor hale gelir, çünkü çalışma aralığının minimum frekansı, antenin maksimum boyutu ile yakından ilgilidir. Birisi, yüksek bir bağıl geçirgenlik değerine sahip bir dielektrik üzerinde bir anten yapabileceğinizi söyleyecektir ... Ve haklı olacaktır, ancak bu, listemizdeki bir sonraki maddeyle çelişmektedir.

3. Anten mümkün olduğu kadar ucuz olmalı ve en erişilebilir ve ucuz malzemeler (örneğin, FR-4) temelinde yapılmalıdır. Çünkü hiç kimse bir anten için çok, çok para ödemek istemez, anten üç katı bile olsa. Herkes üretim aşamasında bir antenin maliyetini istiyor baskılı devre kartı sıfıra doğru çekildi. Çünkü bu bizim dünyamız...

4. UWB teknolojisini kullanarak çeşitli sensörlerin oluşturulmasının yanı sıra, örneğin kısa mesafeli konumla ilgili çeşitli sorunları çözerken ortaya çıkan bir gereksinim daha vardır (burada açıklığa kavuşturulmalıdır) Konuşuyoruz her dBm'nin önemli olduğu düşük güçlü uygulamalar). Bu gereklilik ise tasarlanan antenin ışıma deseninin (DN) yalnızca bir yarımkürede oluşması gerektiğini belirtmektedir. Bu ne için? Antenin değerli gücü "dönüşe" dağıtmadan yalnızca bir yönde "parlaması" için. Ayrıca, böyle bir antenin kullanıldığı sistemin bir dizi göstergesini de geliştirir.

Bütün bunları neden yazıyorum..? Meraklı okuyucunun, böyle bir antenin geliştiricisinin, kahramanca veya esprili bir şekilde üstesinden gelmesi gereken birçok kısıtlama ve yasakla karşı karşıya olduğunu anlaması için.

Ve aniden, bir vahiy olarak, yukarıdaki tüm sorunlara (ve bahsedilmeyenlere) bir çözüm vaat eden bir makale belirir. Bu makaleyi okumak hafif bir coşku hissine neden olur. İlk defa ne yazıldığını tam olarak anlamasanız da, sihirli kelime “fraktal” kulağa çok umut verici geliyor çünkü. Öklid geometrisi argümanlarını çoktan tüketti.

Konuyu cesurca ele alıyoruz ve makalenin yazarı tarafından önerilen yapıyı simülatöre besliyoruz. Simülatör bir bilgisayar soğutucusu gibi inliyor, gigabaytlarca sayı çiğniyor ve sindirilmiş sonucu tükürüyor... Simülasyon sonuçlarına baktığınızda, kendinizi biraz aldatılmış bir çocuk gibi hissediyorsunuz. Gözlerimden yaşlar akıyor çünkü. yine çocukluk hava rüyalarınız bir dökme demirle karşılaştı ... gerçeklik. 0,1 GHz - 24 GHz frekans aralığında uzlaşma yoktur. 0,5 GHz - 5 GHz aralığında bile benzer bir şey yok.

Hala bir şeyi anlamadığınıza, yanlış bir şey yaptığınıza dair ürkek bir umut var ... Dahil etme noktası arayışı başlıyor, topolojide çeşitli varyasyonlar var, ama hepsi boşuna - öldü!

Bu durumda en üzücü olan şey, son ana kadar başarısızlığın nedenini kendinizde aramanızdır. Her şeyin doğru olduğunu açıklayan dükkandaki yoldaşlar sayesinde - çalışmamalı.

Not: Umarım Cuma yazım sizi gülümsetmiştir.
Hikayeden alınacak ders şudur - dikkatli olun!
(Ve ayrıca bununla ilgili bir ANTI makalesi yazmak istedim çünkü beni kandırdılar).

Yazmak istediğim ilk şey, fraktal antenlerin tarihine, teorisine ve kullanımına küçük bir giriş yapmak. Fraktal antenler yakın zamanda keşfedildi. İlk olarak 1988'de Nathan Cohen tarafından icat edildi, ardından telden TV anteninin nasıl yapılacağına dair araştırmasını yayınladı ve 1995'te patentini aldı.

Fraktal anten, Wikipedia'da yazıldığı gibi birkaç benzersiz özelliğe sahiptir:

"Bir fraktal anten, belirli bir toplam yüzey alanı veya hacmi içinde elektromanyetik sinyalleri alabilen veya iletebilen bir malzemenin uzunluğunu (dahili yerlerde veya harici yapıda) uzunluğunu en üst düzeye çıkarmak veya çevresini artırmak için fraktal, kendini tekrarlayan bir tasarım kullanan bir antendir. ."

Bu tam olarak ne anlama geliyor? Pekala, bir fraktalın ne olduğunu bilmelisin. Ayrıca Wikipedia'dan:

"Bir fraktal tipik olarak, parçalara bölünebilen kaba veya parçalanmış bir geometrik şekildir; parçaların her biri, bütünün küçültülmüş boyutlu bir kopyasıdır - kendine benzerlik adı verilen bir özellik."

Bu nedenle, bir fraktal, tek tek parçaların boyutundan bağımsız olarak kendini defalarca tekrar eden geometrik bir şekildir.

Fraktal antenlerin geleneksel antenlerden yaklaşık %20 daha verimli olduğu bulunmuştur. Bu, özellikle TV anteninizin dijital veya yüksek tanımlı video almasını, hücresel menzili, Wi-Fi menzilini, FM veya AM radyo alımını vb. artırmasını istiyorsanız yararlı olabilir.

En cep telefonları zaten fraktal antenler var. Bunu fark etmiş olabilirsiniz çünkü Cep telefonları artık dışarıda antenleri yok. Bunun nedeni, içlerindeki devre kartına kazınmış fraktal antenlere sahip olmalarıdır, bu da onların daha iyi bir sinyal almalarını ve Bluetooth gibi daha fazla frekans almalarını sağlar. hücresel ve bir antenden Wi-Fi.

Vikipedi:

"Bir fraktal antenin tepkisi, aynı anda farklı frekanslarda iyi bir performansla çalışabilmesi bakımından, geleneksel anten tasarımlarından önemli ölçüde farklıdır. Standart antenlerin frekansı, sadece o frekansı alabilmek için kesilmelidir. Bu nedenle, fraktal bir anten, geleneksel antenin aksine, geniş bant ve çok bantlı uygulamalar için mükemmel bir tasarımdır.”

İşin püf noktası, fraktal anteninizi istediğiniz belirli merkez frekansında yankılanacak şekilde tasarlamaktır. Bu, antenin ne almak istediğinize bağlı olarak farklı görüneceği anlamına gelir. Bunu yapmak için matematik (veya çevrimiçi bir hesap makinesi) uygulamanız gerekir.

Örneğimde basit bir anten yapacağım ama siz onu daha karmaşık hale getirebilirsiniz. Ne kadar zorsa o kadar iyi. Anteni yapmak için 18 telli katı özlü tel makarası kullanacağım, ancak kendi devre kartlarınızı estetiğinize uyacak şekilde özelleştirebilir, daha fazla çözünürlük ve rezonans ile daha küçük veya daha karmaşık hale getirebilirsiniz.

Dijital TV veya TV almak için bir TV anteni yapacağım yüksek çözünürlük. Bu frekanslarla çalışmak daha kolaydır ve uzunlukları yarım dalga boyu için yaklaşık 15 cm ila 150 cm arasında değişir. Parçaların basitliği ve ucuzluğu için ortak bir dipol anten üzerine yerleştireceğim, 136-174 MHz (VHF) aralığındaki dalgaları yakalayacaktır.

UHF dalgalarını (400-512 MHz) almak için bir yönlendirici veya reflektör ekleyebilirsiniz, ancak bu şekilde alım, antenin yönüne daha bağımlı olacaktır. VHF ayrıca yöne de bağlıdır, ancak bir UHF kurulumu durumunda doğrudan TV istasyonunu işaret etmek yerine, VHF kulaklarını TV istasyonuna dik olarak ayarlamanız gerekecektir. Burası biraz daha çaba göstermeniz gereken yer. Yapıyı olabildiğince basit hale getirmek istiyorum çünkü bu zaten oldukça karmaşık bir şey.

Ana bileşenler:

• Montaj yüzeyi, örneğin plastik muhafaza (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vida. Çelik sac vidalar kullandım
• 300 ohm'dan 75 ohm'a kadar dirençli transformatör.
• Montaj teli 18 AWG (0,8 mm)
• Sonlandırıcılı RG-6 koaksiyel kablo (ve kurulum dış mekandaysa kauçuk kılıflı)
• Bir reflektör kullanırken alüminyum. Yukarıdaki ekte bir tane vardı.
• ince işaretleyici
• İki çift küçük pense
• Cetvel 20 cm'den kısa değildir.
• Açı ölçümü için konveyör
• Biri vidalarınızdan biraz daha küçük olan iki matkap
• Küçük tel kesici
• Tornavida veya tornavida

Not: antenin alt kısmı alüminyum tel resimde trafonun çıktığı yerde sağda.

1. Adım: Bir Reflektör Ekleme

Muhafazayı reflektörle plastik kapağın altına monte edin

Adım 2: Delik Delme ve Bağlantı Noktalarını Takma

Bu konumlarda reflektörün karşı tarafına küçük musluk delikleri açın ve iletken bir vida yerleştirin.

3. Adım: Kabloları ölçün, kesin ve soyun

Dört adet 20 cm'lik tel parçası kesin ve kasanın üzerine yerleştirin.

Adım 4: Kabloları ölçme ve işaretleme

Bir işaretleyici kullanarak tel üzerinde her 2,5 cm'de bir işaretleyin (bu yerlerde kıvrımlar olacaktır)

Adım 5: Fraktallar Oluşturun

Bu adım her tel parçası için tekrarlanmalıdır. Fraktal için eşkenar üçgenler yapacağımız için her bir bükülme tam olarak 60 derece olmalıdır. İki pense ve bir iletki kullandım. Her büküm bir etiket üzerinde yapılır. Kıvrımları yapmadan önce, her birinin yönünü görselleştirin. Bunun için ekteki diyagramı kullanın.

Adım 6: Dipol Oluşturma

En az 15 cm uzunluğunda iki parça daha tel kesin, bu telleri uzun kenar boyunca uzanan üst ve alt vidaların etrafına sarın ve ardından merkeze sarın. Ardından fazla uzunluğu kesin.

Adım 7: Dipollerin Montajı ve Transformatörün Montajı

Fraktalların her birini köşe vidalarına sabitleyin.

İki merkez vidaya doğru empedansa sahip bir transformatör takın ve sıkın.

Montaj tamamlandı! Kontrol edin ve keyfini çıkarın!

Adım 8: Daha Fazla Yineleme/Deneme

GIMP'den alınan kağıt şablonunu kullanarak bazı yeni öğeler yaptım. Küçük, sağlam bir telefon kablosu kullandım. Merkez frekansı (554 MHz) için gereken karmaşık şekillere bükülecek kadar küçük, güçlü ve yumuşaktı. bu ortalama dijital sinyal kanallar için UHF canlı televizyon benim bölgemde

Fotoğraf ekli. Düşük ışıkta karton ve üzerindeki bantta bakır telleri görmek zor olabilir, ama siz anladınız.

Bu boyutta elementler oldukça kırılgandır, bu nedenle dikkatli bir şekilde ele alınmaları gerekir.

Ayrıca bir png şablonu da ekledim. İstediğiniz boyutta yazdırmak için GIMP gibi bir fotoğraf düzenleyicide açmanız gerekir. Şablon mükemmel değil çünkü onu bir fare ile elle yaptım ama insan eli için yeterince rahat.

UDC 621.396

dairesel bir monopole dayalı fraktal ultra geniş bant anten

G.I. Abdrakhmanova

Ufa Devlet Havacılık Teknik Üniversitesi,

Trento Üniversitesi

Dipnot.Makale, fraktal teknolojiye dayalı ultra geniş bantlı bir anten tasarlama problemini ele alıyor. Ölçek faktörünün değerine bağlı olarak radyasyon özelliklerindeki değişim çalışmalarının sonuçları sunulmaktadır.ve yineleme düzeyi. Anten geometrisinin yansıma katsayısı gerekliliklerine uyum için parametrik optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen antenin boyutları 34×28 mm2 olup, çalışma frekans aralığı 3.09 ÷ 15 GHz'dir.

anahtar kelimeler:ultra geniş bant radyo iletişimi, fraktal teknoloji, antenler, yansıma katsayısı.

Soyut:Makalede fraktal teknoloji temelinde yeni bir ultra geniş bant antenin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Radyasyon özelliklerinin ölçek faktörü değerine ve yineleme düzeyine bağlı olarak değiştiğine ilişkin araştırma sonuçları sunulmuştur. Yansıma katsayısı gereksinimlerini karşılamak için anten geometrisinin parametrik optimizasyonu uygulandı. Geliştirilen anten boyutu 28 × 34 mm2 ve bant genişliği 3.09 ÷ 15 GHz'dir.

anahtar kelimeler:ultra geniş bant radyo iletişimi, fraktal teknoloji, antenler, yansıma katsayısı.

1. Giriş

Günümüzde ultra geniş bant (UWB) iletişim sistemleri, büyük veri akışlarının ultra geniş bir frekans bandında lisanssız olarak yüksek hızda iletilmesine izin verdiği için telekomünikasyon ekipmanı geliştiricileri ve üreticileri için büyük ilgi görmektedir. İletilen sinyallerin özellikleri, alma-verme komplekslerinin bir parçası olarak güçlü amplifikatörlerin ve karmaşık sinyal işleme bileşenlerinin bulunmadığını ima eder, ancak aralığı (5-10 m) sınırlar.

Ultra kısa darbelerle etkili bir şekilde çalışabilen uygun bir eleman tabanının olmaması, UWB teknolojisinin kitlesel tanıtımını engellemektedir.

Alıcı-verici antenler, sinyal iletim/alma kalitesini etkileyen temel unsurlardan biridir. UWB cihazları için anten teknolojisi tasarlama alanındaki patentlerin ve araştırmaların ana yönü, gerekli frekans ve enerji özelliklerinin yanı sıra yeni form ve yapıların kullanılmasının yanı sıra minyatürleştirme ve üretim maliyetlerinin düşürülmesidir.

Böylece, anten geometrisi, UWB bandında engelleme işleviyle çalışmayı mümkün kılan, ortasında dikdörtgen U şeklinde bir yuva bulunan bir spline temelinde oluşturulur. WLAN -bant, anten boyutları - 45,6 × 29 mm2. İletken düzleme (50×50 mm 2) göre 7 mm yükseklikte bulunan 28×10 mm 2 boyutlarında asimetrik bir E-şekilli şekil ışıma elemanı olarak seçilmiştir. Dikdörtgen bir ışıma elemanı ve arka tarafında bir merdiven rezonans yapısı temel alınarak tasarlanmış bir düzlemsel tek kutuplu anten (22×22 mm 2 ) sunulmaktadır.

2 Sorun bildirimi

Dairesel yapıların oldukça geniş bir bant genişliği sağlayabilmesi, tasarımı basitleştirmesi, küçük boyutları ve üretim maliyetlerini düşürmesi nedeniyle, bu makale dairesel tek kutuplu bir UWB anteni geliştirmeyi önermektedir. Gerekli çalışma frekans aralığı - 3,1 ÷ 10,6 GHz, -10 dB yansıma katsayısı seviyesinde S 11 , (Şek. 1).

Pirinç. 1. Yansıma için gerekli maske S 11

Minyatürleştirme amacıyla, anten geometrisi, radyasyon özelliklerinin ölçek faktörünün değerine bağımlılığını incelemeyi de mümkün kılacak olan fraktal teknoloji kullanılarak yükseltilecektir. δ ve fraktalın yineleme seviyesi.

Daha sonra, aşağıdaki parametreleri değiştirerek çalışma aralığını genişletmek için geliştirilen fraktal anteni optimize etme görevi belirlendi: eş düzlemli dalga kılavuzunun (HF) merkezi iletkeninin (CPU) uzunluğu, yer düzleminin uzunluğu (GZ) ) KV, "GZ KV - ışıma elemanı (IE)" mesafesi.

Ortamda anten modellemesi ve sayısal deneyleri yapılıyor" CST Mikrodalga Stüdyosu.

3 Anten geometrisi seçimi

Temel bir eleman olarak, boyutları gerekli aralığın dalga boyunun dörtte biri olan dairesel bir monopol seçilir:

Nerede arCPU hariç, antenin yayılan elemanının uzunluğu;f L– daha düşük kesme frekansı,f L = F dakika uwb = 3,1 10 9 Hz; İleışık hızıdır, İle = 3 10 8 m/s 2 .

biz alırız ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Yarıçapı olan bir daire göz önüne alındığındaR = ar / 2 = 12 mm ve orijinal CPU uzunluğu varsayılarakL f ayrıca eşit R, sıfır yinelemeyi elde ederiz (Şekil 2).

Pirinç. 2. Antenin sıfır yinelemesi

dielektrik alt tabaka kalınlığıTsve parametre değerleri iless = 3.38, tg δ = 0.0025 taban olarak kullanılır, ön tarafına yerleştirilir IE, CPU ve ROM . Aynı zamanda mesafeler PZ-CPU" Z v ve "PZ-IE" Z saat 0,76 mm'ye eşit alınır. Simülasyon sürecinde kullanılan diğer parametrelerin değerleri Tablo 1'de sunulmuştur.

Tablo 1. Anten parametreleri ( δ = 2)

İsim	Tanım	formül	Anlam
LA	anten uzunluğu	2 ∙ R + Lf	36 mm
WA	Anten Genişliği	2 ∙ R	24 mm
L f	CPU uzunluğu	r+ 0,1	12,1 mm
Wf	İşlemci Genişliği		1,66 mm
Lg	PZ uzunluğu	r-T'ler	11,24 mm
Ls	Yüzey uzunluğu	LA + Gs	37 mm
s	Destek Genişliği	WA+ 2 ∙ Gs	26 mm
Gs 1	Yüzey dikey boşluğu		1 mm
Gs 2	Yatay destek boşluğu		1 mm
Tm	metal kalınlığı		0,035 mm
Ts	Yüzey kalınlığı		0,76 mm
R	Daire yarıçapı 0. yineleme		12 mm
R 1	1. yinelemenin daire yarıçapı	R /2	6 mm
R 2	Daire yarıçapı 2. yineleme	R 1 /2	3 mm
R 3	Daire yarıçapı 3 yineleme	R 2 /2	1,5 mm
ss	dielektrik sabiti		3,38

Anten, bir merkez iletken ve yer düzleminden oluşan eş düzlemli bir dalga kılavuzu tarafından desteklenmektedir. SMA -konnektör ve ona dik yerleştirilmiş bir eş düzlemli dalga kılavuzu bağlantı noktası (CWP) (Şekil 3).

Nerede εeff etkili geçirgenliktir:

K – birinci türden tam eliptik integral;

	(5)

Bir antenin yapısındaki fraktallık, öğeleri paketlemenin özel bir yolundan oluşur: antenin sonraki yinelemeleri, önceki yinelemenin öğelerine daha küçük yarıçaplı daireler yerleştirilerek oluşturulur. Bu durumda ölçek faktörü δ komşu yinelemelerin boyutlarının kaç kez farklı olacağını belirler. Bu süreç Dava için δ = 2, Şek. 4.

Pirinç. 4. Antenin birinci, ikinci ve üçüncü iterasyonları ( δ = 2)

Böylece, ilk iterasyon, yarıçaplı iki daireyi çıkararak elde edilir.R 1 orijinal elemandan. İkinci yineleme, yarıçapla yarıya indirgenmiş metal dairelerin yerleştirilmesiyle oluşturulur.R 2 ilk yinelemenin her dairesinde. Üçüncü yineleme birinciye benzer, ancak yarıçapR 3 . Kağıt, dairelerin dikey ve yatay düzenlemesini dikkate alır.

3.1 Elemanların yatay düzeni

İterasyon seviyesine bağlı olarak yansıma katsayısındaki değişimin dinamikleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 5 için δ = 2 ve şek. 6 için δ = 3. Her yeni düzen, bir ek rezonans frekansına karşılık gelir. Böylece, dikkate alınan 0 ÷ 15 GHz aralığındaki sıfır yineleme, 4 rezonansa karşılık gelir, birinci yineleme - 5, vb. Bu durumda, ikinci yinelemeden başlayarak, karakteristiklerin davranışındaki değişiklikler daha az fark edilir hale gelir.

Pirinç. 5. Yansıma katsayısının yineleme sırasına bağlılığı ( δ = 2)

Modellemenin özü, her aşamada dikkate alınan özelliklerden en umut verici olarak tanımlananın seçilmesidir. Sonuç olarak, aşağıdaki kural getirilmiştir:

Rafların -10 dB'nin üzerinde olduğu aralıktaki fazlalık (fark) küçükse, çalışma aralığında (-10 dB'nin altında) daha düşük bir rafa sahip olan özelliği seçmelisiniz, çünkü optimizasyon sonucunda birincisi elenecek ve ikincisi daha da aşağı düşecek.

Pirinç. 6. Yansıma katsayısının yineleme sırasına bağlılığı ( δ = 3)

Alınan verilere dayanarak ve bu kurala uygun olarak δ = 2 için ilk iterasyona karşılık gelen eğri seçilir δ = 3 – ikinci yineleme.

Daha sonra, yansıma katsayısının ölçek faktörünün değerine bağımlılığının araştırılması önerilmektedir. Değişikliği düşünün δ 2 ÷ 6 aralığında, birinci ve ikinci iterasyonlarda adım 1 ile (Şekil 7, 8).

Grafiklerin ilginç bir davranışı, δ = 3, özellikler daha düz ve pürüzsüz hale gelir, rezonans sayısı sabit kalır ve büyüme δ artışı ile birlikte S 11 çift ​​aralıklarda ve tek aralıklarda azalma.

Pirinç. 7. İlk iterasyon için yansıma katsayısının ölçek faktörüne bağlılığı ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Bu durumda, her iki yineleme için değer δ = 6.

Pirinç. 8. İkinci iterasyon için yansıma katsayısının ölçek faktörüne bağlılığı ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, çünkü en alçak raflar ve derin rezonanslarla karakterize edilir (Şekil 9).

Pirinç. 9. Karşılaştırma S 11

3.2 Elemanların dikey düzeni

Dairelerin dikey düzenlenmesi durumunda yineleme düzeyine bağlı olarak yansıma katsayısındaki değişimin dinamikleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 10 için δ = 2 ve şek. 11 için δ = 3.

Pirinç. 10. Yansıma katsayısının yineleme sırasına bağlılığı ( δ = 2)

Alınan verilere dayanarak ve kuralına uygun olarak δ = 2 ve δ = 3 üçüncü iterasyona karşılık gelen eğri seçilir.

Pirinç. 11. Yansıma katsayısının yineleme sırasına bağlılığı ( δ = 3)

Birinci ve ikinci yinelemelerde (Şekil 12, 13) yansıma katsayısının ölçek faktörünün değerine bağımlılığının dikkate alınması, optimal değeri ortaya çıkarır. δ = 6, yatay düzenleme durumunda olduğu gibi.

Pirinç. 12. İlk iterasyon için yansıma katsayısının ölçek faktörüne bağımlılığı ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Bu durumda, her iki yineleme için değer δ = 6, aynı zamandaN-çoklu fraktal ve bu nedenle, belki de özellikleri birleştirmeli δ = 2 ve δ = 3.

Pirinç. 13. İkinci iterasyon için yansıma katsayısının ölçek faktörüne bağlılığı ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Böylece, karşılaştırılan dört seçenek arasından ikinci iterasyona karşılık gelen eğri seçildi, δ = 6, önceki durumda olduğu gibi (Şekil 14).

Pirinç. 14. Karşılaştırma S 11 dikkate alınan dört anten geometrisi için

3.3 Karşılaştırma

Önceki iki alt bölümde elde edilen dikey ve yatay geometriler için en iyi seçenekler göz önüne alındığında, bu durumda bu seçenekler arasındaki fark çok büyük olmasa da, seçim birinciden yapılır (Şekil 15). Çalışma frekansı aralıkları: 3,825÷4,242 GHz ve 6,969÷13,2 GHz. Ayrıca, tüm UWB aralığında çalışan bir anten geliştirmek için tasarım yükseltilecektir.

Pirinç. 15. Karşılaştırma S 11 son seçeneği seçmek için

4 Optimizasyon

Bu bölüm, katsayı değeri ile fraktalın ikinci yinelemesine dayalı anten optimizasyonunu tartışmaktadır. δ = 6. Değişken parametreler üzerinde sunulmuştur ve değişim aralıkları Tablo 2'dedir.

Pirinç. 20. Antenin görünümü: a) ön taraf; b) ters taraf

Şek. 20 değişim dinamiklerini yansıtan özellikleri gösterir S 11 adım adım ve sonraki her eylemin geçerliliğini kanıtlamak. Tablo 4, yüzey akımlarını ve radyasyon modelini hesaplamak için aşağıda kullanılan rezonans ve kesme frekanslarını göstermektedir.

Masa 3. Hesaplanan anten parametreleri

İsim	İlk değer, mm	Nihai değer, mm
∆ L f
Z saat	Masa 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

UWB aralığının rezonans ve sınır frekanslarında antenin yüzey akımlarının dağılımı Şekil 1'de gösterilmektedir. 21 ve radyasyon modelleri - Şek. 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

Pirinç. 21. Yüzey akımlarının dağılımı

A) F(φ ), θ = 0°b) F(φ ), θ = 90°

v) F(θ ), φ = 0° gün) F(θ ), φ = 90°

Pirinç. 22. Kutupsal koordinat sistemindeki radyasyon modelleri

5 Çözüm

Bu makale, fraktal teknolojinin kullanımına dayalı UWB antenlerini tasarlamak için yeni bir yöntem sunmaktadır. Bu süreç iki aşamadan oluşmaktadır. Başlangıçta anten geometrisi, uygun ölçek faktörü ve fraktal yineleme seviyesi seçilerek belirlenir. Ardından, antenin temel bileşenlerinin boyutlarının radyasyon özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesine dayalı olarak elde edilen şekle parametrik optimizasyon uygulanır.

Yineleme sırasındaki bir artışla, rezonans frekanslarının sayısının arttığı ve bir yineleme içindeki ölçek faktöründeki artışın daha düz bir davranışla karakterize edildiği tespit edilmiştir. S 11 ve rezonansların sabitliği (başlangıçta δ = 3).

Geliştirilen anten, 3.09 ÷ 15 GHz frekans bandında yüksek kaliteli sinyal alımı sağlar. S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Teşekkürler

Çalışma Avrupa Birliği'nden bir hibe ile desteklendi " Erasmus Mundus Aksiyonu 2”, ayrıca A.G.I. teşekkürler Prof. paolo rocca Yararlı tartışma için.

Edebiyat

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. UNII1/UNII2 WLAN bandı çentikli özelliklere sahip düzlemsel tek kutuplu UWB anteni. Elektromanyetik Araştırmalarında İlerleme B, Cilt. 25, 2010. - 277-292 s.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Çoklu rezonanslı katlanmış yama ile beslenen ultra geniş bantlı kısa yama antenleri. Elektromanyetik Araştırmalarında İlerleme B, Cilt. 44, 2012. - 309-326 s.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdee. Ultra geniş bant performansı için arka planda merdiven şeklinde rezonant yapı kullanan düzlemsel tek kutuplu anten. IET Mikrodalgalar, Antenler ve Yayılma, Cilt. 4, s. 9, 2010. - 1327-1335 s.

4. Ultra Geniş Bant İletim Sistemlerine İlişkin Komisyon Kurallarının 15. Bölümünün Revizyonu, Federal İletişim Komisyonu, FCC 02-48, 2002. - 118 s.