제가 쓰고 싶은 첫 번째 내용은 프랙탈 안테나의 역사, 이론 및 사용에 대한 간략한 소개입니다. 프랙탈 안테나는 최근에 발견되었습니다. 1988년 Nathan Cohen이 처음 발명한 후 그는 와이어로 TV 안테나를 만드는 방법에 대한 연구를 발표하고 1995년에 특허를 받았습니다.

프랙탈 안테나에는 Wikipedia에 기록된 대로 몇 가지 고유한 특성이 있습니다.

"프랙탈 안테나는 주어진 전체 표면적 또는 부피 내에서 전자기 신호를 수신하거나 전송할 수 있는 재료의 길이를 최대화하거나 둘레(내부 영역 또는 외부 구조에서)를 늘리기 위해 프랙탈 자체 반복 설계를 사용하는 안테나입니다. .”

이것이 정확히 무엇을 의미하나요? 그렇다면 프랙탈이 무엇인지 알아야 합니다. 또한 Wikipedia에서:

"프랙탈은 일반적으로 여러 부분으로 나눌 수 있는 거칠거나 조각난 기하학적 모양입니다. 각 부분은 전체의 작은 복사본입니다. 이를 자기 유사성이라고 합니다."

따라서 프랙탈은 개별 부품의 크기에 관계없이 계속해서 반복되는 기하학적 모양입니다.

프랙탈 안테나는 기존 안테나보다 약 20% 더 효율적인 것으로 밝혀졌습니다. 이는 특히 TV 안테나가 디지털 또는 고화질 비디오를 수신하고 셀룰러 범위, Wi-Fi 범위, FM 또는 AM 라디오 수신 등을 늘리려는 경우 유용할 수 있습니다.

대다수에서는 휴대폰프랙탈 안테나는 이미 존재합니다. 휴대폰에는 더 이상 외부 안테나가 없기 때문에 이러한 현상을 눈치채셨을 것입니다. 이는 내부에 프랙탈 안테나가 회로 기판에 새겨져 있어 단일 안테나에서 더 나은 신호를 수신하고 Bluetooth, 셀룰러 및 Wi-Fi와 같은 더 많은 주파수를 수신할 수 있기 때문입니다.

위키피디아:

“프랙탈 안테나의 응답은 서로 다른 주파수에서 동시에 우수한 성능으로 작동할 수 있다는 점에서 기존 안테나 설계와 눈에 띄게 다릅니다. 표준 안테나의 주파수는 해당 주파수만 수신할 수 있도록 차단되어야 합니다. 따라서 프랙탈 안테나는 기존 안테나와 달리 광대역 및 다중 대역 응용 분야에 탁월한 디자인입니다.”

비결은 원하는 특정 중심 주파수에서 공진하도록 프랙탈 안테나를 설계하는 것입니다. 이는 달성하려는 목표에 따라 안테나가 다르게 보일 것임을 의미합니다. 이를 위해서는 수학(또는 온라인 계산기)을 사용해야 합니다.

제 예에서는 간단한 안테나를 만들지만 더 복잡한 안테나를 만들 수도 있습니다. 복잡할수록 좋습니다. 안테나를 만들기 위해 18가닥의 솔리드 코어 와이어 코일을 사용할 것입니다. 그러나 미적 특성에 맞게 자신만의 회로 기판을 맞춤화할 수도 있고 더 높은 해상도와 공명을 통해 더 작거나 더 복잡하게 만들 수도 있습니다.

디지털 TV나 고화질 TV를 수신할 수 있는 TV 안테나를 만들어 보겠습니다. 이러한 주파수는 작업하기가 더 쉽고 길이 범위는 절반 파장의 경우 약 15cm ~ 150cm입니다. 단순성과 저렴한 부품 비용을 위해 일반 쌍극자 안테나에 배치할 예정이며 136~174MHz 범위(VHF)의 전파를 포착합니다.

UHF 전파(400~512MHz)를 수신하려면 디렉터나 반사경을 추가할 수 있지만 이렇게 하면 안테나 방향에 따라 수신이 더 좌우됩니다. VHF도 지향성이지만 UHF 설치 시 TV 방송국을 직접 가리키는 대신 VHF 이어를 TV 방송국에 수직으로 장착해야 합니다. 이를 위해서는 조금 더 노력이 필요합니다. 나는 디자인을 가능한 한 단순하게 만들고 싶다. 왜냐하면 이것은 이미 상당히 복잡한 일이기 때문이다.

주요 구성 요소:

플라스틱 하우징(20cm x 15cm x 8cm)과 같은 장착 표면
나사 6개. 저는 철판 나사를 사용했어요
300Ω ~ 75Ω의 저항을 갖는 변압기.
18AWG(0.8mm) 장착 와이어
터미네이터가 있는 RG-6 동축 케이블(실외에 설치할 경우 고무 외장 포함)
반사경을 사용할 때 알루미늄. 위 첨부파일에 하나 있었습니다.
파인 마커
작은 펜치 두 쌍
눈금자는 20cm보다 짧지 않습니다.
각도 측정용 컨베이어
두 개의 드릴 비트(하나는 나사보다 직경이 약간 작음)
소형 와이어 커터
드라이버 또는 드라이버

참고: 알루미늄 와이어 안테나의 바닥은 변압기가 튀어나온 그림의 오른쪽에 있습니다.

1단계: 반사경 추가

플라스틱 커버 아래 반사경과 함께 하우징을 조립합니다.

2단계: 구멍 뚫기 및 장착 지점 설치

이 위치에서 반사경 반대쪽에 작은 콘센트 구멍을 뚫고 전도성 나사를 배치합니다.

3단계: 와이어 측정, 절단 및 스트립

20cm 크기의 철사 4개를 잘라서 몸에 올려주세요.

4단계: 와이어 측정 및 표시

마커를 사용하여 와이어의 2.5cm마다 표시합니다(이 지점에는 구부러진 부분이 있습니다).

5단계: 프랙탈 만들기

이 단계는 각 와이어 조각에 대해 반복되어야 합니다. 프랙탈에 대해 정삼각형을 만들 것이므로 각 굽힘 각도는 정확히 60도여야 합니다. 저는 두 쌍의 펜치와 각도기를 사용했습니다. 각 굴곡은 표시에 따라 만들어집니다. 접기 전에 각각의 방향을 시각화하십시오. 이에 대해서는 첨부된 다이어그램을 사용하시기 바랍니다.

6단계: 쌍극자 생성

최소 6인치 길이의 와이어 두 개를 더 자르고 긴 쪽을 따라 상단 및 하단 나사 주위에 이 와이어를 감은 다음 중앙 나사 주위에 감습니다. 그런 다음 초과 길이를 잘라냅니다.

7단계: 쌍극자 설치 및 변압기 설치

각 도형을 모서리 나사에 고정합니다.

적절한 임피던스의 변압기를 두 개의 중앙 나사에 부착하고 조입니다.

조립 완료! 그것을 확인하고 즐기십시오!

8단계: 추가 반복/실험

김프의 종이 템플릿을 사용하여 몇 가지 새로운 요소를 만들었습니다. 나는 작고 단단한 전화선을 사용했습니다. 중심 주파수(554MHz)에 필요한 복잡한 모양으로 구부릴 수 있을 만큼 작고 강하며 유연했습니다. 이것은 평균입니다 디지털 신호채널용 UHF 지상파 텔레비전내 구역에.

사진 첨부. 저조도에서는 상단의 판지와 테이프에 비해 구리선을 보는 것이 어려울 수 있지만 아이디어를 얻을 수 있습니다.

이 크기에서는 부품이 매우 약하므로 조심스럽게 다뤄야 합니다.

또한 png 형식의 템플릿을 추가했습니다. 원하는 크기로 인쇄하려면 김프와 같은 사진 편집기에서 열어야 합니다. 템플릿은 마우스를 사용하여 손으로 만들었기 때문에 완벽하지는 않지만 사람의 손에는 충분히 편안합니다.

수학에서 프랙탈은 집합 전체와 유사한 요소들로 구성된 집합입니다. 가장 좋은 예: 타원의 선을 자세히 보면 직선이 됩니다. 프랙탈은 아무리 확대해도 그림이 복잡하고 일반 보기와 유사하게 유지됩니다. 요소가 이상한 방식으로 배열되어 있습니다. 결과적으로 우리는 동심원이 프랙탈의 가장 간단한 예라고 생각합니다. 아무리 가까이 다가가도 새로운 원이 나타납니다. 프랙탈의 예는 다양합니다. 예를 들어, Wikipedia에는 양배추 머리가 그려진 양배추 머리와 정확히 유사한 원뿔로 구성된 Romanesco 양배추 그림이 나와 있습니다. 독자들은 이제 프랙탈 안테나를 만드는 것이 쉽지 않다는 것을 이해합니다. 하지만 흥미롭습니다.

프랙탈 안테나가 필요한 이유는 무엇입니까?

프랙탈 안테나의 목적은 적은 비용으로 더 많은 것을 포착하는 것입니다. 서양 비디오에서는 방사체가 프랙탈 테이프 조각인 포물면을 찾는 것이 가능합니다. 그들은 이미 일반 것보다 더 효율적인 호일로 마이크로파 장치의 요소를 만들고 있습니다. 프랙탈 안테나를 완성하는 방법과 SWR 미터만으로 매칭을 처리하는 방법을 보여 드리겠습니다. 해당 제품이 상업적인 목적으로 홍보되는 전체 외국 웹사이트가 있다는 점을 언급해 보겠습니다. 그림은 없습니다. 우리가 만든 프랙탈 안테나는 더 간단합니다. 가장 큰 장점은 직접 손으로 디자인을 만들 수 있다는 것입니다.

fractenna.com 웹사이트의 비디오에 따르면 1897년 Oliver Lodge가 최초의 프랙탈 안테나인 쌍원추형 안테나를 등장했습니다. Wikipedia를 보지 마십시오. 기존 쌍극자와 비교하여 진동기 대신 한 쌍의 삼각형을 사용하면 20%의 밴드 확장이 가능합니다. 주기적인 반복 구조를 생성함으로써 더 큰 안테나보다 나쁘지 않은 소형 안테나를 조립할 수 있었습니다. 두 개의 프레임이나 이상한 모양의 판 형태의 쌍원추형 안테나를 종종 발견할 수 있습니다.

궁극적으로 이를 통해 더 많은 TV 채널을 수신할 수 있게 됩니다.

유튜브에 요청을 입력하면 프랙탈 안테나 제작 영상이 나옵니다. 모서리가 어깨와 함께 잘린 이스라엘 국기의 6개 별을 상상하면 그것이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다. 세 개의 모서리가 남아 있었고 두 개는 한쪽이 제자리에 있고 다른 쪽은 그렇지 않은 것으로 나타났습니다. 여섯 번째 코너는 전혀 없습니다. 이제 우리는 두 개의 비슷한 별을 수직으로 배치할 것입니다. 서로 중앙 각도가 있고 왼쪽과 오른쪽에 슬릿이 있고 그 위에 비슷한 쌍이 있습니다. 그 결과 가장 단순한 프랙탈 안테나인 안테나 배열이 탄생했습니다.

별은 피더로 모서리에 연결됩니다. 열별로 쌍으로 구성됩니다. 신호는 정확히 각 와이어의 중앙에 있는 라인에서 가져옵니다. 구조는 적절한 크기의 유전체(플라스틱) 기판에 볼트로 조립됩니다. 별의 측면은 정확히 1인치이고, 별 모서리 사이의 수직 거리(피더의 길이)는 4인치이며, 수평 거리(피더의 두 와이어 사이의 거리)는 1인치입니다. 별은 정점에서 60도 각도를 가지므로 이제 독자는 나중에 프랙탈 안테나를 직접 만들 수 있도록 템플릿 형태로 비슷한 것을 그릴 것입니다. 작업 스케치를 만들었지만 규모가 충족되지 않았습니다. 별이 정확히 나왔다고 보장할 수는 없습니다. Microsoft 그림판에는 정확한 그림을 그리는 데 필요한 뛰어난 기능이 없습니다. 프랙탈 안테나의 구조가 명확해 지도록 그림을 살펴보십시오.

갈색 직사각형은 유전체 기판을 보여줍니다. 그림에 표시된 프랙탈 안테나는 대칭적인 방사 패턴을 가지고 있습니다. 이미터가 간섭으로부터 보호되는 경우 스크린은 기판 뒤 1인치 거리에 있는 4개의 기둥에 배치됩니다. 주파수에서는 단단한 금속 시트를 배치할 필요가 없으며 1/4인치 측면의 메쉬로 충분하며 스크린을 케이블 브레이드에 연결하는 것을 잊지 마십시오.
75Ω의 특성 임피던스를 갖는 피더에는 조정이 필요합니다. 300옴을 75옴으로 변환하는 변압기를 찾거나 만드십시오. SWR 미터를 비축하고 터치가 아닌 장치를 사용하여 필요한 매개 변수를 선택하는 것이 좋습니다.
네 개의 별은 구리선으로 구부러져 있습니다. 피더(있는 경우)와의 접합부에서 바니시 단열재를 청소합니다. 안테나의 내부 피드는 두 개의 평행한 와이어 조각으로 구성됩니다. 악천후로부터 안테나를 보호하려면 안테나를 상자에 넣어 두는 것이 좋습니다.

디지털 TV용 프랙탈 안테나 조립

이 리뷰를 끝까지 읽고 나면 누구나 프랙탈 안테나를 만들 수 있습니다. 우리는 디자인에 너무 깊이 빠져서 양극화에 관해 이야기하는 것을 잊어버렸습니다. 우리는 그것이 선형적이고 수평적이라고 가정합니다. 이는 다음과 같은 고려 사항에서 비롯됩니다.

비디오는 분명히 미국에서 제작되었으며 대화는 HDTV에 관한 것입니다. 그러므로 우리는 특정 국가의 패션을 채택할 수 있다.
아시다시피 지구상에서 원형 편파를 사용하여 위성에서 방송하는 국가는 거의 없으며 그 중에는 러시아 연방과 미국도 있습니다. 따라서 우리는 다른 정보 전송 기술도 유사하다고 믿습니다. 왜? 냉전이 있었고, 우리는 양국이 이전할 내용과 방법을 전략적으로 선택했으며 다른 국가는 순전히 실용적인 고려 사항에서 진행했다고 믿습니다. 원형 편파는 정찰 위성(관찰자에 대해 지속적으로 이동)을 위해 특별히 도입되었습니다. 그러므로 텔레비전과 라디오 방송에는 유사점이 있다고 믿을 만한 이유가 있습니다.
안테나 구조는 선형이라고 말합니다. 원형 또는 타원형 편광을 얻을 수 있는 곳은 없습니다. 따라서 독자 중에 MMANA를 소유한 전문가가 없는 한 안테나가 허용된 위치에 걸리지 않으면 이미터 평면에서 90도 회전하십시오. 편광이 수직으로 변경됩니다. 그런데 치수를 4배 더 크게 설정하면 많은 사람들이 FM을 잡을 수 있으므로 더 두꺼운 와이어(예: 10mm)를 사용하는 것이 좋습니다.

프랙탈 안테나를 사용하는 방법을 독자들에게 설명했기를 바랍니다. 쉬운 조립을 위한 몇 가지 팁. 따라서 광택 처리된 보호 기능이 있는 전선을 찾으십시오. 그림과 같이 모양을 구부립니다. 그런 다음 디자이너가 갈라지면 다음을 수행하는 것이 좋습니다.

접합점에서 별과 급전선을 벗겨냅니다. 중간 부분의 지지대에 볼트를 사용하여 이어로 피더 와이어를 고정합니다. 작업을 올바르게 수행하려면 미리 1인치를 측정하고 연필로 두 개의 평행선을 그립니다. 그 위에 전선이 있어야합니다.
거리를 주의 깊게 확인하면서 단일 구조를 납땜합니다. 비디오 작성자는 별이 모서리가 있는 피더에 평평하게 놓이고 반대쪽 끝이 기판 가장자리(각각 두 위치)에 놓이도록 방출기를 만들 것을 권장합니다. 대략적인 별의 경우 위치가 파란색으로 표시됩니다.
조건을 충족하려면 유전체 클램프가 있는 볼트(예: 캠브릭으로 만든 PVA 와이어 등)를 사용하여 각 별을 한 곳에 조이십시오. 그림에서 장착 위치는 별 하나에 대해 빨간색으로 표시됩니다. 볼트는 원으로 개략적으로 그려집니다.

전원 케이블은 (선택적으로) 반대쪽에서 연결됩니다. 제자리에 구멍을 뚫습니다. SWR은 급전선 사이의 거리를 변경하여 조정되지만 이 설계에서는 이는 가학적인 방법입니다. 간단히 안테나의 임피던스를 측정하는 것이 좋습니다. 이것이 어떻게 수행되는지 상기시켜 드리겠습니다. 예를 들어 500MHz와 같이 보고 있는 프로그램의 주파수에 맞는 발생기와 신호를 포기하지 않는 고주파 전압계가 필요합니다.

그런 다음 발전기에서 생성된 전압을 측정하고 전압계에 병렬로 연결합니다. 우리는 자체 인덕턴스가 매우 낮은 가변 저항과 안테나로 저항 분배기를 조립합니다(생성기 뒤에 직렬로 연결하고 먼저 저항을 연결한 다음 안테나를 연결합니다). 전압계를 사용하여 가변 저항의 전압을 측정하는 동시에 부하가 없는 발전기 판독값(위 항목 참조)이 현재 값의 두 배가 될 때까지 정격을 조정합니다. 이는 가변 저항의 값이 500MHz 주파수에서 안테나의 파동 임피던스와 동일해졌음을 의미합니다.

이제 필요에 따라 변압기를 제작할 수 있습니다. 인터넷에서 필요한 것을 찾기가 어렵습니다. 라디오 방송을 좋아하는 사람들을 위해 기성 답변인 http://www.cqham.ru/tr.htm을 찾았습니다. 50Ω 케이블과 부하를 일치시키는 방법이 웹사이트에 작성되어 그려져 있습니다. 주파수는 HF 범위에 해당하며 SW는 여기에 부분적으로 맞습니다. 안테나의 특성 임피던스는 50~200Ω 범위에서 유지됩니다. 스타가 얼마나 줄 것인지 말하기는 어렵다. 라인의 파동 임피던스를 측정하기 위한 장치가 농장에 있는 경우 피더의 길이가 파장의 1/4의 배수인 경우 안테나 임피던스는 변경 없이 출력으로 전송됩니다. 작은 범위와 큰 범위의 경우 이러한 조건을 제공하는 것은 불가능합니다(특히 프랙탈 안테나에는 확장된 범위도 포함된다는 점을 기억하십시오). 그러나 측정 목적으로 언급된 사실은 모든 곳에서 사용됩니다.

이제 독자들은 이 놀라운 트랜시버 장치에 대한 모든 것을 알고 있습니다. 이러한 특이한 모양은 우주의 다양성이 일반적인 경계에 맞지 않음을 시사합니다.

지난 반세기 동안 생활은 급속히 변화하기 시작했습니다. 우리 대부분은 성취를 받아들인다. 현대 기술당연히. 삶을 더욱 편안하게 만드는 모든 것에 매우 빨리 익숙해집니다. “이건 어디서 나온 걸까요?”라고 질문하는 사람은 거의 없습니다. 그리고 “어떻게 작동하나요?” 전자레인지로 아침 식사를 데울 수 있습니다. 좋습니다. 스마트폰을 사용하면 다른 사람과 대화할 수 있는 기회가 제공됩니다. 좋습니다. 이것은 우리에게 명백한 가능성처럼 보입니다.

그러나 일어나는 사건에 대한 설명을 구하지 않았다면 인생은 완전히 달라졌을 수 있습니다. 예를 들어 휴대폰을 생각해 보세요. 첫 번째 모델의 접이식 안테나를 기억하시나요? 그들은 간섭하고 장치의 크기를 늘렸고 결국에는 종종 파손되었습니다. 우리는 그것들이 영원히 망각 속으로 빠져들었다고 믿습니다. 그 이유 중 하나는... 프랙탈 때문입니다.

프랙탈 패턴은 그 패턴에 매료됩니다. 그들은 분명히 성운, 은하단 등 우주 물체의 이미지와 유사합니다. 그러므로 만델브로가 자신의 프랙탈 이론을 발표했을 때 그의 연구가 천문학을 연구하는 사람들 사이에서 더 많은 관심을 불러일으킨 것은 당연한 일입니다.

Nathan Cohen이라는 아마추어 중 한 명은 부다페스트에서 Benoit Mandelbrot의 강의에 참석한 후 습득한 지식을 실제로 적용하려는 아이디어에 영감을 받았습니다. 사실, 그는 이것을 직관적으로 수행했으며 우연이 그의 발견에 중요한 역할을 했습니다. 라디오 아마추어로서 Nathan은 가능한 최고 감도의 안테나를 만들려고 노력했습니다.
당시 알려진 안테나의 매개변수를 개선하는 유일한 방법은 기하학적 치수를 늘리는 것이었습니다. 그러나 Nathan이 임대한 보스턴 시내의 부동산 소유자는 지붕에 대형 장치를 설치하는 것을 강력히 반대했습니다.

그런 다음 Nathan은 최소 크기로 최대 결과를 얻으려고 다양한 안테나 모양을 실험하기 시작했습니다. Cohen은 프랙탈 형태의 아이디어에서 영감을 받아 와이어에서 가장 유명한 프랙탈 중 하나 인 "Koch 눈송이"를 무작위로 만들었습니다.

스웨덴 수학자 헬게 폰 코흐(Helge von Koch)는 1904년에 이 곡선을 생각해냈습니다. 세그먼트를 세 부분으로 나누고 중간 세그먼트를 이 세그먼트와 일치하는 변이 없는 정삼각형으로 대체하여 얻습니다. 정의는 이해하기 조금 어렵지만 그림에서는 모든 것이 명확하고 간단합니다.

코흐 곡선에는 다른 변형도 있지만 대략적인 곡선 모양은 유사합니다.
Nathan이 안테나를 라디오 수신기에 연결했을 때 그는 매우 놀랐습니다. 감도가 극적으로 증가했습니다. 일련의 실험 끝에 보스턴 대학의 미래 교수는 프랙탈 패턴에 따라 만들어진 안테나가 고효율기존 솔루션에 비해 훨씬 더 넓은 주파수 범위를 포괄합니다. 또한 프랙탈 곡선 형태의 안테나 모양으로 인해 기하학적 치수를 크게 줄일 수 있습니다.

Nathan Cohen은 광대역 안테나를 만들려면 자체 유사 프랙탈 곡선 모양을 제공하는 것으로 충분하다는 정리를 제시하기도 했습니다. 저자는 자신의 발견에 대해 특허를 취득하고 프랙탈 안테나 Fractal Antenna Systems의 개발 및 설계를 위한 회사를 설립했습니다. 그는 자신의 발견 덕분에 미래에 휴대폰이 부피가 큰 안테나를 제거하고 더욱 컴팩트해질 수 있을 것이라고 믿었습니다.

원칙적으로 이런 일이 일어났습니다. 사실, 오늘날까지도 Nathan은 자신의 발견을 불법적으로 생산에 사용하는 대기업과 법적 싸움을 벌이고 있습니다. 소형 장치연락. 일부 유명 제조업체 모바일 장치모토로라와 같은 기업은 이미 프랙탈 안테나 발명자와 평화 협정을 맺었습니다.

추신:이 주제에 관해 발생할 질문을 예상하면 그렇지 않을 것이라고 생각합니다. 효과적인 작업그런 안테나. 물리학과 자연을 속일 수는 없습니다. 안테나가 비틀리거나 크기가 줄어들면 효율성이 저하됩니다. 이러한 종류의 안테나와 시스템은 상당히 높은 주파수에서 사용할 수 있으며 원하는 경우 소형화에도 사용할 수 있습니다. 이는 이미 휴대폰, 칩의 공진기, 인쇄 회로 기판 등에 적용되고 있습니다.
여기서는 높은 효율성을 기대할 수 없지만 비좁은 조건에서 작동하고 이미 작동하고 있습니다.

이전 기사에서 논의한 것처럼 프랙탈 안테나의 효율은 기존 안테나보다 약 20% 더 높은 것으로 나타났습니다.적용하면 매우 유용할 수 있습니다. 특히 자신의 TV 안테나가 디지털 신호나 HD 비디오를 수신하여 휴대폰, Wi-Fi의 범위를 늘리기를 원하는 경우밴드, FM 또는 AM 라디오 등.

대부분의 휴대폰에는 이미 프랙탈 안테나가 내장되어 있습니다. 지난 몇 년 동안 눈치채셨겠지만, 휴대폰에는 더 이상 외부 안테나가 없습니다. 이는 내부 프랙탈 안테나가 회로 기판에 새겨져 있기 때문입니다. 이를 통해 더 나은 수신을 얻고 Bluetooth와 같은 더 많은 주파수를 수용할 수 있습니다. 셀룰러 신호하나의 안테나에서 Wi-Fi를 동시에!

Wikipedia의 정보: "프랙탈 안테나는 다양한 주파수에서 동시에 우수한 성능으로 작동할 수 있다는 점에서 전통적으로 설계된 안테나와 현저히 다릅니다. 일반적으로 표준 안테나는 사용되는 주파수에서 "절단"되어야 합니다. 따라서 "따라서 표준 안테나는 이 주파수에서만 잘 작동합니다. 따라서 프랙탈 안테나는 광대역 및 다중 대역 응용 분야에 탁월한 솔루션이 됩니다."

비결은 원하는 주파수에 공명하는 자신만의 프랙탈 안테나를 만드는 것입니다. 이는 달성하려는 목표에 따라 다르게 보이고 다르게 계산될 수 있음을 의미합니다. 약간의 수학을 통해 이를 수행하는 방법이 명확해질 것입니다. (온라인 계산기로만 제한할 수 있습니다)

이 예에서는 다음을 수행합니다. 가장 간단한 안테나, 그러나 더 복잡한 안테나를 만들 수 있습니다. 복잡할수록 좋습니다. 예를 들어 안테나를 만드는 데 필요한 18게이지 단선 스풀을 사용하겠지만, 자체 에칭 보드를 사용하여 안테나를 더 작게 만들거나 더 복잡하게 만들 수도 있습니다. 높은 해상도그리고 공명.

(탭=TV 안테나)

이 튜토리얼에서는 라디오 채널을 통해 전송되는 디지털 또는 고해상도 신호용 텔레비전 안테나를 만들어 보겠습니다. 이러한 주파수는 작업하기가 더 쉽고, 이러한 주파수의 파장 범위는 신호 파장의 절반에 대해 길이가 0.5피트에서 수 미터에 이릅니다. UHF(데시미터파) 회로의 경우 안테나를 방향에 더욱 종속되게 만드는 디렉터(디렉터) 또는 반사경(반사경)을 추가할 수 있습니다. VHF(초단파) 안테나도 지향성이지만 TV 방송국을 직접 향하기보다는 VHF 쌍극 안테나의 "이어"가 신호를 전송하는 TV 방송국의 파장에 수직이어야 합니다.

먼저 수신하거나 방송하려는 주파수를 찾으세요. TV의 경우 주파수 차트에 대한 링크는 다음과 같습니다. http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

안테나 크기를 계산하기 위해 온라인 계산기를 사용합니다. http://www.kwarc.org/ant-calc.html

여기 좋은 PDF디자인과 이론:다운로드

신호의 파장을 찾는 방법: 파장(피트) = (빛의 속도 비율(피트)) / (주파수(헤르츠))

1) 광속 계수(피트) = +983571056.43045

2) 광속 계수(미터) = 299792458

3) 광속 계수(인치) = 11802852700

시작 위치: (DB2의 넓은 주파수 범위에 잘 작동하는 반사경이 있는 VHF/UHF 쌍극자 어레이):

(350MHz는 8인치 파동의 1/4(16인치 반파)로 채널 13과 14 사이의 초고주파 범위에 속하며 더 나은 VHF-UHF 범위 사이의 중심 주파수입니다. 공명). 귀하의 유통 채널이 그룹 내에서 더 낮거나 높을 수 있으므로 이러한 요구 사항은 귀하의 지역에서 더 잘 작동하도록 수정될 수 있습니다.

아래 링크의 자료를 기반으로 합니다( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ 및 http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , 프랙탈 디자인만이 더 컴팩트하고 유연하게 만들 수 있으며, 우리는 이득이 높고 이미 매우 컴팩트하며 실내 및 실외 설치에 널리 사용되는 DB2 모델을 사용할 것입니다.

기본 비용(약 $15):

플라스틱 하우징(8"x6"x3")과 같은 장착 표면. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
나사 6개. 강철과 판금에는 셀프 태핑 나사를 사용했습니다.
일치하는 변압기 300Ω ~ 75Ω. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
약 18게이지 단선. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
터미네이터가 있는 동축 RG-6 - 리미터(외부에 설치된 경우 고무 외장).
반사경을 사용할 때 알루미늄.
날카로운 물건이나 이와 동등한 것, 끝이 가는 것이 바람직합니다.
두 쌍의 작은 펜치 - 바늘.
가이드는 최소 8인치입니다.
각도를 측정하는 각도기.
나사보다 직경이 작은 드릴과 비트입니다.
작은 집게발.
드라이버 또는 드라이버.

참고: PDF에서 HDTV/DTV 편집 http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

1단계:

플라스틱 덮개 아래에 반사경이 있는 하우징을 조립합니다.

2단계:

다음 위치의 반사판 반대쪽에 작은 나사 구멍을 뚫고 전도성 나사를 배치합니다.

3단계:

8인치 크기의 단단한 심선 4개를 잘라서 노출시킵니다.

4단계:

마커를 사용하여 와이어의 모든 인치를 표시합니다. (여기가 우리가 굽힐 곳입니다)

5단계:

각 와이어에 대해 이 단계를 반복해야 합니다. 와이어의 각 굽힘 각도는 60도이므로 프랙탈이 생성됩니다. 정삼각형과 비슷합니다. 저는 두 쌍의 펜치와 각도기를 사용했습니다. 각 굽힘은 1" 노치에 있습니다. 이 작업을 수행하기 전에 각 회전의 방향을 시각화하십시오! 도움이 필요하면 아래 다이어그램을 사용하십시오.

6단계:

길이가 6cm 이상인 와이어 조각을 2개 더 자르고 노출시킵니다. 이 와이어를 상단 및 하단 나사 주위로 구부려 나사 중앙에 묶습니다. 따라서 세 사람 모두 접촉하게됩니다. 와이어 커터를 사용하여 와이어의 원하지 않는 부분을 잘라냅니다.

7단계:

모서리가 있는 모든 도형을 배치하고 나사로 조이세요.

8단계:

중앙에 있는 두 개의 나사를 통해 일치하는 변압기를 부착하고 단단히 조입니다.

준비가 된! 이제 디자인을 테스트할 수 있습니다!

아래 사진에서 볼 수 있듯이, 각 섹션을 분할하고 동일한 길이의 와이어로 새로운 삼각형을 만들 때마다 더 작은 공간에 들어가고 다른 방향으로 공간을 차지할 수 있습니다.

번역: 드미트리 샤호프

아래에서 프랙탈 안테나 생성에 대한 비디오를 시청할 수 있습니다.

(탭=Wi-Fi 안테나)

나는 이전에 프랙탈 안테나에 대해 들었고 얼마 후 말하자면 이 개념을 시험해 보기 위해 나만의 프랙탈 안테나를 만들어 보고 싶었습니다. 프랙탈 안테나에 대한 연구 논문에 설명된 프랙탈 안테나의 장점 중 일부는 상대적으로 작으면서도 다중 대역 RF 신호를 효율적으로 수신할 수 있다는 것입니다. 나는 시에르핀스키 카펫을 기반으로 프랙탈 안테나의 프로토타입을 만들기로 결정했습니다.

나는 내 프랙탈 안테나와 호환되는 커넥터를 갖도록 설계했습니다. 라우터링크시스 WRT54GS 802.11g. 안테나는 로우 프로파일 이득 설계를 갖추고 있으며 베인 포인트에서 1/2km 거리에서 사전 테스트되었습니다. WiFi 링크가는 길에 여러 그루의 나무가 있어서 꽤 좋은 결과와 신호 안정성을 보여주었습니다.

다운로드할 수 있습니다 PDF 버전내가 사용한 Sierpinski 카펫을 기반으로 한 안테나 템플릿과 다음 링크의 기타 문서:

프로토타입 만들기

이것은 프랙탈 안테나의 기성품 프로토타입이 포함된 사진입니다.

테스트를 위해 Linksys WRT54GS RP-TNC 커넥터를 프랙탈 안테나에 연결했습니다.

첫 번째 프랙탈 안테나 프로토타입을 디자인할 때 PCB의 에칭 공정으로 인해 삼각형이 서로 분리될 수 있다는 우려가 있었기 때문에 삼각형 사이의 연결을 약간 확장했습니다. 참고: 최종 토너 전환이 예상보다 더 정확하게 완료되었으므로 프랙탈 안테나 프로토타입의 다음 버전은 Sierpinski 삼각형의 각 프랙탈 반복 사이에 미세한 접촉점을 사용하여 렌더링됩니다. Sierpinski 카펫의 요소(삼각형)가 서로 접촉하고 연결 지점이 가능한 한 얇아야 하는지 확인하는 것이 중요합니다.

안테나 디자인이 인쇄되어 있습니다. 레이저 프린터펄서 프로 FX. 이 프로세스를 통해 안테나 설계를 구리 피복 PCB 재료에 복사할 수 있었습니다.

레이저 인쇄된 안테나 구조는 수정된 라미네이터를 사용하여 열 공정을 통해 PCB 구리 시트로 전사됩니다.

이것은 토너 전사 공정의 첫 번째 단계 이후의 구리 PCB 재료입니다.

다음으로 필요한 단계는 PCB에 Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" 라미네이터를 사용하는 것이었습니다. 녹색 포일은 토너 전사 시 토너 간격이나 고르지 않게 두꺼워진 코팅을 채우는 데 사용됩니다.

안테나 디자인이 적용된 클린보드입니다. 보드를 에칭할 준비가 되었습니다.

여기에서는 전기 테이프를 사용하여 PCB 뒷면을 마스킹했습니다.

직접 염화제이철 에칭 방식을 사용하여 10분만에 보드를 에칭했습니다. 직접 에칭 방법은 스폰지를 사용하여 수행됩니다. 보드 전체를 염화 제이철로 천천히 닦아야 합니다. 염화제2철 사용으로 인한 건강상의 위험 때문에 보안경과 장갑을 착용했습니다.

이것은 에칭 후의 보드입니다.

토너 전사 코팅을 제거하기 위해 아세톤에 담근 면봉으로 PCB를 닦았습니다. 아세톤은 일반적인 라텍스 일회용 장갑을 통해 흡수되기 때문에 청소할 때 장갑을 사용했습니다.

드릴과 드릴 비트를 사용하여 안테나 커넥터용 구멍을 뚫었습니다.

첫 번째 프로토타입에는 표준 Linksys 라우터 안테나의 RP-TNC 커넥터를 사용했습니다.

Linksys의 클로즈업 - RP-TNC 호환 안테나 커넥터:

납땜 직전에 납땜 영역의 PCB에 약간의 물을 발랐습니다.

다음 단계는 RP-TNC 커넥터의 와이어를 인쇄 회로 기판의 Sierpinski 안테나 베이스에 납땜하는 것입니다.

안테나 커넥터의 두 번째 와이어를 PCB 보드 평면에 납땜합니다.

안테나를 사용할 준비가 되었습니다!

지식 기반에서 좋은 작업을 보내는 것은 간단합니다. 아래 양식을 사용하세요

연구와 업무에 지식 기반을 활용하는 학생, 대학원생, 젊은 과학자들은 여러분에게 매우 감사할 것입니다.

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소개

안테나는 전자기파를 방출하거나 수신하도록 설계된 무선 장치입니다. 안테나는 전파 방출 또는 수신과 관련된 모든 무선 엔지니어링 시스템의 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 이러한 시스템에는 무선 통신 시스템, 무선 방송, 텔레비전, 무선 제어, 무선 중계 통신, 레이더, 무선 천문학, 무선 항법 등이 포함됩니다.

구조적으로 안테나는 와이어, 금속 표면, 유전체, 자기유전체로 구성됩니다. 안테나의 목적은 무선 링크의 단순화된 다이어그램으로 설명됩니다. 유용한 신호에 의해 변조되고 발생기에 의해 생성된 고주파 전자기 진동은 송신 안테나에 의해 전자기파로 변환되어 우주로 방사됩니다. 일반적으로 전자파는 송신기에서 안테나로 직접 공급되지 않고 전력선(전자파 전송선, 급전선)을 이용하여 공급된다.

이 경우, 이와 관련된 전자기파는 피더를 따라 전파되며 안테나에 의해 자유 공간의 발산 전자기파로 변환됩니다.

수신 안테나는 자유 전파를 포착하여 이를 결합파로 변환하고, 이는 피더를 통해 수신기로 공급됩니다. 안테나 가역성의 원리에 따라 송신 모드에서 작동하는 안테나의 속성은 이 안테나가 수신 모드에서 작동할 때 변경되지 않습니다.

안테나와 유사한 장치는 전자기 진동을 자극하는 데에도 사용됩니다. 다양한 방식도파관 및 체적 공진기.

1. 안테나의 주요 특성

1.1 안테나의 주요 매개변수에 대한 간략한 정보

안테나를 선택할 때 작동 주파수 범위(대역폭), 이득, 방사 패턴, 입력 임피던스, 편파 등 주요 특성을 비교합니다. 정량적으로, 안테나 이득 Ga는 주어진 안테나가 수신한 신호 전력이 가장 단순한 안테나, 즉 공간의 동일한 지점에 배치된 반파장 진동기(등방성 이미터)에서 수신한 신호 전력보다 몇 배 더 큰지를 보여줍니다. 이득은 데시벨 dB 또는 dB로 표시됩니다. 위에 정의된 dB 또는 dBd(쌍극자 또는 반파 진동기에 상대적)로 표시되는 이득과 dBi 또는 dB ISO로 표시되는 등방성 방사기에 상대적인 이득 사이에는 구별이 이루어져야 합니다. 어쨌든 비슷한 값을 비교하는 것은 필요하다. 이득이 높은 안테나를 사용하는 것이 바람직하지만 이득을 높이려면 일반적으로 설계와 크기가 복잡해집니다. 높은 이득을 갖는 단순한 소형 안테나는 없습니다. 안테나의 방사 패턴(RP)은 안테나가 다양한 방향에서 신호를 수신하는 방식을 보여줍니다. 이 경우 수평면과 수직면 모두에서 안테나 패턴을 고려해야 합니다. 모든 평면의 전방향 안테나는 원 모양의 패턴을 가지고 있습니다. 즉, 안테나는 수평 평면의 수직 막대의 방사 패턴과 같이 모든 측면에서 신호를 균등하게 수신할 수 있습니다. 지향성 안테나는 하나 또는 여러 개의 패턴 로브가 있는 것이 특징이며, 그 중 가장 큰 것을 메인 로브라고 합니다. 일반적으로 메인 엽 외에도 후면 및 측면 엽이 있으며 그 레벨은 메인 엽보다 훨씬 낮으므로 안테나 성능이 저하되므로 가능한 한 레벨을 줄이려고 노력합니다. .

안테나 입력 임피던스는 안테나 급전점에서의 신호 전류에 대한 순간 전압 값의 비율로 간주됩니다. 신호의 전압과 전류가 같은 위상이면 비율은 실제 값이고 입력 저항은 순전히 활성 상태입니다. 위상이 이동하면 능동 구성 요소 외에도 전류 위상이 전압보다 뒤처지는지 또는 전진하는지에 따라 유도성 또는 용량성 등의 반응성 구성 요소가 나타납니다. 입력 임피던스는 수신된 신호의 주파수에 따라 달라집니다. 나열된 주요 특성 외에도 안테나에는 SWR(정재파 비율), 교차 편파 수준, 작동 온도 범위, 풍하중 등과 같은 여러 가지 중요한 매개변수가 있습니다.

1.2 안테나 분류

안테나는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 광대역 원리, 방사 요소의 특성(선형 전류가 있는 안테나 또는 진동기 안테나, 조리개를 통해 방출되는 안테나 - 조리개 안테나, 표면 안테나)에 따라 분류됩니다. 안테나가 사용되는 무선 엔지니어링 시스템 유형(무선 통신용 안테나, 라디오 방송용 안테나, 텔레비전 등)에 따라 다릅니다. 우리는 범위 분류를 준수합니다. 동일한(유형) 방사 요소를 가진 안테나는 서로 다른 파장 범위에서 자주 사용되지만 디자인은 다릅니다. 이러한 안테나의 매개변수와 요구 사항도 크게 다릅니다.

다음 파장 범위의 안테나가 고려됩니다(범위 이름은 "무선 규정"의 권장 사항에 따라 제공되며 안테나 피더 장치에 대한 문헌에서 널리 사용되는 이름은 괄호 안에 표시됨). -긴) 파도 (); 킬로미터(장)파(); 헥토미터(평균) 파동(); 데카미터(짧은) 파동(); 미터파(); 데시미터파(); 센티미터파(); 밀리미터 파 (). 마지막 4개 대역은 때때로 "초단파"(VHF)라는 일반적인 이름으로 결합됩니다.

1.2.1 안테나 밴드

최근 무선통신 및 방송시장에는 다양한 목적을 위한 새로운 통신시스템이 대거 등장하고 있으며, 다양한 특성. 사용자의 입장에서는 무선 통신 시스템이나 방송 시스템을 선택할 때 먼저 통신(방송)의 품질과 이 시스템(사용자 단말기)의 사용 편의성을 고려합니다. 치수, 무게, 조작 용이성, 목록 추가 기능. 이러한 모든 매개변수는 안테나 장치의 유형 및 설계와 고려 중인 시스템의 안테나-피더 경로 요소에 따라 크게 결정되며, 이 요소 없이는 무선 통신이 불가능합니다. 결국, 안테나의 설계와 효율성을 결정하는 요소는 작동 주파수 범위입니다.

허용되는 주파수 범위 분류에 따라 근본적으로 서로 다른 몇 가지 큰 클래스(그룹)의 안테나가 구별됩니다. 초장파(VLF) 및 장파(LW) 범위의 안테나; 중파(MF) 안테나; 단파(HF) 안테나; 초단파(VHF) 안테나; 마이크로파 안테나.

개인 통신 서비스, 라디오 및 TV 방송 제공 측면에서 최근 몇 년 동안 가장 인기 있는 것은 HF, VHF 및 마이크로파 라디오 시스템이며, 안테나 장치에 대해서는 아래에서 설명합니다. 안테나 사업에서 새로운 것을 발명하는 것이 불가능해 보임에도 불구하고 최근에는 새로운 기술과 원리를 기반으로 기존 안테나가 크게 개선되었으며 이전과 근본적으로 다른 새로운 안테나가 개발되었습니다. 디자인, 치수, 기본 특성 등이 기존의 것 등으로 인해 현대 무선 시스템에 사용되는 안테나 장치 유형의 수가 크게 증가했습니다.

모든 무선 통신 시스템에는 전송 전용, 전송 및 수신 전용 또는 수신 전용으로 설계된 안테나 장치가 있을 수 있습니다.

각 주파수 범위에 대해 방향성 및 무지향성(전방향) 동작을 갖는 무선 장치의 안테나 시스템을 구별해야 하며 이는 장치의 목적(통신, 방송 등)에 따라 결정됩니다. , 장치가 해결하는 작업(알림, 통신, 방송 등) d.). 일반적으로 안테나의 지향성을 높이기 위해(방사 패턴을 좁히기 위해) 기본 라디에이터(안테나)로 구성된 안테나 어레이를 사용할 수 있습니다. 이는 특정 위상 조정 조건에서 방향에 필요한 변경을 제공할 수 있습니다. 공간에서의 안테나 빔(안테나 방사 패턴의 위치 제어 제공) 각 범위 내에서는 특정 주파수(단일 주파수 또는 협대역)에서만 작동하는 안테나 장치와 상당히 넓은 주파수 범위(광대역 또는 광대역)에서 작동하는 안테나를 구별하는 것도 가능합니다.

1.3 안테나 어레이로부터의 방사선

실제로 종종 요구되는 높은 방사 지향성을 얻기 위해 진동기, 슬릿, 도파관의 개방형 끝 등과 같은 약한 방향성 안테나 시스템을 사용할 수 있습니다. 이 안테나는 공간에서 특정 방식으로 위치하며 필요한 전류에 의해 여기됩니다. 진폭 및 위상 비율. 이 경우 특히 이미터 수가 많은 경우 전체 방향성은 주로 전체 시스템의 전체 크기에 의해 결정되며, 그 정도는 훨씬 적지만 개별 이미터의 개별 방향 속성에 의해 결정됩니다.

이러한 시스템에는 안테나 어레이(AR)가 포함됩니다. 일반적으로 AR은 공간에서 동일하게 방향이 지정되고 특정 법칙에 따라 위치하는 동일한 방사 요소의 시스템입니다. 요소의 배열에 따라 선형, 표면 및 체적 격자가 구별되며 그중 가장 일반적인 것은 직선 및 평면 AR입니다. 때때로 방사 요소는 원형 호를 따라 위치하거나 AR이 위치한 물체의 모양과 일치하는 곡면(등각 AR)에 위치합니다.

가장 간단한 것은 방사 요소가 서로 동일한 거리(등거리 배열)에 배열 축이라고 하는 직선을 따라 위치하는 선형 배열입니다. 이미터의 위상 중심 사이의 거리 d를 격자 피치라고 합니다. 선형 AR은 독립적인 중요성 외에도 다른 AR 유형 분석의 기초가 되는 경우가 많습니다.

2 . 유망 안테나 구조 분석

2.1 HF 및 VHF 안테나

그림 1 - 안테나 기지국

현재 HF 및 VHF 대역에서는 통신(무선 중계, 셀룰러, 트렁킹, 위성 등), 라디오 방송, TV 방송 등 다양한 목적을 위한 수많은 무선 시스템이 운영되고 있습니다. 설계 및 특성에 따라 이러한 시스템의 모든 안테나 장치는 고정 장치 안테나와 모바일 장치 안테나의 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 고정 안테나에는 기지국 통신국의 안테나, 텔레비전 수신 안테나, 무선 중계 통신선의 안테나가 포함되며, 이동 안테나에는 개인 통신 사용자 단말기의 안테나, 자동차 안테나, 착용형(휴대용) 무선국의 안테나가 포함됩니다.

기지국 안테나는 주로 움직이는 물체와 통신을 제공하므로 수평면에서 대부분 전방향입니다. 가장 널리 사용되는 수직 편파 휩 안테나는 설계의 단순성과 충분한 효율성으로 인해 "Ground Plane"("GP") 유형입니다. 이러한 안테나는 작동 파장 l에 따라 선택된 길이 L의 수직 막대로, 일반적으로 마스트에 설치되는 3개 이상의 평형추가 있습니다(그림 1).

핀 L의 길이는 l/4, l/2 및 5/8l이고 균형추의 범위는 0.25l ~ 0.1l입니다. 안테나의 입력 임피던스는 균형추와 마스트 사이의 각도에 따라 달라집니다. 이 각도가 작을수록(평형추가 마스트에 더 많이 눌려질수록) 저항은 커집니다. 특히, L = 1/4인 안테나의 경우 50Ω의 입력 임피던스는 30°...45° 각도에서 달성됩니다. 수직면에서 이러한 안테나의 방사 패턴은 수평선에 대해 30° 각도에서 최대값을 갖습니다. 안테나 이득은 수직 반파장 다이폴의 이득과 동일합니다. 그러나 이 설계에서는 핀과 마스트 사이에 연결이 없습니다. 추가 사용뇌우 및 정전기로부터 안테나를 보호하기 위해 케이블 길이 l/4를 단락시킵니다.

길이가 L = l/2인 안테나에는 균형추가 필요하지 않으며 그 역할은 마스트에 의해 수행되며 수직면의 패턴이 수평선에 더 눌려 범위가 늘어납니다. 이 경우 입력 임피던스를 낮추기 위해 고주파 변압기를 사용하고 핀의 베이스는 정합 변압기를 통해 접지된 마스트에 연결되어 낙뢰 보호 및 정전기 문제를 자동으로 해결합니다. 반파장 다이폴에 비해 안테나 이득은 약 4dB입니다.

장거리 통신을 위한 "GP" 안테나 중 가장 효과적인 것은 L = 5/8l인 안테나입니다. 반파장 안테나보다 약간 길며, 피더 케이블은 진동기 바닥에 있는 매칭 인덕턴스에 연결됩니다. 평형추(최소 3개)는 수평면에 위치합니다. 이러한 안테나의 이득은 5-6dB이고 최대 DP는 수평에 대해 15° 각도에 위치하며 핀 자체는 일치하는 코일을 통해 마스트에 접지됩니다. 이러한 안테나는 반파장 안테나보다 폭이 좁기 때문에 더 주의 깊게 튜닝해야 합니다.

그림 2 - 반파 진동기 안테나

그림 3 - 반파 진동기의 마름모꼴 안테나

대부분의 기본 안테나는 옥상에 설치되므로 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 다음 사항을 고려해야 합니다.

안테나 베이스를 지붕면에서 3m 이상 떨어진 곳에 배치하는 것이 좋습니다.

안테나 근처에는 금속 물체나 구조물이 없어야 합니다( 텔레비전 안테나, 전선 등);

안테나는 가능한 높게 설치하는 것이 좋습니다.

안테나의 작동은 다른 기지국을 방해해서는 안 됩니다.

안정적인 무선 통신을 구축하는 데 중요한 역할은 수신(방출) 신호의 편파에 의해 수행됩니다. 장거리 전파 중에 표면파는 수평 편파에서 상당히 적은 감쇠를 경험하므로 장거리 무선 통신 및 텔레비전 전송의 경우 수평 편파 안테나가 사용됩니다(진동기는 수평으로 위치함).

지향성 안테나 중 가장 간단한 것은 반파 진동기입니다. 대칭형 반파 진동기의 경우 두 개의 동일한 암의 총 길이는 대략 l/2(0.95 l/2)와 동일하며 방사 패턴은 수평면에서 8자 모양, 수직에서는 원 모양을 갖습니다. 비행기. 위에서 언급한 게인은 측정 단위로 사용됩니다.

그러한 안테나의 진동기 사이의 각도가 b와 같은 경우<180є, то получают антенну типа V, у которой ДН складывается из ДН составных её частей, причём угол раскрыва зависит от длины вибратора (рисунок 2). Так, например, при L =л получаем б=100є, а при L = 2л, б =70є, а усиление равно 3,5 дБ и 4,5 дБ, входное сопротивление - 100 и 120 Ом соответственно.

두 개의 V형 안테나를 패턴이 합산되는 방식으로 연결하면 지향성이 훨씬 더 뚜렷한 마름모꼴 안테나가 생성됩니다(그림 3).

전력 지점 반대편에 있는 다이아몬드 상단에 부하 저항기 Rn을 연결하면 송신기 전력의 절반에 해당하는 전력을 소산하고 패턴의 백 로브를 15...20dB까지 억제할 수 있습니다. 수평면에서 주엽의 방향은 대각선 a와 일치합니다. 수직면에서 주엽은 수평으로 향합니다.

상대적으로 가장 단순한 방향성 안테나 중 하나는 "이중 사각형" 루프 안테나로 이득은 8...9dB이고 패턴의 백 로브 억제는 20dB 이상이며 편파는 수직입니다.

그림 4 - 웨이브 채널 안테나

특히 VHF 범위에서 가장 널리 퍼진 것은 "파동 채널"유형의 안테나입니다 (외국 문헌 - Uda-Yagi 안테나). 왜냐하면 매우 작고 상대적으로 작은 치수로 큰 Ga 값을 제공하기 때문입니다. 이 유형의 안테나는 능동 - 진동기 및 수동 - 반사경과 하나의 공통 붐에 설치된 여러 디렉터로 구성된 일련의 요소입니다(그림 4). 이러한 안테나, 특히 요소 수가 많은 안테나는 제조 중에 세심한 조정이 필요합니다. 3요소 안테나(진동기, 반사경, 디렉터 1개)의 경우 추가 구성 없이 기본 특성을 구현할 수 있습니다.

이 유형의 안테나의 복잡성은 안테나의 입력 임피던스가 수동 요소의 수에 따라 달라지고 안테나 구성에 크게 좌우된다는 사실에도 있습니다. 이는 문헌에서 종종 정확한 값을 나타내지 않는 이유입니다. 그러한 안테나의 입력 임피던스. 특히, 입력임피던스가 300옴 정도인 피스톨코르(Pistolkors) 루프진동기를 진동기로 사용할 경우, 수동소자의 수가 증가함에 따라 안테나의 입력임피던스가 감소하여 30~50의 값에 도달하게 된다. 옴(Ω)으로 인해 피더와의 불일치가 발생하고 추가 일치가 필요합니다. 수동 요소 수가 증가하면 안테나 패턴이 좁아지고 이득이 증가합니다. 예를 들어 3요소 및 5요소 안테나의 경우 이득은 5...6dB 및 8...9dB입니다. 패턴의 메인 빔 폭은 각각 70°와 50°입니다.

"파동 채널" 유형 안테나에 비해 광대역이 더 많고 튜닝이 필요하지 않은 AWA(진행파 안테나)는 서로 동일한 거리에 위치한 모든 진동기가 활성화되어 수집 라인에 연결됩니다(그림 5). 수신된 신호 에너지는 거의 동일한 위상으로 수집 라인에 합산되어 피더로 들어갑니다. 이러한 안테나의 이득은 수집선의 길이에 의해 결정되고 이 길이와 수신된 신호의 파장의 비율에 비례하며 진동기의 방향 특성에 따라 달라집니다. 특히 필요한 주파수 범위에 해당하고 수집 라인에 대해 60° 각도에 위치한 서로 다른 길이의 진동기 6개를 갖춘 ABC의 경우 이득 범위는 작동 범위 내에서 4dB ~ 9dB이며 역방사 수준은 다음과 같습니다. 14dB 낮습니다.

그림 5 - 진행파 안테나

그림 6 - 로그 주기성 구조 또는 로그 주기 안테나가 있는 안테나

고려되는 안테나의 방향 특성은 수신된 신호의 파장에 따라 달라집니다. 넓은 주파수 범위에서 일정한 모양의 패턴을 갖는 가장 일반적인 유형의 안테나 중 하나는 구조의 로그 주기성을 갖는 안테나 또는 로그 주기 안테나(LPA)입니다. 범위가 넓습니다. 수신된 신호의 최대 파장은 최소 파장의 10배 이상을 초과합니다. 동시에 전체 작동 범위에 걸쳐 안테나와 피더의 우수한 매칭이 보장되며 이득은 거의 변하지 않습니다. LPA의 수집 라인은 일반적으로 서로 위에 위치한 두 개의 도체로 구성되며, 여기에 진동기의 암이 한 번에 하나씩 수평으로 부착됩니다(그림 6, 평면도).

LPA 진동기는 꼭지점 b의 각도와 가장 큰 진동기와 동일한 밑변을 가진 이등변 삼각형에 내접되어 있는 것으로 나타났습니다. 안테나의 작동 대역폭은 가장 긴 진동기와 가장 짧은 진동기의 크기에 따라 결정됩니다. 대수 안테나 구조의 경우 인접한 진동기의 길이와 진동기에서 구조 상단까지의 거리 사이에 특정 관계가 충족되어야 합니다. 이 관계를 구조 기간 f라고 합니다.

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=...=f

따라서 진동기의 크기와 삼각형 꼭지점에서 진동기까지의 거리가 기하급수적으로 줄어듭니다. 안테나의 특성은 f와 b의 값에 의해 결정됩니다. 각도 b가 더 작고 b가 클수록(b는 항상 1보다 작습니다) 안테나 이득은 더 커지고 방사 패턴의 후면 및 측면 로브 수준은 낮아집니다. 그러나 동시에 진동기의 수가 증가하고 안테나의 크기와 무게도 증가합니다. 각도 b의 최적 값은 3τ…60τ 및 Φ - 0.7…0.9 내에서 선택됩니다.

수신된 신호의 파장에 따라 여러 개의 진동기가 안테나 구조에서 여기되며 그 크기는 신호 파장의 절반에 가장 가깝습니다. 따라서 LPA는 원칙적으로 서로 연결된 여러 "파동 채널"안테나와 유사합니다. 그 중 진동기, 반사경 및 감독이 포함되어 있습니다. 신호의 특정 파장에서는 진동기 3개 중 하나만 여기되고 나머지는 디튠되어 안테나 작동에 영향을 주지 않습니다. 따라서 LPA의 이득은 동일한 수의 요소를 가진 "파동 채널"안테나의 이득보다 작지만 LPA의 대역폭은 훨씬 더 넓은 것으로 나타납니다. 따라서 10개의 진동기와 값 b = 45, f = 0.84로 구성된 LPA의 경우 계산된 이득은 6dB이며 이는 전체 작동 주파수 범위에서 실제로 변하지 않습니다.

무선 중계 통신선의 경우 다른 무선 전자 장비에 간섭을 주지 않고 고품질 통신을 보장하기 위해 좁은 방사 패턴을 갖는 것이 매우 중요합니다. 패턴을 좁히기 위해 AR(안테나 어레이)이 널리 사용되며, 서로 다른 평면에서 패턴을 좁히고 메인 로브의 너비에 서로 다른 값을 제공합니다. 안테나 어레이의 기하학적 치수와 방사 패턴의 특성은 작동 주파수 범위에 크게 좌우된다는 것은 매우 분명합니다. 주파수가 높을수록 어레이는 더 콤팩트해지고 방사 패턴은 더 좁아집니다. , 이득이 더 커집니다. 동일한 주파수에 대해 AR 크기(기본 이미터 수)가 증가하면 패턴이 좁아집니다.

VHF 대역의 경우 진동기 안테나(루프 진동기)로 구성된 어레이가 자주 사용되며 그 수는 수십에 달할 수 있고 이득은 15dB 이상으로 증가하며 모든 평면의 패턴 너비는 10°로 좁아질 수 있습니다. 예를 들어, 주파수 범위 395...535 MHz에서 수직으로 위치한 16개의 루프 진동기의 경우 패턴은 수직 평면에서 10°로 좁아집니다.

사용자 단말기에 사용되는 주요 안테나 유형은 수평면에 원형 패턴을 갖는 수직 편파 휩 안테나입니다. 이러한 안테나의 효율성은 낮은 이득 값, 방사 패턴에 대한 주변 물체의 영향, 적절한 접지 부족 및 안테나의 기하학적 치수에 대한 제한으로 인해 매우 낮습니다. 후자는 안테나와 무선 장치의 입력 회로의 고품질 매칭이 필요합니다. 일반적인 설계 매칭 옵션은 길이에 따라 분포된 인덕턴스와 안테나 베이스의 인덕턴스입니다. 무선 통신 범위를 늘리기 위해 수 미터 길이의 특수 확장 안테나가 사용되어 수신 신호 레벨이 크게 증가합니다.

현재 자동차 안테나에는 모양, 디자인, 가격이 다양한 다양한 유형이 있습니다. 이러한 안테나에는 기계, 전기, 작동 및 미적 매개변수에 대한 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. 통신 범위 측면에서 최상의 결과는 길이가 1/4인 풀사이즈 안테나로 달성되지만 큰 기하학적 치수가 항상 편리한 것은 아니므로 특성을 크게 저하시키지 않고 안테나를 단축하는 다양한 방법이 사용됩니다. 제공하기 위해 셀룰러 통신자동차에서는 마이크로스트립 공진 안테나(단일, 이중, 삼중대역)를 사용할 수 있는데, 이는 자동차 유리 내부에 부착되므로 외부 부품 설치가 필요하지 않습니다. 이러한 안테나는 450~1900MHz 주파수 범위에서 수직 편파 신호의 수신 및 전송을 제공하며 최대 2dB의 이득을 갖습니다.

2.1.1 마이크로파 안테나의 일반적인 특성

최근 몇 년간 전자레인지 분야에서는 기존 및 새로 개발된 통신 및 방송 시스템의 수가 증가했습니다. 지상파 시스템의 경우 - 무선 중계 통신 시스템, 라디오 및 TV 방송, 셀룰러 TV 시스템 등, 위성 시스템의 경우 - 직접 TV 방송, 전화, 팩스, 페이징 통신, 화상 회의, 인터넷 액세스 등이 있습니다. 이러한 유형의 통신 및 방송에 사용되는 주파수 범위는 이러한 목적으로 할당된 주파수 스펙트럼 섹션에 해당하며, 주요 주파수 범위는 3.4...4.2 GHz입니다. 5.6~6.5GHz; 10.7~11.7GHz; 13.7~14.5GHz; 17.7~19.7GHz; 21.2~23.6GHz; 24.5~26.5GHz; 27.5~28.5GHz; 36~40GHz. 때때로 기술 문헌에서 마이크로파 범위에는 1GHz 이상의 주파수에서 작동하는 시스템이 포함되지만 이 범위는 엄격히 3GHz부터 시작됩니다.

지상파 마이크로파 시스템의 경우 안테나 장치는 소형 거울, 혼, 혼렌즈 안테나로 마스트에 설치되며 유해한 대기 영향으로부터 보호됩니다. 목적, 설계 및 주파수 범위에 따라 지향성 안테나는 이득-12 ~ 50dB, 빔 폭 (레벨-3dB)-3.5 ~ 120º와 같은 광범위한 특성을 갖습니다. 또한, 셀룰러 텔레비전 시스템은 정점이 서로를 가리키는 두 개의 금속 원뿔, 원뿔 사이에 설치된 유전체 렌즈 및 여기 장치로 구성된 쌍원추형 전방향(수평면) 안테나를 사용합니다. 이러한 안테나의 이득은 7~10dB이고, 수직면의 메인 로브 폭은 8~15dB이며, 측면 로브의 레벨은 마이너스 14dB보다 나쁘지 않습니다.

3. 안테나 프랙탈 구조를 합성할 수 있는 방법 분석

3.1 프랙탈 안테나

프랙탈 안테나는 상대적으로 새로운 종류의 전기 소형 안테나(EMA)로 알려진 솔루션과 구조가 근본적으로 다릅니다. 실제로 안테나의 전통적인 진화는 정수 차원의 객체(선, 원, 타원, 포물면 등)를 사용하여 작동하는 유클리드 기하학을 기반으로 했습니다. 프랙탈 기하학적 형태의 주요 차이점은 분수 차원으로, 이는 원래 결정론적 패턴이나 무작위 패턴이 증가하거나 감소하는 재귀적 반복에서 외부적으로 나타납니다. 프랙탈 기술은 신호 필터링 도구 개발, 자연 경관의 3차원 컴퓨터 모델 합성 및 이미지 압축 분야에서 널리 보급되었습니다. 프랙탈 "패션"이 안테나 이론을 우회하지 않은 것은 당연합니다. 더욱이, 안테나 기술의 현대 프랙탈 기술의 원형은 지난 세기 60년대 중반에 제안된 로그 주기 및 나선형 디자인이었습니다. 사실, 엄격한 수학적 의미에서 개발 당시의 그러한 구조는 프랙탈 기하학과 아무런 관련이 없었으며 실제로는 첫 번째 종류의 프랙탈이었습니다. 현재 연구자들은 주로 시행착오를 통해 안테나 솔루션의 기하학에 알려진 프랙탈을 사용하려고 노력하고 있습니다. 시뮬레이션 모델링과 실험 결과, 프랙탈 안테나를 사용하면 기존 안테나와 거의 동일한 이득을 얻을 수 있으면서도 더 작은 크기로 모바일 애플리케이션에 중요한 이점을 얻을 수 있음이 밝혀졌습니다. 다양한 유형의 프랙탈 안테나를 만드는 분야에서 얻은 결과를 고려해 보겠습니다.

코헨이 공개한 새로운 안테나 디자인의 특성에 대한 연구 결과가 전문가들의 관심을 끌었다. 많은 연구자들의 노력 덕분에 오늘날 프랙탈 안테나 이론은 EMA의 합성 및 분석을 위한 독립적이고 상당히 발전된 장치로 바뀌었습니다.

3.2 속성프랙탈 안테나

SFC는 모노폴 및 다이폴 암 제작, 인쇄된 안테나 토폴로지 형성, FSS(주파수 선택 표면) 또는 반사경 쉘 형성, 루프 안테나 및 혼 구멍 프로파일의 윤곽 구성, 슬롯 안테나의 밀링 슬롯을 위한 템플릿으로 사용할 수 있습니다.

Koch 곡선, 사각파의 4회 반복 및 나선형 안테나에 대해 Cushcraft 전문가가 얻은 실험 데이터를 통해 Koch 안테나의 전기적 특성을 주기적인 구조를 가진 다른 이미터와 비교할 수 있습니다. 비교된 모든 이미터는 다중 주파수 특성을 갖고 있으며 이는 임피던스 그래프에서 주기적인 공진이 있을 때 나타납니다. 그러나 다중 대역 응용 분야의 경우 Koch 프랙탈이 가장 적합합니다. 주파수가 증가하면 반응성 및 활성 저항의 피크 값이 감소하고 구불구불한 나선의 경우 증가합니다.

일반적으로 복잡한 토폴로지를 가진 도체의 파동 과정에 대한 분석적 설명이 부족하기 때문에 프랙탈 수신 안테나와 그에 입사하는 전자기파 사이의 상호 작용 메커니즘을 이론적으로 상상하기 어렵다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 상황에서는 수학적 모델링을 통해 프랙탈 안테나의 주요 매개변수를 결정하는 것이 좋습니다.

최초의 자기 유사 프랙탈 곡선을 구성하는 예는 1890년 이탈리아 수학자 주세페 페아노(Giuseppe Peano)에 의해 시연되었습니다. 한계 내에서 그가 제안한 선은 모든 점을 둘러싸며 사각형을 완전히 채웁니다(그림 9). 그 후 다른 유사한 물체가 발견되었으며 가족 발견자의 이름을 따서 "Peano curves"라는 일반적인 이름을 받았습니다. 사실, Peano가 제안한 곡선에 대한 순전히 분석적인 설명으로 인해 SFC 선 분류에 약간의 혼란이 발생했습니다. 실제로 "Peano 곡선"이라는 이름은 원래 곡선에만 부여되어야 하며 그 구성은 Peano가 게시한 분석에 해당합니다(그림 10).

그림 9 - Peano 곡선의 반복: a) 초기 선, b) 첫 번째, c) 두 번째 및 d) 세 번째 반복

그림 10 - 1891년 Hilbert가 제안한 폴리라인의 반복

종종 재귀적인 페아노 곡선(recursive Peano curve)으로 해석됩니다.

따라서 고려 중인 안테나 기술의 목적을 지정하기 위해 프랙탈 안테나의 하나 또는 다른 형태를 설명할 때 가능하면 SFC의 해당 수정을 제안한 작성자의 이름을 언급해야 합니다. 추정에 따르면 알려진 SFC 품종의 수가 300개에 가까워지고 이 수치는 제한이 없기 때문에 이는 더욱 중요합니다.

원래 형태의 Peano 곡선(그림 9)은 도파관, 인쇄된 안테나 및 기타 개구 프랙탈 안테나의 벽에 슬릿을 만드는 데 매우 적합하지만 접촉식 안테나를 구성하는 데는 적합하지 않습니다. 섹션. 따라서 Fractus 전문가들은 "Peanodec"이라는 수정 사항을 제안했습니다(그림 11).

그림 11 - Peano 곡선 수정의 변형("Peanodec"): a) 첫 번째, b) 두 번째 c) 세 번째 반복

Koch 토폴로지를 사용하는 안테나의 유망한 응용 분야는 MIMO 통신 시스템(입력 및 출력이 많은 통신 시스템)입니다. 이러한 통신에서 사용자 단말기의 안테나 배열을 소형화하기 위해 그리스 파트라스 대학교 전자기학 연구소의 전문가들은 역 L-안테나(ILA)와의 프랙탈 유사성을 제안했습니다. 아이디어의 핵심은 Koch 진동기를 2:1의 길이 비율로 세그먼트로 나누는 지점에서 90° 구부리는 것입니다. 반송 주파수가 ~2.4Hz인 이동 통신의 경우 인쇄된 안테나의 크기는 12.33×10.16mm(~L/10ChL/12)이고 대역폭은 ~20%이며 효율은 93%입니다.

그림 12 - 이중 대역(2.45 및 5.25GHz) 안테나 어레이의 예

방위각 방사 패턴은 거의 균일하며 피더 입력 측면의 이득은 ~3.4dB입니다. 기사에 언급된 바와 같이 격자(그림 12)의 일부인 인쇄 요소의 작동은 단일 요소에 비해 효율성이 감소하는 것이 사실입니다. 따라서 2.4GHz 주파수에서 90° 구부러진 Koch 모노폴의 효율은 93%에서 72%로 감소하고, 5.2GHz 주파수에서는 90%에서 80%로 감소합니다. 고주파수 대역 안테나의 상호 영향으로 상황이 다소 나아졌습니다. 5.25GHz의 주파수에서 중앙 안테나 쌍을 형성하는 요소 간의 격리는 10dB입니다. 서로 다른 범위의 한 쌍의 인접 요소에 대한 상호 영향의 경우 신호 주파수에 따라 격리는 11dB(2.45GHz에서)에서 15dB(5.25GHz 주파수에서)까지 다양합니다. 안테나 성능이 저하되는 이유는 인쇄된 요소의 상호 영향 때문입니다.

따라서 Koch 파선을 기반으로 안테나 시스템의 다양한 매개변수를 선택할 수 있는 기능을 통해 설계는 값에 대한 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 내부 저항및 유통 공진 주파수. 그러나 재귀적 차원과 안테나 특성의 상호의존성은 특정 형상에 대해서만 얻을 수 있으므로 다른 재귀적 구성에 대해 고려된 속성의 타당성은 추가 연구가 필요합니다.

3.3 프랙탈 안테나의 특성

그림 13 또는 20에 표시된 Koch 프랙탈 안테나는 정삼각형 시작 재귀 삼각형을 사용하여 구현할 수 있는 옵션 중 하나일 뿐입니다. 각도와 밑면(압입 각도 또는 "압입 각도")은 60°입니다. 이 버전의 Koch 프랙탈을 일반적으로 표준이라고 합니다. 이 각도의 다른 값으로 프랙탈을 수정하는 것이 가능한지 궁금해하는 것은 매우 자연스러운 일입니다. Vinoy는 안테나 설계를 특징짓는 매개변수로 시작 삼각형 밑면의 각도를 고려할 것을 제안했습니다. 이 각도를 변경하면 다양한 차원의 유사한 재귀 곡선을 얻을 수 있습니다(그림 13). 곡선은 자기유사성을 유지하지만 결과적인 선 길이가 다를 수 있으며 이는 안테나의 특성에 영향을 미칩니다. Vinoy는 안테나의 특성과 일반화된 Koch 프랙탈 D의 차원 사이의 상관관계를 연구한 최초의 사람입니다. 일반적인 경우 의존성에 의해 결정됩니다.

(1)

각도가 증가함에 따라 프랙탈의 차원도 증가하고 u>90°에서 2에 가까워지는 것으로 나타났습니다. 프랙탈 안테나 이론에 사용된 차원 개념은 기하학에서 허용되는 개념과 다소 모순된다는 점에 유의해야 합니다. , 여기서 이 측정값은 무한 재귀 개체에만 적용됩니다.

그림 13 - 프랙탈 생성기의 삼각형 밑면에서 a) 30° 및 b) 70° 각도의 코흐 곡선 구성

치수가 증가함에 따라 파선의 전체 길이는 다음 관계식에 따라 비선형적으로 증가합니다.

(2)

여기서 L0는 선형 쌍극자의 길이이고 양 끝 사이의 거리는 코흐 파선의 거리와 동일하며 n은 반복 횟수입니다. 여섯 번째 반복에서 u = 60°에서 u = 80°로 전환하면 프리프랙탈의 전체 길이가 4배 이상 증가할 수 있습니다. 예상한 대로 순환 차원과 기본 공진 주파수, 공진 시 내부 저항, 다중 대역 특성과 같은 안테나 속성 사이에는 직접적인 관계가 있습니다. 컴퓨터 계산을 기반으로 Vinoy는 프리프랙탈 D의 차원, 반복 수 n 및 Koch 파선과 동일한 높이의 직선 쌍극자 fD의 공진 주파수에 대한 Koch 쌍극자 fk의 첫 번째 공진 주파수의 의존성을 얻었습니다. 극단적인 지점에서):

(3)

그림 14 - 전자파 누출 효과

일반적인 경우 첫 번째 공진 주파수에서 Koch 쌍극자의 내부 저항에 대해 다음과 같은 대략적인 관계가 유효합니다.

(4)

여기서 R0는 선형 쌍극자(D=1)의 내부 저항이며, 고려 중인 경우에는 72Ω입니다. 식 (3)과 (4)는 필요한 공진 주파수 및 내부 저항 값으로 안테나의 기하학적 매개 변수를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. Koch 쌍극자의 다중대역 특성은 각도 u 값에도 매우 민감합니다. 증가함에 따라 공진 주파수의 공칭 값이 더 가까워지고 결과적으로 주어진 스펙트럼 범위의 수가 증가합니다(그림 15). 더욱이, 반복 횟수가 높을수록 이러한 수렴은 더 강해집니다.

그림 15 - 공진 주파수 사이의 간격을 좁히는 효과

펜실베니아 대학에서는 Koch 쌍극자의 또 다른 중요한 측면, 즉 안테나의 내부 저항이 50Ω에 접근하는 정도에 대한 전원 공급 장치의 비대칭 효과에 대해 연구했습니다. 선형 쌍극자에서 급전점은 종종 비대칭으로 위치합니다. 내부 저항이 표준 값보다 작은 Koch 곡선 형태의 프랙탈 안테나에도 동일한 접근 방식을 사용할 수 있습니다. 따라서 세 번째 반복에서 표준 Koch 쌍극자(u = 60°)의 내부 저항은 중앙에 피더를 연결할 때 손실을 고려하지 않고 28Ω입니다. 피더를 안테나의 한쪽 끝으로 이동하면 50Ω의 저항을 얻을 수 있습니다.

지금까지 고려된 Koch 파선의 모든 구성은 재귀적으로 합성되었습니다. 그러나 Vina에 따르면 특히 다른 각도를 지정하여 이 규칙을 어기면 어떻게 될까요? 각각의 새로운 반복을 통해 안테나 속성을 더욱 유연하게 변경할 수 있습니다. 유사성을 유지하려면 각도를 변경하는 일반적인 방식을 선택하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 선형 법칙 иn = иn-1 - Di·n에 따라 변경합니다. 여기서 n은 반복 횟수, Di? - 삼각형 밑면의 각도 증가. 파선을 구성하는 이 원리의 변형은 다음과 같은 각도 순서입니다. 첫 번째 반복의 경우 u1 = 20°, 두 번째 반복의 경우 u2 = 10° 등입니다. 이 경우 진동기의 구성은 엄격하게 재귀적이지는 않지만 한 번의 반복으로 합성된 모든 세그먼트는 동일한 크기와 모양을 갖습니다. 따라서 이러한 하이브리드 파선의 기하학적 구조는 자기유사성으로 인식됩니다. 적은 수의 반복으로 음수 증분 Di와 함께 각도 un의 2차 또는 기타 비선형 변화를 사용할 수 있습니다.

고려된 접근 방식을 사용하면 안테나의 공진 주파수 분포와 내부 저항 값을 설정할 수 있습니다. 그러나 반복적으로 각도 값을 변경하는 순서를 다시 정렬해도 동일한 결과가 제공되지 않습니다. 파선의 동일한 높이에 대해 동일한 각도의 다양한 조합(예: u1 = 20°, u2 = 60° 및 u1 = 60°, u2 = 20°(그림 16))은 동일한 확장된 프리프랙탈 길이를 제공합니다. 그러나 기대와는 달리 매개변수의 완전한 일치는 공진 주파수의 동일성과 안테나의 다중 대역 특성의 동일성을 보장하지 않습니다. 그 이유는 파선 부분의 내부 저항이 변경되었기 때문입니다. 중요한 역할은 크기가 아니라 도체의 구성에 의해 수행됩니다.

그림 16 - 음수 증분 Dq(a), 양수 증분 Dq(b) 및 음수 증분 Dq = 40°, 30°, 20°(c)를 사용하는 세 번째 반복의 일반화된 Koch 프리프랙탈

4. 프랙탈 안테나의 예

4.1 안테나 개요

안테나 주제는 가장 유망하고 중요한 관심 분야 중 하나입니다. 현대 이론정보 전송. 이러한 과학적 발전 영역을 정확하게 개발하려는 이러한 열망은 현대 기술 세계에서 정보 전송 속도 및 방법에 대한 요구 사항이 지속적으로 증가하는 것과 관련이 있습니다. 매일 서로 소통하면서 우리는 공기를 통해 자연스러운 방식으로 정보를 전송합니다. 똑같은 방식으로 과학자들은 수많은 컴퓨터 네트워크에 의사소통 방법을 가르치는 아이디어를 내놓았습니다.

그 결과 이 분야의 새로운 개발이 출현하고 컴퓨터 장비 시장에서 승인을 받았으며 나중에 표준이 채택되었습니다. 무선 전송정보. 오늘날 BlueTooth 및 WiFi와 같은 전송 기술은 이미 승인되었으며 일반적으로 수용됩니다. 그러나 발전은 거기서 멈추지 않고, 멈출 수도 없으며, 시장의 새로운 요구 사항과 새로운 희망이 나타납니다.

기술이 개발될 당시에는 놀라울 정도로 빠른 전송 속도가 오늘날 더 이상 이러한 개발 사용자의 요구 사항과 바람을 충족시키지 못합니다. 여러 주요 개발 센터가 시작되었습니다. 새 프로젝트속도를 높이기 위해 WiMAX는 기존 WiFi 표준의 채널 확장을 기반으로 합니다. 이 모든 것에서 안테나 주제는 어디에 있습니까?

전송 채널 확장 문제는 기존보다 훨씬 더 큰 압축을 도입함으로써 부분적으로 해결될 수 있습니다. 프랙탈 안테나를 사용하면 이 문제를 더 효율적이고 효과적으로 해결할 수 있습니다. 그 이유는 프랙탈 안테나와 이를 기반으로 하는 주파수 선택 표면 및 볼륨이 고유한 전기역학적 특성, 즉 광대역, 대역폭의 반복성을 갖기 때문입니다. 주파수 범위등.

4.1.1 Cayley 트리 구축

Cayley 트리는 프랙탈 집합의 전형적인 예 중 하나입니다. 0 반복은 주어진 길이 l의 직선 세그먼트입니다. 첫 번째 및 후속 홀수 반복은 이전 반복과 정확히 동일한 길이 l의 두 세그먼트로 구성되며, 이전 반복의 세그먼트에 수직으로 위치하여 끝이 세그먼트의 중앙에 연결됩니다.

프랙탈의 두 번째 및 후속 짝수 반복은 이전 반복 길이의 절반인 2개의 세그먼트로, 이전과 마찬가지로 이전 반복에 수직으로 위치합니다.

Cayley 트리를 구축한 결과는 Figure 17과 같다. 안테나의 전체 높이는 15/8l, 너비는 7/4l이다.

그림 17 - Cayley 트리 구성

"Cayley Tree" 안테나의 계산 및 분석 6차 Cayley Tree 형태의 프랙탈 안테나에 대한 이론적 계산이 수행되었습니다. 이 실제 문제를 해결하기 위해 전도성 요소의 전기역학적 특성을 엄격하게 계산하는 매우 강력한 도구인 EDEM 프로그램이 사용되었습니다. 강력한 도구그리고 이 프로그램의 편리한 인터페이스는 이 수준의 계산에 없어서는 안 될 요소입니다.

저자는 안테나를 설계하고, 신호 수신 및 전송의 공진 주파수에 대한 이론적 값을 추정하고, EDEM 프로그램 언어 인터페이스에 문제를 제시하는 작업에 직면했습니다. 그림 18은 "Cayley Tree"를 기반으로 설계된 프랙탈 안테나를 보여줍니다.

그런 다음 설계된 프랙탈 안테나에 평면 전자기파를 보내면 프로그램이 안테나 전후의 전계를 계산하고 프랙탈 안테나의 전기 역학적 특성을 계산합니다.

저자가 수행한 프랙탈 안테나 "Cayley Tree"의 계산 결과를 통해 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었습니다. 일련의 공진 주파수가 이전 주파수의 약 두 배로 반복되는 것으로 나타났습니다. 안테나 표면의 전류 분포가 결정되었습니다. 전자기장의 전반사 및 전반사 영역이 모두 연구되었습니다.

그림 18 - 6차 Cayley 트리

4 .1.2 멀티미디어 안테나

소형화는 전 세계적으로 비약적으로 발전하고 있습니다. 콩알만한 크기의 컴퓨터의 출현이 코앞으로 다가오고 있지만 그 동안 Fractus 회사는 크기가 쌀알보다 작은 안테나를 선보였습니다(그림 19).

그림 19 - 프랙탈 안테나

Micro Reach Xtend라고 불리는 신제품은 2.4GHz 주파수에서 작동하며 Wi-Fi 및 Bluetooth 무선 기술은 물론 기타 덜 널리 사용되는 표준을 지원합니다. 이 장치는 특허받은 프랙탈 안테나 기술을 기반으로 하며 면적은 3.7 x 2mm에 불과합니다. 개발자에 따르면 이 작은 안테나를 사용하면 가까운 미래에 사용될 멀티미디어 제품의 크기를 줄이거나 더 많은 기능을 하나의 장치에 담을 수 있을 것이라고 합니다.

텔레비전 방송국은 50-900MHz 범위의 신호를 전송하며, 이는 전송 안테나로부터 수 킬로미터 떨어진 곳에서 안정적으로 수신됩니다. 더 높은 주파수의 진동은 건물과 저주파보다 더 나쁜 다양한 장애물을 통과하여 단순히 주위를 구부리는 것으로 알려져 있습니다. 그렇기 때문에 Wi-Fi 기술, 기존 무선 통신 시스템에 사용되며 2.4GHz 이상의 주파수에서 작동하며 100m 이내의 거리에서만 신호 수신을 제공합니다. 고급 Wi-Fi 기술에 대한 이러한 불의는 물론 TV 소비자에게 해를 끼치 지 않고 곧 끝날 것입니다. . 앞으로는 Wi-Fi 기술을 기반으로 제작된 장치가 TV 채널 간 주파수에서 작동하여 안정적인 수신 범위가 확대될 것입니다. TV 작동을 방해하지 않기 위해 각 Wi-Fi 시스템(송신기 및 수신기)은 지속적으로 근처 주파수를 스캔하여 공중에서의 충돌을 방지합니다. 더 넓은 주파수 범위로 이동하려면 고주파수와 고주파수 모두에서 신호를 동일하게 잘 수신할 수 있는 안테나가 필요합니다. 저주파. 기존의 휩 안테나는 이러한 요구 사항을 충족하지 않습니다. 길이에 따라 특정 파장의 주파수를 선택적으로 수용합니다. 넓은 주파수 범위의 신호를 수신하는 데 적합한 안테나는 소위 프랙탈 안테나로, 프랙탈 모양을 갖고 있습니다. 이 구조는 어떤 확대율로 보더라도 동일하게 보이는 구조입니다. 프랙탈 안테나는 서로 다른 길이의 여러 핀 안테나를 함께 꼬아 만든 구조처럼 동작합니다.

4.1.3 "깨진" 안테나

약 10년 전 미국 엔지니어 네이선 코헨(Nathan Cohen)은 집에 아마추어 라디오 방송국을 설치하기로 결정했지만 예상치 못한 어려움에 직면했습니다. 그의 아파트는 보스턴 중심부에 위치해 있었고 시 당국은 건물 외부에 안테나를 배치하는 것을 엄격히 금지했습니다. 예기치 않게 해결책이 발견되어 라디오 아마추어의 전체 삶이 뒤집어졌습니다.

Cohen은 전통적인 모양의 안테나를 만드는 대신 알루미늄 호일 조각을 가져다가 Koch 곡선으로 알려진 수학적 물체 모양으로 자릅니다. 1904년 독일 수학자 헬가 폰 코흐(Helga von Koch)가 발견한 이 곡선은 다단계 중국 탑의 지붕처럼 서로 자라면서 무한히 감소하는 일련의 삼각형처럼 보이는 파선인 프랙탈입니다. 모든 도형과 마찬가지로 이 곡선은 "자기유사성"입니다. 즉, 가장 작은 부분에서 동일한 모양을 가지며 반복됩니다. 이러한 곡선은 간단한 조작을 끝없이 반복함으로써 구성된다. 선은 동일한 세그먼트로 나누어지고 각 세그먼트에서 삼각형(von Koch 방법) 또는 사각형(Herman Minkowski 방법) 형태로 구부러집니다. 그런 다음 결과 그림의 모든 측면에서 유사한 정사각형 또는 삼각형이 더 작은 크기로 차례로 구부러집니다. 무한대로 구성을 계속하면 각 지점에서 "깨진" 곡선을 얻을 수 있습니다(그림 20).

그림 20 - Koch 및 Minkowski 곡선의 구성

코흐 곡선의 구성 - 최초의 프랙탈 객체 중 하나입니다. 무한한 직선에서는 길이가 l인 세그먼트가 구별됩니다. 각 세그먼트는 3개의 동일한 부분으로 나뉘며, 중간 부분에는 변이 l/3인 정삼각형이 구성됩니다. 그런 다음 프로세스가 반복됩니다. 변이 l/9인 삼각형이 세그먼트 l/3에 만들어지고, 변이 l/27인 삼각형이 그 위에 만들어지는 식입니다. 이 곡선에는 자체 유사성 또는 척도 불변성이 있습니다. 축소된 형태의 각 요소는 곡선 자체를 반복합니다.

Minkowski 프랙탈은 Koch 곡선과 유사하게 구성되며 동일한 특성을 갖습니다. 그것을 구성할 때 삼각형 시스템 대신 구불구불한 크기가 무한히 감소하는 "직사각형 파도"인 직선 위에 만들어집니다.

코흐 곡선을 구성할 때 코헨은 자신을 2~3단계로만 제한했습니다. 그런 다음 그는 그 그림을 작은 종이에 붙이고 수신기에 부착했으며 그것이 기존 안테나보다 더 나쁘지 않다는 사실에 놀랐습니다. 나중에 밝혀진 바와 같이, 그의 발명품은 현재 대량 생산되는 근본적으로 새로운 유형의 안테나의 창시자가 되었습니다.

이 안테나는 매우 컴팩트합니다. 케이스에 내장된 휴대폰용 프랙탈 안테나는 일반 슬라이드 크기(24 x 36mm)입니다. 또한 넓은 주파수 범위에서 작동합니다. 이 모든 것은 실험적으로 발견되었습니다. 프랙탈 안테나 이론은 아직 존재하지 않습니다.

Minkowski 알고리즘을 사용하여 일련의 연속적인 단계를 거쳐 만들어진 프랙탈 안테나의 매개변수는 매우 흥미로운 방식으로 변경됩니다. 직선 안테나가 구불구불한 "사각파" 모양으로 구부러지면 이득이 증가합니다. 안테나 이득의 모든 후속 구불구불한 부분은 변경되지 않지만 수신하는 주파수 범위가 확장되고 안테나 자체가 훨씬 더 컴팩트해집니다. 사실, 처음 5~6단계만 효과적입니다. 도체를 더 구부리려면 직경을 줄여야 하며 이로 인해 안테나 저항이 증가하고 이득 손실이 발생합니다.

일부는 이론적인 문제에 대해 고민하고 있는 반면, 다른 일부는 적극적으로 발명을 실제로 구현하고 있습니다. 현재 보스턴 대학교 교수이자 Fractal Antenna Systems의 최고 기술 검사관인 Nathan Cohen에 따르면, "몇 년 안에 프랙탈 안테나는 휴대전화, 무선 전화 및 기타 여러 무선 통신 장치의 필수적인 부분이 될 것입니다."

안테나 배열 프랙탈

4.2 프랙탈 안테나의 응용

오늘날 통신에 사용되는 많은 안테나 설계 중에서 기사 제목에 언급된 안테나 유형은 상대적으로 새롭고 알려진 솔루션과 근본적으로 다릅니다. 프랙탈 구조의 전기역학을 조사한 최초의 출판물은 20세기 80년대에 나타났습니다. 이제 시작이다 실제 사용안테나 기술의 프랙탈 방향은 10여년 전에 현재 Boaon 대학교 교수이자 Fractal Antenna Systems 회사의 수석 기술 검사관인 미국 엔지니어 Nathan Cohen에 의해 시작되었습니다. 보스턴 시내에 살면서 그는 시 정부의 실외 안테나 설치 금지 조치를 피하기 위해 아마추어 라디오 방송국의 안테나를 알루미늄 호일로 만든 장식 인형으로 위장하기로 결정했습니다. 기초로 그는 스웨덴 수학자 Niels Fabian Helge von Koch(1870-1924)가 1904년에 제안한 설명인 기하학에서 알려진 코흐 곡선(그림 20)을 사용했습니다.

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