Televizyon için fraktal antenler. Dairesel tek kutuplu fraktal ultra geniş bant anten. Daha sonra tasarlanan fraktal antene düzlem elektromanyetik dalga gönderilmiş ve program alanın öncesi ve sonrası yayılımını hesaplamıştır.

Matematikte fraktallar, bir bütün olarak kümeye benzer unsurlardan oluşan kümelerdir. En iyi örnek: Bir elipsin çizgisine yakından bakarsanız düz hale gelecektir. Fraktalda, ne kadar yakınlaştırırsanız yakınlaştırın, resim karmaşık ve genel görünüme benzer kalacaktır. Öğeler tuhaf bir şekilde düzenlenmiştir. Sonuç olarak, eşmerkezli dairelerin fraktalın en basit örneği olduğunu düşünüyoruz. Ne kadar yaklaşırsanız yaklaşın, yeni çevreler ortaya çıkıyor. Fraktalların birçok örneği var. Örneğin, Wikipedia, lahana başının tam olarak çizilmiş lahana kafasına benzeyen konilerden oluştuğu Romanesco lahanasının bir çizimini veriyor. Okuyucular artık fraktal anten yapmanın kolay olmadığını anlıyorlar. Ama ilginç.

Fraktal antenlere neden ihtiyaç duyulur?

Fraktal antenin amacı daha azıyla daha fazlasını yakalamaktır. Western videolarında, bir parça fraktal bandın yayıcı görevi göreceği bir paraboloit bulmak mümkündür. Zaten folyodan mikrodalga cihazlarının sıradan olanlardan daha verimli elemanlarını yapıyorlar. Size bir fraktal antenin nasıl tamamlanacağını göstereceğiz ve eşleştirmeyi yalnızca SWR ölçerle halledeceğiz. İlgili ürünün ticari amaçlarla tanıtıldığı, elbette yabancı bir web sitesi olduğunu da belirtelim; Ev yapımı fraktal antenimiz daha basittir, asıl avantajı tasarımı kendi ellerinizle yapabilmenizdir.

Fractenna.com web sitesindeki bir videoya göre, ilk fraktal antenler (bikonik) 1897'de Oliver Lodge tarafından ortaya çıktı. Vikipedi'ye bakmayın. Geleneksel bir dipol ile karşılaştırıldığında, vibratör yerine bir çift üçgen %20'lik bir bant genişlemesi sağlar. Periyodik olarak tekrarlanan yapılar oluşturarak, daha büyük benzerlerinden daha kötü olmayan minyatür antenler monte etmek mümkün oldu. Genellikle iki çerçeve veya garip şekilli plakalar şeklinde bikonik bir anten bulacaksınız.

Sonuçta bu, daha fazla televizyon kanalının alınmasına olanak sağlayacaktır.

YouTube'a bir istek yazdığınızda fraktal anten yapımıyla ilgili bir video çıkıyor. İsrail bayrağının köşesi omuzlarla birlikte kesilmiş olan altı köşeli yıldızını hayal ederseniz, nasıl çalıştığını daha iyi anlayacaksınız. Üç köşenin kaldığı ortaya çıktı, ikisinin bir tarafı yerinde, diğer tarafı yerinde değildi. Altıncı köşe tamamen yok. Şimdi iki benzer yıldızı dikey olarak, birbirine merkezi açılarla, sola ve sağa yarıklarla ve üstlerine benzer bir çift yerleştireceğiz. Sonuç olarak bir anten dizisi ortaya çıktı; en basit fraktal anten.

Yıldızlar köşelerden bir besleyiciyle birbirine bağlanır. Sütunlara göre çiftler halinde. Sinyal hattan, her telin tam ortasından alınır. Yapı, uygun boyutta bir dielektrik (plastik) alt tabaka üzerine cıvatalarla monte edilir. Yıldızın kenarı tam olarak bir inç, yıldızların köşeleri arasındaki dikey mesafe (besleyicinin uzunluğu) dört inç ve yatay mesafe (besleyicinin iki teli arasındaki mesafe) bir inçtir. Yıldızların köşelerinde 60 derecelik açılar var; şimdi okuyucu benzer bir şeyi şablon şeklinde çizecek, böylece daha sonra kendisi fraktal bir anten yapabilecek. Çalışma taslağı hazırladık ancak ölçek karşılanmadı. Yıldızların tam olarak ortaya çıktığını garanti edemeyiz. Microsoft Boya doğru çizimler üretme konusunda fazla yeteneği yok. Fraktal antenin yapısının açıkça görülebilmesi için resme bakmanız yeterli:

1. Kahverengi dikdörtgen dielektrik alt tabakayı gösterir. Şekilde gösterilen fraktal anten simetrik bir radyasyon modeline sahiptir. Verici parazitten korunuyorsa, ekran alt tabakanın arkasında bir inç mesafeyle dört direk üzerine yerleştirilir. Frekanslarda sağlam bir metal levha yerleştirmeye gerek yoktur, kenarı çeyrek inç olan bir ağ yeterli olacaktır, ekranı kablo örgüsüne bağlamayı unutmayın.
2. Karakteristik empedansı 75 Ohm olan bir besleyici koordinasyon gerektirir. 300 ohm'u 75 ohm'a dönüştüren bir transformatör bulun veya yapın. Bir SWR ölçüm cihazını stoklamak ve gerekli parametreleri dokunarak değil, cihazı kullanarak seçmek daha iyidir.
3. Dört yıldız, bakır telden bükülür. Besleyici ile bağlantı noktasındaki vernik yalıtımını (varsa) temizleyeceğiz. Antenin dahili beslemesi iki paralel tel parçasından oluşur. Kötü hava koşullarından korumak için anteni bir kutuya koymak iyi bir fikirdir.

Dijital televizyon için fraktal antenin montajı

Bu incelemeyi sonuna kadar okuduktan sonra herkes fraktal anten yapabilir. Tasarımın derinliklerine o kadar daldık ki kutuplaşmadan bahsetmeyi unuttuk. Doğrusal ve yatay olduğunu varsayıyoruz. Bu şu düşüncelerden kaynaklanmaktadır:

• Videonun Amerika menşeli olduğu belli, konuşma HDTV ile ilgili. Dolayısıyla belirtilen ülkenin modasını benimseyebiliyoruz.
• Bildiğiniz gibi gezegende, aralarında Rusya Federasyonu ve ABD'nin de bulunduğu çok az ülke dairesel kutuplaşmayı kullanarak uydulardan yayın yapıyor. Bu nedenle diğer bilgi aktarım teknolojilerinin de benzer olduğuna inanıyoruz. Neden? Soğuk Savaş vardı, her iki ülkenin de neyi ve nasıl transfer edeceğini stratejik olarak seçtiğine, diğer ülkelerin tamamen pratik düşüncelerden yola çıktığına inanıyoruz. Dairesel polarizasyon özellikle casus uydular için tanıtıldı (gözlemciye göre sürekli hareket ediyor). Dolayısıyla televizyon ve radyo yayıncılığı arasında benzerlikler olduğuna inanmak için nedenler var.
• Anten yapısı doğrusal olduğunu söylüyor. Dairesel veya eliptik kutuplaşmanın elde edilebileceği hiçbir yer yoktur. Bu nedenle - okuyucularımız arasında MMANA sahibi profesyoneller olmadığı sürece - anten kabul edilen pozisyonda yakalanmazsa, onu verici düzleminde 90 derece döndürün. Polarizasyon dikey olarak değişecektir. Bu arada, boyutlar 4 kat daha büyük ayarlanırsa çoğu kişi FM'yi yakalayabilecektir. Daha kalın bir tel almak daha iyidir (örneğin, 10 mm).

Umarız okuyuculara fraktal antenin nasıl kullanılacağını açıklamışızdır. Kolay montaj için birkaç ipucu. Bu nedenle vernikli korumalı tel bulmaya çalışın. Şekilleri resimde gösterildiği gibi bükün. Daha sonra tasarımcılar ayrışır, bunu yapmanızı öneririz:

1. Bağlantı noktalarındaki yıldızları ve besleme kablolarını soyun. Besleyici kabloları kulaklarından cıvatalarla orta kısımlardaki desteğe sabitleyin. Eylemi doğru bir şekilde gerçekleştirmek için, bir inç önceden ölçün ve kalemle iki paralel çizgi çizin. Yanlarında teller bulunmalıdır.
2. Mesafeleri dikkatlice kontrol ederek tek bir yapıyı lehimleyin. Videonun yazarları, yayıcıyı, yıldızların köşeleriyle besleyiciler üzerinde düz durmasını ve karşıt uçlarıyla (her biri iki yerde) alt tabakanın kenarına dayanmasını sağlayacak şekilde yapmayı öneriyor. Yaklaşık bir yıldız için konumlar mavi renkle işaretlenmiştir.
3. Durumu yerine getirmek için, her yıldızı tek bir yerde dielektrik kelepçeli bir cıvatayla (örneğin, kambrikten yapılmış PVA telleri ve benzerleri) sıkın. Şekilde bir yıldız için montaj yerleri kırmızı ile gösterilmiştir. Cıvata şematik olarak bir daire ile çizilmiştir.

Güç kablosu (isteğe bağlı) şuradan çalışır: ters taraf. Yerinde delikler açın. SWR, besleme telleri arasındaki mesafe değiştirilerek ayarlanır ancak bu tasarımda bu sadist bir yöntemdir. Antenin empedansını ölçmenizi öneririz. Bunun nasıl yapıldığını size hatırlatalım. İzlediğiniz programın frekansında örneğin 500 MHz'lik bir jeneratöre ve ayrıca sinyalden vazgeçmeyecek yüksek frekanslı bir voltmetreye ihtiyacınız olacak.

Daha sonra jeneratörün ürettiği voltaj ölçülür ve bunun için bir voltmetreye (paralel olarak) bağlanır. Son derece düşük öz endüktansa sahip değişken bir dirençten ve bir antenden dirençli bir bölücü monte ediyoruz (bunu jeneratörden sonra seri olarak bağlarız, önce direnç, sonra anten). Voltajı bir voltmetre ile ölçüyoruz değişken direnç, aynı anda jeneratörün yüksüz okumaları (yukarıdaki noktaya bakın) mevcut değerlerin iki katı olana kadar değeri ayarlar. Bu, değişken direncin değerinin antenin 500 MHz frekansındaki dalga empedansına eşit olduğu anlamına gelir.

Artık transformatörü ihtiyaca göre imal etmek mümkün. İnternette ihtiyacınız olanı bulmak zor; radyo yayınlarını izlemeyi sevenler için hazır bir cevap bulduk http://www.cqham.ru/tr.htm. 50 Ohm kablo ile yükün nasıl eşleşeceği sitede yazılı ve çizili. Lütfen frekansların HF aralığına karşılık geldiğini, SW'nin kısmen buraya uyduğunu unutmayın. Antenin karakteristik empedansı 50 – 200 Ohm aralığında tutulur. Yıldızın ne kadar vereceğini söylemek zor. Çiftliğinizde bir hattın dalga empedansını ölçen bir cihaz varsa şunu hatırlatalım: Besleyicinin uzunluğu dalga boyunun dörtte birinin katı ise anten empedansı değişmeden çıkışa iletilir. Küçük ve geniş bir menzil için bu şartların sağlanması mümkün değildir (uzatılmış menzilin de fraktal antenlerin özellikleri arasında yer aldığını unutmayın), ancak ölçüm amacıyla söz konusu gerçek her yerde kullanılmaktadır.

Artık okuyucular bu muhteşem alıcı-verici cihazlar hakkında her şeyi biliyor. Böyle alışılmadık bir şekil, Evrenin çeşitliliğinin tipik sınırlara uymadığını gösteriyor.

Dünya iyi insanlardan yoksun değil :-)
Valery UR3CAH: "İyi günler Egor. Sanırım bu makale ("Fraktal antenler: daha az daha çoktur" bölümü) sitenizin temasına karşılık geliyor ve ilginizi çekecek :) 73!"
Evet, elbette ilginç. Heksabimlerin geometrisini tartışırken bu konuya zaten bir ölçüde değinmiştik. Burada da elektrik uzunluğunu geometrik boyutlara "paketleme" konusunda bir ikilem vardı :-). Malzemeyi gönderdiğiniz için çok teşekkür ederim Valery.
Fraktal antenler: daha azı daha fazladır
Geçtiğimiz yarım yüzyılda hayat hızla değişmeye başladı. Çoğumuz başarıları kabul ediyoruz modern teknolojiler kesin olarak. Hayatı daha konforlu hale getiren her şeye çok çabuk alışıyorsunuz. Nadiren kimse “Bu nereden geldi?” sorusunu sorar. ve “Nasıl çalışıyor?” Mikrodalga kahvaltıyı ısıtır - harika, akıllı telefon size başka biriyle konuşma fırsatı verir - harika. Bu bize açık bir ihtimal gibi görünüyor.
Ancak kişi meydana gelen olaylara bir açıklama aramasaydı hayat tamamen farklı olabilirdi. Örneğin cep telefonlarını ele alalım. İlk modellerdeki geri çekilebilir antenleri hatırlıyor musunuz? Müdahale ettiler, cihazın boyutunu büyüttüler ve sonunda çoğu zaman bozuldu. Sonsuza kadar unutulmaya yüz tuttuklarına inanıyoruz ve bunun nedenlerinden biri de... fraktallar.
Fraktal desenler desenleriyle büyüleyicidir. Kesinlikle kozmik nesnelerin (nebulalar, galaksi kümeleri vb.) görüntülerine benziyorlar. Bu nedenle Mandelbrot fraktallar teorisini dile getirdiğinde araştırmasının astronomi öğrencileri arasında artan bir ilgi uyandırması oldukça doğaldır. Nathan Cohen adındaki bu amatörlerden biri, Budapeşte'de Benoit Mandelbrot'un verdiği bir konferansa katıldıktan sonra bu fikre kapıldı. 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 boyutlarının arttırılmasından ibaretti. Ancak Nathan'ın Boston şehir merkezinde kiraladığı mülkün sahibi çatıya büyük cihazlar kurulmasına kategorik olarak karşıydı. Daha sonra Nathan, minimum boyutla maksimum sonucu elde etmeye çalışarak farklı anten şekillerini denemeye başladı. Fraktal formlar fikrinden ilham alan Cohen, dedikleri gibi, rastgele telden en ünlü fraktallardan biri olan "Koch kar tanesi" ni yaptı. İsveçli matematikçi Helge von Koch, 1904'te bu eğriyi ortaya attı. Bir doğru parçasının üç parçaya bölünmesi ve orta parçanın yerine bu parçaya çakışmayan bir eşkenar üçgen yerleştirilmesiyle elde edilir. Tanımı anlamak biraz zor ama şekilde her şey açık ve basit.
Koch eğrisinin başka varyasyonları da 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 desene göre yapılmış bir antenin yüksek verime sahip olduğunu ve klasik çözümlere kıyasla çok daha geniş bir frekans aralığını kapsadığını fark etti. Ek olarak antenin fraktal eğri şeklindeki şekli geometrik boyutların önemli ölçüde azaltılmasını mümkün kılar. Nathan Cohen, yaratmanın mümkün olduğunu kanıtlayan bir teorem bile ortaya attı. geniş bant anten ona kendine benzeyen bir fraktal eğri şekli vermek yeterlidir.

Yazar, keşfinin patentini aldı ve fraktal antenlerin geliştirilmesi ve tasarımı için bir şirket olan Fractal Antenna Systems'i kurdu ve haklı olarak, keşfi sayesinde gelecekte cep telefonlarının hantal antenlerden kurtulup daha kompakt hale gelebileceğine inanıyordu. Prensipte olan budur. Doğru, bugüne kadar Nathan'la hukuk mücadelesi sürüyor büyük şirketler, keşfini kompakt iletişim cihazları üretmek için yasa dışı olarak kullanan. Bazı ünlü üreticiler mobil cihazlar Motorola gibi şirketler, fraktal antenin mucidi ile zaten bir barış anlaşmasına vardılar. Orjinal kaynak

Geçtiğimiz birkaç yılda düzenli olarak UWB (ultra geniş bant) mikrodalga modülleri geliştirmenin zorluklarıyla karşılaştım ve fonksiyonel birimler. Bunu söylemek benim için ne kadar üzücü olsa da konuyla ilgili hemen hemen tüm bilgileri yabancı kaynaklardan alıyorum. Ancak bir süre önce ihtiyacım olan bilgiyi ararken tüm sorunlarıma çözüm vaat eden bir bilgiyle karşılaştım. Sorunların nasıl çözülmediğini anlatmak istiyorum.

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

1. Çalışma frekansı bandında anlaşma (örneğin, 1'den 4 GHz'e kadar). Ancak bu, 0,5 GHz ila 5 GHz frekans aralığında anlaşmaya varılması gerektiğinde gerçekleşir. Burada da frekansın 1 GHz'in altına inmesi sorunu ortaya çıkıyor. Genel olarak 1 GHz frekansının bir tür mistik güce sahip olduğu izlenimini edindim - ona yaklaşabilirsiniz, ancak bunun üstesinden gelmek çok zordur çünkü bu durumda anten için başka bir gereklilik ihlal edilir, yani

2. Kompaktlık. Sonuçta, artık çok az kişinin muazzam büyüklükte bir dalga kılavuzu boynuz antenine ihtiyaç duyduğu bir sır değil. Herkes bir muhafazaya sığabilecek kadar küçük, hafif ve kompakt bir anten ister. taşınabilir cihaz. Ancak anteni sıkıştırırken anten gerekliliklerinin 1. paragrafına uymak çok zorlaşır çünkü Çalışma aralığının minimum frekansı, antenin maksimum boyutuyla yakından ilgilidir. Birisi, göreceli dielektrik sabiti yüksek olan bir dielektrik üzerinde anten yapabileceğinizi söyleyecek... Ve haklı olacaklar, ancak bu, listemizdeki bir sonraki maddeyle çelişiyor:

3. Anten mümkün olduğu kadar ucuz olmalı ve en erişilebilir ve ucuz malzemelerden (örneğin FR-4) yapılmalıdır. Çünkü hiç kimse bir antene çok fazla para ödemek istemez, üç katı dahi olsa. Herkes antenin imalat aşamasındaki maliyetini istiyor baskılı devre kartı sıfıra yöneldi. Çünkü burası bizim dünyamız...

4. Örneğin kısa menzilli konumla ve UWB teknolojisini kullanarak çeşitli sensörlerin oluşturulmasıyla ilgili çeşitli sorunları çözerken ortaya çıkan bir gereksinim daha vardır (burada şunu açıklığa kavuşturmak gerekir: Hakkında konuşuyoruz Her dBm'nin önemli olduğu düşük güçlü uygulamalar). Bu gereklilik de tasarlanan antenin ışınım modelinin (DP) yalnızca bir yarımkürede oluşması gerektiğini belirtmektedir. Bu ne için? Antenin değerli gücü "geri dönüşe" harcamadan yalnızca tek yönde "parlaması" için. Bu aynı zamanda böyle bir antenin kullanıldığı sistemin bir dizi göstergesini geliştirmenize de olanak tanır.

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

Ve aniden, bir vahiy gibi, yukarıdaki tüm sorunlara (ve belirtilmemiş olanlara) bir çözüm vaat eden bir makale ortaya çıkıyor. Bu makaleyi okumak hafif bir mutluluk duygusu uyandırıyor. Her ne kadar ilk defa yazılanları tam olarak anlamasanız da, sihirli “fraktal” kelimesi kulağa çok umut verici geliyor çünkü Öklid geometrisi argümanlarını çoktan tüketmiştir.

Cesurca işe koyuluyoruz ve makalenin yazarının önerdiği yapıyı simülatöre besliyoruz. Simülatör, bir bilgisayar soğutucusu gibi gırtlaktan homurdanıyor, gigabaytlarca rakamı çiğniyor ve sindirilmiş sonucu tükürüyor... Simülasyon sonuçlarına baktığınızda, kendinizi küçük kandırılmış bir çocuk gibi hissediyorsunuz. Gözlerimden yaşlar akıyor çünkü... Çocukluğunuzun havadar hayalleri yine dökme demirle çarpıştı… gerçeklik. 0,1 GHz - 24 GHz frekans aralığında koordinasyon yoktur. 0,5 GHz - 5 GHz aralığında bile benzer bir şey yoktur.

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

Bu durumdaki en üzücü şey, son ana kadar başarısızlığın nedenini kendinizde aramanızdır. Her şeyin doğru olduğunu, işe yaramaması gerektiğini açıklayan çalışan arkadaşlarıma teşekkür ederim.

Not: Umarım Cuma yazım yüzünüzü gülümsetmiştir.
Bu sunumun dersi şudur: uyanık olun!
(Ve bu konuda gerçekten bir ANTI-makale yazmak istedim çünkü aldatılmıştım).

Yazmak istediğim ilk şey fraktal antenlerin tarihine, teorisine ve kullanımına küçük bir giriş yapmaktır. Fraktal antenler yakın zamanda keşfedildi. İlk olarak 1988 yılında Nathan Cohen tarafından icat edildi, daha sonra telden TV anteni yapımına ilişkin araştırmasını yayınladı ve 1995 yılında patentini aldı.

Fraktal antenin Vikipedi'de yazıldığı gibi birkaç benzersiz özelliği vardır:

Fraktal anten, belirli bir toplam yüzey alanı veya hacim içerisinde elektromanyetik sinyalleri alabilen veya iletebilen bir malzemenin uzunluğunu maksimuma çıkarmak veya çevresini (iç alanlar veya dış yapı üzerinde) artırmak için fraktal, kendini tekrarlayan bir tasarım kullanan bir antendir. .”

Bu tam olarak ne anlama geliyor? Fraktalın ne olduğunu bilmen gerekiyor. Ayrıca Vikipedi'den:

"Fraktal tipik olarak parçalara bölünebilen kaba veya parçalı bir geometrik şekildir; her parça bütünün daha küçük bir kopyasıdır; bu özelliğe kendine benzerlik adı verilir."

Dolayısıyla fraktal, tek tek parçaların boyutlarına bakılmaksızın kendini tekrar tekrar tekrarlayan geometrik bir şekildir.

Fraktal antenlerin geleneksel antenlere göre yaklaşık %20 daha verimli olduğu bulunmuştur. Bu, özellikle TV anteninizin dijital veya yüksek çözünürlüklü video almasını, hücresel kapsama alanını, Wi-Fi aralığını, FM veya AM radyo alımını vb. artırmasını istiyorsanız yararlı olabilir.

Çoğunlukta cep telefonları Zaten fraktal antenler var. Bunu fark etmiş olabilirsiniz çünkü Cep telefonları artık dışarıda anten yok. Bunun nedeni, içlerinde devre kartına kazınmış fraktal antenlerin bulunmasıdır; bu onların daha iyi sinyal almalarına ve Bluetooth gibi daha fazla frekans almalarına olanak tanır. hücresel ve bir antenden Wi-Fi.

Vikipedi:

"Fraktal antenin tepkisi, aynı anda farklı frekanslarda iyi bir performansla çalışabilmesi açısından geleneksel anten tasarımlarından gözle görülür derecede farklıdır. Standart antenlerin sadece o frekansı alabilmesi için frekansının kesilmesi gerekmektedir. Bu nedenle fraktal anten, geleneksel antenlerden farklı olarak geniş bant ve çok bantlı uygulamalar için mükemmel bir tasarımdır.”

İşin püf noktası, fraktal anteninizi istediğiniz belirli merkez frekansında rezonansa girecek şekilde tasarlamaktır. Bu, neyi başarmak istediğinize bağlı olarak antenin farklı görüneceği anlamına gelir. Bunu yapmak için matematik (veya çevrimiçi bir hesap makinesi) kullanmanız gerekir.

Örneğimde basit bir anten yapacağım ama siz daha karmaşık bir anten yapabilirsiniz. Ne kadar karmaşıksa o kadar iyidir. Anteni yapmak için 18 telli katı çekirdek telden oluşan bir bobin kullanacağım, ancak kendi devre kartlarınızı estetiğinize uyacak şekilde özelleştirebilir, daha yüksek çözünürlük ve rezonansla daha küçük veya daha karmaşık hale getirebilirsiniz.

Dijital TV veya TV yayını almak için bir TV anteni yapacağım yüksek çözünürlük. Bu frekanslarla çalışmak daha kolaydır ve yarım dalga boyu için uzunlukları yaklaşık 15 cm'den 150 cm'ye kadar değişir. Basitlik ve parçaların düşük maliyeti için onu ortak bir dipol antene yerleştireceğim, 136-174 MHz aralığındaki (VHF) dalgaları yakalayacak.

UHF dalgalarını (400-512 MHz) almak için bir yönlendirici veya reflektör ekleyebilirsiniz, ancak bu, alımı daha çok antenin yönüne bağımlı hale getirecektir. VHF de yönlüdür, ancak bir UHF kurulumunda doğrudan TV istasyonunu işaretlemek yerine, VHF kulaklarını TV istasyonuna dik olarak monte etmeniz gerekecektir. Bu biraz daha fazla çaba gerektirecektir. Tasarımı olabildiğince basit hale getirmek istiyorum çünkü bu zaten oldukça karmaşık bir şey.

Ana bileşenler:

• Plastik muhafaza gibi montaj yüzeyi (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vida. Çelik sac vidalar kullandım
• 300 Ohm'dan 75 Ohm'a kadar dirençli transformatör.
• 18 AWG (0,8 mm) Montaj Teli
• Sonlandırıcılı RG-6 koaksiyel kablo (ve kurulum açık havada yapılacaksa kauçuk kılıflı)
• Reflektör kullanıldığında alüminyum. Yukarıdaki ekte bir tane vardı.
• İnce işaretleyici
• İki çift küçük pense
• Cetvel 20 cm'den kısa değildir.
• Açı ölçümü için konveyör
• Birinin çapı vidalarınızdan biraz daha küçük olan iki matkap ucu
• Küçük tel kesici
• Tornavida veya tornavida

Not: Antenin alt kısmı plastikten yapılmıştır. alüminyum tel Transformatörün çıktığı görüntüde sağda bulunur.

Adım 1: Reflektör Ekleme

Muhafazayı reflektörle plastik kapağın altına monte edin

Adım 2: Delik Açma ve Montaj Noktalarını Takma

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

Adım 3: Telleri Ölçün, Kesip Soyun

Dört adet 20 cm'lik tel parçasını kesin ve bunları gövdeye yerleştirin.

Adım 4: Telleri Ölçme ve İşaretleme

Bir işaretleyici kullanarak telin her 2,5 cm'sini işaretleyin (bu noktalarda kıvrımlar olacaktır)

Adım 5: Fraktallar Oluşturma

Bu adım her tel parçası için tekrarlanmalıdır. Fraktal için eşkenar üçgenler yapacağımız için her bir bükülme tam olarak 60 derece olmalıdır. İki çift pense ve bir iletki kullandım. Her viraj bir işaret üzerine yapılır. Kıvrımları yapmadan önce her birinin yönünü gözünüzde canlandırın. Bunun için lütfen ekteki şemayı kullanın.

Adım 6: Dipol Oluşturma

En az 6 inç uzunluğunda iki tel parçası daha kesin. Bu telleri uzun kenar boyunca üst ve alt vidaların etrafına sarın ve ardından bunları ortadaki vidaların etrafına sarın. Daha sonra fazla uzunluğu kesin.

Adım 7: Dipollerin kurulumu ve transformatörün kurulumu

Fraktalların her birini köşe vidalarına sabitleyin.

Uygun empedansa sahip bir transformatörü iki merkez vidaya takın ve sıkın.

Montaj tamamlandı! Bir göz atın ve keyfini çıkarın!

Adım 8: Daha Fazla Yineleme/Deney

GIMP'den bir kağıt şablon kullanarak bazı yeni öğeler yaptım. Küçük, sağlam bir telefon kablosu kullandım. Merkez frekansı (554 MHz) için gereken karmaşık şekillere bükülebilecek kadar küçük, güçlü ve esnekti. Bu ortalama dijital sinyal Kanallar için UHF karasal televizyon benim bölgemde.

Fotoğraf ekli. Bakır telleri düşük ışıkta karton ve üstteki bant karşısında görmek zor olabilir, ancak siz anladınız.

Bu boyuttaki elemanlar oldukça kırılgandır, dolayısıyla dikkatli bir şekilde kullanılmaları gerekir.

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

UDC621.396

dairesel tekkutup temelli fraktal ultra geniş bant anten

G.I. Abdrakhmanova

Ufa Devlet Havacılık Teknik Üniversitesi,

Trento Üniversitesi Çalışmaları

Dipnot.Makale, fraktal teknolojiye dayalı ultra geniş bantlı bir anten tasarlama sorununu tartışıyor. Ölçek faktörüne bağlı olarak radyasyon özelliklerindeki değişikliklere ilişkin çalışmaların sonuçları sunulmaktadır.ve yineleme düzeyi. Yansıma katsayısının gerekliliklerini karşılamak için anten geometrisinin 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.

Soyut:Makalede fraktal teknolojiye dayalı yeni bir ultra geniş bant antenin geliştirilmesi anlatılmaktadır. Ölçek faktörünün değerine ve yineleme düzeyine bağlı olarak radyasyon karakteristiklerinin değiştiğine ilişkin araştırma sonuçları sunulmaktadır. Yansıma katsayısı gerekliliklerini karşılamak için anten geometrisinin parametrik optimizasyonu uygulandı. Geliştirilen anten boyutu 28 × 34 mm2 olup 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 lisans gerektirmeden ultra geniş bir frekans bandında yüksek hızlarda iletilmesini mümkün kıldığından, telekomünikasyon ekipmanı geliştiricileri ve üreticileri için büyük ilgi görmektedir. İletilen sinyallerin özellikleri, alıcı-verici komplekslerinin bir parçası olarak güçlü amplifikatörlerin ve karmaşık sinyal işleme bileşenlerinin bulunmadığını ima eder, ancak menzili sınırlandırırlar (5-10 m).

Ultra kısa darbelerle etkili bir şekilde çalışabilen uygun bir eleman tabanının bulunmaması, UWB teknolojisinin kitlesel olarak benimsenmesini engelliyor.

Alıcı-verici antenleri, sinyal iletim/alım 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 azaltılmasıdır.

Böylece anten geometrisi, UWB bandında engelleme işleviyle çalışmasına olanak tanıyan, ortasında dikdörtgen U şeklinde bir yuva bulunan bir spline temel alınarak oluşturulmuştur. WLAN bant, anten boyutları - 45,6 × 29 mm 2. İletken düzleme (50x50 mm2) göre 7 mm yüksekliğe yerleştirilmiş, 28x10 mm2 ölçülerinde asimetrik E şeklinde bir şekil, ışınım elemanı olarak seçilmiştir. Dikdörtgen bir ışınım elemanı ve arka tarafında merdiven rezonans yapısı temel alınarak tasarlanmış düzlemsel tek kutuplu bir anten (22x22mm2) sunulmaktadır.

2 Sorunun beyanı

Dairesel yapıların oldukça geniş bant genişliği, basitleştirilmiş tasarım, küçük boyut ve azaltılmış üretim maliyetleri sunabilmesi nedeniyle, bu makale dairesel tek kutuplu bir UWB anteni geliştirmeyi önermektedir. Gerekli çalışma frekansı aralığı – -10 dB yansıma katsayısı seviyesinde 3,1 ÷ 10,6 GHz S 11, (Şekil 1).

Pirinç. 1. Yansıma için gerekli maske S11

Minyatürleştirme amacıyla, antenin geometrisi fraktal teknolojisi kullanılarak modernize edilecek ve bu aynı zamanda radyasyon özelliklerinin ölçek faktörünün değerine bağımlılığının incelenmesini de mümkün kılacaktır. δ ve fraktal yinelemenin düzeyi.

Daha sonra, aşağıdaki parametreleri değiştirerek çalışma aralığını genişletmek için geliştirilen fraktal anteni optimize etme görevini belirledik: eş düzlemli dalga kılavuzunun (HF) merkezi iletkeninin (CP) uzunluğu, yer düzleminin uzunluğu (GP) ) HF'nin "CP HF - yayılan eleman (E)" mesafesi.

Anten modelleme ve sayısal deneyler " CST Mikrodalga Stüdyosu".

3 Anten geometrisinin seçilmesi

Temel eleman olarak, boyutları gerekli aralığın dalga boyunun dörtte biri olan dairesel bir tek kutup seçildi:

Nerede sol ar– CPU dikkate alınmadan antenin yayılan elemanının uzunluğu;fL– alt limit frekansı,fL = F dk uwb = 3,1·10 9Hz; İle- ışık hızı, İle = 3.10 8 m/s2 .

Aldık sol ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Yarıçapı olan bir daire olduğunu düşünürsekR = sol ar / 2 = 12 mm ve orijinal CPU uzunluğu alınırLf aynı zamanda eşit Rsıfır yinelemeyi elde ederiz (Şekil 2).

Pirinç. 2. Antenin sıfır yinelemesi

Dielektrik alt tabaka kalınlığıT'lerve parametre değerleriyleε'lar = 3,38, tg δ = 0,0025 ön tarafında taban olarak kullanılmıştır IE, CPU ve PZ . Aynı zamanda mesafeler " PZ-CP" zv ve "PZ-IE" Zh 0,76 mm'ye eşit olarak alınmıştır. Modelleme sürecinde kullanılan diğer parametrelerin değerleri Tablo 1'de sunulmaktadır.

Tablo 1. Anten parametreleri ( δ = 2)

İsim	Tanım	Formül	Anlam
La	Anten uzunluğu	2 ∙ R + Lf	36 mm
WA	Anten genişliği	2 ∙ R	24mm
Lf	CPU uzunluğu	r + 0,1	12,1 mm
of	CPU genişliği		1,66 mm
L g	PZ uzunluğu	r – Ts	11,24mm
L	Alt tabaka uzunluğu	La + G'ler	37mm
W	Alt tabaka genişliği	WA+ 2 ∙ G'ler	26 mm
Gs 1	Dikey alt tabaka boşluğu		1 mm
Gs 2	Yatay alt tabaka boşluğu		1 mm
Tm	Metal kalınlığı		0,035mm
T'ler	Yüzey kalınlığı		0,76 mm
R	0. yinelemenin çemberinin yarıçapı		12mm
R 1	1. yinelemenin çemberinin yarıçapı	R /2	6 mm
R 2	2. yinelemenin çemberinin yarıçapı	R 1 /2	3 mm
R 3	Daire yarıçapı 3 yineleme	R 2 /2	1,5 mm
ε'lar	Dielektrik sabiti		3,38

Anten, merkezi bir iletken ve bir toprak düzleminden oluşan eş düzlemli bir dalga kılavuzu tarafından çalıştırılır. SMA -konektör ve ona dik olarak yerleştirilmiş eş düzlemli bir dalga kılavuzu portu (CWP).

Nerede eff – etkili dielektrik sabiti:

k – birinci türden tam eliptik integral;

	(5)

Bir anten inşa ederken fraktallık, elemanların özel bir şekilde paketlenmesinde yatmaktadır: antenin sonraki yinelemeleri, önceki yinelemenin elemanlarına daha küçük yarıçaplı daireler yerleştirilerek oluşturulur. Bu durumda ölçek faktörü δ komşu yinelemelerin boyutlarının kaç kez farklı olacağını belirler. Bu süreç bu durum için δ = Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.

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

Böylece ilk iterasyon yarıçaplı iki dairenin çıkarılmasıyla elde edildi.R 1 orijinal elementten. İkinci yineleme, yarıçapı yarıya indirilmiş metal dairelerin yerleştirilmesiyle oluşturulur.R 2 ilk yinelemenin her dairesinde. Üçüncü yineleme birinciye benzer, ancak yarıçapR 3 . Çalışmada dairelerin dikey ve yatay düzeni inceleniyor.

3.1 Elemanların yatay düzeni

Yineleme seviyesine bağlı olarak yansıma katsayısındaki değişikliklerin dinamiği Şekil 1'de sunulmaktadır. 5 için δ = 2 ve Şekil 2'de. 6 için δ = 3. Her yeni sıra ek bir rezonans frekansına karşılık gelir. Böylece, dikkate alınan 0 ÷ 15 GHz aralığındaki sıfır yineleme 4 rezonansa, ilk yineleme - 5 vb.'ye karşılık gelir. Ayrıca, ikinci yinelemeden başlayarak, özelliklerin davranışındaki değişiklikler daha az fark edilir hale gelir.

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

Modellemenin özü, her aşamada, dikkate alınan özelliklerden en umut verici olduğu belirlenenin seçilmesidir. Bu bağlamda aşağıdaki kural getirilmiştir:

Rafın -10 dB'nin üzerinde olduğu aralıktaki fazlalık (fark) küçükse, optimizasyon sonucunda ilk olduğundan, çalışma aralığında (-10 dB'nin altında) daha düşük rafa sahip olan özelliği seçmelisiniz. elenecek ve ikincisi daha da aşağıya düşecek.

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

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

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

Grafiklerin ilginç bir davranışı şudur: δ = 3, özellikler daha düz ve pürüzsüz hale gelir, rezonans sayısı sabit kalır ve büyüme δ seviyesindeki bir artışla birlikte S11 çift ​​aralıklarda ve tek aralıklarda azalma.

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

Bu durumda her iki yineleme için seçilen değer: δ = 6.

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

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

Pirinç. 9. S 11'in Karşılaştırılması

3.2 Elemanların dikey düzenlenmesi

Dairelerin dikey düzenlenmesi durumunda yineleme seviyesine bağlı olarak yansıma katsayısındaki değişikliklerin dinamiği Şekil 1'de sunulmaktadır. 10 için δ = 2 ve Şekil 2'de. 11 için δ = 3.

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

Elde edilen verilere dayanarak ve kurallara uygun olarak δ = 2 ve δ = 3 üçüncü yinelemeye karşılık gelen eğri seçilir.

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

Yansıma katsayısının birinci ve ikinci yinelemelerdeki ölçek faktörünün değerine bağımlılığının dikkate alınması (Şekil 12, 13), optimal değeri ortaya çıkarır δ = 6, yatay düzenlemede olduğu gibi.

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

Bu durumda her iki yineleme için seçilen değer: δ = 6, aynı zamanda temsil ederN-çoklu fraktal, bu da özellikleri birleştirmek zorunda kalabileceği anlamına gelir δ = 2 ve δ = 3.

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

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

Pirinç. 14. Karşılaştırma S11 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, seçim ilkinde yapılır (Şekil 15), ancak bu durumda bu seçenekler arasındaki fark o kadar da büyük değildir. Çalışma frekansı aralıkları: 3,825÷4,242 GHz ve 6,969÷13,2 GHz. Daha sonra, tüm UWB aralığında çalışan bir anten geliştirmek için tasarım modernize edilecek.

Pirinç. 15. Karşılaştırma S11 son seçeneği seçmek için

4 Optimizasyon

Bu bölümde fraktalın katsayı değeriyle ikinci yinelemesine dayalı anten optimizasyonu tartışılmaktadır. δ = 6. Değişken parametreler 'de sunulmuştur ve değişim aralıkları Tablo 2'de verilmiştir.

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

İncirde. Şekil 20 değişimin dinamiklerini yansıtan özellikleri göstermektedir S11 adım adım ve sonraki her eylemin geçerliliğinin kanıtlanması. Tablo 4, yüzey akımlarını ve radyasyon modellerini hesaplamak için ayrıca kullanılan rezonans ve kesme frekanslarını göstermektedir.

Masa 3. Hesaplanan anten parametreleri

İsim	Başlangıç ​​değeri, mm	Nihai değer, mm
∆ Lf
Zh	Masa 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Anten yüzey akımlarının UWB aralığının rezonans ve sınır frekanslarındaki dağılımı, Şekil 2'de gösterilmektedir. Şekil 21 ve radyasyon desenleri Şekil 2'dedir. 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°g) F(θ ), φ = 90°

Pirinç. 22. Kutupsal koordinat sistemindeki radyasyon modelleri

5 Çözüm

Bu makale, fraktal teknolojinin kullanımına dayalı UWB antenlerinin tasarımı için yeni bir yöntem sunmaktadır. Bu süreç iki aşamayı içermektedir. Başlangıçta anten geometrisi uygun ölçek faktörü ve fraktal yineleme seviyesi seçilerek belirlenir. Daha sonra, anahtar anten bileşenlerinin boyutlarının radyasyon özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesine dayalı olarak ortaya çıkan forma parametrik optimizasyon uygulanır.

İterasyon sırası arttıkça rezonans frekanslarının sayısının arttığı ve bir yinelemede ölçek faktöründeki artışın daha düz bir davranışla karakterize edildiği tespit edilmiştir. S11 ve rezonansların sabitliği (başlangıçtan itibaren) δ = 3).

Geliştirilen anten, seviye açısından 3,09 ÷ 15 GHz frekans bandındaki sinyallerin yüksek kalitede alınmasını sağlar. S11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Teşekkür

Çalışma Avrupa Birliği'nden alınan bir hibe ile desteklendi " Erasmus Mundus Aksiyonu 2", ayrıca A.G.I. teşekkürler profesör Paolo Rocca yararlı tartışma için.

Edebiyat

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. UNII1/UNII2 WLAN bandı çentikli özelliklerine 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 düzlemde merdiven şeklinde rezonans yapısı kullanan düzlemsel tek kutuplu anten. IET Mikrodalgalar, Antenler ve Yayılım, Cilt. 4, Sayı. 9, 2010. – 1327-1335 s.

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