Pirmas dalykas, apie kurį norėčiau parašyti, yra trumpas įvadas į fraktalinių antenų istoriją, teoriją ir naudojimą. Neseniai buvo aptiktos fraktalinės antenos. Pirmą kartą juos išrado Nathanas Cohenas 1988 m., tada jis paskelbė savo tyrimą, kaip iš vielos pagaminti TV anteną, ir užpatentavo ją 1995 m.

Fraktalinė antena turi keletą unikalių savybių, kaip parašyta Vikipedijoje:

„Fraktalinė antena yra antena, kuriai naudojama fraktalinė, savaime pasikartojanti konstrukcija, siekiant maksimaliai padidinti medžiagos ilgį arba padidinti perimetrą (vidinėse srityse arba išorinėje struktūroje), kuri gali priimti arba perduoti elektromagnetinius signalus tam tikrame bendrame paviršiaus plote arba tūryje. .

Ką tai tiksliai reiškia? Na, jūs turite žinoti, kas yra fraktalas. Taip pat iš Vikipedijos:

„Fraktalas paprastai yra grubi arba suskaidyta geometrinė figūra, kurią galima padalyti į dalis, o kiekviena dalis yra mažesnė visumos kopija – savybė, vadinama savęs panašumu.

Taigi, fraktalas yra geometrinė figūra, kuri kartojasi vėl ir vėl, nepaisant atskirų dalių dydžio.

Nustatyta, kad fraktalinės antenos yra maždaug 20% ​​efektyvesnės nei įprastos antenos. Tai gali būti naudinga, ypač jei norite, kad jūsų televizoriaus antena priimtų skaitmeninį arba didelės raiškos vaizdą, padidintų korinio ryšio diapazoną, Wi-Fi diapazoną, FM arba AM radijo priėmimą ir pan.

Daugumoje Mobilieji telefonai Jau yra fraktalinių antenų. Galbūt tai pastebėjote, nes mobilieji telefonai nebeturi antenų išorėje. Taip yra todėl, kad jų viduje yra į grandinę plokštę išgraviruotos fraktalinės antenos, leidžiančios priimti geresnį signalą ir gauti daugiau dažnių, pvz., „Bluetooth“, korinio ryšio ir „Wi-Fi“ iš vienos antenos.

Vikipedija:

„Fraktalinės antenos atsakas pastebimai skiriasi nuo tradicinių antenų konstrukcijų tuo, kad ji gali gerai veikti skirtingais dažniais vienu metu. Standartinių antenų dažnis turi būti sumažintas, kad būtų galima priimti tik tą dažnį. Todėl fraktalinė antena, skirtingai nei įprasta antena, yra puikus dizainas plačiajuosčio ir kelių juostų programoms.

Triukas yra suprojektuoti savo fraktalinę anteną taip, kad ji rezonuotų konkrečiu norimu centriniu dažniu. Tai reiškia, kad antena atrodys kitaip, priklausomai nuo to, ką norite pasiekti. Norėdami tai padaryti, turite naudoti matematiką (arba internetinį skaičiuotuvą).

Savo pavyzdyje ketinu padaryti paprastą anteną, bet jūs galite padaryti ir sudėtingesnę. Kuo sudėtingesnis, tuo geriau. Antenai gaminti naudosiu 18 vijų vientiso laido ritę, bet jūs galite pritaikyti savo grandines plokštes, kad jos atitiktų jūsų estetiką, padaryti ją mažesnę ar sudėtingesnę su didesne skiriamąja geba ir rezonansu.

Aš ketinu padaryti televizoriaus anteną, kad galėčiau priimti skaitmeninę televiziją arba didelės raiškos televiziją. Su šiais dažniais lengviau dirbti, o ilgis svyruoja nuo maždaug 15 cm iki 150 cm pusės bangos ilgio atveju. Dėl paprastumo ir mažos dalių kainos aš jį dėsiu ant bendros dipolio antenos, ji gaudys bangas 136-174 MHz diapazone (VHF).

Norėdami priimti UHF bangas (400-512 MHz), galite pridėti režisierių arba reflektorių, tačiau dėl to priėmimas labiau priklausys nuo antenos krypties. VHF taip pat yra kryptingas, bet vietoj to, kad būtų nukreipta tiesiai į TV stotį, kai įrengiama UHF, VHF ausis reikės pritvirtinti statmenai televizijos stočiai. Tam reikės šiek tiek daugiau pastangų. Noriu, kad dizainas būtų kuo paprastesnis, nes tai jau gana sudėtingas dalykas.

Pagrindiniai komponentai:

• Montavimo paviršius, pvz., plastikinis korpusas (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 varžtai. Naudojau plieno skardos varžtus
• Transformatorius, kurio varža nuo 300 omų iki 75 omų.
• 18 AWG (0,8 mm) tvirtinimo viela
• Koaksialinis kabelis RG-6 su galiniais įtaisais (ir su guminiu apvalkalu, jei jis bus montuojamas lauke)
• Aliuminis, kai naudojamas atšvaitas. Aukščiau esančiame priede buvo vienas.
• Puikus žymeklis
• Dvi poros mažų replių
• Liniuotė ne trumpesnė nei 20 cm.
• Konvejeris kampo matavimui
• Du grąžtai, vienas šiek tiek mažesnio skersmens nei jūsų varžtai
• Mažas vielos pjaustytuvas
• Atsuktuvas arba atsuktuvas

Pastaba: Aliumininės vielos antenos apačia yra dešinėje paveikslėlio pusėje, kur kyšo transformatorius.

1 veiksmas: pridėkite atšvaitą

Sumontuokite korpusą su reflektoriumi po plastikiniu dangteliu

2 veiksmas: išgręžkite skyles ir sumontuokite tvirtinimo taškus

Šiose vietose priešingoje atšvaito pusėje išgręžkite mažas išleidimo angas ir įsukite laidų varžtą.

3 veiksmas: išmatuokite, nupjaukite ir nulupkite laidus

Iškirpkite keturis 20 cm vielos gabalus ir padėkite juos ant kūno.

4 veiksmas: laidų matavimas ir žymėjimas

Naudodami žymeklį, pažymėkite ant vielos kas 2,5 cm (šiose vietose bus lenkimų)

5 žingsnis: Fraktalų kūrimas

Šis veiksmas turi būti kartojamas kiekvienam laido gabalui. Kiekvienas posūkis turi būti lygiai 60 laipsnių, nes fraktalui darysime lygiakraščius trikampius. Naudojau dvi poras replių ir transporterį. Kiekvienas lenkimas atliekamas ant ženklo. Prieš darydami raukšles, vizualizuokite kiekvieno iš jų kryptį. Tam naudokite pridedamą diagramą.

6 žingsnis: Dipolių kūrimas

Nupjaukite dar du mažiausiai 6 colių ilgio vielos gabalus. Apvyniokite šiuos laidus aplink viršutinius ir apatinius varžtus išilgai ilgosios pusės, o tada apvyniokite juos aplink centrinius varžtus. Tada nupjaukite perteklinį ilgį.

7 žingsnis: dipolių montavimas ir transformatoriaus montavimas

Pritvirtinkite kiekvieną fraktalą ant kampinių varžtų.

Pritvirtinkite atitinkamos varžos transformatorių prie dviejų centrinių varžtų ir priveržkite.

Surinkimas baigtas! Patikrinkite ir mėgaukitės!

8 veiksmas: daugiau iteracijų / eksperimentų

Sukūriau keletą naujų elementų, naudodamas popierinį šabloną iš GIMP. Naudojau nedidelį tvirtą telefono laidą. Jis buvo mažas, tvirtas ir pakankamai lankstus, kad susilenktų į sudėtingas formas, reikalingas centriniam dažniui (554 MHz). Tai yra vidurkis skaitmeninis signalas UHF kanalams antžeminė televizija mano srityje.

Pridedama nuotrauka. Gali būti sunku įžvelgti varinius laidus esant silpnam apšvietimui prie kartono ir juostos viršuje, bet jūs suprantate.

Tokio dydžio elementai yra gana trapūs, todėl su jais reikia elgtis atsargiai.

Taip pat pridėjau šabloną png formatu. Norėdami spausdinti norimo dydžio, turėsite jį atidaryti nuotraukų redagavimo priemonėje, pvz., GIMP. Šablonas nėra tobulas, nes jį dariau rankomis, naudojant pelę, bet pakankamai patogus žmogaus rankoms.

Matematikoje fraktalai yra aibės, susidedančios iš elementų, panašių į aibę kaip visumą. Geriausias pavyzdys: Jei atidžiai pažvelgsite į elipsės liniją, ji taps tiesi. Fraktalas – nesvarbu, kaip arti priartinsite – vaizdas išliks sudėtingas ir panašus į bendrą vaizdą. Elementai išdėstyti keistai. Todėl koncentrinius apskritimus laikome paprasčiausiu fraktalo pavyzdžiu. Kad ir kaip priartėtumėte, atsiranda naujų draugų ratų. Yra daug fraktalų pavyzdžių. Pavyzdžiui, Vikipedija pateikia Romanesco kopūsto piešinį, kur kopūsto galva susideda iš spurgų, kurie tiksliai primena nupieštą kopūsto galvą. Skaitytojai dabar supranta, kad pasigaminti fraktalines antenas nėra lengva. Bet tai įdomu.

Kodėl reikalingos fraktalinės antenos?

Fraktalinės antenos paskirtis – sugauti daugiau su mažiau. Vakarietiškuose vaizdo įrašuose galima rasti paraboloidą, kur skleidėjas bus fraktalinės juostos gabalas. Jie jau gamina mikrobangų prietaisų elementus iš folijos, kurie yra efektyvesni nei įprasti. Parodysime, kaip sukomplektuoti fraktalinę anteną ir suderinti vien tik su SWR matuokliu. Paminėkime, kad yra visa svetainė, žinoma, užsienio, kurioje atitinkamas produktas reklamuojamas komerciniais tikslais, nėra brėžinių. Mūsų naminė fraktalinė antena yra paprastesnė, pagrindinis privalumas yra tai, kad dizainą galite sukurti savo rankomis.

Pirmosios fraktalinės antenos - bikoninės - pasirodė, remiantis vaizdo įrašu iš svetainės fractenna.com, 1897 m. Oliverio Lodge. Nežiūrėk į Vikipediją. Palyginti su įprastu dipoliu, trikampių pora vietoj vibratoriaus suteikia juostos išsiplėtimą 20%. Sukūrus periodiškai pasikartojančias struktūras, buvo galima surinkti miniatiūrines antenas ne blogiau nei jų didesnės kolegos. Dažnai rasite dvikampę anteną dviejų rėmelių arba keistos formos plokščių pavidalu.

Galiausiai tai leis priimti daugiau televizijos kanalų.

Jei įvedate užklausą „YouTube“, pasirodo vaizdo įrašas apie fraktalinių antenų gamybą. Kaip tai veikia, geriau suprasite, jei įsivaizduosite šešiakampę Izraelio vėliavos žvaigždę, kurios kampas buvo nupjautas kartu su pečiais. Paaiškėjo, kad liko trys kampai, dviejuose viena pusė buvo vietoje, kita – ne. Šešto kampo visiškai nėra. Dabar statysime dvi panašias žvaigždes vertikaliai, centriniais kampais vienas kito atžvilgiu, plyšiais kairėje ir dešinėje, o virš jų – panašią porą. Rezultatas buvo antenų masyvas – paprasčiausia fraktalinė antena.

Žvaigždės kampuose sujungtos tiektuvu. Poromis pagal stulpelius. Signalas paimamas iš linijos, tiksliai kiekvieno laido viduryje. Konstrukcija surenkama varžtais ant atitinkamo dydžio dielektrinio (plastiko) pagrindo. Žvaigždės šonas yra lygiai colis, atstumas tarp žvaigždžių kampų vertikaliai (tiektuvo ilgis) yra keturi coliai, o horizontalus atstumas (atstumas tarp dviejų tiektuvo laidų) yra colis. Žvaigždžių viršūnėse yra 60 laipsnių kampai, dabar skaitytojas nupieš kažką panašaus šablono pavidalu, kad vėliau galėtų pats pasidaryti fraktalinę anteną. Padarėme darbinį eskizą, bet mastelio nesilaikėme. Negalime garantuoti, kad žvaigždės pasirodė tiksliai, Microsoft Paint neturi didelių galimybių padaryti tikslius brėžinius. Tiesiog pažiūrėkite į paveikslėlį, kad pamatytumėte fraktalinės antenos struktūrą:

1. Rudas stačiakampis rodo dielektrinį pagrindą. Fraktalinė antena, parodyta paveikslėlyje, turi simetrišką spinduliavimo modelį. Jei emiteris yra apsaugotas nuo trukdžių, ekranas yra ant keturių stulpų už pagrindo colio atstumu. Prie dažnių nereikia dėti vientiso metalo lakšto, užteks tinklelio, kurio kraštinė siekia ketvirtį colio, nepamirškite ekrano prijungti prie kabelio pynimo.
2. Tiektuvui, kurio būdinga varža 75 omų, reikalingas koordinavimas. Raskite arba pagaminkite transformatorių, kuris paverčia 300 omų į 75 omus. Geriau kaupti SWR matuoklį ir pasirinkti reikiamus parametrus ne liesdami, o naudodami įrenginį.
3. Keturios žvaigždės, sulenkite iš varinės vielos. Nuvalysime izoliaciją laku sandūroje su tiektuvu (jei yra). Vidinis antenos tiekimas susideda iš dviejų lygiagrečių vielos dalių. Patartina anteną įdėti į dėžutę, kad apsaugotumėte nuo blogo oro.

Fraktalinės antenos surinkimas skaitmeninei televizijai

Perskaitęs šią apžvalgą iki galo, kiekvienas gali pasigaminti fraktalines antenas. Mes taip įsigilinome į dizainą, kad pamiršome pakalbėti apie poliarizaciją. Manome, kad jis yra tiesinis ir horizontalus. Tai kyla iš svarstymų:

• Vaizdo įrašas akivaizdžiai amerikietiškos kilmės, pokalbis apie HDTV. Todėl galime perimti nurodytos šalies madą.
• Kaip žinote, nedaugelis planetos šalių transliuoja iš palydovų, naudodamos žiedinę poliarizaciją, tarp jų Rusijos Federacija ir JAV. Todėl manome, kad kitos informacijos perdavimo technologijos yra panašios. Kodėl? Buvo Šaltasis karas, manome, kad abi šalys strategiškai rinkosi, ką ir kaip perduoti, kitos šalys ėjo iš grynai praktinių sumetimų. Žiedinė poliarizacija buvo įvesta specialiai šnipų palydovams (nuolat judantiems stebėtojo atžvilgiu). Taigi yra pagrindo manyti, kad televizijos ir radijo transliacijos turi panašumų.
• Antenos struktūra sako, kad ji yra linijinė. Tiesiog nėra kur gauti žiedinės ar elipsės poliarizacijos. Todėl – nebent tarp mūsų skaitytojų yra profesionalų, kuriems priklauso MMANA – jei antena neužfiksuoja priimtoje padėtyje, pasukite 90 laipsnių kampu emiterio plokštumoje. Poliarizacija pasikeis į vertikalią. Beje, daugelis galės pagauti FM, jei matmenys bus nustatyti 4 kartus didesni.Geriau imti storesnę laidą (pvz., 10 mm).

Tikimės, kad skaitytojams paaiškinome, kaip naudoti fraktalinę anteną. Keletas patarimų, kaip lengvai surinkti. Taigi, pabandykite rasti vielos su lakuota apsauga. Sulenkite figūras, kaip parodyta paveikslėlyje. Tada dizaineriai skiriasi, rekomenduojame tai padaryti:

1. Nuimkite žvaigždes ir tiekimo laidus sankryžos taškuose. Pritvirtinkite tiekimo laidus už ausų varžtais prie pagrindo vidurinėse dalyse. Norėdami teisingai atlikti veiksmą, iš anksto išmatuokite centimetrą ir pieštuku nubrėžkite dvi lygiagrečias linijas. Išilgai jų turi būti laidai.
2. Lituokite vieną konstrukciją, atidžiai patikrinkite atstumus. Vaizdo įrašo autoriai rekomenduoja emiterį pasidaryti taip, kad žvaigždės kampais gulėtų ant tiektuvų, o priešingais galais remtųsi į substrato kraštą (kiekviena dviejose vietose). Apytikslės žvaigždės vietos pažymėtos mėlyna spalva.
3. Kad būtų įvykdyta sąlyga, kiekvieną žvaigždutę priveržkite vienoje vietoje varžtu su dielektriniu spaustuku (pavyzdžiui, PVA laidai iš kambro ir pan.). Paveiksle vienos žvaigždutės montavimo vietos pavaizduotos raudonai. Varžtas schematiškai nupieštas apskritimu.

Maitinimo kabelis eina (pasirinktinai) iš galinės pusės. Gręžkite skyles vietoje. SWR reguliuojamas keičiant atstumą tarp tiekimo laidų, tačiau šioje konstrukcijoje tai yra sadistinis metodas. Rekomenduojame tiesiog išmatuoti antenos varžą. Priminsime, kaip tai daroma. Jums reikės generatoriaus žiūrimos programos dažniu, pavyzdžiui, 500 MHz, ir papildomai aukšto dažnio voltmetro, kuris nepasiduos signalui.

Tada išmatuojama generatoriaus gaminama įtampa, kuriai jis prijungiamas prie voltmetro (lygiagrečiai). Resistyvinį skirstytuvą surenkame iš kintamos varžos su itin maža saviinduktyvumu ir anteną (jungiame nuosekliai po generatoriaus, pirma varža, paskui antena). Kintamo rezistoriaus įtampą išmatuojame voltmetru, tuo pačiu koreguodami nominalą, kol generatoriaus rodmenys be apkrovos (žr. aukščiau esantį punktą) taps dvigubai didesni už dabartinius. Tai reiškia, kad kintamo rezistoriaus vertė tapo lygi antenos bangos varžai 500 MHz dažniu.

Dabar transformatorių galima pagaminti pagal poreikį. Internete sunku rasti tai, ko jums reikia, tiems, kurie mėgsta žiūrėti radijo laidas, radome paruoštą atsakymą http://www.cqham.ru/tr.htm. Svetainėje parašyta ir nupiešta kaip suderinti apkrovą su 50 omų laidu. Atkreipkite dėmesį, kad dažniai atitinka HF diapazoną, SW čia tinka iš dalies. Būdinga antenos varža palaikoma 50–200 omų diapazone. Sunku pasakyti, kiek žvaigždė duos. Jei savo ūkyje turite prietaisą linijos banginei varžai matuoti, priminsime: jei tiektuvo ilgis yra ketvirtadalio bangos ilgio kartotinis, antenos varža į išėjimą perduodama be pokyčių. Mažiems ir dideliems diapazonams tokių sąlygų sudaryti neįmanoma (atminkite, kad ypač fraktalinės antenos apima ir išplėstą diapazoną), tačiau matavimo tikslais minėtas faktas naudojamas visur.

Dabar skaitytojai žino viską apie šiuos nuostabius siųstuvų-imtuvų įrenginius. Tokia neįprasta forma rodo, kad Visatos įvairovė netelpa į tipines ribas.

Per pastarąjį pusę amžiaus gyvenimas pradėjo sparčiai keistis. Daugelis iš mūsų sutinka su pasiekimais šiuolaikinės technologijos savaime suprantama. Labai greitai priprantate prie visko, kas daro gyvenimą patogesnį. Retai kas užduoda klausimus „Iš kur tai atsirado? ir "Kaip tai veikia?" Mikrobangų krosnelė įkaitina pusryčius – puiku, išmanusis telefonas suteikia galimybę pasikalbėti su kitu žmogumi – puiku. Mums tai atrodo akivaizdi galimybė.

Tačiau gyvenimas galėjo būti visiškai kitoks, jei žmogus nebūtų ieškojęs vykstančių įvykių paaiškinimo. Paimkite, pavyzdžiui, mobiliuosius telefonus. Prisimenate pirmųjų modelių ištraukiamas antenas? Jie trukdė, padidino įrenginio dydį ir galiausiai dažnai sugedo. Manome, kad jie visam laikui nugrimzdo į užmarštį, ir dalis to priežasčių yra... fraktalai.

Fraktaliniai raštai žavi savo raštais. Jie neabejotinai primena kosminių objektų vaizdus – ūkus, galaktikų spiečių ir pan. Todėl visiškai natūralu, kad kai Mandelbrotas išsakė savo fraktalų teoriją, jo tyrimai sukėlė didesnį susidomėjimą astronomiją studijuojantiems asmenims.

Vienas iš šių mėgėjų, vardu Nathanas Cohenas, Budapešte lankęs Benoit Mandelbrot paskaitą, įkvėptas įgytų žinių praktinio pritaikymo idėjos. Tiesa, jis tai padarė intuityviai, o atsitiktinumas suvaidino svarbų vaidmenį jo atradime. Būdamas radijo mėgėjas, Nathanas siekė sukurti kuo didesnio jautrumo anteną.
Vienintelis būdas pagerinti antenos parametrus, kuris tuo metu buvo žinomas, buvo padidinti jos geometrinius matmenis. Tačiau nekilnojamojo turto Bostono centre, kurį Nathanas išsinuomojo, savininkas kategoriškai priešinosi didelių įrenginių įrengimui ant stogo.

Tada Nathanas pradėjo eksperimentuoti su skirtingomis antenos formomis, bandydamas gauti maksimalų rezultatą su minimaliu dydžiu. Įkvėptas fraktalų formų idėjos, Cohenas, kaip sakoma, atsitiktinai iš vielos pagamino vieną garsiausių fraktalų - „Koch snaigę“.

Švedų matematikas Helge von Koch sugalvojo šią kreivę dar 1904 m. Jis gaunamas padalijus atkarpą į tris dalis ir vidurinį segmentą pakeitus lygiakraščiu trikampiu, kurio kraštinė nesutampa su šia atkarpa. Apibrėžimą šiek tiek sunku suprasti, tačiau paveikslėlyje viskas aišku ir paprasta.

Taip pat yra ir kitų Kocho kreivės variantų, tačiau apytikslė kreivės forma išlieka panaši.
Kai Natanas prijungė anteną prie radijo imtuvo, jis labai nustebo – jautrumas smarkiai išaugo. Po daugybės eksperimentų būsimasis Bostono universiteto profesorius suprato, kad antena, pagaminta pagal fraktalinį modelį, turi didelis efektyvumas ir apima daug platesnį dažnių diapazoną, palyginti su klasikiniais sprendimais. Be to, antenos forma fraktalinės kreivės pavidalu leidžia žymiai sumažinti geometrinius matmenis.

Nathanas Cohenas netgi sugalvojo teoremą, įrodančią, kad norint sukurti plačiajuosčio ryšio anteną, pakanka suteikti jai į save panašios fraktalinės kreivės formą. Autorius užpatentavo savo atradimą ir įkūrė fraktalinių antenų kūrimo ir projektavimo įmonę Fractal Antenna Systems, pagrįstai manydamas, kad ateityje jo atradimo dėka mobilieji telefonai galės atsikratyti didelių gabaritų antenų ir tapti kompaktiškesni.

Iš principo taip ir atsitiko. Tiesa, iki šių dienų Natanas dalyvauja teisinėje kovoje su didelėmis korporacijomis, kurios nelegaliai naudoja jo atradimą gamybai. kompaktiški įrenginiai komunikacijos. Kai kurie žinomi gamintojai mobiliuosius įrenginius, pavyzdžiui, „Motorola“, jau pasiekė taikos susitarimą su fraktalinės antenos išradėju.

PS: Numatydamas klausimų, kurie kils šia tema, manau, kad taip nėra efektyvus darbas tokios antenos. Jūs negalite apgauti fizikos ir gamtos. Bet koks antenos sukimas ir dydžio sumažinimas sumažina jos efektyvumą. Tokios antenos ir iš jų pagamintos sistemos gali būti naudojamos gana aukštais dažniais ir, jei pageidaujama, miniatiūrizuoti. Tai jau atsiduria mobiliuosiuose telefonuose, lustų rezonatoriuose, spausdintinėse plokštėse ir pan.
Čia negalima tikėtis didelio efektyvumo, bet jie veiks ankštomis sąlygomis ir jau veikia.

Kaip aptarėme ankstesniuose straipsniuose, buvo nustatyta, kad fraktalinių antenų efektyvumas yra maždaug 20% ​​didesnis nei įprastų antenų.Tai gali būti labai naudinga pritaikyti. Ypač jei norite, kad jūsų televizoriaus antena priimtų skaitmeninį signalą arba HD vaizdo įrašą, padidintų mobiliųjų telefonų, Wi-Fi diapazoną.juosta, FM arba AM radijas ir pan.

Daugumoje mobiliųjų telefonų jau yra įmontuotos fraktalinės antenos. Jei pastebėjote per pastaruosius kelerius metus, mobilieji telefonai nebeturi antenų išorėje. Taip yra todėl, kad jų plokštėje yra išgraviruotos vidinės fraktalinės antenos, todėl jie gali geriau priimti ir priimti daugiau dažnių, pvz., „Bluetooth“, korinio signalo ir Wi-Fi iš vienos antenos vienu metu!

Informacija iš Vikipedijos: "Fraktalinė antena labai skiriasi nuo tradicinės konstrukcijos antenos tuo, kad ji gali gerai veikti įvairiais dažniais vienu metu. Paprastai standartinės antenos turi būti "nupjautos" tokiu dažniu, kokiam jos bus naudojamos. Taigi, standartinė antena gerai veikia tik tokiu dažniu. Dėl to fraktalinės antenos yra puikus sprendimas plačiajuosčio ir daugiajuosčio ryšio programoms.

Triukas yra sukurti savo fraktalinę anteną, kuri rezonuos norimu dažniu. Tai reiškia, kad jis atrodys kitaip ir gali būti apskaičiuojamas skirtingai, atsižvelgiant į tai, ko norite pasiekti. Šiek tiek matematikos ir paaiškės, kaip tai padaryti. (Galite apsiriboti internetiniu skaičiuotuvu)

Mūsų pavyzdyje mes tai padarysime Paprasčiausia antena, bet jūs galite padaryti sudėtingesnes antenas. Kuo sudėtingesnis, tuo geriau. Kaip pavyzdį naudosime 18 dydžio vientiso laido ritę, reikalingą antenai pastatyti, tačiau galite nueiti toliau, naudodami savo ėsdinimo lentas, kad antena būtų mažesnė arba sudėtingesnė. didelės raiškos ir rezonansas.

(skirtukas = TV antena)

Šioje pamokoje pabandysime sukurti televizijos anteną skaitmeniniam arba didelės raiškos signalui, perduodamam radijo kanalu. Su šiais dažniais lengviau dirbti, bangos ilgiai šiais dažniais svyruoja nuo pusės pėdos iki kelių metrų ilgio pusei signalo bangos ilgio. UHF (decimetrinės bangos) grandinėse galite pridėti direktorių (direktorių) arba reflektorių (atšvaitą), todėl antena labiau priklausys nuo krypties. VHF (ultra trumpųjų bangų) antenos taip pat yra kryptinės, tačiau VHF dipolio antenos „ausys“ turi būti statmenos signalą perduodančios televizijos stoties bangos ilgiui.

Pirmiausia suraskite dažnius, kuriuos norite priimti arba transliuoti. Televizijos atveju čia yra nuoroda į dažnių lentelę: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

O antenos dydžiui apskaičiuoti naudosime internetinį skaičiuotuvą: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Čia geras pdf apie dizainą ir teoriją:parsisiųsti

Kaip rasti signalo bangos ilgį: bangos ilgis pėdomis = (šviesos greičio santykis pėdomis) / (dažnis hercais)

1) Šviesos greičio koeficientas pėdomis = +983571056,43045

2) Šviesos greičio koeficientas metrais = 299792458

3) Šviesos greičio koeficientas coliais = 11802852700

Nuo ko pradėti: (VHF/UHF dipolio matrica su reflektoriumi, kuris puikiai tinka plačiam DB2 dažnių diapazonui):

(350 MHz yra ketvirtadalis 8 colių bangos – 16 colių pusės bangos, kuri patenka į itin aukštų dažnių diapazoną – tarp 13 ir 14 kanalų ir yra centrinis dažnis tarp VHF-UHF diapazono, kad būtų geriau rezonansas). Šiuos reikalavimus galima pakeisti, kad jie geriau veiktų jūsų vietovėje, nes jūsų platinimo kanalas grupėje gali būti žemesnis arba aukštesnis.

Remiantis medžiaga iš toliau pateiktų nuorodų ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ ir http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , tik fraktalinės konstrukcijos leidžia būti kompaktiškesniems ir lankstesniems ir mes naudosime DB2 modelį, kuris turi didelį pelną ir jau yra gana kompaktiškas ir populiarus montuoti viduje ir lauke.

Pagrindinės išlaidos (kainavo apie 15 USD):

1. Montavimo paviršius, pvz., plastikinis korpusas (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 varžtai. Plienui ir lakštiniam metalui naudojau savisriegius varžtus.
3. Tinkamas transformatorius nuo 300 omų iki 75 omų. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Kažkoks 18 gabaritų vientisas laidas. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksialinis RG-6 su terminatoriais - ribotuvais (ir guminiu apvalkalu, jei sumontuotas lauke).
6. Aliuminis, kai naudojamas atšvaitas.
7. Aštriukas ar lygiavertis, pageidautina su plonu galu.
8. Dvi poros mažų replių – adatėlių.
9. Vadovas yra ne mažesnis kaip 8 coliai.
10. Matavimo kampas kampams matuoti.
11. Grąžtas ir antgalis, kurių skersmuo mažesnis nei jūsų varžtai.
12. Mažos žnyplės.
13. Atsuktuvas arba atsuktuvas.

PASTABA: HDTV / DTV redagavimas PDF formatu http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Pirmas žingsnis:

Sumontuokite korpusą su reflektoriumi po plastikiniu dangteliu:

Antras žingsnis:

Išgręžkite mažas sriegines skylutes priešingoje atšvaito pusėje šiose padėtyse ir uždėkite laidų varžtą.

Trečias žingsnis:

Nupjaukite keturis 8 colių vientiso laido gabalus ir atidenkite.

Ketvirtas žingsnis:

Naudodami žymeklį pažymėkite kiekvieną vielos centimetrą. (Tai yra vietos, kur ketiname lenkti)

Penktas žingsnis:

Šį veiksmą turite pakartoti kiekvienam laidui. Kiekvienas laido posūkis bus lygus 60 laipsnių, taip sukuriant fraktalą. Panašus į lygiakraštį trikampį. Naudojau dvi poras replių ir transporterį. Kiekvienas posūkis bus 1 colio įpjova. Prieš tai darydami įsitikinkite, kad matote kiekvieno posūkio kryptį! Jei reikia pagalbos, naudokite toliau pateiktą diagramą.

Šeštas žingsnis:

Nupjaukite dar 2 mažiausiai 6 cm ilgio vielos gabalus ir atidenkite juos. Sulenkite šiuos laidus aplink viršutinį ir apatinį varžtus ir pririškite juos prie varžto centro. Taigi visi trys susiliečia. Norėdami nupjauti nepageidaujamas vielos dalis, naudokite vielos pjaustytuvus.

Septintas žingsnis:

Padėkite ir prisukite visus savo fraktalus su kampais

Aštuntas žingsnis:

Pritvirtinkite atitinkamą transformatorių per du varžtus centre ir priveržkite juos.

Pasiruošę! Dabar galite išbandyti savo dizainą!

Kaip matote toliau esančioje nuotraukoje, kiekvieną kartą, kai padalinate kiekvieną sekciją ir sukuriate naują trikampį su tokio paties ilgio viela, jis gali tilpti mažesnėje erdvėje, užimdamas vietą kita kryptimi.

Vertimas: Dmitrijus Šakovas

Žemiau galite žiūrėti vaizdo įrašą apie fraktalinių antenų kūrimą:

(skirtukas = „Wi-Fi“ antena)

Anksčiau buvau girdėjęs apie fraktalines antenas ir po kurio laiko norėjau pabandyti pasigaminti savo fraktalinę anteną, kad galėčiau išbandyti šią koncepciją. Kai kurie fraktalinių antenų pranašumai, aprašyti moksliniuose tyrimuose apie fraktalines antenas, yra jų gebėjimas efektyviai priimti kelių juostų RF signalus, būdamos santykinai mažos. Nusprendžiau sukurti fraktalinės antenos prototipą pagal Sierpinski kilimą.

Sukūriau savo fraktalinę anteną taip, kad jos jungtis būtų suderinama su mano maršrutizatorius Linksys WRT54GS 802.11g. Antena turi mažo profilio stiprinimo dizainą ir buvo iš anksto išbandyta 1/2 km atstumu nuo mentės taško WiFi nuoroda su keliais medžiais kelyje rodė gana gerus rezultatus ir signalo stabilumą.

Galite atsisiųsti PDF versija antenos šablonas, pagrįstas mano naudotu Sierpinski kilimu, taip pat kiti dokumentai šiose nuorodose:

Prototipo kūrimas

Tai nuotrauka su paruoštu fraktalinės antenos prototipu:

Prie fraktalinės antenos testavimui prijungiau Linksys WRT54GS RP-TNC jungtį

Kurdamas savo pirmąjį fraktalinės antenos prototipą, nerimavau, kad ėsdinimo procesas ant PCB gali atskirti trikampius vienas nuo kito, todėl šiek tiek išplėčiau jų ryšius. Pastaba: kadangi galutinis dažų perėjimas buvo baigtas tiksliau, nei tikėjausi, kita fraktalinės antenos prototipo versija bus pateikta su tiksliais kontaktiniais taškais tarp kiekvienos Sierpinskio trikampio fraktalinės iteracijos. Svarbu užtikrinti, kad Sierpinski kilimo elementai (trikampiai) liestųsi vienas su kitu, o sujungimo taškai būtų kuo plonesni:

Antenos dizainas buvo atspausdintas Lazerinis spausdintuvas Pulsar Pro FX. Šis procesas leido man nukopijuoti antenos dizainą ant variu plakiruotos PCB medžiagos:

Tada lazeriu atspausdinta antenos struktūra perkeliama į PCB vario lakštą terminiu būdu, naudojant modifikuotą laminatorių:

Tai yra vario PCB medžiaga po pirmojo dažų perdavimo proceso žingsnio:

Kitas būtinas žingsnis buvo naudoti Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" laminatorių ant PCB. Žalia folija naudojama bet kokiems dažų tarpams arba netolygiai sutirštėjusioms dangoms užpildyti dažų perdavimo metu:

Tai išvalyta lenta su antenos dizainu. Plokštė paruošta ėsdinti:

Čia aš užmaskavau galinę PCB pusę naudodamas elektrinę juostą:

Naudojau tiesioginio geležies chlorido ėsdinimo metodą, kad plokštę išgraviruočiau per 10 minučių. Tiesioginis ėsdinimo metodas atliekamas naudojant kempinę: visą plokštę reikia lėtai nuvalyti geležies chloridu. Dėl geležies chlorido naudojimo pavojų sveikatai dėvėjau apsauginius akinius ir pirštines:

Tai lenta po ėsdinimo:

PCB nuvaliau acetone pamirkytu tamponu, kad pašalinčiau dažų pernešimo dangas. Valydama mūvėjau pirštines, nes acetonas susigers per įprastas vienkartines lateksines pirštines:

Antenos jungties skylę išgręžiau naudodamas grąžtą ir grąžtą:

Pirmajam savo prototipui naudojau RP-TNC jungtį iš standartinių Linksys maršrutizatoriaus antenų:

Iš arti „Linksys“ – su RP-TNC suderinama antenos jungtis:

Prieš litavimą ant PCB užtepiau šiek tiek vandens litavimo vietoje:

Kitas žingsnis yra lituoti laidą nuo RP-TNC jungties iki Sierpinski antenos pagrindo spausdintinės plokštės:

Antrąjį antenos jungties laidą prilituokite prie PCB plokštės plokštumos:

Antena paruošta naudoti!

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru/

Įvadas

Antena yra radijo įrenginys, skirtas skleisti arba priimti elektromagnetines bangas. Antena yra vienas iš svarbiausių bet kurios radijo inžinerinės sistemos elementų, susijusių su radijo bangų skleidimu ar priėmimu. Tokios sistemos apima: radijo ryšio sistemas, radijo transliaciją, televiziją, radijo valdymą, radijo relinį ryšį, radarą, radijo astronomiją, radijo navigaciją ir kt.

Struktūriškai antena susideda iš laidų, metalinių paviršių, dielektrikų ir magnetoelektrikų. Antenos paskirtį iliustruoja supaprastinta radijo ryšio schema. Aukšto dažnio elektromagnetiniai virpesiai, moduliuojami naudingo signalo ir sukuriami generatoriaus, siunčiančios antenos paverčiami elektromagnetinėmis bangomis ir išspinduliuojami į erdvę. Paprastai elektromagnetinės bangos iš siųstuvo į anteną tiekiamos ne tiesiogiai, o naudojant maitinimo liniją (elektromagnetinių bangų perdavimo liniją, tiektuvą).

Tokiu atveju išilgai tiektuvo sklinda su juo susijusios elektromagnetinės bangos, kurias antena paverčia besiskiriančiomis laisvos erdvės elektromagnetinėmis bangomis.

Priėmimo antena paima laisvas radijo bangas ir paverčia jas susietomis bangomis, kurios per tiektuvą tiekiamos į imtuvą. Pagal antenos grįžtamumo principą, antenos, veikiančios siuntimo režimu, savybės nekinta, kai ši antena veikia priėmimo režimu.

Į antenas panašūs įrenginiai taip pat naudojami elektromagnetiniams virpesiams sužadinti įvairių tipų bangolaidžiai ir tūriniai rezonatoriai.

1. Pagrindinės antenų charakteristikos

1.1 Trumpa informacija apie pagrindinius antenų parametrus

Renkantis antenas, lyginamos pagrindinės jų charakteristikos: veikimo dažnių diapazonas (pralaidumas), stiprinimas, spinduliavimo modelis, įėjimo varža, poliarizacija. Kiekybiškai antenos stiprinimas Ga parodo, kiek kartų tam tikros antenos gaunama signalo galia yra didesnė už signalo galią, kurią priima paprasčiausia antena – pusės bangos vibratorius (izotropinis emiteris), patalpintas tame pačiame erdvės taške. Stiprinimas išreiškiamas decibelais dB arba dB. Reikia atskirti aukščiau apibrėžtą stiprinimą, žymimą dB arba dBd (dipolio arba pusbangio vibratoriaus atžvilgiu), ir stiprinimą, susijusį su izotropiniu spinduliuote, žymimu dBi arba dB ISO. Bet kokiu atveju būtina palyginti panašias vertes. Pageidautina turėti anteną su dideliu stiprėjimu, tačiau norint padidinti stiprinimą, paprastai reikia padidinti jos konstrukcijos ir matmenų sudėtingumą. Nėra paprastų mažo dydžio antenų, turinčių didelį stiprinimą. Antenos spinduliavimo modelis (RP) rodo, kaip antena priima signalus iš skirtingų krypčių. Šiuo atveju būtina atsižvelgti į antenos modelį tiek horizontalioje, tiek vertikalioje plokštumose. Daugiakryptės antenos bet kurioje plokštumoje turi apskritimo formos raštą, tai yra, antena gali vienodai priimti signalus iš visų pusių, pavyzdžiui, vertikalios strypo spinduliuotės modelį horizontalioje plokštumoje. Kryptinė antena pasižymi tuo, kad yra viena ar kelios modelio skiltys, iš kurių didžiausia vadinama pagrindine. Paprastai, be pagrindinės skilties, yra užpakalinės ir šoninės skiltys, kurių lygis yra žymiai žemesnis nei pagrindinės skilties, o tai vis dėlto pablogina antenos veikimą, todėl jie stengiasi kiek įmanoma sumažinti jų lygį. .

Antenos įvesties varža laikoma momentinės įtampos verčių ir signalo srovės antenos tiekimo taškuose santykiu. Jei signalo įtampa ir srovė yra fazėje, tada santykis yra tikroji vertė, o įėjimo varža yra grynai aktyvi. Kai fazės pasislenka, be aktyviojo komponento, atsiranda reaktyvusis komponentas - indukcinis arba talpinis, priklausomai nuo to, ar srovės fazė atsilieka nuo įtampos, ar ją padidina. Įėjimo varža priklauso nuo gaunamo signalo dažnio. Be išvardintų pagrindinių charakteristikų, antenos turi nemažai kitų svarbių parametrų, tokių kaip SWR (Standing Wave Ratio), kryžminės poliarizacijos lygis, darbinės temperatūros diapazonas, vėjo apkrovos ir kt.

1.2 Antenos klasifikacija

Antenas galima klasifikuoti pagal įvairius kriterijus: pagal plačiajuosčio ryšio principą, pagal spinduliuojančių elementų pobūdį (antenos su tiesinėmis srovėmis, arba vibracinės antenos, antenos, skleidžiančios per apertūrą – apertūrinės antenos, paviršinės valios antenos); pagal radijo inžinerinės sistemos, kurioje naudojama antena, tipą (radijo ryšio, radijo, televizijos ir kt. antenos). Mes laikysimės diapazono klasifikacijos. Nors antenos su vienodais (tipo) spinduliuojančiais elementais labai dažnai naudojamos skirtinguose bangų diapazonuose, tačiau jų konstrukcija skiriasi; Labai skiriasi ir šių antenų parametrai bei joms keliami reikalavimai.

Nagrinėjamos šių bangų diapazonų antenos (diapazonų pavadinimai pateikti pagal „Radijo reglamentų“ rekomendacijas; skliausteliuose nurodyti pavadinimai, plačiai naudojami literatūroje apie antenų tiektuvus): myriametras (ultra). -ilgos) bangos (); kilometrų (ilgos) bangos (); hektometrinės (vidutinės) bangos (); dekametrinės (trumposios) bangos (); metrų bangos (); decimetrinės bangos (); centimetrinės bangos (); milimetrinės bangos (). Paskutinės keturios juostos kartais derinamos bendru pavadinimu „ultra trumposios bangos“ (VHF).

1.2.1 Antenos juostos

Pastaraisiais metais radijo ryšio ir transliavimo rinkoje atsirado daug naujų įvairios paskirties ryšių sistemų, su įvairių savybių. Vartotojų požiūriu, renkantis radijo ryšio sistemą ar transliavimo sistemą, pirmiausiai atkreipiamas dėmesys į ryšio (transliavimo) kokybę, taip pat į šios sistemos (vartotojo terminalo) naudojimo patogumą, kurį lemia matmenys, svoris, naudojimo paprastumas, sąrašas papildomos funkcijos. Visus šiuos parametrus labai nulemia antenų įtaisų tipas ir konstrukcija bei nagrinėjamos sistemos antenos tiektuvo kelio elementai, be kurių neįsivaizduojamas radijo ryšys. Savo ruožtu lemiamas antenų konstrukcijos ir efektyvumo veiksnys yra jų veikimo dažnių diapazonas.

Pagal priimtą dažnių diapazonų klasifikaciją išskiriamos kelios didelės antenų klasės (grupės), kurios iš esmės skiriasi viena nuo kitos: itin ilgųjų bangų (VLF) ir ilgųjų bangų (LW) diapazonų antenos; Vidutinės bangos (MF) antenos; trumpųjų bangų (HF) antenos; ultratrumpųjų bangų (VHF) antenos; mikrobangų antenos.

Pastaraisiais metais populiariausios asmeninio ryšio paslaugų teikimo, radijo ir televizijos transliavimo požiūriu yra HF, VHF ir mikrobangų radijo sistemos, kurių anteniniai įrenginiai bus aptarti toliau. Pažymėtina, kad nepaisant to, kad antenų versle, regis, neįmanoma išrasti ką nors naujo, pastaraisiais metais, remiantis naujomis technologijomis ir principais, buvo gerokai patobulintos klasikinės antenos ir sukurtos naujos antenos, kurios iš esmės skiriasi nuo anksčiau naudotų. esamos konstrukcijos, dydžio, pagrindinių charakteristikų ir pan., todėl labai padaugėjo šiuolaikinėse radijo sistemose naudojamų antenų įrenginių tipų.

Bet kurioje radijo ryšio sistemoje gali būti antenų įrenginių, skirtų tik perduoti, perduoti ir priimti arba tik priimti.

Kiekviename dažnių diapazone taip pat būtina atskirti radijo prietaisų antenų sistemas, turinčias kryptingą ir nekryptinį (visakryptį) veiksmą, o tai savo ruožtu lemia įrenginio paskirtis (ryšiai, transliavimas ir kt.). , įrenginio išspręstos užduotys (pranešimas, ryšiai, transliavimas ir kt.). d.). Apskritai, norint padidinti antenų kryptingumą (susiaurinti spinduliuotės modelį), gali būti naudojami antenų matricos, susidedančios iš elementarių radiatorių (antenų), kurios, esant tam tikroms jų fazavimo sąlygoms, gali suteikti reikiamus pokyčius antenos kryptimi. antenos spindulys erdvėje (užtikrinkite antenos spinduliavimo modelio padėties kontrolę). Kiekviename diapazone taip pat galima išskirti anteninius įrenginius, kurie veikia tik tam tikru dažniu (vieno dažnio arba siaurajuoste), ir antenas, kurios veikia gana plačiame dažnių diapazone (plačiajuostis arba plačiajuostis).

1.3 Antenų matricų spinduliavimas

Norint gauti aukštą spinduliuotės kryptingumą, dažnai reikalingą praktikoje, galite naudoti silpnai nukreiptų antenų sistemą, pvz., vibratorius, plyšius, atvirus bangolaidžių galus ir kitas, kurios yra tam tikru būdu erdvėje ir sužadinamos reikiamos srovės. amplitudės ir fazių santykis. Šiuo atveju bendrą kryptingumą, ypač esant daugybei emiterių, daugiausia lemia bendri visos sistemos matmenys ir, daug mažiau, individualios atskirų emiterių krypties savybės.

Tokios sistemos apima antenų matricas (AR). Paprastai AR yra identiškų spinduliuojančių elementų, identiškai orientuotų erdvėje ir išsidėsčiusių pagal tam tikrą dėsnį, sistema. Priklausomai nuo elementų išsidėstymo, išskiriamos linijinės, paviršinės ir tūrinės gardelės, tarp kurių dažniausios yra tiesinės ir plokščiosios AR. Kartais spinduliuojantys elementai yra išilgai apskritimo lanko arba ant lenktų paviršių, kurie sutampa su objekto, ant kurio yra AR, forma (konforminis AR).

Paprasčiausias yra linijinis masyvas, kuriame spinduliuojantys elementai yra išdėstyti išilgai tiesės linijos, vadinamos masyvo ašimi, vienodais atstumais vienas nuo kito (vienodo atstumo masyvas). Atstumas d tarp emiterių fazių centrų vadinamas gardelės žingsniu. Linijinis AR, be savarankiškos reikšmės, dažnai yra kitų tipų AR analizės pagrindas.

2 . Perspektyvių antenų konstrukcijų analizė

2.1 HF ir VHF antenos

1 paveikslas – antena bazines stotis

Šiuo metu HF ir VHF juostose veikia daug įvairios paskirties radijo sistemų: ryšių (radijo relės, korinio ryšio, magistralinių, palydovinių ir kt.), radijo transliacijų, televizijos transliacijų. Pagal konstrukciją ir charakteristikas visus šių sistemų anteninius įrenginius galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes – stacionarių įrenginių antenas ir mobiliųjų įrenginių antenas. Stacionarioms antenoms priskiriamos bazinių ryšio stočių antenos, televizijos priėmimo antenos, radijo relinio ryšio linijų antenos, o mobiliosioms antenoms priskiriamos asmeninio ryšio vartotojų terminalų, automobilių antenos ir nešiojamųjų (nešiojamųjų) radijo stočių antenos.

Bazinių stočių antenos dažniausiai yra įvairiakryptės horizontalioje plokštumoje, nes užtikrina ryšį daugiausia su judančiais objektais. Dėl konstrukcijos paprastumo ir pakankamo efektyvumo plačiausiai naudojamos vertikalios poliarizacijos plaktinės antenos yra „Ground Plane“ („GP“) tipo. Tokia antena yra vertikalus L ilgio strypas, parinktas pagal veikimo bangos ilgį l, su trimis ar daugiau atsvarų, dažniausiai montuojamas ant stiebo (1 pav.).

Kaiščių L ilgis yra l/4, l/2 ir 5/8l, o atsvarai nuo 0,25l iki 0,1l. Antenos įėjimo varža priklauso nuo kampo tarp atsvaro ir stiebo: kuo šis kampas mažesnis (kuo labiau atsvarai prispaudžiami prie stiebo), tuo didesnė varža. Visų pirma, antenai, kurios L = l/4, 50 omų įėjimo varža pasiekiama 30°...45° kampu. Tokios antenos spinduliuotės modelis vertikalioje plokštumoje turi didžiausią 30° kampą horizonto atžvilgiu. Antenos stiprinimas lygus vertikalaus pusbangio dipolio stiprinimui. Tačiau šioje konstrukcijoje nėra jokio ryšio tarp kaiščio ir stiebo, todėl to reikia papildomas naudojimas trumpojo jungimo kabelio kabelio ilgis l/4, kad apsaugotų anteną nuo perkūnijos ir statinės elektros.

Antenai, kurios ilgis L = l/2, nereikia atsvarų, kurių vaidmenį atlieka stiebas, o jos raštas vertikalioje plokštumoje labiau prispaudžiamas prie horizonto, o tai padidina jos diapazoną. Šiuo atveju įėjimo varžai sumažinti naudojamas aukšto dažnio transformatorius, o kaiščio pagrindas per atitinkamą transformatorių prijungiamas prie įžeminto stiebo, kuris automatiškai išsprendžia apsaugos nuo žaibo ir statinės elektros problemą. Antenos stiprinimas, palyginti su pusės bangos dipoliu, yra apie 4 dB.

Efektyviausia iš „GP“ antenų tolimojo ryšio atveju yra antena, kurios L = 5/8l. Jis yra šiek tiek ilgesnis nei pusės bangos antena, o tiekimo kabelis yra prijungtas prie atitinkamo induktyvumo, esančio vibratoriaus apačioje. Atsvarai (mažiausiai 3) yra horizontalioje plokštumoje. Tokios antenos stiprinimas yra 5-6 dB, didžiausias DP yra 15° kampu horizontalės atžvilgiu, o pats kaištis yra įžemintas prie stiebo per atitinkamą ritę. Šios antenos yra siauresnės nei pusės bangos antenos, todėl jas reikia atidžiau derinti.

2 paveikslas – pusės bangos vibratoriaus antena

3 pav. – Pusbangio vibratoriaus rombinė antena

Dauguma bazinių antenų yra sumontuotos ant stogų, o tai gali labai paveikti jų veikimą, todėl reikia atsižvelgti į šiuos dalykus:

Antenos pagrindą patartina statyti ne žemiau kaip 3 metrai nuo stogo plokštumos;

Prie antenos neturi būti metalinių daiktų ar konstrukcijų ( televizijos antenos, laidai ir kt.);

Patartina antenas montuoti kuo aukščiau;

Antenos veikimas neturėtų trukdyti kitoms bazinėms stotims.

Didelį vaidmenį užmezgant stabilų radijo ryšį vaidina priimamo (skleidžiamo) signalo poliarizacija; Kadangi tolimojo sklidimo metu paviršinė banga patiria žymiai mažesnį susilpnėjimą esant horizontaliai poliarizacijai, tolimojo radijo ryšiui, taip pat televizijos perdavimui, naudojamos antenos su horizontalia poliarizacija (vibratoriai yra horizontaliai).

Paprasčiausia iš kryptinių antenų yra pusės bangos vibratorius. Simetriško pusiau bangos vibratoriaus bendras dviejų vienodų svirties ilgis yra maždaug lygus l/2 (0,95 l/2), spinduliavimo modelis yra aštuonių figūrų horizontalioje plokštumoje ir apskritimo formos vertikalioje. lėktuvas. Didinimas, kaip nurodyta aukščiau, laikomas matavimo vienetu.

Jei kampas tarp tokios antenos vibratorių lygus b<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.

Sujungus dvi V tipo antenas taip, kad jų raštai sumuojami, gaunama rombinė antena, kurioje kryptingumas daug ryškesnis (3 pav.).

Jungiant prie deimanto viršaus, priešais maitinimo taškus, pasiekiamas apkrovos rezistorius Rn, išsklaidymo galia lygi pusei siųstuvo galios, užpakalinės rašto skilties slopinimas 15...20 dB. Pagrindinės skilties kryptis horizontalioje plokštumoje sutampa su įstriža a. Vertikalioje plokštumoje pagrindinė skiltis yra nukreipta horizontaliai.

Viena geriausių santykinai paprastų kryptinių antenų yra „dvigubo kvadrato“ kilpinė antena, kurios stiprinimas yra 8...9 dB, užpakalinės modelio skilties slopinimas ne mažesnis kaip 20 dB, poliarizacija vertikali.

4 pav. – banginio kanalo antena

Labiausiai paplitusios, ypač VHF diapazone, yra „bangų kanalo“ tipo antenos (užsienio literatūroje - Uda-Yagi antenos), nes jos yra gana kompaktiškos ir suteikia dideles Ga reikšmes su santykinai mažais matmenimis. Šio tipo antenos yra elementų rinkinys: aktyvus - vibratorius ir pasyvus - reflektorius ir keli direktoriai, sumontuoti ant vienos bendros strėlės (4 pav.). Tokios antenos, ypač turinčios daug elementų, gaminant reikalauja kruopštaus derinimo. Trijų elementų antenai (vibratorius, reflektorius ir vienas režisierius) pagrindines charakteristikas galima pasiekti be papildomos konfigūracijos.

Šio tipo antenų sudėtingumas taip pat slypi tame, kad antenos įėjimo varža priklauso nuo pasyviųjų elementų skaičiaus ir labai priklauso nuo antenos konfigūracijos, todėl literatūroje dažnai nenurodoma tiksli antenos vertė. tokių antenų įėjimo varža. Visų pirma, kai kaip vibratorių naudojamas Pistolkors kilpos vibratorius, kurio įėjimo varža yra apie 300 omų, padidėjus pasyviųjų elementų skaičiui, antenos įvesties varža sumažėja ir pasiekia 30-50 reikšmes. omų, dėl kurių atsiranda neatitikimas su tiektuvu ir reikalauja papildomo suderinimo. Didėjant pasyviųjų elementų skaičiui, antenos raštas siaurėja, o stiprinimas didėja, pavyzdžiui, trijų ir penkių elementų antenoms stiprinimas yra 5...6 dB ir 8...9 dB su modelio pagrindinės sijos plotis atitinkamai 70º ir 50º.

Daugiau plačiajuosčio ryšio nei „bangų kanalo“ tipo antenos ir nereikalaujančios derinimo yra keliaujančios bangos antenos (AWA), kuriose visi vibratoriai, esantys vienodu atstumu vienas nuo kito, yra aktyvūs ir prijungti prie surinkimo linijos (5 pav.). Jų gaunama signalo energija sumuojama surinkimo linijoje beveik faze ir patenka į tiektuvą. Tokių antenų stiprinimas nustatomas pagal surinkimo linijos ilgį, yra proporcingas šio ilgio ir gaunamo signalo bangos ilgio santykiui ir priklauso nuo vibratorių kryptinių savybių. Visų pirma, ABC su šešiais skirtingo ilgio vibratoriais, atitinkančiais reikiamą dažnių diapazoną ir išdėstytus 60° kampu surinkimo linijos atžvilgiu, stiprinimas svyruoja nuo 4 dB iki 9 dB veikimo diapazone, o atgalinės spinduliuotės lygis. yra 14 dB žemesnis.

5 pav. Keliaujančios bangos antena

6 pav. Antena su logaritmine periodiškumo struktūra arba log periodinė antena

Nagrinėjamų antenų kryptinės savybės skiriasi priklausomai nuo gaunamo signalo bangos ilgio. Vienas iš labiausiai paplitusių antenų, turinčių pastovią modelio formą plačiame dažnių diapazone, yra antenos su logaritminiu struktūros periodiškumu arba log-periodic antenos (LPA). Jie turi platų diapazoną: didžiausias gaunamo signalo bangos ilgis viršija mažiausią daugiau nei 10 kartų. Tuo pačiu užtikrinamas geras antenos suderinimas su tiektuvu visame veikimo diapazone, o stiprinimas praktiškai nesikeičia. LPA surinkimo liniją dažniausiai sudaro du vienas virš kito esantys laidininkai, prie kurių horizontaliai, po vieną pritvirtinamos vibratorių svirties (6 pav., vaizdas iš viršaus).

LPA vibratoriai yra įrašyti į lygiašonį trikampį, kurio kampas viršūnėje b ir pagrindas yra lygus didžiausiam vibratoriui. Antenos veikimo dažnių juostos plotis nustatomas pagal ilgiausių ir trumpiausių vibratorių matmenis. Logaritminės antenos struktūrai turi būti tenkinamas tam tikras santykis tarp gretimų vibratorių ilgių, taip pat tarp atstumų nuo jų iki konstrukcijos viršaus. Šis ryšys vadinamas struktūros periodu f:

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

Taigi vibratorių dydis ir atstumas iki jų nuo trikampio viršūnės sumažėja eksponentiškai. Antenos charakteristikas lemia f ir b reikšmės. Kuo mažesnis kampas b ir didesnis b (b visada mažesnis už 1), tuo didesnis antenos stiprinimas ir žemesnis spinduliuotės modelio galinių ir šoninių skilčių lygis. Tačiau tuo pačiu didėja vibratorių skaičius, didėja antenos matmenys ir svoris. Optimalios kampo b reikšmės parenkamos per 3є…60є, o φ - 0,7…0,9.

Priklausomai nuo priimamo signalo bangos ilgio, antenos struktūroje sužadinami keli vibratoriai, kurių dydžiai yra artimiausi pusei signalo bangos ilgio, todėl LPA iš principo yra panašus į kelias tarpusavyje sujungtas „bangų kanalo“ antenas, kurių kiekviena. iš kurių yra vibratorius, atšvaitas ir režisierius . Esant tam tikram signalo bangos ilgiui, sužadinama tik viena vibratorių trijulė, o likusieji yra taip išderinti, kad neturi įtakos antenos darbui. Todėl LPA stiprinimas pasirodo mažesnis nei „bangų kanalo“ antenos, turinčios tą patį elementų skaičių, stiprinimas, tačiau LPA pralaidumas yra daug platesnis. Taigi, LPA, kurį sudaro dešimt vibratorių ir verčių b = 45є, f = 0,84, apskaičiuotas stiprinimas yra 6 dB, kuris praktiškai nesikeičia visame veikimo dažnių diapazone.

Radijo relinio ryšio linijoms labai svarbu turėti siaurą spinduliuotės modelį, kad netrukdytų kitai radioelektroninei įrangai ir būtų užtikrintas kokybiškas ryšys. Norint susiaurinti piešinį, plačiai naudojami antenų matricos (AR), kurios siaurina raštą skirtingose ​​plokštumose ir suteikia skirtingas pagrindinės skilties pločio reikšmes. Visiškai aišku, kad geometriniai antenos matricos matmenys ir spinduliuotės modelio charakteristikos labai priklauso nuo veikimo dažnių diapazono – kuo didesnis dažnis, tuo matrica bus kompaktiškesnė, o spinduliuotės raštas siauresnis, taigi. , tuo didesnis pelnas. Esant tiems patiems dažniams, didėjant AR dydžiams (paprastųjų spindulių skaičiui), modelis susiaurėja.

VHF juostai dažnai naudojamos matricos, susidedančios iš vibratorių antenų (kilpinių vibratorių), kurių skaičius gali siekti kelias dešimtis, stiprinimas padidėja iki 15 dB ir daugiau, o modelio plotis bet kurioje plokštumoje gali būti susiaurintas iki 10º. , pavyzdžiui, 16 vertikaliai išdėstytų kilpinių vibratorių dažnių diapazone 395...535 MHz, raštas vertikalioje plokštumoje susiaurėja iki 10º.

Pagrindinis antenų tipas, naudojamas vartotojų terminaluose, yra vertikaliai poliarizuotos plaktos antenos, kurių horizontalioje plokštumoje yra apskritas raštas. Šių antenų efektyvumas yra gana mažas dėl mažų stiprinimo verčių, taip pat dėl ​​aplinkinių objektų įtakos spinduliavimo modeliui, taip pat dėl ​​tinkamo įžeminimo trūkumo ir geometrinių antenų matmenų apribojimų. Pastarasis reikalauja aukštos kokybės antenos suderinimo su radijo įrenginio įvesties grandinėmis. Tipiškos konstrukcijos derinimo parinktys yra induktyvumas, paskirstytas išilgai antenos, ir induktyvumas ant antenos pagrindo. Radijo ryšio diapazonui padidinti naudojamos specialios prailgintos kelių metrų ilgio antenos, kurios žymiai padidina gaunamo signalo lygį.

Šiuo metu yra daugybė automobilių antenų tipų, kurios skiriasi išvaizda, dizainu ir kaina. Šioms antenoms taikomi griežti mechaninių, elektrinių, eksploatacinių ir estetinių parametrų reikalavimai. Geriausius rezultatus ryšio diapazono prasme pasiekia pilno dydžio l/4 ilgio antena, tačiau dideli geometriniai matmenys ne visada yra patogūs, todėl naudojami įvairūs antenų trumpinimo būdai, ženkliai nepabloginant jų savybių. Pateikti korinio ryšio Automobiliuose gali būti naudojamos mikrojuostos rezonansinės antenos (vienos, dviejų ir trijų juostų), kurioms nereikia montuoti išorinių dalių, nes jos tvirtinamos automobilio stiklo viduje. Tokios antenos užtikrina vertikaliai poliarizuotų signalų priėmimą ir perdavimą 450...1900 MHz dažnių diapazone, o stiprinimas siekia iki 2 dB.

2.1.1 Bendrosios mikrobangų antenų charakteristikos

Pastaraisiais metais mikrobangų diapazone taip pat padaugėjo ryšių ir transliavimo sistemų, tiek anksčiau sukurtų, tiek naujai sukurtų. Antžeminėms sistemoms - tai radijo relinės ryšio sistemos, radijo ir televizijos transliavimas, korinės televizijos sistemos ir kt., palydovinėms sistemoms - tiesioginis televizijos transliavimas, telefonas, faksas, ieškos ryšiai, vaizdo konferencijos, interneto prieiga ir kt. Šio tipo ryšiams ir transliavimui naudojami dažnių diapazonai atitinka šiems tikslams skirtus dažnių spektro skyrius, kurių pagrindiniai yra: 3,4...4,2 GHz; 5,6...6,5 GHz; 10,7–11,7 GHz; 13,7–14,5 GHz; 17,7–19,7 GHz; 21,2–23,6 GHz; 24,5–26,5 GHz; 27,5–28,5 GHz; 36…40 GHz. Kartais techninėje literatūroje mikrobangų diapazonas apima sistemas, veikiančias didesniais nei 1 GHz dažniais, nors šis diapazonas griežtai prasideda nuo 3 GHz.

Antžeminėms mikrobangų sistemoms anteniniai įrenginiai yra mažo dydžio veidrodinės, raginės, raginės antenos, sumontuotos ant stiebų ir apsaugotos nuo žalingo atmosferos poveikio. Kryptinės antenos, priklausomai nuo jų paskirties, konstrukcijos ir dažnių diapazono, turi platų charakteristikų spektrą, būtent: stiprinimas - nuo 12 iki 50 dB, pluošto plotis (lygis - 3 dB) - nuo 3,5 iki 120º. Be to, korinio ryšio televizijos sistemose naudojamos dvikūginės daugiakryptės (horizontalioje plokštumoje) antenos, susidedančios iš dviejų metalinių kūgių, kurių viršūnės nukreiptos viena į kitą, tarp kūgių sumontuoto dielektrinio lęšio ir sužadinimo įtaiso. Tokios antenos turi 7...10 dB stiprinimą, pagrindinės skilties plotis vertikalioje plokštumoje yra 8...15є, o šoninių skilčių lygis ne prastesnis nei minus 14 dB.

3. Galimų antenų fraktalų struktūrų sintezės metodų analizė

3.1 Fraktalinės antenos

Fraktalinės antenos yra palyginti nauja elektriškai mažų antenų (EMA) klasė, kurios savo geometrija iš esmės skiriasi nuo žinomų sprendimų. Tiesą sakant, tradicinė antenų evoliucija buvo pagrįsta euklido geometrija, veikiančia su sveikojo skaičiaus objektais (linija, apskritimas, elipsė, paraboloidas ir kt.). Pagrindinis skirtumas tarp fraktalinių geometrinių formų yra jų trupmeninis matmuo, kuris išoriškai pasireiškia rekursiniu pirminių deterministinių arba atsitiktinių modelių pasikartojimu didėjančia arba mažėjančia skale. Fraktalų technologijos plačiai paplito kuriant signalų filtravimo priemones, sintezuojant trimačius kompiuterinius gamtos peizažų modelius, glaudinant vaizdą. Visiškai natūralu, kad fraktalų „mada“ neaplenkė antenų teorijos. Be to, šiuolaikinių fraktalinių technologijų prototipas antenų technologijoje buvo žurnalinis periodinis ir spiralinis dizainas, pasiūlytas praėjusio amžiaus 60-ųjų viduryje. Tiesa, griežtąja matematine prasme tokios struktūros kūrimo metu neturėjo jokio ryšio su fraktalų geometrija, o iš tikrųjų buvo tik pirmosios rūšies fraktalai. Šiuo metu mokslininkai, daugiausia bandymų ir klaidų būdu, bando panaudoti žinomus fraktalus geometrijoje antenų sprendimuose. Imitacinio modeliavimo ir eksperimentų metu buvo nustatyta, kad fraktalinės antenos leidžia gauti beveik tokį patį stiprinimą kaip ir įprastos, tačiau mažesnių matmenų, o tai svarbu mobiliosioms programoms. Panagrinėkime rezultatus, gautus kuriant įvairių tipų fraktalines antenas.

Coheno paskelbti naujos antenos konstrukcijos charakteristikų tyrimų rezultatai patraukė specialistų dėmesį. Daugelio tyrinėtojų pastangomis šiandien fraktalinių antenų teorija virto nepriklausomu, pakankamai išvystytu EMA sintezės ir analizės aparatu.

3.2 Savybėsfraktalinės antenos

SFC gali būti naudojami kaip šablonai gaminant monopolius ir dipolius, formuojant spausdintinių antenų topologiją, dažnio pasirinkimo paviršių (FSS) ar reflektoriaus apvalkalus, konstruojant kilpinių antenų kontūrus ir rago apertūrų profilius, taip pat frezuojant plyšių antenose.

Cushcraft specialistų gauti eksperimentiniai Kocho kreivės, keturių kvadratinės bangos iteracijų ir spiralinės antenos duomenys leidžia palyginti elektrines Kocho antenos savybes su kitais periodinės struktūros skleidėjais. Visi lyginami emiteriai pasižymėjo daugiadažnėmis savybėmis, kurios pasireiškė esant periodiniams rezonansams varžos grafikuose. Tačiau kelių juostų taikymui labiausiai tinka Koch fraktalas, kuriam didėjant dažniui mažėja didžiausios reaktyviosios ir aktyviosios varžos vertės, o meandrai ir spiralei jos didėja.

Apskritai reikia pažymėti, kad sunku teoriškai įsivaizduoti fraktalinės priėmimo antenos ir ant jos krentančių elektromagnetinių bangų sąveikos mechanizmą, nes nėra analitinio bangų procesų aprašymo sudėtingos topologijos laidininke. Esant tokiai situacijai, matematinio modeliavimo būdu patartina nustatyti pagrindinius fraktalinių antenų parametrus.

Pirmosios į save panašios fraktalinės kreivės konstravimo pavyzdį 1890 m. pademonstravo italų matematikas Giuseppe Peano. Riboje jo pasiūlyta linija visiškai užpildo kvadratą, eina aplink visus jo taškus (9 pav.). Vėliau buvo rasti ir kiti panašūs objektai, kurie savo šeimos atradėjo vardu gavo bendrą pavadinimą „Peano curves“. Tiesa, dėl grynai analitinio Peano pasiūlyto kreivės aprašymo SFC linijų klasifikacijoje kilo tam tikra painiava. Tiesą sakant, pavadinimas „Peano kreivės“ turėtų būti suteiktas tik originalioms kreivėms, kurių konstrukcija atitinka Peano paskelbtą analitiką (10 pav.).

9 pav. Peano kreivės iteracijos: a) pradinė eilutė, b) pirmoji, c) antroji ir d) trečioji iteracijos

10 pav. Hilberto pasiūlytos polilinijos iteracijos 1891 m

Dažnai interpretuojama kaip rekursinė Peano kreivė

Todėl, norint patikslinti nagrinėjamus antenų technologijos objektus, aprašant vienokią ar kitokią fraktalinės antenos formą, esant galimybei, reikėtų paminėti atitinkamą SFC modifikaciją pasiūliusių autorių pavardes. Tai dar svarbiau, nes, remiantis skaičiavimais, žinomų SFC veislių skaičius artėja prie trijų šimtų, ir šis skaičius nėra riba.

Pažymėtina, kad Peano kreivė (9 pav.) savo originalia forma yra gana tinkama daryti plyšius bangolaidžių, spausdintinių ir kitų diafragmos fraktalinių antenų sienelėse, tačiau nepriimtina vielinei antenai konstruoti, nes turi lietimą. skyriuose. Todėl Fractus specialistai pasiūlė jo modifikaciją, pavadintą „Peanodec“ (11 pav.).

11 pav. Peano kreivės modifikacijos variantas („Peanodec“): a) pirmas, b) antrasis c) trečiasis kartojimas

Perspektyvus antenų su Koch topologija pritaikymas yra MIMO ryšio sistemos (ryšio sistemos su daugybe įėjimų ir išėjimų). Norėdami sumažinti tokio ryšio vartotojų terminalų antenų matricas, Patros universiteto (Graikija) elektromagnetizmo laboratorijos specialistai pasiūlė fraktalų panašumą į apverstą L anteną (ILA). Idėjos esmė yra sulenkti Koch vibratorių 90° taške, padalijant jį į segmentus, kurių ilgio santykis yra 2:1. Mobiliajam ryšiui, kurio nešlio dažnis ~2,4 Hz, tokios spausdintos antenos matmenys yra 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), pralaidumas ~20%, efektyvumas 93%.

12 pav. Dviejų juostų (2,45 ir 5,25 GHz) antenos matricos pavyzdys

Azimuto spinduliuotės modelis yra beveik vienodas, stiprinimas pagal tiektuvo įvestį yra ~ 3,4 dB. Tiesa, kaip pažymėta straipsnyje, tokių spausdintų elementų veikimą kaip gardelės dalį (12 pav.) lydi jų efektyvumo sumažėjimas, lyginant su vienu elementu. Taigi, esant 2,4 GHz dažniui, 90° sulenkto Kocho monopolio efektyvumas sumažėja nuo 93 iki 72%, o esant 5,2 GHz dažniui - nuo 90 iki 80%. Situacija yra kiek geresnė dėl abipusės aukšto dažnio juostos antenų įtakos: esant 5,25 GHz dažniui, izoliacija tarp elementų, sudarančių centrinę antenų porą, yra 10 dB. Kalbant apie abipusę įtaką skirtingų diapazonų gretimų elementų poroje, priklausomai nuo signalo dažnio, izoliacija svyruoja nuo 11 dB (esant 2,45 GHz) iki 15 dB (esant 5,25 GHz dažniui). Antenos veikimo pablogėjimo priežastis yra abipusė spausdintų elementų įtaka.

Taigi galimybė pasirinkti daugybę skirtingų antenos sistemos parametrų pagal Kocho trūkinę liniją leidžia konstrukcijai patenkinti įvairius vertės reikalavimus. vidinis pasipriešinimas ir platinimas rezonansiniai dažniai. Tačiau kadangi rekursinio matmens ir antenos charakteristikų tarpusavio priklausomybę galima gauti tik esant tam tikrai geometrijai, nagrinėjamų savybių pagrįstumas kitoms rekursinėms konfigūracijoms reikalauja papildomų tyrimų.

3.3 Fraktalinių antenų charakteristikos

13 arba 20 paveiksle parodyta Koch fraktalinė antena yra tik vienas iš variantų, kurį galima įgyvendinti naudojant lygiakraštį inicijuojantį rekursinį trikampį, t.y. kampas ir prie jo pagrindo (įtraukimo kampas arba „įtraukimo kampas“) yra 60°. Ši Kocho fraktalo versija paprastai vadinama standartine. Natūralu, kad kyla klausimas, ar galima naudoti fraktalo modifikacijas su kitomis šio kampo reikšmėmis. Vinoy pasiūlė kampą ties inicijuojančio trikampio pagrindu laikyti parametru, apibūdinančiu antenos konstrukciją. Pakeitus šį kampą, galite gauti panašias skirtingų matmenų rekursines kreives (13 pav.). Kreivės išlaiko savaiminio panašumo savybę, tačiau gaunamas linijos ilgis gali būti skirtingas, o tai turi įtakos antenos charakteristikoms. Vinoy pirmasis ištyrė koreliaciją tarp antenos savybių ir apibendrinto Koch fraktalo D matmens, kurį bendru atveju nustato priklausomybė.

(1)

Parodyta, kad didėjant kampui, didėja ir fraktalo matmuo, o esant u>90° artėja prie 2. Pažymėtina, kad fraktalinių antenų teorijoje vartojama matmens samprata kiek prieštarauja geometrijoje priimtoms sąvokoms. , kur ši priemonė taikoma tik be galo rekursyviems objektams.

13 pav. Kocho kreivės su a) 30° ir b) 70° kampais ties trikampio pagrindu fraktalų generatoriuje

Didėjant matmeniui, bendras trūkinės linijos ilgis didėja netiesiškai, nulemtas ryšio:

(2)

kur L0 yra tiesinio dipolio ilgis, kurio atstumas tarp jo galų yra toks pat kaip ir Kocho trūkinės linijos, n yra iteracijos skaičius. Perėjimas iš u = 60° į u = 80° šeštoje iteracijoje leidžia bendrą prefraktalo ilgį padidinti daugiau nei keturis kartus. Kaip ir galima tikėtis, yra tiesioginis ryšys tarp rekursinio matmens ir tokių antenos savybių kaip pirminis rezonansinis dažnis, vidinė varža rezonanso metu ir kelių juostų charakteristikos. Remdamasis kompiuteriniais skaičiavimais, Vinoy nustatė pirmojo Kocho dipolio fk rezonansinio dažnio priklausomybę nuo prefraktalinio D matmens, iteracijos skaičiaus n ir tiesinio dipolio fD rezonansinio dažnio, tokio pat aukščio kaip Koch trūkinė linija ( kraštutiniuose taškuose):

(3)

14 pav. Elektromagnetinių bangų nuotėkio efektas

Bendruoju atveju Kocho dipolio vidinei varžai pirmuoju rezonansiniu dažniu galioja toks apytikslis ryšys:

(4)

čia R0 – tiesinio dipolio vidinė varža (D=1), kuri nagrinėjamu atveju lygi 72 omai. Išraiškos (3) ir (4) gali būti naudojamos norint nustatyti antenos geometrinius parametrus su reikiamomis rezonansinio dažnio ir vidinės varžos reikšmėmis. Daugiajuostės Kocho dipolio savybės taip pat labai jautrios kampo u reikšmei. Didėjant, nominalios rezonansinių dažnių vertės artėja, todėl jų skaičius tam tikrame spektriniame diapazone didėja (15 pav.). Be to, kuo didesnis iteracijos skaičius, tuo stipresnė ši konvergencija.

15 pav. Intervalo tarp rezonansinių dažnių susiaurėjimo poveikis

Pensilvanijos universitete buvo tiriamas dar vienas svarbus Kocho dipolio aspektas – jo maitinimo šaltinio asimetrijos įtaka laipsniui, kuriuo antenos vidinė varža artėja prie 50 omų. Tiesiniuose dipoliuose padavimo taškas dažnai yra asimetriškai. Tas pats metodas gali būti naudojamas fraktalinei antenai Kocho kreivės pavidalu, kurios vidinė varža yra mažesnė už standartines vertes. Taigi trečioje iteracijoje standartinio Kocho dipolio (u = 60°) vidinė varža, neatsižvelgiant į nuostolius jungiant tiektuvą centre, yra 28 omai. Perkeliant tiektuvą į vieną antenos galą, galima pasiekti 50 omų varžą.

Visos iki šiol svarstytos Kocho trūkinės linijos konfigūracijos buvo susintetintos rekursyviai. Tačiau, pasak Vinos, jei pažeisite šią taisyklę, visų pirma nurodydami skirtingus kampus ir? Su kiekviena nauja iteracija antenos savybės gali būti keičiamos lanksčiau. Siekiant išsaugoti panašumą, patartina pasirinkti įprastą kampo keitimo schemą ir. Pavyzdžiui, pakeiskite jį pagal tiesinį dėsnį иn = иn-1 - Di·n, kur n yra iteracijos skaičius, Di? - kampo prie trikampio pagrindo padidėjimas. Šio trūkinės linijos konstravimo principo variantas yra tokia kampų seka: u1 = 20° pirmajai iteracijai, u2 = 10° antrajai ir kt. Vibratoriaus konfigūracija šiuo atveju nebus griežtai rekursinė, tačiau visi jo segmentai, susintetinti per vieną iteraciją, bus vienodo dydžio ir formos. Todėl tokios hibridinės trūkinės linijos geometrija suvokiama kaip į save panaši. Su nedideliu iteracijų skaičiumi, kartu su neigiamu prieaugiu Di, galima naudoti kvadratinį ar kitą netiesinį kampo un pokytį.

Apsvarstytas metodas leidžia nustatyti antenos rezonansinių dažnių pasiskirstymą ir jos vidinės varžos reikšmes. Tačiau kampo verčių keitimo tvarkos pertvarkymas iteracijose neduoda lygiaverčio rezultato. Tam pačiam trūkinės linijos aukščiui įvairūs identiškų kampų deriniai, pavyzdžiui, u1 = 20°, u2 = 60° ir u1 = 60°, u2 = 20° (16 pav.), suteikia tokį patį išplėstinį prefraktalų ilgį. Tačiau, priešingai nei tikėtasi, visiškas parametrų sutapimas neužtikrina rezonansinių dažnių tapatumo ir antenų daugiajuosčių savybių tapatumo. Priežastis – nutrūkusios linijos segmentų vidinės varžos pasikeitimas, t.y. Pagrindinį vaidmenį atlieka laidininko konfigūracija, o ne jo dydis.

16 pav. Antrosios iteracijos apibendrinti Kocho prefraktalai su neigiamu prieaugiu Dq (a), teigiamu prieaugiu Dq (b) ir trečiosios iteracijos su neigiamu prieaugiu Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Fraktalinių antenų pavyzdžiai

4.1 Antenos apžvalga

Antenos temos yra viena iš perspektyviausių ir labiausiai dominančių šiuolaikinė teorija informacijos perdavimas. Šis noras plėtoti būtent šią mokslo plėtros sritį yra susijęs su nuolat didėjančiais reikalavimais informacijos perdavimo greičiui ir metodams šiuolaikiniame technologijų pasaulyje. Kasdien bendraudami tarpusavyje mes perduodame informaciją tokiu mums natūraliu būdu – per orą. Lygiai taip pat mokslininkai sugalvojo išmokyti daugybę kompiuterių tinklų bendrauti.

Rezultatas buvo naujų pasiekimų atsiradimas šioje srityje, jų patvirtinimas kompiuterinės įrangos rinkoje, o vėliau ir standartų priėmimas. bevielis perdavimas informacija. Šiandien tokios perdavimo technologijos kaip „BlueTooth“ ir „WiFi“ jau yra patvirtintos ir visuotinai priimtos. Tačiau vystymasis tuo nesibaigia ir negali sustoti, atsiranda nauji reikalavimai ir nauji rinkos norai.

Perdavimo greičiai, tokie stebėtinai greiti tuo metu, kai buvo kuriamos technologijos, šiandien nebeatitinka šių technologijų naudotojų reikalavimų ir pageidavimų. Pradėjo veikti keli pirmaujantys plėtros centrai naujas projektas WiMAX, siekiant padidinti greitį, remiantis kanalo išplėtimu pagal jau esamą WiFi standartą. Kokią vietą visame tame užima antenos tema?

Perdavimo kanalo išplėtimo problemą galima iš dalies išspręsti įvedant dar didesnį suspaudimą nei esamas. Fraktalinių antenų naudojimas šią problemą išspręs geriau ir efektyviau. Taip yra dėl to, kad fraktalinės antenos ir dažniui selektyvūs paviršiai bei jais pagrįsti tūriai turi unikalias elektrodinamines charakteristikas, būtent: plačiajuostį ryšį, dažnių juostos pločio pakartojamumą dažnių diapazonas ir tt

4.1.1 Cayley medžio statyba

Cayley medis yra vienas iš klasikinių fraktalų rinkinių pavyzdžių. Jo nulinė iteracija yra tik tam tikro ilgio l tiesios linijos atkarpa. Pirmoji ir kiekviena paskesnė nelyginė iteracija susideda iš dviejų lygiai tokio pat ilgio l kaip ir ankstesnė iteracija segmentų, išdėstytų statmenai ankstesnės iteracijos segmentui, kad jo galai būtų sujungti su segmentų viduriu.

Antroji ir kiekviena paskesnė lyginė fraktalo iteracija yra du segmentai, l/2 pusės ankstesnės iteracijos ilgio, išdėstyti, kaip ir anksčiau, statmenai ankstesnei iteracijai.

Cayley medžio konstravimo rezultatai parodyti 17 paveiksle. Bendras antenos aukštis 15/8l, plotis 7/4l.

17 pav. – Cayley medžio statyba

„Cayley Tree“ antenos skaičiavimai ir analizė Atlikti teoriniai 6 eilės Cayley Tree formos fraktalinės antenos skaičiavimai. Šiai praktinei problemai išspręsti buvo panaudotas gana galingas įrankis, skirtas griežtam laidžių elementų elektrodinaminių savybių skaičiavimui – programa EDEM. Galingi įrankiai ir patogi šios programos sąsaja daro ją nepakeičiama atliekant tokio lygio skaičiavimus.

Autoriai susidūrė su užduotimi suprojektuoti anteną, įvertinti teorines signalo priėmimo ir perdavimo rezonansinių dažnių reikšmes ir pateikti problemą EDEM programų kalbos sąsajoje. Suprojektuota fraktalinė antena, pagrįsta „Cayley Tree“, parodyta 18 paveiksle.

Tada į suprojektuotą fraktalinę anteną buvo siunčiama plokštuminė elektromagnetinė banga, o programa apskaičiavo lauko sklidimą prieš ir po antenos bei apskaičiavo fraktalinės antenos elektrodinamines charakteristikas.

Autorių atliktų fraktalinės antenos „Cayley Tree“ skaičiavimų rezultatai leido padaryti tokias išvadas. Parodyta, kad rezonansinių dažnių serija kartojasi maždaug dvigubai didesniu dažniu nei ankstesnis. Nustatyti srovės pasiskirstymai antenos paviršiuje. Buvo tiriamos tiek bendrojo elektromagnetinio lauko perdavimo, tiek suminio atspindžio sritys.

18 pav. – 6-osios eilės Cayley medis

4 .1.2 Multimedijos antena

Miniatiūrizacija sparčiai žengia į priekį visoje planetoje. Netrukus pasirodys pupelės dydžio kompiuteriai, tačiau tuo tarpu bendrovė „Fractus“ atkreipia mūsų dėmesį į anteną, kurios matmenys yra mažesni nei ryžio grūdo (19 pav.).

19 pav. Fraktalinė antena

Naujasis produktas, pavadintas „Micro Reach Xtend“, veikia 2,4 GHz dažniu ir palaiko „Wi-Fi“ ir „Bluetooth“ belaidžio ryšio technologijas bei kai kuriuos kitus mažiau populiarius standartus. Įrenginys paremtas patentuotomis fraktalinės antenos technologijomis, o jo plotas – tik 3,7 x 2 mm. Kūrėjų teigimu, mažytė antena leis sumažinti daugialypės terpės gaminių, kuriuose ji bus panaudota artimiausiu metu, dydį arba į vieną įrenginį sutalpinti daugiau galimybių.

Televizijos stotys perduoda signalus 50-900 MHz diapazone, kurie patikimai priimami daugelio kilometrų atstumu nuo siųstuvo antenos. Yra žinoma, kad aukštesnio dažnio vibracijos prasčiau nei žemo dažnio prasiskverbia pro pastatus ir įvairias kliūtis, kurios aplink juos tiesiog linksta. Štai kodėl Wi-Fi technologija, naudojamas įprastose belaidžio ryšio sistemose ir veikiantis dažniais, viršijančiais 2,4 GHz, užtikrina signalo priėmimą tik ne didesniu nei 100 m atstumu. . Ateityje Wi-Fi technologijos pagrindu sukurti įrenginiai veiks dažniais tarp veikiančių televizijos kanalų, taip padidindami patikimo priėmimo diapazoną. Kad netrukdytų televizoriaus veikimui, kiekviena „Wi-Fi“ sistema (siųstuvas ir imtuvas) nuolatos skenuos netoliese esančius dažnius, užkertant kelią susidūrimams eteryje. Pereinant į platesnį dažnių diapazoną, tampa būtina turėti anteną, galinčią vienodai gerai priimti signalus tiek iš aukštų, tiek iš aukštų dažnių. žemi dažniai. Įprastos plaktos antenos šių reikalavimų neatitinka, nes Jie pagal savo ilgį selektyviai priima tam tikro bangos ilgio dažnius. Antena, tinkama priimti signalus plačiame dažnių diapazone, yra vadinamoji fraktalinė antena, turinti fraktalo formą – struktūrą, kuri atrodo vienodai, kad ir kokiu padidinimu ją žiūrėtume. Fraktalinė antena elgiasi taip, kaip elgtųsi struktūra, susidedanti iš daugybės skirtingo ilgio kontaktinių antenų, susuktų kartu.

4.1.3 „Sugedusi“ antena

Amerikiečių inžinierius Nathanas Cohenas maždaug prieš dešimt metų nusprendė namuose surinkti mėgėjišką radijo stotį, tačiau susidūrė su netikėtu sunkumu. Jo butas buvo Bostono centre, o miesto valdžia griežtai uždraudė statyti anteną už pastato ribų. Netikėtai buvo rastas sprendimas, apvertęs visą tolesnį radijo mėgėjo gyvenimą aukštyn kojomis.

Užuot gaminęs tradicinės formos anteną, Cohenas paėmė aliuminio folijos gabalėlį ir supjaustė ją į matematinio objekto, žinomo kaip Kocho kreivė, formą. Ši kreivė, kurią 1904 m. atrado vokiečių matematikė Helga von Koch, yra fraktalas, trūkinė linija, kuri atrodo kaip be galo mažėjančių trikampių, išaugančių vienas iš kito, kaip daugiapakopės Kinijos pagodos stogas, serija. Kaip ir visi fraktalai, ši kreivė yra „panaši į save“, tai yra, bet kuriame mažiausiame segmente ji atrodo taip pat, kartojasi. Tokios kreivės konstruojamos be galo kartojant paprastą operaciją. Linija padalijama į lygias atkarpas, o kiekviename segmente daromas lenkimas trikampio (von Kocho metodas) arba kvadrato (Hermano Minkowskio metodas) pavidalu. Tada iš visų gautos figūros pusių savo ruožtu sulenkiami panašūs kvadratai ar trikampiai, bet mažesnio dydžio. Tęsdami konstrukciją iki begalybės, galite gauti kreivę, kuri yra „sulaužyta“ kiekviename taške (20 pav.).

20 pav. Kocho ir Minkovskio kreivės konstravimas

Kocho kreivės konstravimas – vienas pirmųjų fraktalinių objektų. Begalinėje tiesėje skiriamos l ilgio atkarpos. Kiekvienas segmentas padalintas į tris lygias dalis, o vidurinėje sukonstruotas lygiakraštis trikampis, kurio kraštinė l/3. Tada procesas kartojamas: ant atkarpų l/3 statomi trikampiai, kurių kraštinės l/9, ant jų statomi trikampiai su kraštinėmis l/27 ir t.t. Ši kreivė turi savęs panašumą arba mastelio invarianciją: kiekvienas jos elementas sumažinta forma pakartoja pačią kreivę.

Minkovskio fraktalas yra sukonstruotas panašiai kaip Kocho kreivė ir turi tas pačias savybes. Jį statant vietoj trikampių sistemos tiesioje linijoje statomi vingiai - be galo mažėjančių dydžių „stačiakampės bangos“.

Kurdamas Kocho kreivę, Cohenas apsiribojo tik dviem ar trimis žingsniais. Tada jis priklijavo figūrėlę ant nedidelio popieriaus lapo, pritvirtino prie imtuvo ir nustebo, kad ji veikia ne prasčiau nei įprastos antenos. Kaip vėliau paaiškėjo, jo išradimas tapo iš esmės naujo tipo antenų, dabar gaminamų masiškai, įkūrėju.

Šios antenos yra labai kompaktiškos: dėkle įmontuota fraktalinė antena mobiliajam telefonui yra įprastos skaidrės dydžio (24 x 36 mm). Be to, jie veikia plačiame dažnių diapazone. Visa tai buvo atrasta eksperimentiniu būdu; Fraktalinių antenų teorija dar neegzistuoja.

Fraktalinės antenos parametrai, pagaminti nuosekliais žingsniais naudojant Minkovskio algoritmą, keičiasi labai įdomiai. Jei tiesi antena yra sulenkta kaip „kvadratinė banga“ - vingis, jos stiprinimas padidės. Visi vėlesni antenos stiprinimo vingiai nesikeičia, tačiau jos gaunamų dažnių diapazonas plečiasi, o pati antena tampa daug kompaktiškesnė. Tiesa, veiksmingi tik pirmieji penki ar šeši žingsniai: norint dar labiau sulenkti laidininką, teks sumažinti jo skersmenį, o tai padidins antenos varžą ir praras stiprinimą.

Kol vieni galvos dėl teorinių problemų, kiti aktyviai taiko išradimą praktikoje. Pasak Nathano Coheno, dabar Bostono universiteto profesoriaus ir Fractal Antenna Systems vyriausiojo techninio inspektoriaus, „po kelerių metų fraktalinės antenos taps neatsiejama korinio ryšio ir radijo telefonų bei daugelio kitų belaidžio ryšio įrenginių dalimi“.

antenos matricos fraktalas

4.2 Fraktalinių antenų taikymas

Tarp daugybės šiandien komunikacijose naudojamų antenų konstrukcijų straipsnio pavadinime minimas antenos tipas yra palyginti naujas ir iš esmės skiriasi nuo žinomų sprendimų. Pirmosios publikacijos, nagrinėjančios fraktalinių struktūrų elektrodinamiką, pasirodė XX amžiaus devintajame dešimtmetyje. Tai pradžia praktinis naudojimas Fraktalų kryptį antenų technologijoje daugiau nei prieš 10 metų pradėjo amerikiečių inžinierius Nathanas Cohenas, dabar Boaon universiteto profesorius ir bendrovės Fractal Antenna Systems vyriausiasis techninis inspektorius. Gyvendamas Bostono centre, norėdamas apeiti miesto valdžios draudimą įrengti lauko antenas, jis nusprendė užmaskuoti mėgėjiškos radijo stoties anteną kaip dekoratyvinę figūrą iš aliuminio folijos. Kaip pagrindą jis paėmė geometrijoje žinomą Kocho kreivę (20 pav.), kurios aprašymą 1904 metais pasiūlė švedų matematikas Nielsas Fabianas Helge von Koch (1870-1924).

Panašūs dokumentai

Perdavimo antenų ir jų spinduliavimo modelių samprata ir veikimo principas. Fraktalinių antenų dydžių ir rezonansinių dažnių skaičiavimas. Spausdintos mikrojuostos antenos projektavimas remiantis Koch fraktalu ir 10 laidinių antenų prototipų.

baigiamasis darbas, pridėtas 2015-02-02


Fraktalinių antenų kūrimas. Fraktalinės antenos konstravimo metodai ir veikimo principai. Peano kreivės konstravimas. Fraktalinės stačiakampės lūžusios antenos susidarymas. Dviejų juostų antenų masyvas. Fraktaliniai dažnio atrankiniai paviršiai.

baigiamasis darbas, pridėtas 2015-06-26


Struktūrinė schema aktyvaus fazinio matricos antenos priėmimo modulis. Santykinio sužadinimo sumažėjimo antenos krašte apskaičiavimas. Priėmimo fazinio matricos antenų energijos potencialas. Sijos išlyginimo tikslumas. Emiterio parinkimas ir apskaičiavimas.

kursinis darbas, pridėtas 2014-11-08


Supažindinimas su Antenna-Service LLC veikla: antžeminių ir palydovinių antenų sistemų montavimas ir paleidimas, telekomunikacijų tinklų projektavimas. bendrosios charakteristikos pagrindinės palydovinių antenų savybės ir taikymo sritys.

baigiamasis darbas, pridėtas 2014-05-18


Korinio ryšio sistemų antenų tipai ir klasifikacija. Specifikacijos antenos KP9-900. Pagrindinis antenos efektyvumo praradimas yra įrenginio veikimo padėtyje. Korinio ryšio sistemų antenų skaičiavimo metodai. Antenos modeliuotojo MMANA charakteristikos.

kursinis darbas, pridėtas 2014-10-17


Mikrobangų prietaisų tipai antenų matricų paskirstymo grandinėse. Mikrobangų prietaisų projektavimas pagal skaidymo metodą. Darbas su "Model-S" programa, skirta automatizuoto ir parametrinio tipo daugiaelementinių mikrobangų prietaisų sintezei.

testas, pridėtas 2011-10-15


Pagrindiniai antenos teorijos uždaviniai ir šio įrenginio charakteristikos. Maksvelo lygtys. Elektrinis dipolio laukas neribotoje erdvėje. Skiriamieji bruožai vibratoriaus ir diafragmos antenos. Grotelių amplitudės valdymo metodai.

pamoka, pridėta 2013-04-27


Linijinis masyvas su cilindrine spiraline antena kaip radiatorius. Antenų matricų naudojimas siekiant užtikrinti aukštos kokybės antenos veikimą. Vertikaliai skenuojančios antenos matricos projektavimas. Vieno emiterio apskaičiavimas.

kursinis darbas, pridėtas 2010-11-28


Efektyvių antenų kūrimo metodai. Linijinis antenos masyvas. Optimali keliaujančių bangų antena. Krypties koeficientas. Plokščios antenos. Spinduliuojančio elemento įėjimo varža. Nevienodo atstumo grotelių savybės ir pritaikymas.

kursinis darbas, pridėtas 2015-08-14


Antenų naudojimas tiek spinduliuotei, tiek elektromagnetinių bangų priėmimui. Yra daug įvairių antenų. Strypinių dielektrinių antenų linijinės matricos, surenkamos iš strypinių dielektrinių antenų, projektavimas.