Svijet nije bez dobrih ljudi :-)
Valery UR3CAH: "Dobar dan, Egore. Mislim da ovaj članak (odnosno odjeljak "Fraktalne antene: manje je više") odgovara temi vaše stranice i da će vas zanimati :) 73!"
Da, naravno da je zanimljivo. Već smo se do neke mjere dotakli ove teme kada smo raspravljali o geometriji heksabima. I tu je bila dilema oko “pakiranja” električne duljine u geometrijske dimenzije :-). Pa hvala ti, Valery, puno što si poslao materijal.
Fraktalne antene: manje je više
Tijekom proteklih pola stoljeća život se ubrzano počeo mijenjati. Većina nas napredak moderne tehnologije uzima zdravo za gotovo. Vrlo brzo se navikneš na sve što čini život ugodnijim. Rijetko tko postavlja pitanje "Odakle ovo?" i "Kako to radi?" Mikrovalna grije doručak - odlično, pametni telefon vam daje priliku razgovarati s drugom osobom - odlično. Ovo nam se čini kao očita mogućnost.
Ali život je mogao biti sasvim drugačiji da čovjek nije tražio objašnjenje za događaje koji su se zbili. Uzmimo mobitele, na primjer. Sjećate se uvlačivih antena na prvim modelima? Smetali su, povećavali veličinu uređaja i na kraju se često kvarili. Vjerujemo da su zauvijek potonuli u zaborav, a dio razloga za to su... fraktali.
Fraktalni uzorci fasciniraju svojim uzorcima. Definitivno nalikuju slikama kozmičkih objekata - maglica, jata galaksija i tako dalje. Stoga je sasvim prirodno da je Mandelbrot, kada je iznio svoju teoriju fraktala, pobudio povećani interes među onima koji su proučavali astronomiju. Jedan od tih amatera po imenu Nathan Cohen, nakon predavanja Benoita Mandelbrota u Budimpešti, dobio je ideju praktična aplikacija stečeno znanje. Istina, učinio je to intuitivno, a slučaj je odigrao važnu ulogu u njegovom otkriću. Kao radio amater, Nathan je nastojao stvoriti antenu s najvećom mogućom osjetljivošću.
Jedini način poboljšanje parametara antene, što je bilo poznato u to vrijeme, sastojalo se od povećanja njezinih geometrijskih dimenzija. Međutim, vlasnik kuće u središtu Bostona koju je Nathan unajmio bio je kategorički protiv instalacije velikih uređaja na krovu. Tada je Nathan počeo eksperimentirati s različitim oblicima antena, pokušavajući postići maksimalan rezultat minimalne veličine. Inspiriran idejom fraktalnih oblika, Cohen je, kako kažu, od žice nasumično izradio jedan od najpoznatijih fraktala - “Kochovu pahulju”. Švedski matematičar Helge von Koch osmislio je ovu krivulju još 1904. godine. Dobiva se dijeljenjem segmenta na tri dijela i zamjenom srednjeg segmenta s jednakostraničnim trokutom bez stranice koja se podudara s tim segmentom. Definicija je malo teška za razumijevanje, ali na slici je sve jasno i jednostavno.
Postoje i druge varijacije Kochove krivulje, ali približni oblik krivulje ostaje sličan.

Kada je Nathan spojio antenu na radio prijemnik, bio je vrlo iznenađen - osjetljivost se dramatično povećala. Nakon niza eksperimenata, budući profesor na bostonskom sveučilištu shvatio je da antena izrađena prema fraktalnom uzorku ima visoku učinkovitost i pokriva puno širi frekvencijski raspon u odnosu na klasična rješenja. Osim toga, oblik antene u obliku fraktalne krivulje omogućuje značajno smanjenje geometrijskih dimenzija. Nathan Cohen je čak došao do teorema koji dokazuje da je za stvaranje širokopojasne antene dovoljno dati joj oblik samoslične fraktalne krivulje.

Autor je svoje otkriće patentirao i osnovao tvrtku za razvoj i dizajn fraktalnih antena Fractal Antenna Systems, s pravom vjerujući da će se u budućnosti mobiteli zahvaljujući njegovom otkriću moći riješiti glomaznih antena i postati kompaktniji. U principu, to se i dogodilo. Istina, do danas Nathan vodi pravnu bitku s velikim korporacijama koje nezakonito koriste njegovo otkriće za proizvodnju kompaktnih komunikacijskih uređaja. Nekoliko poznatih proizvođača Mobilni uredaji, kao što je Motorola, već su postigli mirovni sporazum s izumiteljem fraktalne antene. Izvorni izvor

Kao što smo raspravljali u prethodnim člancima, otkriveno je da je učinkovitost fraktalnih antena približno 20% veća od konvencionalnih antena.Ovo može biti vrlo korisno za primjenu. Osobito ako želite da vaša TV antena prihvati digitalni signal ili video visoka definicija, za povećanje dometa Mobiteli, Wi-Fibend, FM ili AM radio, i tako dalje.

Većina mobitela već ima ugrađene fraktalne antene. Ako ste primijetili u posljednjih nekoliko godina, mobiteli više nemaju antene izvana. To je zato što imaju unutarnje fraktalne antene urezane u tiskanu ploču, što im omogućuje bolji prijem i prihvaćanje više frekvencija, kao što je Bluetooth, stanični signal i Wi-Fi sve s jedne antene u isto vrijeme!

Informacije iz Wikipedije: "Fraktalna antena značajno se razlikuje od tradicionalno dizajnirane antene po tome što može raditi s dobrim performansama na velikom broju frekvencija istovremeno. Tipično, standardne antene moraju biti "odrezane" na frekvenciji za koju će se koristiti i stoga "Standardna antena radi dobro samo na ovoj frekvenciji. To čini fraktalne antene izvrsnim rješenjem za širokopojasne i višepojasne aplikacije."

Trik je u tome da napravite vlastitu fraktalnu antenu koja će rezonirati na frekvenciji koju želite. To znači da će izgledati drugačije i može se drugačije izračunati ovisno o tome što želite postići. Malo matematike i postat će jasno kako to učiniti. (Možete se ograničiti na online kalkulator)

U našem primjeru napravit ćemo jednostavnu antenu, ali možete napraviti složenije antene. Što složenije to bolje. Kao primjer ćemo koristiti kalem pune žice promjera 18 koji je potreban za izradu antene, ali možete ići i dalje korištenjem vlastitih ploča za graviranje kako biste napravili manju ili složeniju antenu s većom rezolucijom i rezonancijom.

(kartica=TV antena)

U ovom vodiču ćemo pokušati stvoriti TV antenu za digitalni signal ili signal visoka rezolucija prenosi preko radio kanala. S tim je frekvencijama lakše raditi, valne duljine na tim frekvencijama kreću se od pola stope do nekoliko metara za polovicu valne duljine signala. Za UHF (decitimeter wave) sklopove, možete dodati usmjerivač (usmjerivač) ili reflektor (reflektor) što će učiniti antenu ovisnom o smjeru. VHF (ultra short wave) antene također su usmjerene, ali umjesto da budu usmjerene izravno na TV postaju, "uši" VHF dipolnih antena moraju biti okomite na valnu duljinu TV postaje koja emitira signal.

Najprije pronađite frekvencije koje želite primati ili emitirati. Za TV, ovdje je poveznica na dijagram frekvencija: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

A za izračun veličine antene koristit ćemo online kalkulator: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Evo dobrog PDF-a o dizajnu i teoriji:preuzimanje datoteka

Kako pronaći valnu duljinu signala: valna duljina u stopama = (omjer brzine svjetlosti u stopama) / (frekvencija u hercima)

1) Koeficijent brzine svjetlosti u stopama = +983571056,43045

2) Koeficijent brzine svjetlosti u metrima = 299792458

3) Koeficijent brzine svjetlosti u inčima = 11802852700

Odakle započeti: (VHF/UHF dipolni niz s reflektorom koji dobro radi za široki frekvencijski raspon DB2):

(350 MHz je četvrtina vala od 8 inča - poluval od 16 inča, koji spada u ultravisoki frekvencijski raspon - između kanala 13 i 14, i koji je središnja frekvencija između VHF-UHF raspona radi boljeg rezonancija). Ovi se zahtjevi mogu modificirati kako bi bolje funkcionirali u vašem području, jer vaš distribucijski kanal može biti niži ili viši u grupi.

Na temelju materijala s donjih poveznica ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ i http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , samo fraktalni dizajni omogućuju vam da budete kompaktniji i fleksibilniji, a mi ćemo koristiti model DB2, koji ima veliki dobitak i već je prilično kompaktan i popularan za unutarnju i vanjsku ugradnju.

Osnovni troškovi (koštaju oko 15 USD):

1. Montažna površina kao što je plastično kućište (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 vijaka. Koristio sam samorezne vijke za čelik i lim.
3. Odgovarajući transformator 300 Ohm na 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Neka puna žica kalibra 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksijalni RG-6 s terminatorima - limiterima (i gumenim omotačem ako je postavljen izvana).
6. Aluminij kada se koristi reflektor.
7. Oštri nož ili sličan, po mogućnosti s finim vrhom.
8. Dva para malih kliješta - igala.
9. Vodilica je najmanje 8 inča.
10. Kutomjer za mjerenje kutova.
11. Svrdlo i svrdlo manjeg promjera od vaših vijaka.
12. Male štipaljke.
13. Odvijač ili odvijač.

NAPOMENA: HDTV/DTV uređivanje u PDF-u http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Prvi korak:

Sastavite kućište s reflektorom ispod plastičnog poklopca:

Drugi korak:

Izbušite male rupe s navojem na suprotnoj strani reflektora na sljedećim mjestima i postavite vodljivi vijak.

Treći korak:

Izrežite četiri komada pune žice od 8" i izložite je.

Četvrti korak:

Pomoću markera označite svaki centimetar na žici. (Ovo su mjesta gdje ćemo napraviti zavoje)

Peti korak:

Ovaj korak morate ponoviti za svaku žicu. Svaki zavoj na žici bit će jednak 60 stupnjeva, stvarajući tako fraktal. Nalik na jednakostranični trokut. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svako savijanje bit će na usjeku od 1". Provjerite jeste li vizualizirali smjer svakog skretanja prije nego to učinite! Koristite dijagram u nastavku za pomoć.

Šesti korak:

Odrežite još 2 komada žice duljine najmanje 6 cm i izložite ih. Savijte ove žice oko gornjeg i donjeg vijka i zavežite ih na sredinu vijka. Tako sva trojica dolaze u kontakt. Rezačima žice odrežite neželjene dijelove žice.

Sedmi korak:

Postavite i pričvrstite sve svoje fraktale s kutovima

Osmi korak:

Pričvrstite odgovarajući transformator kroz dva vijka u sredini i zategnite ih.

Spreman! Sada možete testirati svoj dizajn!

Kao što možete vidjeti na donjoj fotografiji, svaki put kada podijelite svaki dio i stvorite novi trokut s istom duljinom žice, on može stati u manji prostor, zauzimajući prostor u drugom smjeru.

Prijevod: Dmitrij Šahov

Ispod možete pogledati video o izradi fraktalnih antena:

(kartica=Wi-Fi antena)

Prethodno sam čuo za fraktalne antene i nakon nekog vremena htio sam pokušati napraviti vlastitu fraktalnu antenu kako bih isprobao ovaj koncept, da tako kažem. Neke od prednosti fraktalnih antena opisanih u istraživačkim radovima o fraktalnim antenama su njihova sposobnost učinkovitog primanja višepojasnih RF signala dok su relativno male. Odlučio sam napraviti prototip fraktalne antene na temelju tepiha Sierpinski.

Dizajnirao sam svoju fraktalnu antenu da ima konektor kompatibilan s mojim ruter Linksys WRT54GS 802.11g. Antena ima niskoprofilni dizajn pojačanja i u preliminarnom testiranju na udaljenosti od 1/2 km od točke prekida WiFi veze s nekoliko stabala na putu, pokazala je prilično dobre rezultate i stabilnost signala.

Možete preuzeti PDF verzija predložak antene na temelju Sierpinski tepiha koji sam koristio, kao i ostala dokumentacija na ovim poveznicama:

Izrada prototipa

Ovo je fotografija s gotovim prototipom fraktalne antene:

Priključio sam Linksys WRT54GS RP-TNC - konektor na fraktalnu antenu za testiranje

Kad sam dizajnirao svoj prvi prototip fraktalne antene, bio sam zabrinut da bi postupak graviranja na PCB-u mogao izolirati trokute jedan od drugog, pa sam malo proširio veze između njih. Napomena: Budući da je konačni prijelaz tonera završio točnije nego što sam očekivao, sljedeća verzija prototipa fraktalne antene bit će prikazana s finim kontaktnim točkama između svake od fraktalnih iteracija trokuta Sierpinski. Važno je osigurati da elementi Sierpinski tepiha (trokutići) budu u kontaktu jedan s drugim, a spojne točke trebaju biti što tanje:

Na njemu je otisnut dizajn antene laserski printer Pulsar Pro FX. Ovaj mi je postupak omogućio kopiranje dizajna antene na PCB materijal obložen bakrom:

Laserski ispisana struktura antene zatim se prenosi na PCB bakreni lim toplinskim postupkom pomoću modificiranog laminatora:

Ovo je bakreni PCB materijal nakon prvog koraka procesa prijenosa tonera:

Sljedeći neophodan korak bio je korištenje Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" laminatora na PCB-u. Zelena folija se koristi za popunjavanje praznina tonera ili neravnomjerno zadebljanih premaza u prijenosu tonera:

Ovo je očišćena ploča s dizajnom antene. Ploča je spremna za graviranje:

Ovdje sam maskirao stražnju stranu PCB-a pomoću električne trake:

Koristio sam izravnu metodu jetkanja željeznim kloridom za jetkanje ploče u 10 minuta. Metoda izravnog jetkanja provodi se spužvom: potrebno je polako obrisati cijelu ploču željeznim kloridom. Zbog zdravstvenih opasnosti od korištenja željeznog klorida, nosio sam zaštitne naočale i rukavice:

Ovo je ploča nakon jetkanja:

obrisala sam isprintana matična ploča tamponom umočenim u aceton za uklanjanje premaza za prijenos tonera. Koristio sam rukavice prilikom čišćenja jer će se aceton apsorbirati kroz tipične jednokratne rukavice od lateksa:

Probušio sam rupu za konektor antene pomoću bušilice i svrdla:

Za svoj prvi prototip koristio sam RP-TNC konektor sa standardne Linksys antene rutera:

Linksys izbliza - RP-TNC kompatibilni antenski konektor:

Nanio sam malo vode na PCB na području lemljenja neposredno prije lemljenja:

Sljedeći korak je lemljenje žice od RP-TNC konektora do baze Sierpinski antene na tiskanoj pločici:

Zalemite drugu žicu antenskog konektora na ravninu PCB ploče:

Antena je spremna za korištenje!

Prvo o čemu bih želio pisati je mali uvod u povijest, teoriju i upotrebu fraktalnih antena. Nedavno su otkrivene fraktalne antene. Prvi ih je izumio Nathan Cohen 1988. godine, a zatim je objavio svoje istraživanje o tome kako napraviti TV antenu od žice i patentirao 1995. godine.

Fraktalna antena ima nekoliko jedinstvenih karakteristika, kao što je napisano na Wikipediji:

“Fraktalna antena je antena koja koristi fraktalni, samoponavljajući dizajn kako bi maksimizirala duljinu ili povećala perimetar (na unutarnjim područjima ili vanjskoj strukturi) materijala koji može primati ili odašiljati elektromagnetske signale unutar dane ukupne površine ili volumena .”

Što to točno znači? Pa, morate znati što je fraktal. Također iz Wikipedije:

"Fraktal je obično grubi ili fragmentirani geometrijski oblik koji se može podijeliti na dijelove, pri čemu je svaki dio manja kopija cjeline - svojstvo koje se naziva samosličnost."

Dakle, fraktal je geometrijski oblik koji se uvijek iznova ponavlja, bez obzira na veličinu pojedinih dijelova.

Utvrđeno je da su fraktalne antene približno 20% učinkovitije od konvencionalnih antena. Ovo može biti korisno posebno ako želite da vaša TV antena prima digitalni video ili video visoke razlučivosti, povećajte stanični raspon, Wi-Fi domet, FM ili AM radio prijem itd.

Većina mobitela već ima fraktalne antene. Možda ste to primijetili jer mobiteli više nemaju antene izvana. To je zato što unutar sebe imaju fraktalne antene urezane u tiskanu ploču, što im omogućuje da prime bolji signal i uhvate više frekvencija kao što su Bluetooth, mobilna mreža i Wi-Fi s jedne antene.

Wikipedia:

“Odziv fraktalne antene primjetno se razlikuje od tradicionalnog dizajna antene po tome što može raditi s dobrim performansama na različitim frekvencijama istovremeno. Frekvencija standardnih antena mora biti srezana da bi mogli primati samo tu frekvenciju. Stoga je fraktalna antena, za razliku od konvencionalne antene, izvrstan dizajn za širokopojasne i višepojasne aplikacije.”

Trik je u tome da svoju fraktalnu antenu dizajnirate tako da rezonira na određenoj središnjoj frekvenciji koju želite. To znači da će antena izgledati drugačije ovisno o tome što želite postići. Da biste to učinili, morate koristiti matematiku (ili online kalkulator).

U mom primjeru ću učiniti jednostavna antena, ali možete ga učiniti složenijim. Što složenije to bolje. Koristit ću zavojnicu od 18-žilne pune jezgrene žice za izradu antene, ali možete prilagoditi svoje vlastite strujne ploče tako da odgovaraju vašoj estetici, učiniti ih manjim ili složenijim s većom rezolucijom i rezonancijom.

Napravit ću TV antenu za prijem digitalne televizije ili televizije visoke razlučivosti. S tim je frekvencijama lakše raditi, a duljina im je u rasponu od oko 15 cm do 150 cm za polovicu valne duljine. Zbog jednostavnosti i niske cijene dijelova, postavit ću ga na običnu dipolnu antenu, uhvatit će valove u rasponu 136-174 MHz (VHF).

Za primanje UHF valova (400-512 MHz), možete dodati usmjerivač ili reflektor, ali to će učiniti prijam više ovisnim o smjeru antene. VHF je također usmjeren, ali umjesto usmjeravanja izravno na TV postaju u UHF instalaciji, morat ćete montirati VHF uši okomito na TV postaju. Ovdje ćete morati uložiti malo više truda. Želim dizajn učiniti što jednostavnijim, jer ovo je već prilično složena stvar.

Glavne komponente:

• Montažna površina, kao što je plastično kućište (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vijaka. Koristio sam vijke za čelični lim
• Transformator s otporom od 300 Ohma do 75 Ohma.
• 18 AWG (0,8 mm) montažna žica
• RG-6 koaksijalni kabel s terminatorima (i s gumenim omotačem ako će instalacija biti na otvorenom)
• Aluminij kada se koristi reflektor. Bio je jedan u prilogu iznad.
• Fini marker
• Dva para malih kliješta
• Ravnalo nije kraće od 20 cm.
• Transporter za mjerenje kutova
• Dva svrdla, jedno nešto manjeg promjera od vaših vijaka
• Mali rezač žice
• Odvijač ili odvijač

Bilješka: Donji dio Antena od aluminijske žice nalazi se desno na slici gdje strši transformator.

Korak 1: Dodavanje reflektora

Sastavite kućište s reflektorom ispod plastičnog poklopca

Korak 2: Bušenje rupa i postavljanje točaka za pričvršćivanje

Izbušite male izlazne rupe na suprotnoj strani reflektora na ovim mjestima i postavite vodljivi vijak.

Korak 3: Izmjerite, izrežite i skinite žice

Izrežite četiri komada žice od 20 cm i stavite ih na tijelo.

Korak 4: Mjerenje i označavanje žica

Markerom označite svaka 2,5 cm na žici (na tim mjestima će biti zavoja)

Korak 5: Stvaranje fraktala

Ovaj korak se mora ponoviti za svaki komad žice. Svaki zavoj treba biti točno 60 stupnjeva, budući da ćemo za fraktal praviti jednakostranične trokute. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svaki zavoj je napravljen na oznaci. Prije nego napravite nabore, zamislite smjer svakog od njih. Za to koristite priloženi dijagram.

Korak 6: Stvaranje dipola

Izrežite još dva komada žice duge najmanje 6 inča. Omotajte te žice oko gornjih i donjih vijaka duž duge strane, a zatim ih omotajte oko središnjih vijaka. Zatim odrežite višak duljine.

Korak 7: Ugradnja dipola i ugradnja transformatora

Pričvrstite svaki od fraktala na kutne vijke.

Pričvrstite transformator odgovarajuće impedancije na dva središnja vijka i zategnite ih.

Montaža završena! Provjerite i uživajte!

Korak 8: Više ponavljanja/eksperimenata

Napravio sam neke nove elemente pomoću papirnatog predloška iz GIMP-a. Koristio sam malu čvrstu telefonsku žicu. Bio je malen, jak i dovoljno savitljiv da se savio u složene oblike potrebne za središnju frekvenciju (554 MHz). Ovo je prosjek UHF digitalnog signala za kanale zemaljska televizija u mom kraju.

Fotografija u prilogu. Možda će biti teško vidjeti bakrene žice pri slabom svjetlu naspram kartona i trake na vrhu, ali shvaćate.

U ovoj veličini, elementi su prilično krhki, pa se s njima treba pažljivo rukovati.

Također sam dodao predložak u png format. Da biste ispisali veličinu koju želite, morat ćete je otvoriti u uređivaču fotografija kao što je GIMP. Predložak nije savršen jer sam ga napravio ručno pomoću miša, ali je dovoljno udoban za ljudske ruke.

Za one koji ne znaju što je to i gdje se koristi, mogu reći da pogledaju video filmove o fraktalima. A takve se antene danas koriste posvuda, primjerice u svakom mobitelu.

Tako su nam krajem 2013. godine u posjetu došli svekar i svekrva, a onda je svekrva uoči novogodišnjih praznika tražila od nas antenu za nju. mali televizor. Moj svekar gleda televiziju preko satelitske antene i obično radi nešto po svom, ali moja je svekrva htjela mirno gledati novogodišnje programe, a da ne smeta mom svekru.

Ok, dali smo joj našu petljastu antenu (330x330 mm kvadrat), preko koje je moja žena ponekad gledala TV.

A onda se bližilo vrijeme otvaranja Zimskih olimpijskih igara u Sočiju i moja žena je rekla: Napravi antenu.

Nije mi problem napraviti drugu antenu, samo da ima svrhu i smisao. Obećao je da će to učiniti. I sada je došlo vrijeme ... ali pomislio sam da je nekako dosadno oblikovati još jednu petlju antenu, na kraju krajeva, 21. stoljeće je pred vratima, a onda sam se sjetio da su najnaprednije u konstrukciji antena EH-antene , HZ-antene i fraktalne antene. Nakon što sam shvatio što je najprikladnije za moj posao, odlučio sam se za fraktalnu antenu. Srećom, davno sam gledao svakakve filmove o fraktalima i izvukao svakakve fotografije s interneta. Stoga sam htio tu ideju pretočiti u materijalnu stvarnost.

Jedno su fotografije, drugo konkretna implementacija određenog uređaja. Nisam se dugo mučio i odlučio sam izgraditi antenu na temelju pravokutnog fraktala.

Izvadio sam bakrenu žicu promjera oko 1 mm, uzeo kliješta i počeo izrađivati ​​stvari... prvi projekt je bio u punoj veličini s mnogo fraktala. Iz navike sam to dugo radio, u hladnim zimskim večerima, konačno sam to uspio, zalijepio cijelu fraktalnu površinu na vlaknastu ploču tekućim polietilenom, direktno zalemio kabel, oko 1 m dužine, počeo pokušavati.. Ups! A ova antena je puno jasnije primala TV kanale od okvirne antene... Bio sam zadovoljan ovim rezultatom, što znači da se nisam uzalud mučio i trljao žuljeve savijajući žicu u fraktalni oblik.

Prošlo je otprilike tjedan dana i došao sam na ideju da je veličina nove antene gotovo jednaka okvirnoj anteni, nema neke posebne koristi, osim ako ne uzmete u obzir malo poboljšanje prijema. I tako sam odlučio montirati novu fraktalnu antenu, koristeći manje fraktala, a time i manju veličinu.

Fraktalna antena. Prva opcija

U subotu, 08.02.2014., izvadio sam komadić bakrene žice koji je ostao od prve fraktalne antene i vrlo brzo, nekih pola sata, montirao novu antenu...

Fraktalna antena. Druga opcija

Onda sam zalemio kabel od prvog i ispalo je kompletan uređaj. Fraktalna antena. Druga opcija s kabelom

Počeo sam provjeravati izvedbu... Vau, dovraga! Da, ovaj radi još bolje i prima čak 10 kanala u boji, što prije nije bilo moguće postići korištenjem okvirne antene. Dobitak je značajan! Ako također obratite pozornost na činjenicu da su moji uvjeti prijema potpuno nevažni: drugi kat, naša kuća je potpuno blokirana od televizijskog centra visokim zgradama, nema izravne vidljivosti, onda je dobitak impresivan i u prijemu i u veličini.

Na internetu ima fraktalnih antena napravljenih graviranjem na foliji od stakloplastike... Mislim da je svejedno što raditi, a za televizijsku antenu ne treba striktno poštovati dimenzije, u granicama rada na koljenu.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Uvod

Antena je radio uređaj dizajniran za emitiranje ili primanje elektromagnetskih valova. Antena je jedan od najvažnijih elemenata svakog radiotehničkog sustava povezanog s emisijom ili prijemom radiovalova. Takvi sustavi uključuju: radio komunikacijske sustave, radiodifuziju, televiziju, radio kontrolu, radiorelejna komunikacija, radar, radioastronomija, radionavigacija itd.

Strukturno, antena se sastoji od žica, metalnih površina, dielektrika i magnetodielektrika. Namjena antene ilustrirana je pojednostavljenom shemom radio veze. Visokofrekventne elektromagnetske oscilacije, modulirane korisnim signalom i stvorene generatorom, odašiljačka antena pretvara u elektromagnetske valove i zrači ih u svemir. Obično se elektromagnetski valovi dovode od odašiljača do antene ne izravno, već pomoću dalekovoda (vod za prijenos elektromagnetskih valova, feeder).

U ovom slučaju, elektromagnetski valovi povezani s njim šire se duž dovoda, koje antena pretvara u divergentne elektromagnetske valove slobodnog prostora.

Prijemna antena hvata slobodne radio valove i pretvara ih u spojene valove, koji se dovode do prijemnika kroz dovod. U skladu s načelom reverzibilnosti antene, svojstva antene koja radi u odašiljačkom načinu rada ne mijenjaju se kada ova antena radi u prijemnom načinu rada.

Uređaji slični antenama također se koriste za pobuđivanje elektromagnetskih oscilacija različite vrste valovode i volumetrijske rezonatore.

1. Glavne karakteristike antena

1.1 Kratke informacije o glavnim parametrima antena

Pri odabiru antena uspoređuju se njihove glavne karakteristike: radni frekvencijski raspon (propusnost), pojačanje, dijagram zračenja, ulazna impedancija, polarizacija. Kvantitativno, pojačanje antene Ga pokazuje koliko je puta snaga signala koju prima određena antena veća od snage signala koju prima najjednostavnija antena - poluvalni vibrator (izotropni emiter) postavljen na istoj točki u prostoru. Dobitak se izražava u decibelima dB ili dB. Mora se napraviti razlika između gore definiranog pojačanja, označenog dB ili dBd (u odnosu na dipolni ili poluvalni vibrator), i pojačanja u odnosu na izotropni radijator, označenog dBi ili dB ISO. U svakom slučaju, potrebno je usporediti slične vrijednosti. Poželjno je imati antenu s velikim pojačanjem, ali povećanje pojačanja obično zahtijeva povećanje složenosti njezinog dizajna i dimenzija. Ne postoje jednostavne antene male veličine s velikim pojačanjem. Dijagram zračenja (RP) antene pokazuje kako antena prima signale iz različitih smjerova. U ovom slučaju, potrebno je uzeti u obzir dijagram antene u vodoravnoj i okomitoj ravnini. Višesmjerne antene u bilo kojoj ravnini imaju dijagram u obliku kruga, odnosno antena može jednako primati signale sa svih strana, npr. dijagram zračenja okomite šipke u horizontalnoj ravnini. Usmjerenu antenu karakterizira prisutnost jednog ili više režnjeva uzorka, od kojih se najveći naziva glavnim. Obično, uz glavni režanj, postoje stražnji i bočni režnja, čija je razina znatno niža od glavnog režnja, što ipak pogoršava performanse antene, zbog čega se njihova razina nastoji smanjiti što je više moguće. .

Ulazna impedancija antene smatra se omjerom trenutnih vrijednosti napona i struje signala na točkama napajanja antene. Ako su napon i struja signala u fazi, tada je omjer stvarna vrijednost i ulazni otpor je čisto aktivan. Pri pomaku faza, osim aktivne komponente, javlja se i reaktivna komponenta - induktivna ili kapacitivna, ovisno o tome da li faza struje zaostaje za naponom ili ga pretiče. Ulazna impedancija ovisi o frekvenciji primljenog signala. Osim navedenih glavnih karakteristika, antene imaju niz drugih važnih parametara, kao što su koeficijent stojni val SWR (SWR - omjer stojnih valova), razina unakrsne polarizacije, raspon radne temperature, opterećenja vjetrom itd.

1.2 Klasifikacija antena

Antene se mogu klasificirati prema različitim kriterijima: prema širokopojasnom principu, prema prirodi elemenata koji zrače (antene s linearnim strujama, ili vibratorske antene, antene koje emitiraju kroz otvor - antene s otvorom, površinske antene); prema vrsti radiotehničkog sustava u kojem se antena koristi (antene za radio komunikacije, za radiodifuziju, televiziju itd.). Pridržavat ćemo se klasifikacije raspona. Iako se antene s istim (tipom) zračećih elemenata vrlo često koriste u različitim valnim područjima, njihov dizajn je drugačiji; Parametri ovih antena i zahtjevi za njih također se značajno razlikuju.

Razmatraju se antene sljedećih valnih područja (nazivi područja navedeni su u skladu s preporukama „Pravilnika o radiju”; nazivi koji se široko koriste u literaturi o antensko-dovodnim uređajima navedeni su u zagradama): mirijametar (ultra -dugi) valovi (); kilometarski (dugi) valovi (); hektometarski (prosječni) valovi (); dekametarski (kratki) valovi (); metar valovi(); decimetarski valovi (); centimetarski valovi(); milimetarski valovi (). Posljednja četiri pojasa ponekad se kombiniraju pod zajedničkim nazivom "ultra-kratki valovi" (VHF).

1.2.1 Antenski pojasevi

U posljednjih godina Na tržištu radiokomunikacija i emitiranja pojavio se veliki broj novih komunikacijskih sustava za različite namjene, sa razne karakteristike. Sa stajališta korisnika, pri odabiru radiokomunikacijskog sustava ili sustava emitiranja pozornost se prvenstveno obraća na kvalitetu komunikacije (emitiranje), kao i na jednostavnost korištenja tog sustava (korisničkog terminala), koja je određena dimenzije, težina, jednostavnost rada, popis dodatne funkcije. Svi ovi parametri bitno su određeni vrstom i izvedbom antenskih uređaja i elemenata antensko-fidernog puta razmatranog sustava, bez kojih je radiokomunikacija nezamisliva. Zauzvrat, odlučujući faktor u dizajnu i učinkovitosti antena je njihov radni frekvencijski raspon.

U skladu s prihvaćenom klasifikacijom frekvencijskih raspona, razlikuje se nekoliko velikih klasa (skupina) antena, koje se bitno razlikuju jedna od druge: antene ultra-dugog vala (VLF) i dugog vala (LW); srednjovalne (MF) antene; kratkovalne (HF) antene; ultrakratke valne (VHF) antene; mikrovalne antene.

Najpopularniji u posljednjih nekoliko godina sa stajališta pružanja osobnih komunikacijskih usluga, radijskog i televizijskog emitiranja su HF, VHF i mikrovalni radio sustavi, o čijim će antenskim uređajima biti riječi u nastavku. Treba napomenuti da su, unatoč prividnoj nemogućnosti izmišljanja nečeg novog u antenskom poslu, posljednjih godina, na temelju novih tehnologija i principa, napravljena značajna poboljšanja klasičnih antena te su razvijene nove antene koje se bitno razlikuju od dosadašnjih. postojećih po dizajnu, veličini, osnovnim karakteristikama itd. itd., što je dovelo do značajnog povećanja broja tipova antenskih uređaja koji se koriste u modernim radijskim sustavima.

U svakom radiokomunikacijskom sustavu mogu postojati antenski uređaji dizajnirani samo za odašiljanje, za odašiljanje i primanje ili samo za primanje.

Za svaki od frekvencijskih područja također je potrebno razlikovati antenske sustave radijskih uređaja s usmjerenim i neusmjerenim (omnidirekcijskim) djelovanjem, što je opet određeno namjenom uređaja (komunikacije, emitiranje i sl.) , zadaci koje uređaj rješava (obavijest, komunikacije, emitiranje itd.). d.). Općenito, za povećanje usmjerenosti antena (za sužavanje dijagrama zračenja) mogu se koristiti antenski nizovi koji se sastoje od elementarnih radijatora (antena), koji pod određenim uvjetima njihovog faziranja mogu osigurati potrebne promjene u smjeru antenski snop u prostoru (omogućuju kontrolu položaja dijagrama zračenja antene). Unutar svakog raspona također je moguće razlikovati antenske uređaje koji rade samo na određenoj frekvenciji (jednofrekventne ili uskopojasne) i antene koje rade u prilično širokom rasponu frekvencija (širokopojasne ili širokopojasne).

1.3 Zračenje antenskih nizova

Za postizanje visoke usmjerenosti zračenja, često potrebne u praksi, možete koristiti sustav slabo usmjerenih antena, kao što su vibratori, prorezi, otvoreni krajevi valovoda i drugi, smješteni na određeni način u prostoru i pobuđeni strujama s potrebnim omjer amplitude i faze. U ovom slučaju, ukupna usmjerenost, posebno kod velikog broja emitera, određena je uglavnom ukupnim dimenzijama cijelog sustava i, u mnogo manjoj mjeri, individualnim svojstvima usmjerenosti pojedinih emitera.

Takvi sustavi uključuju antenske nizove (AR). Tipično, AR je sustav identičnih elemenata koji zrače, identično orijentiranih u prostoru i smještenih prema određenom zakonu. Ovisno o položaju elemenata, razlikuju se linearne, površinske i volumetrijske rešetke, među kojima su najčešće pravocrtne i ravne AR. Ponekad se elementi zračenja nalaze duž kružnog luka ili na zakrivljenim površinama koje se podudaraju s oblikom objekta na kojem se nalazi AR (konformni AR).

Najjednostavniji je linearni niz, u kojem se elementi zračenja nalaze duž ravne linije, koja se naziva os niza, na jednakim udaljenostima jedan od drugog (ekvidistantni niz). Udaljenost d između fazni centri emitera naziva se korak rešetke. Linearni AR, osim svog samostalnog značaja, često je temelj za analizu drugih vrsta AR.

2 . Analiza perspektivnih antenskih struktura

2.1 HF i VHF antene

Slika 1 - Antena bazne stanice

U HF i VHF pojasu trenutno radi veliki broj radijskih sustava za različite namjene: komunikacije (radio relejne, mobilne, trunking, satelitske itd.), radijsko emitiranje, televizijsko emitiranje. Prema izvedbi i karakteristikama svi antenski uređaji ovih sustava mogu se podijeliti u dvije glavne skupine - antene stacionarnih uređaja i antene mobilnih uređaja. Stacionarne antene uključuju antene baznih komunikacijskih stanica, prijemne televizijske antene, antene radiorelejnih komunikacijskih linija, a mobilne antene uključuju antene osobnih komunikacijskih korisničkih terminala, auto antene, antene za nosive (prijenosne) radio stanice.

Antene baznih stanica uglavnom su višesmjerne u vodoravnoj ravnini, jer omogućuju komunikaciju uglavnom s pokretnim objektima. Najčešće korištene bič antene s vertikalnom polarizacijom su tipa "Ground Plane" ("GP") zbog jednostavnosti njihovog dizajna i dovoljne učinkovitosti. Takva antena je okomita šipka duljine L, odabrana u skladu s radnom valnom duljinom l, s tri ili više protuutega, obično ugrađena na jarbol (slika 1).

Duljina klinova L je l/4, l/2 i 5/8l, a protuutezi se kreću od 0,25l do 0,1l. Ulazna impedancija antene ovisi o kutu između protuutega i jarbola: što je taj kut manji (što su protuutezi više pritisnuti na jarbol), otpor je veći. Konkretno, za antenu s L = l/4 postiže se ulazna impedancija od 50 Ohma pod kutom od 30°...45°. Dijagram zračenja takve antene u vertikalnoj ravnini ima maksimum pod kutom od 30° u odnosu na horizont. Dobitak antene jednak je dobitku vertikalnog poluvalnog dipola. U ovoj izvedbi, međutim, nema veze između pina i jarbola, što zahtijeva dodatnu upotrebu kratkospojenog kabela duljine l/4 za zaštitu antene od grmljavine i statičkog elektriciteta.

Antena duljine L = l/2 ne treba protuutege, čiju ulogu ima jarbol, a njezin je dijagram u okomitoj ravnini više pritisnut na horizont, što povećava njezin domet. U ovom slučaju koristi se visokofrekventni transformator za snižavanje ulazne impedancije, a baza pina je spojena na uzemljeni stup preko prilagodbenog transformatora, čime se automatski rješava problem zaštite od groma i statičkog elektriciteta. Dobitak antene u usporedbi s poluvalnim dipolom je oko 4 dB.

Najučinkovitija od “GP” antena za komunikaciju na daljinu je antena s L = 5/8l. Nešto je dulji od poluvalne antene, a napojni kabel spojen je na odgovarajući induktivitet koji se nalazi na dnu vibratora. Protuutezi (najmanje 3) nalaze se u horizontalnoj ravnini. Dobitak takve antene je 5-6 dB, maksimalni DP nalazi se pod kutom od 15° u odnosu na horizontalu, a sama igla je uzemljena na jarbol kroz odgovarajuću zavojnicu. Ove antene su uže od poluvalnih antena i stoga zahtijevaju pažljivije podešavanje.

Slika 2 - Poluvalna vibrator antena

Slika 3 - Rombična antena poluvalnog vibratora

Većina baznih antena postavlja se na krovove, što može uvelike utjecati na njihovu izvedbu, pa se mora uzeti u obzir sljedeće:

Preporučljivo je postaviti bazu antene ne niže od 3 metra od ravnine krova;

U blizini antene ne smiju biti metalni predmeti ili strukture ( televizijske antene, žice itd.);

Preporučljivo je instalirati antene što je više moguće;

Rad antene ne smije ometati druge bazne stanice.

Značajnu ulogu u uspostavljanju stabilne radiokomunikacije ima polarizacija primljenog (emitiranog) signala; Budući da tijekom propagacije na velike udaljenosti površinski val doživljava znatno manje slabljenje s horizontalnom polarizacijom, tada se za radiokomunikacije na velikim udaljenostima, kao i za televizijski prijenos, koriste antene s horizontalnom polarizacijom (vibratori su smješteni vodoravno).

Najjednostavnija od usmjerenih antena je poluvalni vibrator. Za simetrični poluvalni vibrator ukupna duljina njegova dva identična kraka približno je jednaka l/2 (0,95 l/2), dijagram zračenja ima oblik osmice u horizontalnoj ravnini i kruga u vertikalnoj ravnini. avion. Dobitak, kao što je gore navedeno, uzima se kao mjerna jedinica.

Ako je kut između vibratora takve antene jednak 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.

Kada se dvije antene tipa V spoje na način da im se dijagrami dijagrama zbroje, dobije se rombična antena kod koje je usmjerenost mnogo izraženija (slika 3).

Pri spajanju na vrh dijamanta, nasuprot točkama napajanja, otpornik opterećenja Rn, rasipajuće snage jednake polovici snage odašiljača, postiže se potiskivanje stražnjeg režnja uzorka za 15...20 dB. Smjer glavnog režnja u horizontalnoj ravnini poklapa se s dijagonalom a. U okomitoj ravnini, glavni režanj je orijentiran vodoravno.

Jedna od najboljih relativno jednostavnih usmjerenih antena je petljasta antena "dvostrukog kvadrata", čiji je dobitak 8...9 dB, potiskivanje stražnjeg režnja uzorka nije manje od 20 dB, polarizacija je okomita.

Slika 4 - Antena valnog kanala

Najrasprostranjenije, posebno u VHF rasponu, su antene tipa "valnog kanala" (u stranoj literaturi - Uda-Yagi antene), jer su prilično kompaktne i daju velike Ga vrijednosti uz relativno male dimenzije. Antene ove vrste su skup elemenata: aktivni - vibrator i pasivni - reflektor i nekoliko direktora instaliranih na jednom zajedničkom nosaču (slika 4). Takve antene, posebno one s velikim brojem elemenata, zahtijevaju pažljivo podešavanje tijekom proizvodnje. Za antenu s tri elementa (vibrator, reflektor i jedan usmjerivač), osnovne karakteristike mogu se postići bez dodatne konfiguracije.

Složenost antena ovog tipa leži i u tome što ulazna impedancija antene ovisi o broju pasivnih elemenata i bitno ovisi o konfiguraciji antene, zbog čega se u literaturi često ne navodi točna vrijednost ulazna impedancija takvih antena. Konkretno, kada se kao vibrator koristi Pistolkors loop vibrator, koji ima ulaznu impedanciju od oko 300 Ohma, s povećanjem broja pasivnih elemenata, ulazna impedancija antene se smanjuje i doseže vrijednosti od 30-50 Ohma, što dovodi do neusklađenosti s ulagačem i zahtijeva dodatno usklađivanje. S povećanjem broja pasivnih elemenata, dijagram antene se sužava, a dobitak raste, na primjer, za antene s tri i pet elemenata, dobici su 5 ... 6 dB i 8 ... 9 dB s širina glavnog snopa uzorka 70º odnosno 50º.

Širokopojasnije u usporedbi s antenama tipa "valnog kanala" i ne zahtijevaju podešavanje su antene s putujućim valom (AWA), kod kojih su svi vibratori, smješteni na istoj udaljenosti jedan od drugog, aktivni i spojeni na sabirnu liniju (Slika 5). Energija signala koju primaju zbraja se u sabirnoj liniji gotovo u fazi i ulazi u dovod. Dobitak takvih antena određen je duljinom sabirne linije, proporcionalan je omjeru te duljine i valne duljine primljenog signala i ovisi o usmjerenim svojstvima vibratora. Konkretno, za ABC sa šest vibratora različitih duljina koji odgovaraju traženom frekvencijskom rasponu i koji se nalaze pod kutom od 60° u odnosu na sabirnu liniju, pojačanje se kreće od 4 dB do 9 dB unutar radnog područja, a razina povratnog zračenja je 14 dB niža.

Slika 5 - Antena putujućeg vala

Slika 6 - Antena s strukturom logaritamske periodičnosti ili logaritamska antena

Usmjerena svojstva razmatranih antena variraju ovisno o valnoj duljini primljenog signala. Jedan od najčešćih tipova antena s konstantnim oblikom dijagrama u širokom frekvencijskom području su antene s logaritamskom periodičnošću strukture ili logaritamske antene (LPA). Imaju širok raspon: maksimalna valna duljina primljenog signala premašuje minimalnu za više od 10 puta. Istodobno je osigurano dobro usklađivanje antene s feederom u cijelom radnom području, a dobitak ostaje praktički nepromijenjen. Sabirni vod LPA obično se sastoji od dva vodiča smještena jedan iznad drugog, na koje su krakovi vibratora pričvršćeni horizontalno, jedan po jedan (Slika 6, pogled odozgo).

Pokazalo se da su LPA vibratori upisani u jednakokračni trokut s kutom pri vrhu b i bazom jednakom najvećem vibratoru. Radna propusnost antene određena je dimenzijama najduljeg i najkraćeg vibratora. Za strukturu logaritamske antene mora biti zadovoljen određeni odnos između duljina susjednih vibratora, kao i između udaljenosti od njih do vrha strukture. Ovaj odnos se naziva period strukture f:

B2? B1=B3? B2=A2? A1=A3? A2=…=f

Time se veličina vibratora i udaljenost do njih od vrha trokuta eksponencijalno smanjuju. Karakteristike antene određene su vrijednostima f i b. Što je kut b manji, a b veći (b je uvijek manji od 1), to je pojačanje antene veće i razina stražnjih i bočnih snopova dijagrama zračenja niža. Međutim, istodobno se povećava broj vibratora, povećavaju se dimenzije i težina antene. Optimalne vrijednosti za kut b biraju se unutar 3ê…60ê, a φ - 0,7…0,9.

Ovisno o valnoj duljini primljenog signala, nekoliko vibratora se pobuđuje u strukturi antene, čije su dimenzije najbliže polovici valne duljine signala, stoga je LPA u principu sličan nekoliko antena "valnog kanala" povezanih zajedno, svaka koji sadrži vibrator, reflektor i usmjerivač. Na određenoj valnoj duljini signala pobuđuje se samo jedan trio vibratora, a ostali su toliko deštimirani da ne utječu na rad antene. Stoga se ispostavlja da je pojačanje LPA manje od dobitka antene "valnog kanala" s istim brojem elemenata, ali se pokazalo da je propusni opseg LPA puno širi. Dakle, za LPA koji se sastoji od deset vibratora i vrijednosti b = 45ê, f = 0,84, izračunati dobitak je 6 dB, što se praktički ne mijenja u cijelom rasponu radnih frekvencija.

Za radiorelejne komunikacijske linije vrlo je važno imati uzak dijagram zračenja kako ne bi ometali drugu radio-elektroničku opremu i osigurali visokokvalitetnu komunikaciju. Za sužavanje uzorka naširoko se koriste antenski nizovi (AR), koji sužavaju uzorak u različitim ravninama i daju različite vrijednosti širine glavnog režnja. Sasvim je jasno da geometrijske dimenzije antenskog niza i karakteristike dijagrama zračenja značajno ovise o rasponu radnih frekvencija - što je frekvencija viša, to će niz biti kompaktniji i dijagram zračenja uži, a samim tim i , veći je dobitak. Za iste frekvencije, s povećanjem veličine AR (broja elementarnih emitera), uzorak će se suziti.

Za VHF pojas često se koriste nizovi koji se sastoje od vibratorskih antena (petljastih vibratora), čiji broj može doseći nekoliko desetaka, pojačanje se povećava na 15 dB i više, a širina uzorka u bilo kojoj ravnini može se suziti na 10º , na primjer za 16 okomito postavljenih vibratora petlje u frekvencijskom rasponu 395...535 MHz, uzorak se sužava u okomitoj ravnini na 10º.

Glavna vrsta antena koje se koriste u korisničkim terminalima su vertikalno polarizirane bič antene, koje imaju kružni uzorak u vodoravnoj ravnini. Učinkovitost ovih antena je prilično niska zbog niskih vrijednosti pojačanja, kao i zbog utjecaja okolnih objekata na dijagram zračenja, kao i nedostatka odgovarajućeg uzemljenja i ograničenja geometrijskih dimenzija antena. Potonji zahtijeva visokokvalitetno usklađivanje antene s ulaznim krugovima radio uređaja. Tipične opcije usklađivanja dizajna su induktivitet raspoređen duž duljine i induktivitet na dnu antene. Za povećanje dometa radiokomunikacije koriste se posebne proširene antene duge nekoliko metara, čime se postiže značajno povećanje razine primljenog signala.

Trenutno postoje mnoge vrste automobilskih antena koje se razlikuju po izgledu, dizajnu i cijeni. Ove antene podliježu strogim zahtjevima za mehaničke, električne, radne i estetske parametre. Najbolji rezultati u pogledu dometa komunikacije postižu se antenom pune veličine duljine l/4, međutim, velike geometrijske dimenzije nisu uvijek prikladne, stoga se koriste različite metode skraćivanja antena bez značajnog pogoršanja njihovih karakteristika. Za pružanje mobilne komunikacije U automobilima se mogu koristiti mikrotrakaste rezonantne antene (jednopojasne, dvopojasne i tropojasne) koje ne zahtijevaju ugradnju vanjskih dijelova, jer se pričvršćuju na unutarnju stranu stakla automobila. Takve antene omogućuju prijem i prijenos vertikalno polariziranih signala u frekvencijskom području 450...1900 MHz, te imaju pojačanje do 2 dB.

2.1.1 Opće karakteristike mikrovalnih antena

U mikrovalnom području posljednjih godina također se povećao broj komunikacijskih i radiodifuznih sustava, kako prethodno postojećih tako i novorazvijenih. Za zemaljske sustave - to su radiorelejni komunikacijski sustavi, radijsko i televizijsko emitiranje, ćelijski televizijski sustavi itd., Za satelitske sustave - izravno televizijsko emitiranje, telefon, faks, paging komunikacije, video konferencije, pristup Internetu itd. Frekvencijski rasponi koji se koriste za ove vrste komunikacija i emitiranja odgovaraju dijelovima frekvencijskog spektra dodijeljenog za te svrhe, a glavni su: 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. Ponekad u tehničkoj literaturi mikrovalni raspon uključuje sustave koji rade na frekvencijama iznad 1 GHz, iako ovaj raspon striktno počinje od 3 GHz.

Za zemaljske mikrovalne sustave antenski uređaji su male zrcalne, rogaste, rogaste antene s lećom postavljene na stupove i zaštićene od štetnih atmosferskih utjecaja. Usmjerene antene, ovisno o njihovoj namjeni, dizajnu i frekvencijskom rasponu, imaju širok raspon karakteristika, i to: u pojačanju - od 12 do 50 dB, u širini snopa (razina - 3 dB) - od 3,5 do 120º. Osim toga, sustavi mobilne televizije koriste bikonične svesmjerne (u vodoravnoj ravnini) antene, koje se sastoje od dva metalna stošca čiji su vrhovi usmjereni jedan prema drugome, dielektrične leće postavljene između čunjeva i uređaja za pobudu. Takve antene imaju pojačanje od 7 ... 10 dB, širina glavnog režnja u okomitoj ravnini je 8 ... 15ê, a razina bočnih režnja nije gora od minus 14 dB.

3. Analiza mogućih metoda za sintezu antenskih fraktalnih struktura

3.1 Fraktalne antene

Fraktalne antene su relativno nova klasa električnih malih antena (EMA), koje se svojom geometrijom bitno razlikuju od poznatih rješenja. Zapravo, tradicionalna evolucija antena temeljila se na euklidskoj geometriji, operirajući s objektima cjelobrojne dimenzije (crta, krug, elipsa, paraboloid, itd.). Glavna razlika između fraktalnih geometrijskih oblika je njihova frakcijska dimenzija, koja se izvana očituje u rekurzivnom ponavljanju izvornih determinističkih ili nasumičnih uzoraka na rastućoj ili opadajućoj ljestvici. Fraktalne tehnologije postale su raširene u razvoju alata za filtriranje signala, sintezi trodimenzionalnih računalnih modela prirodnih krajolika i kompresiji slike. Sasvim je prirodno da fraktalna “moda” nije zaobišla ni teoriju antena. Štoviše, prototip modernih fraktalnih tehnologija u antenskoj tehnologiji bio je logaritamski i spiralni dizajn predložen sredinom 60-ih godina prošlog stoljeća. Istina, u strogom matematičkom smislu, takve strukture u vrijeme razvoja nisu imale nikakve veze s fraktalnom geometrijom, budući da su zapravo bile samo fraktali prve vrste. Trenutno, istraživači, uglavnom putem pokušaja i pogrešaka, pokušavaju koristiti poznate fraktale u geometriji u rješenjima antena. Kao rezultat simulacijskog modeliranja i eksperimenata, utvrđeno je da fraktalne antene omogućuju dobivanje gotovo istog pojačanja kao i konvencionalne, ali manjih dimenzija, što je važno za mobilne aplikacije. Razmotrimo rezultate dobivene u području stvaranja fraktalnih antena različitih tipova.

Rezultati istraživanja karakteristika novog dizajna antene koje je objavio Cohen privukli su pozornost stručnjaka. Zahvaljujući naporima mnogih istraživača, danas se teorija fraktalnih antena pretvorila u neovisnu, prilično razvijenu aparaturu za sintezu i analizu EMA.

3.2 Svojstvafraktalne antene

SFC se mogu koristiti kao predlošci za izradu monopola i krakova dipola, formiranje topologije tiskanih antena, površina za odabir frekvencije (FSS) ili reflektorskih ljuski, konstruiranje kontura petljastih antena i profila otvora sirena, kao i glodanje utora u proreznim antenama.

Eksperimentalni podaci koje su stručnjaci Cushcrafta dobili za Kochovu krivulju, četiri iteracije pravokutnog vala i spiralnu antenu omogućuju nam da usporedimo električna svojstva Kochove antene s drugim emiterima s periodičnom strukturom. Svi uspoređeni emiteri imali su višefrekventna svojstva, što se očitovalo u prisutnosti periodičnih rezonancija u grafovima impedancije. Međutim, za višepojasne primjene najprikladniji je Kochov fraktal, za koji se s povećanjem frekvencije vršne vrijednosti reaktivnih i aktivnih otpora smanjuju, dok se za meandar i spiralu povećavaju.

Općenito, treba napomenuti da je teško teoretski zamisliti mehanizam interakcije između fraktalne prijemne antene i elektromagnetskih valova koji padaju na nju zbog nedostatka analitičkog opisa valnih procesa u vodiču sa složenom topologijom. U takvoj situaciji preporučljivo je odrediti glavne parametre fraktalnih antena matematičkim modeliranjem.

Primjer konstruiranja prve samoslične fraktalne krivulje demonstrirao je 1890. talijanski matematičar Giuseppe Peano. U granici, linija koju je predložio potpuno ispunjava kvadrat, obilazeći sve njegove točke (slika 9). Naknadno su pronađeni drugi slični objekti, koji su po pronalazaču njihove obitelji dobili opći naziv "Peano krivulje". Istina, zbog čisto analitičkog opisa krivulje koji je predložio Peano, došlo je do zabune u klasifikaciji SFC linija. Zapravo, naziv "Peano krivulje" treba dati samo originalnim krivuljama, čija konstrukcija odgovara analitici koju je objavio Peano (Slika 10).

Slika 9 - Iteracije Peano krivulje: a) početna linija, b) prva, c) druga i d) treća iteracija

Slika 10 - Ponavljanja polilinije koju je predložio Hilbert 1891. godine

Često se tumači kao rekurzivna Peanova krivulja

Stoga, kako bi se specificirali predmeti antenske tehnologije koji se razmatraju, kada se opisuje jedan ili drugi oblik fraktalne antene, treba, ako je moguće, spomenuti imena autora koji su predložili odgovarajuću modifikaciju SFC-a. To je još važnije jer se, prema procjenama, broj poznatih sorti SFC-a približava tristotinjak, a ta brojka nije granica.

Treba napomenuti da je Peanova krivulja (slika 9) u izvornom obliku sasvim prikladna za izradu proreza u stijenkama valovoda, tiskanih i drugih aperturnih fraktalnih antena, ali nije prihvatljiva za konstrukciju žičane antene, jer ima dodirivanje odjeljci. Stoga su stručnjaci Fractusa predložili njegovu modifikaciju, nazvanu "Peanodec" (Slika 11).

Slika 11 - Varijanta modifikacije Peano krivulje (“Peanodec”): a) prva, b) druga c) treća iteracija

Obećavajuća primjena antena s Kochovom topologijom su MIMO komunikacijski sustavi (komunikacijski sustavi s mnogo ulaza i izlaza). Kako bi minijaturizirali antenske nizove korisničkih terminala u takvim komunikacijama, stručnjaci iz Laboratorija za elektromagnetizam Sveučilišta u Patrasu (Grčka) predložili su fraktalnu sličnost s invertiranom L-antenom (ILA). Suština ideje svodi se na savijanje Kochovog vibratora za 90° u točki koja ga dijeli na segmente u omjeru duljina 2:1. Za mobilne komunikacije nosive frekvencije od ~2,4 Hz, dimenzije takve tiskane antene su 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), propusnost ~20%, a učinkovitost 93%.

Slika 12 - Primjer dvopojasnog (2,45 i 5,25 GHz) antenskog niza

Uzorak zračenja po azimutu je gotovo ujednačen, dobitak u smislu ulaza dovoda je ~3,4 dB. Istina, kao što je navedeno u članku, rad takvih tiskanih elemenata kao dijela rešetke (Slika 12) prati smanjenje njihove učinkovitosti u usporedbi s jednim elementom. Dakle, na frekvenciji od 2,4 GHz, učinkovitost Kochovog monopola savijenog za 90 ° smanjuje se s 93 na 72%, a na frekvenciji od 5,2 GHz - s 90 na 80%. Situacija je nešto bolja kod međusobnog utjecaja antena visokofrekventnog pojasa: na frekvenciji od 5,25 GHz izolacija između elemenata koji čine središnji par antena iznosi 10 dB. Što se tiče međusobnog utjecaja u paru susjednih elemenata različitih raspona, ovisno o frekvenciji signala, izolacija varira od 11 dB (na 2,45 GHz) do 15 dB (na frekvenciji od 5,25 GHz). Razlog pogoršanja performansi antene je međusobni utjecaj tiskanih elemenata.

Dakle, mogućnost odabira mnogo različitih parametara antenskog sustava temeljenog na Kochovoj isprekidanoj liniji omogućuje dizajnu da zadovolji različite zahtjeve za vrijednost unutarnji otpor te raspodjela rezonantnih frekvencija. Međutim, budući da se međuovisnost rekurzivne dimenzije i karakteristika antene može dobiti samo za određenu geometriju, valjanost razmatranih svojstava za druge rekurzivne konfiguracije zahtijeva dodatna istraživanja.

3.3 Karakteristike fraktalnih antena

Kochova fraktalna antena prikazana na slici 13 ili 20 samo je jedna od opcija koje se mogu implementirati pomoću jednakostraničnog početnog rekurzivnog trokuta, tj. kut i na njegovoj bazi (kut udubljenja ili "kut udubljenja") iznosi 60°. Ova verzija Kochovog fraktala obično se naziva standardnom. Sasvim je prirodno zapitati se je li moguće koristiti modifikacije fraktala s drugim vrijednostima ovog kuta. Vinoy je predložio razmatranje kuta u osnovi početnog trokuta kao parametra koji karakterizira dizajn antene. Promjenom ovog kuta možete dobiti slične rekurzivne krivulje različitih dimenzija (slika 13). Krivulje zadržavaju svojstvo samosličnosti, ali rezultirajuća duljina linije može biti različita, što utječe na karakteristike antene. Vinoy je prvi proučavao korelaciju između svojstava antene i dimenzije generaliziranog Kochovog fraktala D, određenog u općem slučaju ovisnošću

(1)

Pokazalo se da s povećanjem kuta raste i dimenzija fraktala, te se pri u>90° približava 2. Treba napomenuti da koncept dimenzije koji se koristi u teoriji fraktalnih antena donekle proturječi konceptima prihvaćenim u geometriji , gdje je ova mjera primjenjiva samo na beskonačno rekurzivne objekte.

Slika 13 - Konstrukcija Kochove krivulje s kutom od a) 30° i b) 70° na bazi trokuta u fraktalnom generatoru

Kako se dimenzija povećava, ukupna duljina izlomljene linije raste nelinearno, određena relacijom:

(2)

gdje je L0 duljina linearnog dipola, čiji je razmak između krajeva isti kao kod Kochove isprekidane linije, n je broj iteracije. Prijelaz s u = 60° na u = 80° u šestoj iteraciji omogućuje da se ukupna duljina prefraktala poveća više od četiri puta. Kao što biste očekivali, postoji izravan odnos između rekurzivne dimenzije i takvih svojstava antene kao što su primarna rezonantna frekvencija, unutarnji otpor pri rezonanciji i višepojasne karakteristike. Vinoy je na temelju računalnih proračuna dobio ovisnost prve rezonantne frekvencije Kochovog dipola fk o dimenziji prefraktala D, broju iteracije n i rezonantnoj frekvenciji pravocrtnog dipola fD iste visine kao Kochova izlomljena linija ( na krajnjim točkama):

(3)

Slika 14 - Učinak curenja elektromagnetskog vala

U općem slučaju za unutarnji otpor Kochovog dipola na prvoj rezonantnoj frekvenciji vrijedi približna relacija:

(4)

gdje je R0 unutarnji otpor linearnog dipola (D=1), koji u razmatranom slučaju iznosi 72 Ohma. Izrazi (3) i (4) mogu se koristiti za određivanje geometrijski parametri antene sa potrebnim vrijednostima rezonantne frekvencije i unutarnjeg otpora. Višepojasna svojstva Kochovog dipola također su vrlo osjetljiva na vrijednost kuta u. S porastom se nominalne vrijednosti rezonantnih frekvencija približavaju, a samim tim i njihov broj u određenom spektralnom području raste (slika 15). Štoviše, što je veći broj iteracija, to je konvergencija jača.

Slika 15 - Učinak sužavanja intervala između rezonantnih frekvencija

Na Sveučilištu u Pennsylvaniji proučavan je još jedan važan aspekt Kochovog dipola - učinak asimetrije njegovog napajanja na stupanj do kojeg se unutarnji otpor antene približava 50 Ohma. U linearnim dipolima, točka napajanja je često smještena asimetrično. Isti pristup može se koristiti za fraktalnu antenu u obliku Kochove krivulje, čiji je unutarnji otpor manji od standardnih vrijednosti. Tako je u trećoj iteraciji unutarnji otpor standardnog Kochovog dipola (u = 60°), bez uzimanja u obzir gubitaka pri spajanju dovodnika u središtu, 28 Ohma. Pomicanjem fidera na jedan kraj antene može se postići otpor od 50 ohma.

Sve do sada razmatrane konfiguracije Kochove izlomljene linije sintetizirane su rekurzivno. Međutim, prema Vini, ako prekršite ovo pravilo, posebno određivanjem različitih kutova i? Sa svakom novom iteracijom, svojstva antene mogu se mijenjati uz veću fleksibilnost. Kako bi se očuvala sličnost, preporučljivo je odabrati redovitu shemu za promjenu kuta i. Na primjer, promijenite ga prema linearnom zakonu in = in-1 - Di·n, gdje je n broj iteracije, Di? - prirast kuta na osnovici trokuta. Varijanta ovog principa konstruiranja izlomljene linije je sljedeći niz kutova: u1 = 20° za prvu iteraciju, u2 = 10° za drugu itd. Konfiguracija vibratora u ovom slučaju neće biti strogo rekurzivna, ali će svi njegovi segmenti sintetizirani u jednoj iteraciji imati istu veličinu i oblik. Stoga se geometrija takve hibridne izlomljene linije percipira kao samoslična. S malim brojem ponavljanja, uz negativni inkrement Di, može se koristiti kvadratna ili druga nelinearna promjena kuta un.

Razmatrani pristup omogućuje vam postavljanje distribucije rezonantnih frekvencija antene i vrijednosti njezinog unutarnjeg otpora. Međutim, preuređivanje redoslijeda promjene vrijednosti kuta u iteracijama ne daje ekvivalentan rezultat. Za istu visinu izlomljene crte razne kombinacije istih kutova, npr. u1 = 20°, u2 = 60° i u1 = 60°, u2 = 20° (slika 16.), daju istu proširenu duljinu prefraktala. Ali, suprotno očekivanjima, potpuna podudarnost parametara ne osigurava identičnost rezonantnih frekvencija i identičnost višepojasnih svojstava antena. Razlog je promjena unutarnjeg otpora segmenata izlomljene linije, tj. Ključnu ulogu igra konfiguracija vodiča, a ne njegova veličina.

Slika 16 - Generalizirani Kochovi prefraktali druge iteracije s negativnim inkrementom Dq (a), pozitivnim inkrementom Dq (b) i treće iteracije s negativnim inkrementom Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Primjeri fraktalnih antena

4.1 Pregled antene

Antenske teme su jedne od najperspektivnijih i od velikog interesa u modernoj teoriji prijenosa informacija. Takva želja za razvojem ovog područja znanstveni razvoj, povezana je sa sve većim zahtjevima za brzinom i načinima prijenosa informacija u suvremenom tehnološkom svijetu. Svaki dan, međusobno komunicirajući, prenosimo informacije na nama tako prirodan način – putem zraka. Upravo na isti način znanstvenici su došli na ideju da brojne računalne mreže nauče komunicirati.

Rezultat je bila pojava novih dostignuća u ovom području, njihovo odobravanje na tržištu računalne opreme, a kasnije i usvajanje standarda bežični prijenos informacija. Danas su tehnologije prijenosa kao što su BlueTooth i WiFi već odobrene i općeprihvaćene. No razvoj tu ne staje i ne može stati, pojavljuju se novi zahtjevi i nove želje tržišta.

Brzine prijenosa, tako nevjerojatno velike u vrijeme razvoja tehnologije, danas više ne zadovoljavaju zahtjeve i želje korisnika ovih dostignuća. Počelo je s radom nekoliko vodećih razvojnih centara novi projekt WiMAX u cilju povećanja brzine, temeljeno na proširenju kanala u već postojećem WiFi standardu. Kakvo mjesto u svemu tome ima tema o anteni?

Problem proširenja prijenosnog kanala može se djelomično riješiti uvođenjem još veće kompresije od postojeće. Korištenje fraktalnih antena bolje će i učinkovitije riješiti ovaj problem. Razlog tome je što fraktalne antene i frekvencijski selektivne površine i volumeni temeljeni na njima imaju jedinstvene elektrodinamičke karakteristike, naime: širokopojasnost, ponovljivost propusnosti u Raspon frekvencija itd.

4.1.1 Konstrukcija Cayleyeva stabla

Stablo Cayley jedan je od klasičnih primjera fraktalnih skupova. Njegova nulta iteracija samo je segment ravne linije zadane duljine l. Prva i svaka sljedeća neparna iteracija sastoje se od dva segmenta točno iste duljine l kao prethodna iteracija, koji se nalaze okomito na segment prethodne iteracije tako da su njegovi krajevi spojeni sa sredinom segmenata.

Druga i svaka sljedeća parna iteracija fraktala su dva segmenta l/2 polovice duljine prethodne iteracije, smještena, kao i prije, okomito na prethodnu iteraciju.

Rezultati konstruiranja Cayleyeva stabla prikazani su na slici 17. Ukupna visina antene je 15/8l, a širina 7/4l.

Slika 17 - Konstrukcija Cayley stabla

Proračuni i analiza antene “Cayley Tree” Izvedeni su teorijski proračuni fraktalne antene u obliku Cayley Tree 6. reda. Za rješavanje ovog praktičnog problema korišten je prilično moćan alat za rigorozan proračun elektrodinamičkih svojstava vodljivih elemenata - program EDEM. Snažni alati i korisničko sučelje ovog programa čine ga nezamjenjivim za ovu razinu izračuna.

Autori su se suočili sa zadatkom projektiranja antene, procjene teoretskih vrijednosti rezonantnih frekvencija prijema i prijenosa signala, te prikaza problema u sučelju programskog jezika EDEM. Dizajnirana fraktalna antena temeljena na "Cayleyevom stablu" prikazana je na slici 18.

Zatim je na projektiranu fraktalnu antenu poslan ravni elektromagnetski val, a program je izračunao širenje polja ispred i iza antene te izračunao elektrodinamičke karakteristike fraktalne antene.

Rezultati proračuna fraktalne antene "Cayley Tree" koje su proveli autori omogućili su nam da izvučemo sljedeće zaključke. Pokazalo se da se niz rezonantnih frekvencija ponavlja na otprilike dvostruko većoj frekvenciji od prethodne. Određene su raspodjele struje na površini antene. Proučavana su područja i totalne transmisije i totalne refleksije elektromagnetskog polja.

Slika 18 - Cayley drvo 6. reda

4 .1.2 Multimedijska antena

Minijaturizacija napreduje diljem planeta velikim koracima. Pojava računala veličine zrna graha je pred vratima, no u međuvremenu nam tvrtka Fractus skreće pažnju na antenu dimenzija manju od zrna riže (slika 19).

Slika 19 - Fraktalna antena

Novi proizvod pod nazivom Micro Reach Xtend radi na frekvenciji od 2,4 GHz i podržava bežične tehnologije Wi-Fi i Bluetooth, kao i neki drugi manje popularni standardi. Uređaj se temelji na patentiranim tehnologijama fraktalne antene, a njegova površina je samo 3,7 x 2 mm. Prema programerima, sićušna antena omogućit će smanjenje veličine multimedijskih proizvoda u kojima će naći svoju primjenu u bliskoj budućnosti ili strpati više mogućnosti u jedan uređaj.

Televizijske postaje emitiraju signale u rasponu od 50-900 MHz, koji se pouzdano primaju na udaljenosti od mnogo kilometara od odašiljačke antene. Poznato je da vibracije viših frekvencija gore prolaze kroz zgrade i razne prepreke od niskofrekventnih koje se jednostavno savijaju oko njih. Zato Wi-Fi tehnologija, koji se koristi u konvencionalnim bežičnim komunikacijskim sustavima i radi na frekvencijama iznad 2,4 GHz, omogućuje prijem signala samo na udaljenosti ne većoj od 100 m. Ova nepravda u odnosu na naprednu Wi-Fi tehnologiju uskoro će prestati, naravno, bez štete za TV - potrošači. U budućnosti će uređaji stvoreni na temelju Wi-Fi tehnologije raditi na frekvencijama između operativnih TV kanala, čime će se povećati raspon pouzdanog prijema. Kako ne bi ometali rad televizije, svaki od Wi-Fi sustava (odašiljač i prijamnik) neprestano će skenirati obližnje frekvencije, sprječavajući kolizije u eteru. Pri prelasku na šire frekvencijsko područje postaje nužno imati antenu koja može jednako dobro primati signale i visokih i visokih frekvencija. niske frekvencije. Konvencionalne bič antene ne ispunjavaju ove zahtjeve, jer Oni, sukladno svojoj duljini, selektivno prihvaćaju frekvencije određene valne duljine. Antena prikladna za primanje signala u širokom frekvencijskom rasponu je tzv. fraktalna antena, koja ima oblik fraktala - strukturu koja izgleda isto bez obzira pod kojim povećanjem je gledamo. Fraktalna antena se ponaša kao što bi se ponašala struktura koja se sastoji od mnogo igličastih antena različitih duljina upletenih zajedno.

4.1.3 "Pokvarena" antena

Američki inženjer Nathan Cohen prije desetak godina odlučio je sastaviti amatersku radio stanicu kod kuće, ali je naišao na neočekivanu poteškoću. Njegov stan nalazio se u središtu Bostona, a gradske vlasti su strogo zabranile postavljanje antene izvan zgrade. Neočekivano je pronađeno rješenje, preokrenuvši cijeli daljnji život radioamatera naglavačke.

Umjesto da napravi tradicionalno oblikovanu antenu, Cohen je uzeo komad aluminijske folije i izrezao ga u oblik matematičkog objekta poznatog kao Kochova krivulja. Ova krivulja, koju je 1904. godine otkrila njemačka matematičarka Helga von Koch, fraktal je, izlomljena linija koja izgleda kao niz beskonačno opadajućih trokuta koji rastu jedan iz drugog poput krova kineske pagode s više stupnjeva. Kao i svi fraktali, ova krivulja je "slična sebi", odnosno na svakom najmanjem segmentu ima isti izgled, ponavljajući se. Takve krivulje konstruiraju se beskrajnim ponavljanjem jednostavne operacije. Linija je podijeljena na jednake segmente, a na svakom segmentu napravljen je zavoj u obliku trokuta (von Kochova metoda) ili kvadrata (Herman Minkowski metoda). Zatim se sa svih strana dobivene figure zauzvrat savijaju slični kvadrati ili trokuti, ali već manje veličine. Nastavljajući konstrukciju ad infinitum, možete dobiti krivulju koja je "slomljena" u svakoj točki (Slika 20).

Slika 20 - Konstrukcija krivulje Kocha i Minkowskog

Konstrukcija Kochove krivulje - jednog od prvih fraktalnih objekata. Na beskonačnoj pravoj liniji razlikuju se odsječci duljine l. Svaki segment je podijeljen na tri jednaka dijela, a na srednjem je konstruiran jednakostranični trokut sa stranicom l/3. Zatim se postupak ponavlja: na segmentima l/3 grade se trokuti sa stranicama l/9, na njima se grade trokuti sa stranicama l/27 i tako dalje. Ova krivulja ima samosličnost ili invarijantnost mjerila: svaki njezin element u smanjenom obliku ponavlja samu krivulju.

Fraktal Minkowskog konstruiran je slično Kochovoj krivulji i ima ista svojstva. Prilikom njegove izgradnje, umjesto sustava trokuta, meandri se grade na ravnoj liniji - "pravokutni valovi" beskonačno opadajućih veličina.

Prilikom konstruiranja Kochove krivulje Cohen se ograničio na samo dva ili tri koraka. Zatim je zalijepio lik na mali komad papira, pričvrstio ga na prijamnik i iznenadio se kad je otkrio da ne radi ništa lošije od konvencionalnih antena. Kako se kasnije ispostavilo, njegov izum postao je utemeljitelj temeljno nove vrste antena, sada masovno proizvedenih.

Ove antene su vrlo kompaktne: fraktalna antena za mobilni telefon ugrađena u kućište ima veličinu običnog tobogana (24 x 36 mm). Osim toga, rade u širokom frekvencijskom rasponu. Sve je to eksperimentalno otkriveno; Teorija fraktalnih antena još ne postoji.

Parametri fraktalne antene napravljene nizom uzastopnih koraka pomoću algoritma Minkowskog mijenjaju se na vrlo zanimljiv način. Ako je ravna antena savijena u obliku "kvadratnog vala" - meandra, pojačanje će joj se povećati. Svi kasniji meandri pojačanja antene se ne mijenjaju, ali se širi raspon frekvencija koje prima, a sama antena postaje znatno kompaktnija. Istina, djelotvorno je samo prvih pet ili šest koraka: da biste dodatno savili vodič, morat ćete smanjiti njegov promjer, a to će povećati otpor antene i dovesti do gubitka dobitka.

Dok jedni razbijaju glavu teoretskim problemima, drugi aktivno provode izum u praksi. Prema Nathanu Cohenu, sada profesoru na Sveučilištu u Bostonu i glavnom tehničkom inspektoru Fractal Antenna Systems, "za nekoliko godina fraktalne antene postat će sastavni dio mobilnih i radiotelefona te mnogih drugih bežičnih komunikacijskih uređaja."

antenski niz fraktal

4.2 Primjena fraktalnih antena

Među brojnim konstrukcijama antena koje se danas koriste u komunikacijama, tip antene spomenut u naslovu članka relativno je nov i bitno se razlikuje od poznatih rješenja. Prve publikacije koje su proučavale elektrodinamiku fraktalnih struktura pojavile su se još 80-ih godina 20. stoljeća. To je početak praktičnu upotrebu Fraktalni smjer u antenskoj tehnologiji pokrenuo je prije više od 10 godina američki inženjer Nathan Cohen, danas profesor na Sveučilištu Boaon i glavni tehnički inspektor tvrtke Fractal Antenna Systems. Živeći u središtu Bostona, kako bi zaobišao zabranu gradskih vlasti o postavljanju vanjskih antena, odlučio je antenu jedne amaterske radio postaje maskirati u ukrasnu figuru od aluminijske folije. Za osnovu je uzeo Kochovu krivulju poznatu u geometriji (slika 20), čiji je opis 1904. godine predložio švedski matematičar Niels Fabian Helge von Koch (1870.-1924.).

Slični dokumenti

Pojam i princip rada odašiljačkih antena i dijagrama njihovog zračenja. Proračun veličina i rezonantnih frekvencija za fraktalne antene. Dizajn tiskane mikrotrakaste antene temeljene na Kochovom fraktalu i 10 prototipova žičane antene.

diplomski rad, dodan 02.02.2015


Razvoj fraktalnih antena. Metode konstrukcije i principi rada fraktalne antene. Konstrukcija Peano krivulje. Formiranje fraktalne pravokutne izlomljene antene. Dvopojasni antenski niz. Fraktalne frekvencijski selektivne površine.

diplomski rad, dodan 26.06.2015


Strukturna shema prijemni modul aktivne fazne antenske rešetke. Izračun relativnog smanjenja pobude na rubu antene. Energetski potencijal prijemnog faznog antenskog niza. Točnost poravnanja snopa. Izbor i proračun emitera.

kolegij, dodan 08.11.2014


Upoznavanje s djelatnošću Antenna-Service doo: postavljanje i puštanje u rad zemaljskih i satelitskih antenskih sustava, projektiranje telekomunikacijskih mreža. opće karakteristike osnovna svojstva i područja primjene satelitskih antena.

diplomski rad, dodan 18.05.2014


Vrste i podjela antena za mobilne komunikacijske sustave. Tehnički podaci antene KP9-900. Glavni gubitak učinkovitosti antene je u radnom položaju uređaja. Metode proračuna antena za stanični sustavi komunikacije. Karakteristike modelara antena MMANA.

kolegij, dodan 17.10.2014


Vrste mikrovalnih uređaja u razvodnim krugovima antenskih nizova. Projektiranje mikrovalnih uređaja na temelju metode dekompozicije. Rad s programom "Model-S" za automatizirane i parametarske tipove sinteze višeelementnih mikrovalnih uređaja.

test, dodan 15.10.2011


Glavni zadaci teorije antena i karakteristike ovog uređaja. Maxwellove jednadžbe. Polje električnog dipola u neograničenom prostoru. Izrazite značajke vibratorske i otvorne antene. Metode upravljanja amplitudom rešetki.

tutorial, dodano 27.04.2013


Linearni niz s cilindričnom spiralnom antenom kao radijatorom. Korištenje antenskih nizova za osiguranje visokokvalitetnog rada antene. Dizajn vertikalno skenirajućeg antenskog niza. Proračun pojedinačnog emitera.

kolegij, dodan 28.11.2010


Metode stvaranja učinkovite antene. Linearni antenski niz. Optimalna antena putujućeg vala. Koeficijent smjera. Ravni antenski nizovi. Ulazna impedancija elementa koji zrači. Značajke i primjena neekvidistantnih rešetki.

kolegij, dodan 14.08.2015


Korištenje antena i za zračenje i za prijem elektromagnetskih valova. Postoji veliki izbor različitih antena. Dizajn linearnog niza štapnih dielektričnih antena, koji je sastavljen od štapnih dielektričnih antena.