Перше, про що я хотів би написати, - це невелике введення в історію, теорію і використання фрактальних антен. Фрактальні антени були відкриті недавно. Першим їх винайшов Натан Коен в 1988, потім він опублікував своє дослідження як зробити антену для телевізора з дроту і запатентував в 1995 році.

Фрактальна антена має кілька унікальних характеристик, як написано у Вікіпедії:

«Фрактальна антена - це антена, яка використовує фрактальну, самоповторяющуюся конструкцію для максимізації довжини або збільшення периметра (на внутрішніх ділянках або зовнішній структурі) матеріалу, який може приймати або передавати електромагнітні сигнали в межах цієї загальної площі поверхні або обсягу».

Що саме це означає? Ну, треба знати що таке фрактал. Також з Вікіпедії:

«Фрактал, як правило, являє собою грубу або фрагментовану геометричну форму, яка може бути розділена на частини, кожна з частин буде копією цілого зменшеного розміру - це властивість, зване самоподібності».

Таким чином, фрактал являє собою геометричну форму, яка повторює себе знову і знову, незалежно від розміру окремих частин.

Було виявлено, що фрактальні антени приблизно на 20% ефективніше звичайних антен. Це може бути корисно, особливо, якщо ви хочете, щоб ваша ТВ антена приймала цифрове відео або відео високої чіткості, збільшувала стільниковий діапазон, діапазон Wi-Fi, прийом радіо FM або AM і т.д.

У більшості стільникових телефонів вже стоять фрактальні антени. Ви могли це помітити, оскільки мобільні телефони більше не мають антен зовні. Це тому, що всередині них стоять фрактальні антени, витравлені на монтажній платі, що дозволяє їм краще приймати сигнал і брати більше частот, таких як Bluetooth, стільниковий зв'язок і Wi-Fi з однієї антени.

вікіпедія:

«Відповідь фрактальної антени помітно відрізняється від традиційних конструкцій антен тим, що вона здатна працювати з хорошою продуктивністю на різних частотах одночасно. Частота стандартних антен повинна бути зрізана, щоб бути в змозі приймати тільки цю частоту. Тому фрактальна антена на відміну від звичайної є відмінною конструкцією для широкосмугових і багатодіапазонних додатків ».

Хитрість полягає в тому, щоб спроектувати вашу фрактальную антену для резонирования на певній, потрібної вам центральній частоті. Це означає, що антена буде виглядати по-різному в залежності від того що ви хочете отримати. Для цього потрібно застосувати математику (або онлайн-калькулятор).

У моєму прикладі я збираюся зробити просту антену, але ви можете зробити більш складну. Чим складніше, тим краще. Я буду використовувати котушку з 18-жильного дроти з твердим сердечником, щоб зробити антену, але ви можете доопрацювати власні монтажні плати відповідно до своїх естетичними міркуваннями, зробити її менше або більше складної з великими дозволом і резонансом.

Я збираюся зробити ТВ антену для прийому цифрового ТБ або ТБ з високою роздільною здатністю. З цими частотами легше працювати, вони розташовуються в діапазоні довжини приблизно від 15 см до 150 см для половини довжини хвилі. Для простоти і дешевизни деталей, я збираюся розташувати її на загальній дипольної антени, вона буде ловити хвилі діапазону 136-174 МГц (VHF).

Для прийому хвиль UHF (400-512 МГц) можна додати директор або відбивач, але так прийом буде більш залежний від напрямку антени. VHF теж залежить від напрямку, але замість того, щоб прямо вказувати на ТБ станцію в разі установки UHF, вам потрібно буде встановити VHF вуха перпендикулярно ТВ станції. Тут потрібно буде докласти трохи більше зусиль. Я хочу зробити максимально просту конструкцію, тому що це і так досить складна річ.

Основні компоненти:

• Монтажна поверхню, наприклад пластиковий корпус (20 см х 15 см х 8 см)
• 6 гвинтів. Я використовував сталеві саморізи для листового металу
• Трансформатор опором від 300 Ом до 75 Ом.
• Монтажна дріт перетином 18 AWG (0.8 мм)
• Кабель RG-6 коаксіальний з терминаторами (і з гумовою оболонкою, якщо монтаж буде на вулиці)
• Алюміній при використанні рефлектора. У доданому файлі вище був такий.
• тонкий маркер
• Дві пари маленьких плоскогубців
• Лінійка не коротші 20 см.
• Транспортер для вимірювання кута
• Два свердла, одне трохи меншого діаметру, ніж ваші гвинти
• Маленький різак для дроту
• Викрутка або шуруповерт

Примітка: нижня частина антени з алюмінієвого дроту знаходиться праворуч на тому зображенні, де стирчить трансформатор.

Крок 1: Додавання відбивача

Зберіть корпус з відбивачем під пластиковою кришкою

Крок 2: Свердління отворів і установка точок кріплення

Просвердлите невеликі отвори для відводу на протилежному боці від відбивача в даних положеннях і помістіть проводить гвинт.

Крок 3: Відміряйте, відріжте і оголити дроти

Відріжте чотири 20-сантиметрових шматка дроту і помістіть на корпус.

Крок 4: Вимірювання і маркування проводів

Використовуючи маркер, відзначте кожні 2,5 см на дроті (на цих місцях будуть вигини)

Крок 5: Створення фракталів

Цей крок потрібно повторити для кожного шматка дроту. Кожен вигин повинен бути рівний рівно 60 градусів, так як ми будемо робити для фрактала равносторонние трикутники. Я використовував дві пари плоскогубців і транспортир. Кожен вигин зроблений на мітці. Перед тим, як робити загини, візуалізують напрямок кожного з них. Використовуйте для цього прикладену діаграму.

Крок 6: Створення диполів

Відріжте ще два шматки дроту довжиною не менше 15 см. Оберніть ці дроти навколо верхнього і нижнього гвинтів, що йдуть уздовж довгої сторони, і потім оберніть до центральних. Потім обріжте зайву довжину.

Крок 7: Монтаж диполів і монтаж трансформатора

Закріпіть кожен з фракталів на кутових гвинтах.

Приєднайте трансформатор відповідного імпедансу до двох центральних гвинтів і затягніть їх.

Збірка закінчена! Перевіряйте і насолоджуйтеся!

Крок 8: Більше ітерацій / експериментів

Я зробив кілька нових елементів, використовуючи паперовий шаблон з GIMP. Я використовував невеликий суцільний телефонний дріт. Він виявився досить маленьким, міцним і податливим, щоб згинатися в складні форми, які потрібні для центральної частоти (554 МГц). Це середнє значення цифрового сигналу UHF для каналів ефірного телебачення в моїй області.

Фотографія додається. Може бути, складно буде побачити мідні дроти при слабкому освітленні на тлі картону і зі стрічкою поверх, але ідея вам вже зрозуміла.

При такому розмірі елементи досить крихкі, тому їх потрібно обробляти акуратно.

Я також додав шаблон у форматі png. Щоб надрукувати потрібний розмір, вам потрібно відкрити його в редакторі фотографій, наприклад в GIMP. Шаблон не ідеальний, тому що я зробив його вручну за допомогою миші, але він досить зручний для людських рук.

В математиці фрактальними називаються множини, що складаються з елементів, подібних безлічі в цілому. Кращий приклад: якщо розглянути близько-близько лінію еліпса, вона стане прямою. Фрактал - скільки не наближає - картинка залишиться як і раніше складною і схожою на загальний вигляд. Елементи розташовані химерним чином. Отже, найпростішим прикладом фрактала вважаємо концентричні кола. Скільки не наближати, з'являються нові кола. Прикладів фракталам безліч. Наприклад, у Вікіпедії дан малюнок капусти Романеско, де качан складається з шишок, в точності нагадують намальований качан. Тепер читачі розуміють, що виготовити фрактальні антени непросто. Зате цікаво.

Навіщо потрібні фрактальні антени

Призначення фрактальної антени - зловити більше меншими жертвами. У західних відео - можливо знайти параболоїд, де випромінювачем послужить відрізок фрактальної стрічки. Там вже роблять з фольги елементи пристроїв СВЧ, більш ефективні, ніж звичайні. Покажемо, як зробити фрактальную антену до кінця, а узгодженням займайтеся наодинці з КСВ метром. Згадаємо, що є цілий сайт, зрозуміло, зарубіжний, де просувають в комерційних цілях відповідний продукт, креслень немає. Наша саморобна фрактальная антена простіше, головне достоїнство - конструкцію вдасться зробити власними руками.

Перші фрактальні антени - биконические - з'явилися, якщо вірити відео з сайту fractenna.com, в 1897 році Олівером Лоджем. Не шукайте в Вікіпедії. У порівнянні зі звичайним диполем пара трикутників замість вібратора дає розширення смуги на 20%. Створюючи періодичні повторювані структури, вдалося зібрати мініатюрні антени не гірше великих побратимів. Часто зустрінете біконічну антену у вигляді двох рамок або химерної форми пластин.

В кінцевому підсумку це дозволить приймати більше телевізійних каналів.

Якщо набрати запит на Ютуб, з'являється відео по виготовленню фрактальних антен. Краще зрозумієте, як влаштовано, якщо представите шестикутну зірку ізраїльського прапора, у якій кут зрізали разом з плечима. Вийшло, три кути залишилися, у двох одна сторона на місці, другий немає. Шостий кут відсутній зовсім. Тепер розташуємо дві подібні зірки вертикально, центральними кутами один до одного, прорізами вліво і вправо, над ними - аналогічну пару. Вийшла антенна решітка - найпростіша фрактальная антена.

Зірки за кути з'єднуються фідером. Попарно стовпцями. Знімається сигнал з лінії, рівно посередині кожного проводу. Конструкція збирається на болти на діелектричній (пластикової) підкладці відповідного розміру. Сторона зірки становить рівно дюйм, відстань між кутами зірок по вертикалі (довжина фідера) чотири дюйми, по горизонталі (відстань між двома проводами фідера) - дюйм. Зірки мають при вершинах кути 60 градусів, тепер читач намалює подібне у вигляді шаблону, щоб потім зробити фрактальную антену самостійно. Зробили робочий ескіз, масштаб не дотримано. Чи не ручаємося, що зірки вийшли рівно, Microsoft Paint без великих можливостей для виготовлення точних креслень. Досить поглянути на картинку, щоб пристрій фрактальної антени стало очевидним:

1. Коричневим прямокутником показана підкладка з діелектрика. Наведена на малюнку фрактальная антена має діаграму спрямованості симетричну. Якщо захистити випромінювач від перешкод, екран ставиться на чотири стійки позаду підкладки на відстані дюйма. На частотах немає потреби розміщувати суцільний лист металу, вистачить сітки зі стороною в чверть дюйма, не забудьте з'єднати екран з опліткою кабелю.
2. Фідер з хвильовим опором 75 Ом вимагає узгодження. Знайдіть або зробіть трансформатор, що перетворює 300 Ом в 75 Ом. Краще запасіться КСВ метром і підбирайте потрібні параметри напомацки, а по приладу.
3. Зірок чотири, вигинає з мідного дроту. Лакову ізоляцію в місці стиковки з фідером зачистили (якщо є). Внутрішній фідер антени складається з двох паралельних шматків дроту. Антену непогано розмістити в коробі для захисту проти негоди.

Збираємо фрактальную антену для цифрового телебачення

Дочитавши до кінця огляд, фрактальні антени зробить будь-хто. Так швидко заглибилися в конструювання, що забули розповісти про поляризацію. Вважаємо, вона лінійна і горизонтальна. Це випливає з міркувань:

• Відео, очевидно, американського походження, розмова йде про HDTV. Отже, можемо приймати моду зазначеної країни.
• Як відомо, на планеті небагато держави ведуть мовлення із супутників з використанням кругової поляризації, серед них РФ і США. Отже, вважаємо, інші технології передачі інформації схожі. Чому? Була Холодна війна, вважаємо, обидві країни вибирали стратегічно що і як передавати, інші країни виходили з чисто практичних міркувань. Кругова поляризація впроваджена спеціально для супутників шпигунів (переміщаються постійно щодо спостерігача). Звідси підстави вважати, що в телебаченні і в радіомовленні спостерігається схожість.
• Структура антени говорить, що лінійна. Тут просто нізвідки взятися кругової або еліптичної поляризації. Отже - якщо тільки серед наших читачів немає професіоналів, які володіють MMANA - якщо антена не ловить в прийнятому положенні, поверніть на 90 градусів в площині випромінювача. Поляризація зміниться на вертикальну. До речі, багато хто зможе зловити і FM, якщо розміри задають побільше рази в 4. Краще провід взяти товстіший (наприклад, 10 мм).

Сподіваємося, пояснили читачам, як користуватися фрактальної антеною. Пара рад по простій збірці. Отже, постарайтеся знайти дріт з лакованої захистом. Зігніть фігури, як показано на малюнку. Потім конструктори розходяться, рекомендуємо робити так:

1. Зачистіть зірки й проведення фідера в місцях стикування. Провід фідера за вушка зміцните болтами на підкладці в серединних частинах. Щоб виконати дію правильно, заздалегідь відміряйте дюйм і проведіть дві паралельні лінії олівцем. Уздовж них повинні лягти дроту.
2. Паяйте єдину конструкцію, ретельно вивіряючи відстані. Автори відео рекомендують робити випромінювач, щоб зірки кутами рівно лежали на фідери, а протилежними кінцями спиралися на край підкладки (кожна в двох місцях). Для приблизної зірки позначили місця синім кольором.
3. Щоб виконати умову, кожну зірку притягну в одному місці болтом з діелектричним хомутком (наприклад, з кембрика проводу ПВС і подібне). На малюнку місця кріплень показані червоним для однієї зірки. Болт схематично промальований окружністю.

Кабель живлення проходить (необов'язково) зі зворотного боку. Свердлите діри за місцем. Налаштування КСВ ведеться зміною відстані між проводами фідера, але в даній конструкції це садистський метод. Рекомендуємо просто виміряти хвильовий опір антени. Нагадаємо, як це робиться. Знадобиться генератор на частоту програми, яка переглядається, наприклад, 500 МГц, додатково - високочастотний вольтметр, яка не спасує перед сигналом.

Потім вимірюється напруга, що видається генератором, для чого він замикається на вольтметр (паралельно). З змінного опору з гранично меншою власною індуктивністю і антени збираємо резистивний дільник (підключаємо послідовно слідом за генератором, спершу опір, потім антену). Вольтметром вимірюємо напруга змінного резистора, одночасно регулюючи номінал, поки показання генератора без навантаження (див. Пунктом вище) не стануть удвічі перевищувати поточні. Значить, номінал змінного резистора став дорівнює хвильовому опору антени на частоті 500 МГц.

Тепер можливо виготовити трансформатор потрібним чином. У мережі складно знайти потрібне, для любителів ловити радіомовлення знайшли готову відповідь http://www.cqham.ru/tr.htm. На сайті написано і намальовано, як узгодити навантаження з 50-омним кабелем. Зверніть увагу, частоти відповідають КВ діапазону, СВ вміщується сюди частково. Хвильовий опір антени підтримується в діапазоні 50 - 200 Ом. Скільки дасть зірка, сказати складно. Якщо знайдеться в господарстві прилад для вимірювання хвильового опору лінії, нагадаємо: якщо довжина фідера кратна чверті довжини хвилі, опір антени передається на вихід без змін. Для невеликого і великого діапазону подібні умови забезпечити неможливо (нагадаємо, що особливо фрактальних антен входить і розширений діапазон), але для цілей вимірювань згаданий факт використовується повсюдно.

Тепер читачі знають все про ці дивовижні приймально-передавальних пристроях. Настільки незвичайна форма підказує, що різноманітність Всесвіту не вкладається в типові рамки.

За останні півстоліття життя стрімко почала змінюватися. Більшість з нас приймає досягнення сучасних технологій як належне. До всього, що робить життя комфортнішим, звикаєш дуже швидко. Рідко хто задається питаннями «Звідки це взялося?» і «Як воно працює?». Мікрохвильова піч розігріває сніданок - ну і прекрасно, смартфон дає можливість поговорити з іншою людиною - відмінно. Це здається нам очевидною можливістю.

Але життя могла б бути зовсім іншою, якби людина не шукав пояснення подіям, що відбуваються. Взяти, наприклад, стільникові телефони. Пам'ятайте висувні антени на перших моделях? Вони заважали, збільшували розміри пристрою, в кінці кінців, часто ламалися. Вважаємо, вони назавжди канули в Лету, і почасти виною тому ... фрактали.

Фрактальні малюнки заворожують своїми візерунками. Вони виразно нагадують зображення космічних об'єктів - туманностей, скупчення галактик і так далі. Тому цілком закономірно, що, коли Мандельброт озвучив свою теорію фракталів, його дослідження викликали підвищений інтерес у тих, хто займався вивченням астрономії.

Один з таких любителів по імені Натан Коен (Nathan Cohen) після відвідування лекції Бенуа Мандельброта в Будапешті загорівся ідеєю практичного застосування отриманих знань. Правда, зробив він це інтуїтивно, і не останню роль в його відкритті зіграв випадок. Будучи радіоаматором, Натан прагнув створити антену, яка має якомога більш високу чутливість.
Єдиний спосіб поліпшити параметри антени, який був відомий на той час, полягав у збільшенні її геометричних розмірів. Однак власник житла в центрі Бостона, яке орендував Натан, був категорично проти встановлення великих пристроїв на даху.

Тоді Натан став експериментувати з різними формами антен, намагаючись отримати максимальний результат при мінімальних розмірах. Захопившись ідеєю фрактальних форм, Коен, що називається, навмання зробив з дроту один з найвідоміших фракталів - «сніжинку Коха».

Шведський математик Хельге фон Кох (Helge von Koch) придумав цю криву ще в 1904 році. Вона виходить шляхом ділення відрізка на три частини і заміщення середнього сегмента рівностороннім трикутником без боку, збігається з цим сегментом. Визначення трохи складне для сприйняття, але на малюнку все ясно і просто.

Існують також інші різновиди «кривої Коха», але зразок форми кривої залишається схожою.
Коли Натан підключив антену до радіоприймачем, він був дуже здивований - чутливість різко збільшилася. Після серії експериментів майбутній професор Бостонського університету зрозумів, що антена, зроблена за фрактальним малюнку, має високий ККД і покриває набагато ширший частотний діапазон в порівнянні з класичними рішеннями. Крім того, форма антени у вигляді кривої фрактала дозволяє істотно зменшити геометричні розміри.

Натан Коен навіть вивів теорему, яка доводить, що для створення широкосмугової антени досить надати їй форму самоподобной фрактальної кривої. Автор запатентував своє відкриття і заснував фірму з розробки і проектування фрактальних антен Fractal Antenna Systems, справедливо вважаючи, що в майбутньому завдяки його відкриттю стільникові телефони зможуть позбутися від громіздких антен і стануть більш компактними.

В принципі, так і сталося. Правда, і до цього дня Натан веде судову тяжбу з великими корпораціями, які незаконно використовують його відкриття для виробництва компактних пристроїв зв'язку. Деякі відомі виробники мобільних пристроїв, як, наприклад, Motorola, вже прийшли до мирної угоди з винахідником фрактальної антени.

PS: Передбачаючи, що виникли з цієї теми, припускаю не настільки ефективну роботу таких антен. Фізику і природу не обдуриш. Будь-яке скручування і зменшення розмірів антен викликає зменшення її ККД. Такого роду антени і системи з них можна використовувати на досить високих частотах і при бажанні їх мініатюризації. Це вже знаходить своє застосування в стільникових телефонах, резонаторах на мікросхемах, друкованих платах і так далі.
Високої ефективності чекати тут не доводиться, але працювати в стіснённих умовах вони будуть і вже працюють.

Як ми розглядали в попередніх статтях - було встановлено, що ефективність фрактальних антен приблизно на 20% більше, ніж звичайні антени.Це може бути дуже корисним для застосування. Особливо, якщо ви хочете, щоб ваша власна телевізійна антена сприймала цифровий сигнал або відео високої чіткості, для збільшення діапазону стільникових телефонів, Wi-Fiдіапазону, FM або AM радіоприймача, і так далі.

Більшість стільникових телефонів вже мають вбудовані фрактальні антени. Якщо ви помітили, в останні кілька років, мобільні телефони вже не мають антен на зовнішній стороні. Це тому, що у них є внутрішні фрактальні антени вигравірувані на друкованій платі, що дозволяє їм отримати більш якісний прийом і сприймати більше частот, таких як Bluetooth, стільниковий сигнал і Wi-Fi все від однієї антени одночасно!

Інформація з Wikipedia: "Фрактальна антена помітно відрізняється від антени з традиційної конструкції, тим, що вона може працювати з хорошою продуктивності на самих різних частотах одночасно. Зазвичай стандартні антени повинні бути" вирізані "на частоті, для якої вони повинні бути використовуватися і, таким чином, стандартна антена добре працює тільки на цій частоті. Це робить фрактальні антени відмінним рішенням для широкосмугових і багатосмуговий додатків ».

Хитрість полягає в тому, щоб створити свою фрактальную антену, яка буде резонувати на тій частоті, яку Ви хочете отримати. Це означає, вона буде виглядати по-іншому і може бути розрахована по - різному в залежності від того, що ви хочете отримати. Трохи математики і стане зрозуміло як це зробити. (Можна обмежиться і он-лайн калькулятором)

У нашому прикладі, ми зробимо найпростішу антену, але ви можете зробити більш складні антени. Чим складніше, тим краще. Ми будемо використовувати котушку 18 калібру одножильного проводу, необхідну для створення антени в якості прикладу, але ви може піти далі, використовуючи ваші власні плати для травлення, щоб зробити антену меншою, або більш складної з великою роздільною здатністю і резонансом.

(Tab \u003d Телевізійна антена)

У цьому керівництві ми спробуємо створити телевізійну антену для цифрового сигналу або сигналу з високою роздільною здатністю переданого по радіоканалу. З цими частотами легше працювати, довжини хвиль на цих частотах становлять від половини фути до декількох метрів в довжину для половини довжини хвилі сигналу. Для ДМВ (децітіметровие хвилі) схеми ви можете додати директор (director) або відбивач (рефлектор) які зроблять антену більш залежною від напрямку. УКХ (ультракороткі хвилі) антени також залежить від напрямку, але, замість того щоб вказувати безпосередньо на ТБ станції, "вуха" дипольних УКХ антен, дожни бути перпендикулярні до хвилі телевізійної станції, що передає сигнал.

Для початку знайдіть, частоти які ви хочете отримати або транслювати. Для ТВ, ось посилання на графік частот: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

І для розрахунку розміру антени ми будемо використовувати онлайн-калькулятор: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Ось хороший PDF з проектування та теорії:завантажити

Як знайти довжину хвилі сигналу: довжина хвилі в футах \u003d (коефіцієнт швидкості світла в футах) / (частота в герцах)

1) Коефіцієнт швидкості світла в футах \u003d +983571056,43045

2) Коефіцієнт швидкості світла в метрах \u003d 299792458

3) Коефіцієнт швидкості світла в дюймах \u003d 11802852700

З чого почати: (VHF / UHF дипольний масив з відбивачем, який добре працює для широкого діапазону частот DB2):

(350 МГц - чверть 8-дюймовий хвилі - 16 дюймова полуволна, який падає в діапазоні надвисоких частот - між каналами 13 і 14, і яка є центральною частотою між МВ-ДМВ діапазону для кращого резонансу). Ці вимоги можна змінити, щоб працювало краще в вашому районі, так як ваш канал поширення може бути нижче або вище по групі.

На підставі матеріалів по нижчеперелічених посиланнях (http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ і http: // current .org / ptv / ptv0821make.pdf) , Тільки фрактальні конструкції дозволяють бути більш компактними і гнучкими і ми будемо використовувати DB2 модель, яка має високий коефіцієнт посилення і вже досить компактна і популярною для внутрішньої і зовнішньої установки.

Основні витрати (коштувало близько $ 15):

1. Монтажна поверхню, такі як пластиковий корпус (8 "x6" x3 "). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId\u003d2062285
2. 6 гвинтів. Я використовував саморізи для стали і листового металу.
3. Узгоджувальний трансформатор 300 Ом до 75 Ом. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId\u003d2062049
4. Деяка кількість 18-го калібру твердих проводів. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId\u003d2036274
5. Коаксильниє RG-6 з терминаторами - обмежувачами (і гумову оболонку, якщо монтаж виробляється зовні).
6. Алюміній при використанні відбивача.
7. Маркер Шулера або еквівалент бажано з тонким наконечником.
8. Дві пари невеликих плоскогубців - голки.
9. Направитель не менше 8 дюймів.
10. Транспортир для виміру кута.
11. Дриль і свердло, яке менше діаметра, ніж ваші гвинти.
12. Малі кусачки.
13. Викрутка або шуруповерт.

ПРИМІТКА: HDTV / DTV монтаж в PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Крок перший:

Зберіть корпус з відбивачем під пластиковою кришкою:

Крок другий:

Просвердлити невеликі різьбові отвори на протилежному боці від відбивача в наступних позиціях і помістіть проводить гвинт (screw).

Крок третій:

Вирізати чотири 8 "шматка твердого дроту з сердечником і оголити його.

Крок четвертий:

Використовуючи маркер, відзначте кожен дюйм на дроті. (Це місця де ми збираємося робити вигини)

Крок п'ятий:

Необхідно повторити цей крок для кожного проводу. Кожен вигин на дроті буде дорівнює 60 градусам, таким чином виходить ніби фрактал. Нагадує рівносторонній трикутник. Я використовував дві пари плоскогубців і транспортир. Кожен вигин буде на 1 "розподілі. Переконайтеся, що ви визуализируете напрямок кожного повороту, перш ніж зробити це! Використовуйте схему нижче для допомоги.

Крок шостий:

Виріжете ще 2 шматки дроту не менше 6 см в довжину і оголити їх. Зігніть ці дроти навколо верхнього і нижнього гвинтів, і зв'яжіть з центром гвинта. Таким чином, всі три входять в контакт. Використовуйте кусачки для відділення непотрібних частин дроти.

Крок сьомий:

Помістіть і загорніть всі ваші фрактали кутами в гвинти

Крок восьмий:

Прикріпіть узгоджувальний трансформатор через два гвинти в центру і затягніть їх вниз.

Готово! Тепер ви можете перевірити свою конструкцію!

Як ви можете бачити на фото внизу, кожен раз, коли ви розділите кожен розділ і створюєте новий трикутник з такою ж довжиною проводу, він може поміститися в меншій просторі, займаючи місце в іншому напрямку.

Переклад: Дмитро Шахов

Нижче ви подивитися відео зі створення фрактальних антен (англ.):

(Tab \u003d Wi-Fi антена)

Раніше мені доводилося чути про фрактальних антенах і через деякий час мені самому захотілося спробувати зробити свою власну фрактальні антену, щоб, так би мовити, випробувати цю концепцію. Деякими з переваг фрактальних антен, описаних в науково-дослідних роботах по фрактальним антен, є їх здатність ефективного прийому многополосних RF- сигналів, при своїх відносно малих розмірах. Я вирішив створити прототип фрактальної антени на основі килима Серпінського.

Я розробив мою фрактальную антену з урахуванням роз'єму, сумісного з моїм маршрутизатором Linksys WRT54GS 802.11g. Антена має низькопрофільну конструкцію підсилення і на попередньому тестуванні на відстані 1/2 км від точки лоступа WiFi Link з декількома деревами на шляху показала досить хороші результати і потужність сигналу каналу.

Ви можете завантажити PDF версію шаблону антени на основі килима Серпінського, яку я використовував, а також іншу документацію по цих посиланнях:

робимо прототип

Це фото з уже готовим прототипом фрактальної антени:

Я прикріпив Linksys WRT54GS RP-TNC - роз'єм до фрактальної антени для тестування

Коли я проектував мій перший прототип фрактальної антени я був стурбований, що на друкованій платі в процесі травлення трикутники могли ізоліроватся один від одного, тому я трохи розширив зв'язку між ними. Примітка: Так як остаточний перехід тонер закінчив більш точно, ніж я очікував, то наступна версія прототипу фрактальної антени буде представлена \u200b\u200bз тонкими точками контакту між кожною з фрактальних ітерації трикутника Серпінського. Важливо переконатися, що елементи килима Серпінського (трикутники) знаходяться в контакті один з одним і точки з'єднання повинні бути якомога тонше:

Конструкція антени була надруковані на лазерному принтері Pulsar Pro FX. Цей процес дозволив мені скопіювати конструкцію антени на покритий міддю матеріал друкованої плати:

Лазерну друковану конструкції антени потім переносять на лист міді друкованої плати тепловим процесом з використанням модифікованого ламінатора:

Це матеріал мідної друкованої плати після першого етапу процесу передачі тонера:

Наступним необхідним кроком було використання ламінатором Pulsar Pro FX "Зеленої TRF фольги" на друкованій платі. Зелена фольга використовується, щоб заповнити будь-які прогалини тонера або нерівномірно потовщених покриттів в передачі тонера:

Це очищена плата з конструкцією антени. Плата готова до травленню:

Тут я замаскував задню сторону друкованої плати за допомогою ізоляційної стрічки:

Я використовував метод прямого травлення хлоридом заліза для травлення плати за 10 хвилин. Метод прямого травлення здійснюється за допомогою губки: необхідно повільно протирати хлоридом заліза всю плату. Через небезпеку для здоров'я при використанні хлорного заліза я одягнув захисні окуляри і рукавички:

Це плата після травлення:

Я витер друковану плату тампоном вмочити в ацетоні для видалення покриттів перенесення тонера. Я використовував рукавички при очищенні, тому що ацетон вбереться через типові латексні одноразові рукавички:

Я просвердлив отвір для антенного роз'єму за допомогою дрилі і свердла:

Для мого першого прототипу я використовував RP-TNC роз'єм зі стандартних антен Linksys маршрутизатора:

Крупним планом Linksys - сумісний RP-TNC роз'єм антени:

Я трохи завдав води на друковану плату в місці пайки безпосередньо перед пайкою:

Наступним кроком потрібно припаяти дріт від RP-TNC роз'єми до основи антени Серпінського на друкованій платі:

Другий провід роз'єму антени припаюємо до площини плати PCB:

Антена готова до використання!

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Антеною називається радіотехнічне пристрій, призначений для випромінювання або прийому електромагнітних хвиль. Антена є одним з найважливіших елементів будь-якої радіотехнічної системи, пов'язаної з випромінюванням або прийомом радіохвиль. До таких систем відносять: системи радіозв'язку, радіомовлення, телебачення, радіоуправління, радіорелейного зв'язку, радіолокації, радіоастрономії, радіонавігації та ін.

У конструктивному відношенні антена являє собою дроти, металеві поверхні, діелектрики, магнітодіелектрики. Призначення антени пояснюється спрощеною схемою радіолінії. Електромагнітні коливання високої частоти, модульовані корисним сигналом і створювані генератором, перетворюються передавальною антеною в електромагнітні хвилі і випромінюються в простір. Зазвичай електромагнітні коливання підводять від передавача до антени безпосередньо, а за допомогою лінії живлення (лінія передачі електромагнітних хвиль, фідер).

При цьому уздовж фідера поширюються пов'язані з ним електромагнітні хвилі, які перетворюються антеною в розходяться електромагнітні хвилі вільного простору.

Приймальна антена вловлює вільні радіохвилі і перетворює їх в пов'язані хвилі, підводиться за допомогою фідера до приймача. Відповідно до принципу оборотності антен властивості антени, що працює в режимі передачі, не змінюються при роботі цієї антени в приймальному режимі.

Пристрої, аналогічні антен, застосовують також для збудження електромагнітних коливань в різних типах хвилеводів і об'ємних резонаторів.

1. Основні характеристики антен

1.1 Короткі відомості основних параметрів антен

При виборі антен порівнюють їх основні характеристики: діапазон робочих частот (смуга пропускання), коефіцієнт посилення, діаграма спрямованості, вхідний опір, поляризація. Кількісно коефіцієнт посилення антени Ga показує, у скільки разів потужність сигналу, прийнятого даної антеною, більше потужності сигналу, прийнятого найпростішої антеною - напівхвильового вібратором (ізотропним випромінювачем), поміщеним в ту ж точку простору. Коефіцієнт посилення виражається в децибелах dB або дБ. Слід розрізняти коефіцієнт посилення, певний вище, що позначається dB або dBd (щодо диполя напівхвильового вібратора), і коефіцієнт підсилення відносно ізотропного випромінювача, що позначається dBi або dB ISO. У будь-якому випадку необхідно порівнювати однотипні величини. Бажано мати антену з великим посиленням, однак збільшення посилення вимагає, як правило, ускладнення її конструкції і габаритів. Не буває простих малогабаритних антен з великим коефіцієнтом посилення. Діаграма спрямованості (ДН) антени показує, як антена приймає сигнали з різних напрямків. При цьому необхідно обов'язково розглядати ДН антени як в горизонтальній, так і у вертикальній площинах. Ненаправлення антени в будь-якої площини мають ДН у формі кола, тобто антена може приймати сигнали з усіх боків однаково, наприклад діаграма спрямованості вертикального штиря в горизонтальній площині. Спрямована антена характеризується наявністю одного або декількох пелюсток ДН, найбільший з яких називається головним. Зазвичай крім головного є задній і бічні пелюстки, рівень яких значно менше головної пелюстки, які погіршують проте роботу антени, через що прагнуть максимально зменшити їх рівень.

Вхідним опором антени вважають ставлення миттєвих значень напруги до струму сигналу в точках харчування антени. Якщо напруга і струм сигналу при цьому збігаються по фазі, то відношення являє собою дійсну величину і вхідний опір є чисто активним. При зсуві фаз крім активної складової з'являється реактивна - індуктивна або емкостная в залежності від того, відстає чи по фазі струм від напруги або випереджає його. Вхідний опір залежить від частоти сигналу. Крім перерахованих основних характеристик антени мають ряд інших важливих параметрів, таких як коефіцієнт стоячої хвилі КСВ (SWR - Standing Wave Ratio), рівень крос-поляризації, діапазон робочих температур, вітрові навантаження і т.п.

1.2 Класифікація антен

Антени можна класифікувати за різними ознаками: по ДШ-пазонному принципом, за характером випромінюючих елементів (антени з лінійними струмами, або вібраторні антени, антени, що випромінюють через розкривши - апертурні антени, антени поверхневих волі); по виду радіотехнічної системи, в якій залежить від антени (антени для радіозв'язку, для радіомовлення, телевізійні та ін.). Будемо дотримуватися діапазонної класифікації. Хоча в різних діапазонах хвиль дуже часто застосовують антени з однаковими (за типом) випромінюють елементами, проте конструктивне виконання їх різне; значно відрізняються також параметри цих антен і вимоги, що пред'являються до них.

Розглядаються антени наступних хвильових діапазонів (назви діапазонів даються відповідно до рекомендацій «Регламенту радіозв'язку»; в дужках вказуються назви, широко поширені в літературі по антенно-фідерних пристроїв): міріаметрові (наддовгі) хвилі (); кілометрові (довгі) хвилі (); гектометрові (середні) хвилі (); декаметрові (короткі) хвилі (); метрові хвилі (); дециметрові хвилі (); сантиметрові хвилі (); міліметрові хвилі (). Останні чотири діапазони іноді об'єднують загальною назвою «ультракороткі хвилі» (УКВ).

1.2.1 Діапазони антен

В останні роки на ринку радіозв'язку і мовлення з'явилася велика кількість нових систем зв'язку різного призначення, що мають різні характеристики. З точки зору користувачів, при виборі системи радіозв'язку або мовної системи в першу чергу звертається увага на якість зв'язку (мовлення), а також на зручність користування цією системою (терміналом користувача), що визначається габаритами, вагою, простотою управління, переліком додаткових функцій. Всі ці параметри істотно визначаються типом і конструкцією антенних пристроїв і елементів антенно - фідерного тракту даної системи, без яких здійснення радіозв'язку немислимо. У свою чергу, визначальним фактором конструкції та ефективності антен є діапазон їх робочих частот.

Відповідно до прийнятої класифікації діапазонів частот виділяють і кілька великих класів (груп) антен, принципово різняться між собою: антени сверхдлінноволнового (СДВ) і довгохвильового (ДВ) діапазонів; антени средневолнового (СВ) діапазону; антени короткохвильового (КВ) діапазону; антени ультракороткохвильової (УКВ) діапазону; антени надвисокочастотного (НВЧ) діапазону.

Найбільш затребуваними в останні роки з точки зору надання послуг персонального зв'язку, радіо- і телемовлення є радіосистеми КВ, УКВ і СВЧ діапазону, антенні пристрої яких і будуть розглянуті нижче. При цьому необхідно зауважити, що, незважаючи на гадану неможливість винаходу нового в антенном справі, в останні роки на основі нових технологій і принципів вироблені істотні вдосконалення класичних антен і розроблені нові антени, принципово відрізняються від раніше існуючих конструкцією, розмірами, основними характеристиками і т. п., що призвело до значного збільшення кількості типів застосовуваних в сучасних радіосистеми антенних пристроїв.

У будь-якій системі радіозв'язку можуть існувати антенні пристрої, призначені тільки для передачі, для приймально-передачі або тільки для прийому.

Для кожного з діапазонів частот необхідно також розрізняти антенні системи радіопристроїв спрямованого і ненаправленного (всеспрямованого) дії, що в свою чергу визначається призначенням пристрою (зв'язку, мовлення і т.д.), завданнями, які розв'язуються пристроєм (оповіщення, зв'язок, мовлення і т. д.). У загальному випадку для збільшення спрямованості антен (для звуження діаграми спрямованості) можуть використовуватися антенні решітки, що складаються з елементарних випромінювачів (антен), які за певних умов їх фазирования можуть забезпечити необхідні зміни напрямку променя антени в просторі (забезпечити управління становищем діаграми спрямованості антени). У межах кожного діапазону також можна виділити антенні пристрої, що працюють тільки на певній частоті (одночастотні або узкодіапазонние), і антени, що працюють в досить широкому діапазоні частот (широкосмугові або широкодіапазонні).

1.3 Випромінювання антенних решіток

Для отримання високої спрямованості випромінювання, часто необхідної на практиці, можна використовувати систему слабонаправленних антен, таких як вібратори, щілини, відкриті кінці хвилеводів, і інших, певним чином розташованих у просторі і порушуваних струмами з необхідним співвідношенням амплітуд і фаз. У цьому випадку загальна спрямованість, особливо при великій кількості випромінювачів, визначається в основному габаритними розмірами всієї системи і в набагато меншому ступені - індивідуальними спрямованими властивостями окремих випромінювачів.

До числа таких систем відносять антенні решітки (АР). Зазвичай АР називається система ідентичних випромінюючих елементів, однаково орієнтованих в просторі і розташованих за певним законом. Залежно від розташування елементів розрізняють лінійні, поверхневі та об'ємні решітки, серед яких найбільш поширені прямолінійні і плоскі АР. Іноді випромінюють елементи розташовуються по дузі окружності або на криволінійних поверхнях, які збігаються з формою об'єкта, на якому розташована АР (конформная АР).

Найпростішою є лінійна АР, в якій випромінюють елементи розташовуються уздовж прямої, званої віссю решітки, на рівних відстанях один від одного (еквідистантним АР). Відстань d між фазовими центрами випромінювачів називають кроком решітки. Лінійна АР крім самостійного значення є часто основою при аналізі інших типів АР.

2 . Аналіз перспективних антенних структур

2.1 Антени КВ і УКВ діапазонів

Малюнок 1 - Антена базових станцій

В КВ і УКВ діапазонах в даний час працює велика кількість радіосистем різного призначення: зв'язку (радіорелейного, стільникового, транкінгового, супутникового і т.п.), радіомовлення, телевізійного мовлення. За конструкцією і характеристиками все антенні пристрої цих систем можна розділити на дві основні групи - антени стаціонарних і антени рухомих пристроїв. До стаціонарних можна віднести антени базових станцій зв'язку, прийомні телевізійні антени, антени радіорелейних ліній зв'язку, а до рухомих - антени терміналів користувачів персонального зв'язку, автомобільні антени, антени носяться (портативних) радіостанцій.

Антени базових станцій в основному є ненаправленої в горизонтальній площині, так як забезпечують зв'язок в основному з рухомими об'єктами. Найбільшого поширення набули штирові антени вертикальної поляризації типу «Ground Plane» ( «GP») через простоту своєї конструкції і достатню ефективність. Така антена являє собою вертикальний штир довжиною L, обраній відповідно до робочої довжиною хвилі л, з трьома або більше противагами, що встановлюються, як правило, на щоглі (рисунок 1).

Довжина штирів L становить величини л / 4, л / 2 і 5/8 л, а противаг - в межах від 0.25л до 0.1л. Вхідний опір антени залежить від кута між противагою і щоглою: чим менше цей кут (чим більше противаги притиснуті до щогли), тим більше опір. Зокрема, для антени з L \u003d л / 4 вхідний опір 50 Ом досягається при куті, рівному 30є ... 45є. Діаграма спрямованості такої антени у вертикальній площині має максимум під кутом 30є до горизонту. Коефіцієнт посилення антен рівний коефіцієнту посилення вертикального півхвильового диполя. У такій конструкції, проте, не з'єднані штиря з щоглою, що вимагає додаткового використання короткозамкнутого шлейфу з кабелю довжиною л / 4 для захисту антени від грози і статичної електрики.

Антена довжиною L \u003d л / 2 не потребує противаги, роль яких грає щогла, а її ДН у вертикальній площині сильніше притиснута до горизонту, що збільшує її дальність дії. В цьому випадку для зниження вхідного опору використовується високочастотний трансформатор, а підстава штиря з'єднується з заземленою щоглою через узгоджувальний трансформатор, що автоматично вирішує проблему грозозахисту і статичної електрики. Посилення антени в порівнянні з напівхвильового диполів становить близько 4 дБ.

Найефективнішою з антен «GP» для далекого зв'язку є антена з L \u003d 5/8 л. Вона трохи довший полуволновой антени, а кабель фідера підключається до согласующей індуктивності, розташованої в підставі вібратора. Противаги (не менше 3-х) розташовуються в горизонтальній площині. Посилення такої антени становить 5-6 dB, максимум ДН розташований під кутом 15є до горизонту, а сам штир заземлюється на щоглу через погоджує котушку. Ці антени вузькосмугові напівхвильових, в зв'язку з чим вимагають більш ретельної настройки.

Малюнок 2 - Антена півхвильового вібратора

Малюнок 3 - Ромбическая антена півхвильового вібратора

Більшість базових антен встановлюється на дахах будинків, що може сильно впливати на їх характеристики, тому необхідно враховувати наступне:

Підстава антени бажано влаштовувати не нижче 3-х метрів від площини даху;

Поблизу антени не повинно бути металевих предметів і конструкцій (телевізійних антен, проводів і т.д.);

Встановлювати антени бажано якомога вище;

Робота антени не повинна створювати перешкоди іншим базових станцій.

Істотну роль при встановленні стійкого радіозв'язку грає поляризація прийнятого (випромінюваного) сигналу; так як при далекому поширенні поверхнева хвиля відчуває істотно менше загасання при горизонтальній поляризації, то для дальнього радіозв'язку, а також при передачі телебачення застосовуються антени з горизонтальною поляризацією (вібратори розташовані горизонтально).

Найпростішою з спрямованих антен є полуволновий вібратор. У симетричного напівхвильового вібратора загальна довжина його двох однакових плечей приблизно дорівнює л / 2 (0.95 л / 2), діаграма спрямованості має вигляд вісімки в горизонтальній площині і кола - у вертикальній. Коефіцієнт посилення, як зазначено вище, прийнятий за одиницю виміру.

Якщо кут між вібраторами такої антени становить величину б<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.

При з'єднанні двох антен типу V таким чином, щоб їх ДН підсумовувалися, отримують ромбическую антену, у якій спрямованість виражена значно сильніше (рисунок 3).

При підключенні до вершини ромба, протилежної точкам харчування, навантажувального опору Rn, що розсіює потужність, рівну половині потужності передавача, досягається придушення заднього пелюстки ДН на 15 ... 20 dB. Напрямок головної пелюстки в горизонтальній площині збігається з діагоналлю a. У вертикальній площині головний пелюстка орієнтований горизонтально.

Однією з кращих щодо простих спрямованих антен є рамкова антена типу «подвійний квадрат», коефіцієнт посилення якої становить 8 ... 9 дБ, придушення заднього пелюстки ДН - не менше ніж 20 дБ, поляризація - вертикальна.

Малюнок 4 - Антена «хвильової канал»

Найширше поширення, особливо в УКХ діапазоні, отримали антени типу «хвильовий канал» (в зарубіжній літературі - антени Уда-Яги), так як вони досить компактні і забезпечують отримання великих значень Ga при порівняно невеликих габаритах. Антени цього типу являють собою набір елементів: активних - вібратор і пасивних - рефлектор і декількох директорів, встановлених на одній загальній стрілі (рисунок 4). Такі антени, особливо при великій кількості елементів, при виготовленні вимагають ретельної настройки. Для трьохелементна антени (вібратор, рефлектор і один директор) основні характеристики можуть бути забезпечені без додаткової настройки.

Складність антен цього типу полягає також ще і в тому, що вхідний опір антени залежить від кількості пасивних елементів і істотно залежить від настройки антени, через що в літературі досить часто не вказується точно значення вхідного опору таких антен. Зокрема, при використанні в якості вібратора петлевого вібратора Пістолькорса, що володіє вхідним опором близько 300 Ом, при збільшенні кількості пасивних елементів вхідний опір антени зменшується і досягає значень 30-50 Ом, що призводить до неузгодженості з фідером і вимагає додаткового узгодження. Зі збільшенням числа пасивних елементів ДН антени звужується, а коефіцієнт посилення зростає, наприклад для трьохелементна і пятіелементной антен коефіцієнти посилення складають 5 ... 6 дБ і 8 ... 9 дБ при ширині основної пелюстки ДН 70є і 50є відповідно.

Більш широкосмуговими в порівнянні з антенами типу «хвильовий канал» і не потребують в налаштуванні є антени біжучої хвилі (АБВ), у яких все вібратори, розташовані на однаковій відстані один від іншого, є активними і підключаються до збиральної лінії (малюнок 5). Прийнята ними енергія сигналу складається в збиральної лінії майже у фазі і надходить в фідер. Коефіцієнт посилення таких антен визначається довжиною збиральної лінії, пропорційний відношенню цієї довжини до довжини хвилі сигналу і залежить від спрямованих властивостей вібраторів. Зокрема, для АБВ з шістьма вібраторами різної довжини, відповідними необхідному діапазону частот і розташованими під кутом 60є до збиральної лінії, коефіцієнт посилення коливається від 4 дБ до 9 дБ в межах робочого діапазону, а рівень заднього випромінювання нижче на 14 дБ.

Малюнок 5 - Антена біжучої хвилі

Малюнок 6 - Антена з логарифмічною періодичністю структури або логоперіодична антена

Спрямовані властивості розглянутих антен змінюються в залежності від довжини хвилі сигналу. Одним з найбільш поширених типів антен з незмінною формою ДН в широкому діапазоні частот є антени з логарифмічною періодичністю структури або логоперіодічеськие антени (ЛНА). Вони відрізняються широким діапазоном: максимальна довжина хвилі сигналу перевершує мінімальну більш ніж в 10 разів. При цьому в усьому робочому діапазоні забезпечується гарне узгодження антени з фідером, а коефіцієнт посилення практично не змінюється. Збірна лінія ЛНА зазвичай утворюється двома провідниками, розташованими один над одним, до яких горизонтально кріпляться плечі вібраторів по черзі через один (малюнок 6, вид зверху).

Вібратори ЛНА виявляються вписаними в трикутник з кутом при вершині б і підставою, рівним найбільшому вібратора. Робоча смуга антени визначається розмірами найдовшого і найкоротшого вібраторів. Для логарифмічною структури полотна антени має бути виконано певне співвідношення між довжинами сусідніх вібраторів, а також між відстанями від них до вершини структури. Це співвідношення називається періодом структури ф:

B2? B1 \u003d B3? B2 \u003d A2? A1 \u003d A3? A2 \u003d ... \u003d ф

Таким чином, розміри вібраторів і відстані до них від вершини трикутника зменшуються в геометричній прогресії. Характеристики антени визначаються величиною ф і б. Чим менше кут б і чим більше б (б завжди менше 1), тим більше коефіцієнт посилення антени і менше рівень заднього і бічних пелюсток ДН. Однак при цьому збільшується число вібраторів, ростуть габарити і маса антени. Оптимально вибирають значення кута б в межах 3є ... 60є, а ф - 0,7 ... 0,9.

Залежно від довжини хвилі сигналу в структурі антени збуджуються кілька вібраторів, розміри яких найбільш близькі до половини довжини хвилі сигналу, тому ЛНА за принципом дії схожа з декількома антенами «хвильової канал», з'єднаними разом, кожна з яких містить вібратор, рефлектор і директор . При певній довжині хвилі сигналу порушується тільки одна трійка вібраторів, а решта настільки засмучені, що не впливають на роботу антени. Тому коефіцієнт посилення ЛНА виявляється менше, ніж коефіцієнт посилення антени «хвильової канал» з таким же числом елементів, зате смуга пропускання у ЛНА виявляється значно ширше. Так, для ЛНА з десяти вібраторів і значних б \u003d 45є, ф \u003d 0,84 розрахунковий коефіцієнт посилення становить 6 дБ, який практично не змінюється у всьому діапазоні робочих частот.

Для радіорелейних ліній зв'язку дуже важливо мати вузьку ДН, щоб не створювати перешкоди іншим радіоелектронним засобам і забезпечувати якісний зв'язок. Для звуження ДН широко застосовуються антенні решітки (АР), що звужують ДН в різних площинах і забезпечують різні значення ширини головної пелюстки. Цілком зрозуміло, що геометричні розміри АР і характеристики ДН істотно залежать від діапазону робочих частот - чим вище частота, тим компактніше буде АР і вже ДН, а, отже, більше коефіцієнт посилення. Для одних і тих же частот зі збільшенням розмірів АР (кількості елементарних випромінювачів) ДН буде звужуватися.

Для діапазону УКВ часто використовуються решітки, що складаються з вібраторних антен (петльових вібраторів), кількість яких може досягати декількох десятків, коефіцієнт посилення при цьому збільшується до 15 дБ і вище, а ширина ДН в будь-який з площин може бути звужена до 10є, наприклад для 16 вертикально розташованих петльових вібраторів в діапазоні частот 395 ... 535 МГц ДН звужується у вертикальній площині до 10є.

Основним видом застосовуваних в призначених для користувача терміналах антен є штирові антени вертикальної поляризації, що мають кругову ДН в горизонтальній площині. Ефективність цих антен є досить низькою через малі значень коефіцієнтів посилення, а також через вплив на ДН навколишніх предметів, а також відсутності повноцінного заземлення та обмеження геометричних розмірів антен. Останнє вимагає якісного узгодження антени з вхідними ланцюгами радиоустройства. Типовими конструктивними варіантами узгодження є розподілена по довжині індуктивність і індуктивність в основі антени. Для збільшення дальності радіозв'язку використовуються спеціальні подовжені антени довжиною в кілька метрів, чим досягається значне підвищення рівня сигналу.

В даний час існує безліч типів автомобільних антен, різних за зовнішнім виглядом, конструкції, ціною. До цих антен пред'являються жорсткі вимоги по механічним, електричним, експлуатаційним і естетичним параметрам. Найкращі результати по дальності зв'язку має повнорозмірна антена довжиною л / 4, однак великі геометричні розміри не завжди зручні, тому використовуються різні методи укорочення антен без істотного погіршення їх характеристик. Для забезпечення стільникового зв'язку в автомобілях можуть застосовуватися мікрополоскових резонансні антени (одно-, дво- і трьохдіапазонним), які потребують монтажу зовнішніх деталей, так як прикріплюються на внутрішню сторону скла автомобіля. Такі антени забезпечують прийом-передачу сигналів вертикальної поляризації діапазону частот 450 ... 1900 МГц, мають коефіцієнт посилення до 2 дБ.

2.1.1 Загальна характеристика антен СВЧ-діапазону

У діапазоні СВЧ в останні роки також відзначається збільшення кількості систем зв'язку і мовлення як раніше існували, так і знову розроблених. Для наземних систем - це системи радіорелейного зв'язку, радіо- і телемовлення, системи стільникового телебачення і т.п., для супутникових систем - безпосереднього телевізійного мовлення, телефонного, факсимільного, пейджингового зв'язку, відеоконференцзв'язку, доступу в Інтернет і т.п. Використовувані діапазони частот для зазначених видів зв'язку і мовлення відповідають виділеним для цих цілей ділянках частотного спектра, основними з яких є: 3,4 ... 4,2 ГГц; 5,6 ... 6,5 ГГц; 10,7 ... 11,7 ГГц; 13,7 ... 14,5 ГГц; 17,7 ... 19,7 ГГц; 21,2 ... 23,6 ГГц; 24,5 ... 26,5 ГГц; 27,5 ... 28,5 ГГц; 36 ... 40 ГГц. Іноді в технічній літературі до діапазону СВЧ відносять системи, що працюють на частотах понад 1 ГГц, хоча строго цей діапазон починається з 3 ГГц.

Для наземних систем СВЧ-діапазону антенні пристрої являють собою дзеркальні, рупорні, рупорно-лінзовий антени невеликих розмірів, що встановлюються на щоглах і захищені від шкідливих атмосферних впливів. Спрямовані антени в залежності від призначення, конструкції і діапазону частот мають широкий розкид характеристик, а саме: за коефіцієнтом посилення - від 12 до 50 дБ, по ширині ДН (рівень - -3дБ) - від 3,5 до 120є. Крім того, в системах стільникового телебачення використовуються биконические всеспрямовані (в горизонтальній площині) антени, що складаються з двох металевих конусів, спрямованих вершинами один до одного, діелектричної лінзи, встановленої між конусами, і пристрої збудження. Такі антени мають коефіцієнт посилення 7 ... 10 дБ, ширину головного пелюстка в вертикальній площині 8 ... 15є, а рівень бічних пелюсток - не гірше мінус 14 дБ.

3. Аналіз можливих методів синтезу антенних фрактальних структур

3.1 фрактальні антени

Фрактальні антени - відносно новий клас електрично малих антен (ЕМА), що принципово відрізняється своєю геометрією від відомих рішень. По суті, традиційна еволюція антен базувалася на евклідової геометрії, що оперує об'єктами целочисленной розмірності (лінія, коло, еліпс, параболоїд і т.п.). Головна відмінність фрактальних геометричних форм - їх подрібнена розмірність, що зовні проявляється в рекурсивном повторенні в зростаючому або зменшуваному масштабах вихідних детермінованих або випадкових шаблонів. Фрактальні технології набули поширення при формуванні коштів фільтрації сигналів, синтезі тривимірних комп'ютерних моделей природних ландшафтів, стисненні зображень. Цілком природно, що фрактальна «мода» не обійшла стороною і теорію антен. Тим більше, що прообразом сучасних фрактальних технологій в антеною техніці з'явилися запропоновані в середині 60-х років минулого століття логоперіодічеськие і спіральні конструкції. Правда, в строгому математичному сенсі такі конструкції на момент розробки не мали відношення до фрактальної геометрії, будучи, по суті, лише фракталами першого роду. Зараз дослідники, в основному методом проб і помилок, намагаються використовувати відомі в геометрії фрактали в антенних рішеннях. В результаті імітаційного моделювання та експериментів встановлено, що фрактальні антени дозволяють отримати практично той же коефіцієнт посилення, що і звичайні, але при менших габаритах, що важливо для мобільних додатків. Розглянемо результати, отримані в галузі створення фрактальних антен самих різних типів.

Опубліковані Коеном результати досліджень характеристик нової антеною конструкції привернули увагу фахівців. Завдяки зусиллям багатьох дослідників сьогодні теорія фрактальних антен перетворилася в самостійний, досить розвинений апарат синтезу і аналізу ЕМА.

3.2 властивостіфрактальних антен

SFC можуть застосовуватися в якості шаблонів для виготовлення монополів і плечей диполів, формування топології друкованих антен, частотно-селективних поверхонь (Frequency Selection Surfaces, FSS) або обичайок дзеркальних рефлекторів, побудови контурів рамкових антен і профілів апертури рупорів, а також фрезерування пазів в щілинних антенах .

Експериментальні дані, отримані фахівцями компанії Cushcraft для кривої Коха, чотирьох ітерацій меандру і спіральної антени, дозволяють зіставити електричні властивості антени Коха з іншими випромінювачами з періодичною структурою. Все зіставлені випромінювачі володіли багаточастотними властивостями, що проявилося в наявності періодичних резонансів на графіках импедансов. Однак для багатодіапазонних додатків найбільше придатний фрактал Коха, у якого з ростом частоти пікові значення реактивних і активних опорів зменшуються, тоді як у меандру і спіралі вони зростають.

В цілому слід зазначити, що теоретично уявити механізм взаємодії фрактальної прийомної антени і падаючих на неї електромагнітних хвиль складно через відсутність аналітичного опису хвильових процесів в провіднику зі складною топологією. У такій ситуації основні параметри фрактальних антен доцільно визначати шляхом математичного моделювання.

Приклад побудови першої самоподобной фрактальної кривої продемонстрував в 1890 році італійський математик Джузеппе Пеано (Peano). Запропонована ним лінія в межі повністю заповнює квадрат, огибаючи все його точки (рисунок 9). Надалі були знайдені й інші подібні об'єкти, які отримали по імені першовідкривача їх сімейства узагальнююча назва «криві Пеано». Правда, внаслідок чисто аналітичного опису кривої, запропонованого Пеано, виникла деяка плутанина в класифікації SFС-ліній. Насправді найменування «криві Пеано» слід було б давати лише оригінальним кривим, побудова яких відповідає аналітиці, опублікованій Пеано (рисунок 10).

Малюнок 9 - Ітерації кривої Пеано: а) вихідна лінія, б) перша, в) друга і г) третя ітерації

Малюнок 10 - Ітерації ламаної, запропонованої Гильбертом в 1891 році

Нерідко трактується як рекурсивна крива Пеано

Тому для конкретизації розглянутих об'єктів антеною техніки при описі тієї чи іншої форми фрактальної антени слід, по можливості, згадувати і імена авторів, що запропонували відповідну модифікацію SFC. Це тим більш важливо, що згідно з підрахунками, число відомих різновидів SFC наближається до трьох сотень, причому ця цифра не є граничною.

Слід зазначити, що крива Пеано (рисунок 9) в початковому вигляді цілком придатна для виготовлення щілин в стінках хвилеводу, друкованих та інших апертурних фрактальних антен, але не прийнятна для побудови дротяної антени, оскільки має дотичні ділянки. Тому фахівцями компанії Fractus була запропонована її модифікація, що одержала назву «Peanodec» (рисунок 11).

Малюнок 11 - Варіант модифікації кривої Пеано ( «Peanodec»): а) перша, б) друга в) третя ітерації

Перспективне застосування антен з топологією Коха - MIMO-системи зв'язку (системи зв'язку з багатьма входами і виходами). Для мініатюризації антенних решіток абонентських терміналів в таких засобах комунікації фахівці Лабораторії електромагнетизму Університету Патрас (Греція) запропонували фрактальное подобу перевернутої L-антени (ILA). Суть ідеї зводиться до вигину вібратора Коха на 90 ° в точці, що ділить його на сегменти з співвідношенням довжин 2: 1. Для мобільних засобів зв'язку з частотою несучої ~ 2,4 Гц габарити такої антени в друкованому виконанні становлять 12,33Ч10,16 мм (~ л / 10Чл / 12), смуга пропускання - ~ 20% і ККД - 93%.

Малюнок 12 - Приклад двухдиапазонной (2,45 і 5,25 ГГц) антеною решітки

Діаграма спрямованості по азимуту майже рівномірна, коефіцієнт посилення в перерахунку до входу фідера складає ~ 3,4 дБ. Правда, як зазначено в статті, робота таких друкованих елементів в складі решітки (рисунок 12) супроводжується зниженням їх ККД в порівнянні з одиничним елементом. Так, на частоті 2,4 ГГц ККД зігнутого на 90 ° монополя Коха знижується з 93 до 72%, а на частоті 5,2 ГГц - з 90 до 80%. Трохи краща ситуація з взаємним впливом антен високочастотної смуги: на частоті 5,25 ГГц розв'язка між елементами, що утворюють центральну пару антен, становить 10 дБ. Що стосується взаємного впливу в парі сусідніх разнодіапазонних елементів, то в залежності від частоти сигналу розв'язка змінюється від 11 дБ (на 2,45 ГГц) до 15 дБ (на частоті 5,25 ГГц). Причина погіршення ефективності роботи антен - взаємний вплив друкованих елементів.

Таким чином, можливість вибору безлічі різноманітних параметрів антеною системи на основі ламаної Коха дозволяє при проектуванні задовольняти різні вимоги, що пред'являються до значення внутрішнього опору і розподілу резонансних частот. Однак, оскільки взаємозалежність рекурсивної розмірності і характеристик антени може бути отримана тільки для певної геометрії, справедливість розглянутих властивостей, для інших рекурсивних конфігурацій потребує додаткового дослідження.

3.3 Характеристики фрактальних антен

Представлена \u200b\u200bна малюнку 13 або 20 антена по фракталу Коха - лише один з варіантів, який реалізується при використанні рівностороннього ініціюючого трикутника рекурсії, тобто кут і при його підставі (indentation angle або «кут поглиблення») дорівнює 60 °. Такий варіант фрактала Коха прийнято називати стандартним. Цілком природно задатися питанням, чи можна використовувати модифікації фрактала з іншими значеннями цього кута. Виною запропонував розглядати кут при підставі ініціюючого трикутника в якості параметра, що характеризує антенну конструкцію. Змінюючи цей кут, можна отримувати аналогічні рекурсивні криві різної розмірності (рисунок 13). Криві зберігають властивість самоподібності, однак результуюча довжина лінії може бути різною, що впливає на характеристики антени. Виною першим досліджував кореляцію між властивостями антени і розмірністю узагальненого фрактала Коха D, яка визначається в загальному випадку залежністю

(1)

Було показано, що в міру збільшення кута і розмірність фрактала також збільшується, і при і\u003e 90 ° наближається до 2. Слід зазначити, що використовується в теорії фрактальних антен поняття розмірності дещо суперечить поняттям, прийнятим в геометрії, де цей захід може бути застосована тільки до нескінченно рекурсивним об'єктів.

Малюнок 13 - Побудова кривої Коха з кутом і а) 30 ° і б) 70 ° при основі трикутника в генераторі фрактала

Зі збільшенням розмірності нелінійно зростає і загальна довжина ламаної лінії, яка визначається співвідношенням:

(2)

де L0 - довжина лінійного диполя, відстань між кінцями якого той же, що і у ламаної Коха, n - номер ітерації. Перехід від і \u003d 60 ° до і \u003d 80 ° на шостий ітерації дозволяє збільшити загальну довжину префрактала більш ніж в чотири рази. Як і слід було очікувати, між рекурсивної розмірністю і такими властивостями антени, як первинна резонансна частота, внутрішній опір на резонансі і багатодіапазонні характеристики, існує прямий зв'язок. На основі комп'ютерних розрахунків Виною отримав залежність першої резонансної частоти диполя Коха fk від розмірності префрактала D, номера ітерації n і резонансної частоти прямолінійного диполя fD тієї ж висоти, що і ламана Коха (по крайніх точках):

(3)

Малюнок 14 - Ефект «просочування» електромагнітної хвилі

У загальному випадку для внутрішнього опору диполя Коха на першій резонансній частоті справедливо наближене співвідношення, наведене:

(4)

де R0 - внутрішній опір лінійного диполя (D \u003d 1), яке в даному випадку дорівнює 72 Ом. Вирази (3) і (4) можна використовувати для визначення геометричних параметрів антени з необхідними значеннями резонансної частоти і внутрішнього опору. Багатосмугові властивості диполя Коха також дуже чутливі до значення кута і. Зі збільшенням і номінали резонансних частот зближуються, а, отже, зростає їх число в заданому спектральному діапазоні (малюнок 15). При цьому, чим вище номер ітерації, тим сильніше це зближення.

Малюнок 15 - Ефект звуження інтервалу між резонансними частотами

В Університеті штату Пенсільванія був досліджений ще один важливий аспект диполя Коха - вплив несиметричності його заживлення на ступінь наближення внутрішнього опору антени до 50 Ом. В лінійних ДІПОЛ точка харчування часто розташовується асиметрично. Цей же підхід може бути використаний і для фрактальної антени у вигляді кривої Коха, внутрішній опір якої менше нормативних значень. Так, в третій ітерації внутрішній опір стандартного диполя Коха (і \u003d 60 °) без урахування втрат при підключенні фідера в центрі становить 28 Ом. При переміщенні фідера до одного з кінців антени можна отримати опір 50 Ом.

Всі розглянуті до сих пір конфігурації ламаної Коха синтезувалися рекурсивно. Однак, згідно з Виною, якщо порушити це правило, зокрема, задаючи різні кути і? на кожній новій ітерації, властивості антени можна змінювати з більшою гнучкістю. Для збереження подібності доцільно вибрати регулярну схему зміни кута і. Наприклад, змінювати його за лінійним законом іn \u003d іn-1 - Ді · n, де n - номер ітерації, Ді? - приріст кута в підставі трикутника. Варіантом такого принципу побудови ламаної є наступна послідовність кутів: и1 \u003d 20 ° для першої ітерації, і 2 \u003d 10 ° для другої і т.д. Конфігурація вібратора в цьому випадку не буде строго рекурсивної, проте всі його сегменти, синтезовані в одній ітерації, матимуть однакові розміри і форму. Тому геометрія такої гібридної ламаної сприймається як самоподібна. При малому числі ітерацій поряд з негативним приростом Ді? Може застосовуватися квадратичне або інше нелінійна зміна кута іn.

Розглянутий підхід дозволяє задавати розподіл резонансних частот антени і значення її внутрішнього опору. Однак перестановка порядку зміни значень кутів і в ітераціях не дає еквівалентного результату. Для однієї і тієї ж висоти ламаної лінії різні комбінації однакових кутів, наприклад и1 \u003d 20 °, і 2 \u003d 60 ° і и1 \u003d 60 °, і 2 \u003d 20 ° (рисунок 16), дають однакову розгорнуту довжину префракталов. Але, попри очікування, повний збіг параметрів не забезпечує тотожності резонансних частот і ідентичність многополосних властивостей антен. Причина - зміна внутрішнього опору сегментів ламаної, тобто ключову роль грає конфігурація провідника, а не його розміри.

Малюнок 16 - Узагальнені префрактали Коха другий ітерації з негативним приростом Dq (а), позитивним приростом Dq (б) і третьої ітерації з негативним приростом Dq \u003d 40 °, 30 °, 20 ° (в)

4. Приклади фрактальних антен

4.1 Огляд антен

Антенна тематика є однією з найбільш перспективних і представляють значний інтерес в сучасній теорії передачі інформації. Таке прагнення розвивати саме цю сферу наукового розвитку, пов'язане з безупинно зростаючими вимогами до швидкості і способам передачі інформації в сучасному технологічному світі. Кожен день, спілкуючись один з одним, ми передаємо інформацію таким природним для нас способом - по повітрю. Точно таким же чином вченим прийшла в голову думка, навчити спілкуватися і численні комп'ютерні мережі.

Результатом стала поява нових розробок у цій галузі, їх твердження на ринку комп'ютерного обладнання, а пізніше і прийняття стандартів бездротової передачі інформації. На сьогоднішній день вже є затвердженими і загальноприйнятими технології передачі, такі, як BlueTooth, WiFi. Але на цьому розвиток не зупиняється, і не може зупинитися, з'являються нові вимоги, нові побажання ринку.

Швидкості передачі, такі дивно швидкі на момент розробки технологій, сьогодні вже не задовольняють вимогам і побажанням користувачів цих розробок. Кілька провідних центрів розробок почали новий проект WiMAX з метою підвищити швидкість, заснованих на розширенні каналу в уже існуючому стандарті WiFi. Яке місце у всьому цьому займає антенна тематика?

Проблему розширення каналу передачі можна частково вирішити, запровадивши ще більше стиснення, ніж існуюче. Використання ж фрактальних антен дозволить вирішити цю проблему більш якісно і найбільш ефективно. Причиною цього є те, що фрактальні антени і частотноізбірательние поверхні і обсяги на їх основі володіють унікальними електродинамічними характеристиками, а саме: широкополосностью, повторюваністю пропускних смуг в частотному діапазоні і т.д.

4.1.1 Побудова дерева Кейлі

Древо Кейлі є одним з класичних прикладів фрактальних множин. Його нульова ітерація - всього лише відрізок прямої заданої довжини l. Перша і кожна наступна непарна ітерації є два відрізки точно такої ж довжини l як і попередня ітерація, розташованих перпендикулярно відрізку попередньої ітерації так, що кінці його з'єднані з серединою відрізків.

Друга і кожна наступна парна ітерація фрактала - це два відрізки l / 2 в половину довжини попередньої ітерації, розташованих, як і раніше, перпендикулярно попередньої ітерації.

Результати побудови древа Кейлі наведені на малюнку 17. Загальна висота антени становить 15 / 8l, а ширина - 7 / 4l.

Малюнок 17 - Побудова дерева Кейлі

Розрахунки і аналіз антени типу «Древо Кейлі» були виконані теоретичні розрахунки фрактальної антени у вигляді древа Кейлі 6-го порядку. Для вирішення цієї практичної задачі був задіяний досить потужний інструмент по суворому розрахунку електродинамічних властивостей, які проводять елементів - програма ЕДЕМ. Потужні інструменти і зручний інтерфейс цієї програми роблять її незамінним для такого рівня розрахунків.

Перед авторами стояло завдання проектування антени, оцінка теоретичних значень резонансних частот прийому і пропускання сигналу, уявлення завдання в інтерфейсі мови програми ЕДЕМ. Спроектована фрактальная антена на основі «Древа Кейлі" показана на малюнку 18.

Потім, на спроектовану фрактальную антену прямувала плоска електромагнітна хвиля, а програма розраховувала поширення поля до і після антени, обчислювала електродинамічні характеристики фрактальної антени.

Проведені авторами результати розрахунків фрактальної антени «Древо Кейлі» дозволили зробити наступні висновки. Показано, що ряд резонансних частот повторюється приблизно на подвоєному значенні від попередньої частоти. Були визначені розподілу струмів на поверхні антени. Досліджено ділянки, як повного пропускання, так і повного відображення електромагнітного поля.

Малюнок 18 - Древо Кейлі 6-го порядку

4 .1.2 мультимедійна антена

Мініатюризація крокує по планеті семимильними кроками. Не за горами поява комп'ютерів розміром з бобова зерно, поки ж компанія Fractus пропонує нашій увазі антену, габарити якої менше рисового зернятка (рисунок 19).

Малюнок 19 - Фрактальна антена

Новинка, що отримала назву Micro Reach Xtend, працює на частоті 2,4 ГГц і підтримує бездротові технології Wi-Fi і Bluetooth, а також деякі інші менш популярні стандарти. Пристрій створений на основі запатентованих технологій фрактальних антен, а його площа становить всього 3,7 х 2 мм. На думку розробників, крихітна антена дозволить зменшити розмір мультимедійних продуктів, в яких вона в найближчому майбутньому знайде своє застосування, або ж запхати в один девайс більше можливостей.

Телевізійні станції передають сигнали в діапазоні 50-900 МГц, які впевнено приймаються на відстані багатьох кілометрів від передавальної антени. Відомо, що коливання більш високих частот гірше проходять через будівлі і різні перешкоди, ніж низькочастотні, які просто оминають їх. Тому технологія Wi-Fi, яка використовується в звичайних системах бездротового зв'язку і працює на частотах вище 2,4 ГГц, забезпечує прийом сигналу лише на відстані не більше 100 м. З такою несправедливістю по відношенню до передової Wi-Fi-технології скоро буде покінчено, звичайно , без шкоди для ТВ-споживачів. В майбутньому прилади, створені на основі Wi-Fi-технології, будуть працювати на частотах між працюючими ТВ-каналами, збільшуючи, таким чином, дальність впевненого прийому. Щоб не заважати роботі телебачення, кожна з Wi-Fi-систем (передавач і приймач) буде постійно сканувати лежать поруч частоти, запобігаючи зіткнення в ефірі. При переході на більш широкий частотний діапазон виникає необхідність мати антену, однаково добре приймаючу сигнали і високих, і низьких частот. Звичайні штирові антени не відповідають цим вимогам, тому що вони відповідно до своєї довжиною вибірково беруть частоти певної довжини хвилі. Антеною, що підходить для прийому сигналів в широкому частотному діапазоні, стала так звана фрактальна антена, що має форму фрактала - структури, що виглядає однаково незалежно від того, з яким збільшенням ми її розглядаємо. Фрактальна антена поводиться так, як поводилася б структура з безлічі штирьковий антен різної довжини, скручених між собою.

4.1.3 «Ламана» антена

Американський інженер Натан Коен років десять тому вирішив зібрати будинку любительську радіостанцію, але зіткнувся з несподіваною труднощами. Його квартира знаходилася в центрі Бостона, і міська влада суворо заборонили ставити антену зовні будівлі. Вихід знайшовся несподівано, перевернувши все подальше життя радіоаматора.

Замість того щоб виготовити антену традиційної форми, Коен взяв шматок алюмінієвої фольги і вирізав з нього фігуру в формі математичного об'єкта, відомого як крива Кох. Крива ця, відкрита в 1904 році німецьким математиком Хельгой фон Кох, - фрактал, ламана лінія, яка виглядає як серія нескінченно зменшуються трикутників, що виростають один з іншого подібно даху багатоступінчастої китайської пагоди. Як і всі фрактали, ця крива «самоподобна», тобто на будь-якому, найменшому відрізку має один і той же вид, повторюючи саму себе. Будують такі криві шляхом нескінченного повторення простої операції. Лінія ділиться на рівні відрізки, і на кожному робиться вигин у вигляді трикутника (метод фон Кох) або квадрата (метод Германа Маньківського). Потім на всіх сторонах вийшла фігури в свою чергу вигинаються аналогічні квадрати або трикутники, але вже меншого розміру. Продовжуючи побудова до нескінченності, можна отримати криву, «зламану» в кожній точці (рисунок 20).

Малюнок 20 - Побудова кривої Кох і Маньківського

Побудова кривої Кох - одного з найперших фрактальних об'єктів. На нескінченній прямій виділяються відрізки довжиною l. Кожен відрізок ділиться на три рівні частини, і на середньої будується рівносторонній трикутник зі стороною l / 3. Далі процес повторюється: на відрізках l / 3 будуються трикутники зі сторонами l / 9, на них - трикутники зі сторонами l / 27 і так далі. Ця крива має самоподібності, або масштабної инвариантностью: кожен її елемент в зменшеному вигляді повторює саму криву.

Фрактал Маньківського будується аналогічно кривій Кох і має такі ж властивості. При його побудові замість системи трикутників на прямий будуються меандри - «прямокутні хвилі» нескінченно відбувають розмірів.

Будуючи криву Кох, Коен обмежився тільки двома-трьома кроками. Потім він наклеїв фігуру на невеликий аркуш паперу, приєднав її до приймача і з подивом виявив, що вона працює не гірше звичайних антен. Як виявилося пізніше, його винахід став родоначальником принципово нового типу антен, що нині випускаються серійно.

Антени ці дуже компактні: вбудована в корпус фрактальная антена для мобільного телефону має розмір звичайного слайда (24 х 36 мм). Крім того, вони працюють в широкому діапазоні частот. Все це виявлено експериментально; теорії фрактальних антен поки не існує.

Параметри фрактальної антени, зробленої серією послідовних кроків по алгоритму Маньківського, змінюються дуже цікавим чином. Якщо прямолінійну антену зігнути в формі «прямокутної хвилі» - меандру, її посилення зросте. Усі наступні меандри посилення антени вже не міняють, але діапазон прийнятих нею частот розширюється, а сама антена при цьому стає набагато компактніше. Правда, ефективними виявляються лише перші п'ять-шість кроків: щоб згинати провідник далі, доведеться зменшити його діаметр, а це підвищить опір антени і призведе до втрати посилення.

Поки одні ламають голову над теоретичними проблемами, інші активно впроваджують винахід в життя. Як вважає Натан Коен, нині професор університету в Бостоні і головний технічний інспектор «Fractal Antenna Systems», «через кілька років фрактальні антени стануть невід'ємною частиною стільникових і радіотелефонів і багатьох інших пристроїв з бездротовим зв'язком».

антена решітка фрактальний

4.2 Застосування фрактальних антен

Серед безлічі антенних конструкцій, які використовуються сьогодні в засобах зв'язку, винесене в заголовок статті тип антен є порівняно новим і принципово відрізняється від відомих рішень. Перші публікації, котрі розглядали електродинаміку фрактальних структур, з'явилися ще в 80-і роки XX століття. Початок же практичного використання фрактального напрямки в антеною техніці більше 10 років тому поклав американський інженер Натан Коен, нині професор Боаонского університету і головний технічний інспектор компанії «Fractal Antenna Systems». Проживаючи в центрі Бостона, щоб обійти заборону міської влади на установку зовнішніх антен, він вирішив замаскувати антену аматорської радіостанції під декоративну фігуру з алюмінієвої фольги. За основу він узяв відому в геометрії криву Кох (рисунок 20), опис якої в 1904 році запропонував шведський математик Нільс Фабіан Хельге фон Кох (1870-1924).

подібні документи

Поняття і принцип роботи передавальних антен і їх діаграми спрямованості. Розрахунок розмірів і резонансних частот для фрактальних антен. Проектування друкованої мікрополоскової антени на підставі фрактала Коха і 10 макетів антен дротяного типу.

дипломна робота, доданий 02.02.2015


Розвиток фрактальних антен. Методи побудови та принцип роботи фрактальної антени. Побудова кривої Пеано. Формування фрактальної прямокутної ламаної антени. Двохдіапазонна антенна решітка. Фрактальні частотно-виборчі поверхні.

дипломна робота, доданий 26.06.2015


Структурна схема модуля приймальні активних фазованих антенних решіток. Розрахунок відносного зменшення збудження на краю антени. Енергетичний потенціал приймальні фазованих антенних решіток. Точність виставки променя. Вибір і розрахунок випромінювача.

курсова робота, доданий 08.11.2014


Знайомство з видами діяльності ТОВ "Антенн-Сервіс": монтаж і введення в експлуатацію ефірних і супутникових антенних комплексів, проектування телекомунікаційних мереж. Загальна характеристика основних властивостей і області застосування супутникових антен.

дипломна робота, доданий 18.05.2014


Види і класифікація антен систем стільникового зв'язку. Технічні характеристики антени KP9-900. Основні втрати ефективності антени в робочому положенні апарату. Методи розрахунку антен для стільникових систем зв'язку. Характеристики моделіровщік антен MMANA.

курсова робота, доданий 17.10.2014


Типи пристроїв СВЧ в схемах розподільних трактів антенних решіток. Проектування пристроїв СВЧ на основі методу декомпозиції. Робота з програмою "Модель-С" для автоматизованого і параметричного видів синтезу багатоелементних пристроїв СВЧ.

контрольна робота, доданий 15.10.2011


Основні задачі теорії антен і характеристики даного пристосування. Рівняння Максвелла. Поле електричного диполя в необмеженому просторі. Відмінні риси вібраторних і апертурних антен. Способи управління амплітудою решіток.

навчальний посібник, доданий 27.04.2013


Лінійна решітка з циліндричної спіральної антеною в якості випромінювача. Застосування антенних решіток для забезпечення якісної роботи антени. Проектування скануючої у вертикальній площині антеною решітки. Розрахунок одиночного випромінювача.

курсова робота, доданий 28.11.2010


Методи створення ефективних антен. Лінійна антенна решітка. Оптимальна антена біжучої хвилі. Коефіцієнт спрямованої дії. Плоскі антенні решітки. Вхідний опір випромінює елемента. Особливість і застосування нееквідістантних решіток.

курсова робота, доданий 14.08.2015


Застосування антен як для випромінювання, так і для прийому електромагнітних хвиль. Існування великого різноманіття різних антен. Проектування лінійної решітки стрижневих діелектричних антен, яка зібрана з стрижневих діелектричних антен.