Pasaule nav bez labiem cilvēkiem:-)
Valērijs UR3CAH: "Labdien, Egor. Manuprāt, šis raksts (proti, sadaļa "Fraktāļu antenas: mazāk ir vairāk") atbilst jūsu vietnes tēmai un jūs interesēs:) 73!
Jā, protams, interesanti. Mēs jau zināmā mērā esam pieskārušies šai tēmai, apspriežot heksabimu ģeometriju. Arī tur bija dilemma ar elektriskā garuma “iepakošanu” ģeometriskajos izmēros :-). Tāpēc liels paldies, Valērij, par materiāla nosūtīšanu.
Fraktāļu antenas: mazāk ir vairāk
Pēdējā pusgadsimta laikā dzīve ir sākusi strauji mainīties. Lielākā daļa no mums mūsdienu tehnoloģiju sasniegumus uztver kā pašsaprotamu. Jūs ļoti ātri pierodat pie visa, kas padara dzīvi ērtāku. Reti kāds uzdod jautājumus “No kurienes tas radās?” un "Kā tas darbojas?" Mikroviļņu krāsns uzsilda brokastis – lieliski, viedtālrunis sniedz iespēju sarunāties ar citu cilvēku – lieliski. Tā mums šķiet acīmredzama iespēja.
Taču dzīve varēja būt pavisam citāda, ja cilvēks nebūtu meklējis izskaidrojumu notiekošajiem notikumiem. Ņemiet, piemēram, mobilos tālruņus. Atcerieties ievelkamās antenas pirmajos modeļos? Viņi traucēja, palielināja ierīces izmērus un galu galā bieži salūza. Mēs uzskatām, ka tie ir uz visiem laikiem nogrimuši aizmirstībā, un daļa no tā ir... fraktāļi.
Fraktāļu raksti aizrauj ar saviem rakstiem. Tie noteikti atgādina kosmisko objektu attēlus - miglājus, galaktiku kopas utt. Tāpēc ir pilnīgi dabiski, ka tad, kad Mandelbrots izteica savu fraktāļu teoriju, viņa pētījumi izraisīja lielāku interesi starp tiem, kas studēja astronomiju. Vienam no šiem amatieriem, vārdā Neitans Koens, pēc Benuā Mandelbrota lekcijas Budapeštā, radās ideja praktisks pielietojums iegūtās zināšanas. Tiesa, viņš to darīja intuitīvi, un nejaušībai viņa atklājumā bija liela nozīme. Būdams radioamatieris, Neitans centās izveidot antenu ar visaugstāko iespējamo jutību.
Vienīgais ceļš antenas parametru uzlabošana, kas tajā laikā bija zināma, sastāvēja no tās ģeometrisko izmēru palielināšanas. Tomēr Bostonas centra mājas īpašnieks, kuru Neitans īrēja, bija kategoriski pret uzstādīšanu lielas ierīces uz jumta. Tad Neitans sāka eksperimentēt ar dažādām antenu formām, mēģinot iegūt maksimālu rezultātu minimālie izmēri. Iedvesmojoties no idejas par fraktāļu formām, Koens, kā saka, nejauši no stieples izgatavoja vienu no slavenākajiem fraktāļiem - “Koch sniegpārsliņu”. Zviedru matemātiķis Helge fon Kohs nāca klajā ar šo līkni tālajā 1904. gadā. To iegūst, sadalot segmentu trīs daļās un vidējo segmentu aizstājot ar vienādmalu trīsstūri bez malas, kas sakrīt ar šo segmentu. Definīcija ir nedaudz grūti saprotama, taču attēlā viss ir skaidrs un vienkāršs.
Ir arī citas Koha līknes variācijas, taču aptuvenā līknes forma paliek līdzīga.

Kad Neitans pieslēdza antenu radio uztvērējam, viņš bija ļoti pārsteigts – jutība krasi pieauga. Pēc virknes eksperimentu topošais Bostonas universitātes profesors saprata, ka antenai, kas izgatavota pēc fraktāļu parauga, ir augsta efektivitāte un tā aptver daudz plašāku frekvenču diapazonu, salīdzinot ar klasiskajiem risinājumiem. Turklāt antenas forma fraktāļu līknes veidā ļauj ievērojami samazināt ģeometriskos izmērus. Neitans Koens pat nāca klajā ar teorēmu, kas pierāda, ka, lai izveidotu platjoslas antenu, pietiek ar tai piešķirt sev līdzīgas fraktāļu līknes formu.

Autors patentēja savu atklājumu un nodibināja fraktāļu antenu izstrādes un dizaina uzņēmumu Fractal Antenna Systems, pamatoti uzskatot, ka nākotnē, pateicoties viņa atklājumam, mobilie tālruņi varēs atbrīvoties no apjomīgām antenām un kļūt kompaktāki. Principā tā arī notika. Tiesa, līdz pat šai dienai Neitans ir iesaistījies tiesiskā cīņā ar lielām korporācijām, kas nelikumīgi izmanto viņa atklājumu kompaktu sakaru ierīču ražošanai. Daži slaveni ražotāji mobilās ierīces, piemēram, Motorola, jau ir panākuši miera līgumu ar fraktāļu antenas izgudrotāju. Sākotnējais avots

Kā mēs apspriedām iepriekšējos rakstos, tika konstatēts, ka fraktāļu antenu efektivitāte ir aptuveni par 20% lielāka nekā parastajām antenām.Tas var būt ļoti noderīgi piemērot. It īpaši, ja vēlaties, lai jūsu TV antena pieņemtu digitālo signālu vai video augstas izšķirtspējas, lai palielinātu diapazonu mobilos tālruņus, Bezvadu internetsjoslā, FM vai AM radio un tā tālāk.

Lielākajai daļai mobilo tālruņu jau ir iebūvētas fraktāļu antenas. Ja esat pamanījis pēdējos gados, mobilajiem tālruņiem vairs nav antenu ārpusē. Tas ir tāpēc, ka tiem ir iebūvētas fraktāļu antenas, kas iegravētas shēmas platē, kas ļauj tiem iegūt labāku uztveršanu un pieņemt vairāk frekvenču, piemēram, Bluetooth, šūnu signāls un Wi-Fi no vienas antenas vienlaikus!

Informācija no Vikipēdijas: "Fraktāļu antena ievērojami atšķiras no tradicionāli konstruētas antenas ar to, ka tā var vienlaikus darboties ar labu veiktspēju dažādās frekvencēs. Parasti standarta antenas ir "jāizgriež" tādā frekvencē, kādā tās tiks izmantotas. un tādējādi "Tātad standarta antena labi darbojas tikai šajā frekvencē. Tas padara fraktāļu antenas par lielisku risinājumu platjoslas un daudzjoslu lietojumiem."

Triks ir izveidot savu fraktāļu antenu, kas rezonēs vēlamajā frekvencē. Tas nozīmē, ka tas izskatīsies savādāk un var tikt aprēķināts atšķirīgi atkarībā no tā, ko vēlaties sasniegt. Nedaudz matemātikas, un kļūs skaidrs, kā to izdarīt. (Varat aprobežoties ar tiešsaistes kalkulatoru)

Mūsu piemērā mēs izveidosim vienkāršu antenu, bet jūs varat izgatavot sarežģītākas antenas. Jo sarežģītāk, jo labāk. Kā piemēru mēs izmantosim 18 gabarīta cieta stieples spoli, kas nepieciešama antenas izveidošanai, taču varat iet tālāk, izmantojot savus kodināšanas dēļus, lai izveidotu mazāku vai sarežģītāku antenu ar lielāku izšķirtspēju un rezonansi.

(cilne = TV antena)

Šajā apmācībā mēs mēģināsim izveidot TV antenu digitālais signāls vai signāls augstas izšķirtspējas pārraidīts pa radio kanālu. Ar šīm frekvencēm ir vieglāk strādāt, viļņu garumi šajās frekvencēs svārstās no puspēdas līdz vairākiem metriem uz pusi no signāla viļņa garuma. UHF (decimetra viļņu) shēmām varat pievienot virzītāju (režisoru) vai reflektoru (reflektoru), kas padarīs antenu vairāk atkarīgu no virziena. VHF (ultra īso viļņu) antenas ir arī virziena, taču VHF dipola antenu "ausīm" ir jābūt perpendikulārām signālu raidošās televīzijas stacijas viļņa garumam.

Vispirms atrodiet frekvences, kuras vēlaties saņemt vai pārraidīt. Televīzijai šeit ir saite uz frekvenču diagrammu: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Un, lai aprēķinātu antenas izmēru, mēs izmantosim tiešsaistes kalkulatoru: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Šeit ir labs PDF par dizainu un teoriju:lejupielādēt

Kā atrast signāla viļņa garumu: viļņa garums pēdās = (gaismas ātruma attiecība pēdās) / (frekvence hercos)

1) Gaismas ātruma koeficients pēdās = +983571056.43045

2) Gaismas ātruma koeficients metros = 299792458

3) Gaismas ātruma koeficients collās = 11802852700

Kur sākt: (VHF/UHF dipolu bloks ar reflektoru, kas labi darbojas DB2 plašajā frekvenču diapazonā):

(350 MHz ir ceturtdaļa no 8 collu viļņa — 16 collu pusviļņa, kas atrodas īpaši augstā frekvenču diapazonā — starp 13. un 14. kanāliem, un kas ir centrālā frekvence starp VHF-UHF diapazonu, lai labāk būtu rezonanse). Šīs prasības var mainīt, lai tās labāk darbotos jūsu reģionā, jo jūsu izplatīšanas kanāls var būt zemāks vai augstāks grupā.

Pamatojoties uz materiāliem no tālāk esošajām saitēm ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ un http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , tikai fraktāļu dizaini ļauj būt kompaktākiem un elastīgākiem, un mēs izmantosim DB2 modeli, kuram ir liels ieguvums un kas jau ir diezgan kompakts un populārs uzstādīšanai iekštelpās un ārpus tām.

Pamatizmaksas (apmēram 15 ASV dolāri):

1. Montāžas virsma, piemēram, plastmasas korpuss (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 skrūves. Tēraudam un lokšņu metālam izmantoju pašvītņojošas skrūves.
3. Atbilstošs transformators 300 omi līdz 75 omi. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Kāds 18 gabarīta cietais vads. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksiālais RG-6 ar terminatoriem - ierobežotājiem (un gumijas apvalku, ja uzstādīts ārpusē).
6. Alumīnijs, izmantojot atstarotāju.
7. Sharpie vai līdzvērtīgs, vēlams ar smalku galu.
8. Divi pāri mazu knaibles - adatas.
9. Vadlīnija ir vismaz 8 collas.
10. Transportlīdzeklis leņķu mērīšanai.
11. Urbis un uzgalis, kura diametrs ir mazāks par jūsu skrūvēm.
12. Mazie knaibles.
13. Skrūvgriezis vai skrūvgriezis.

PIEZĪME: HDTV/DTV rediģēšana PDF formātā http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Pirmais solis:

Salieciet korpusu ar atstarotāju zem plastmasas pārsega:

Otrais solis:

Izurbiet mazus vītņotus caurumus atstarotāja pretējā pusē šādās pozīcijās un ievietojiet vadošu skrūvi.

Trešais solis:

Izgrieziet četrus 8 collu cietā serdes stieples gabalus un atklājiet to.

Ceturtais solis:

Izmantojot marķieri, atzīmējiet katru stieples collu. (Šīs ir vietas, kur mēs gatavojamies veikt līkumus)

Piektais solis:

Šī darbība ir jāatkārto katram vadam. Katrs stieples līkums būs vienāds ar 60 grādiem, tādējādi veidojot fraktāli. Atgādina vienādmalu trīsstūri. Es izmantoju divus pārus knaibles un transportieri. Katrs līkums būs 1 collas iecirtums. Pirms to darāt, noteikti vizualizējiet katra pagrieziena virzienu! Lai saņemtu palīdzību, izmantojiet tālāk redzamo diagrammu.

Sestais solis:

Izgrieziet vēl 2 stieples gabalus vismaz 6 cm garumā un atklājiet tos. Salieciet šos vadus ap augšējo un apakšējo skrūvi un piestipriniet tos pie skrūves centra. Tādējādi visi trīs saskaras. Izmantojiet stieples griezējus, lai nogrieztu nevēlamās stieples daļas.

Septītais solis:

Novietojiet un pieskrūvējiet visus savus fraktāļus ar stūriem

Astotais solis:

Piestipriniet atbilstošo transformatoru caur divām skrūvēm centrā un pievelciet tās.

Gatavs! Tagad jūs varat pārbaudīt savu dizainu!

Kā redzams zemāk esošajā fotoattēlā, katru reizi, sadalot katru sekciju un izveidojot jaunu trīsstūri ar tāda paša garuma stiepli, tas var ietilpt mazākā vietā, aizņemot vietu citā virzienā.

Tulkojums: Dmitrijs Šahovs

Zemāk varat noskatīties video par fraktāļu antenu izveidi:

(tab = Wi-Fi antena)

Iepriekš biju dzirdējis par fraktāļu antenām, un pēc kāda laika gribēju mēģināt izveidot savu fraktāļu antenu, lai, tā teikt, izmēģinātu šo koncepciju. Dažas no fraktāļu antenu priekšrocībām, kas aprakstītas pētījumos par fraktāļu antenām, ir to spēja efektīvi uztvert daudzjoslu RF signālus, vienlaikus esot salīdzinoši mazām. Es nolēmu izveidot fraktāļu antenas prototipu, pamatojoties uz Sierpinski paklāju.

Es izstrādāju savu fraktāļu antenu, lai tai būtu savienotājs, kas ir saderīgs ar manu maršrutētājs Linksys WRT54GS 802.11g. Antenai ir zema profila pastiprinājuma dizains, un sākotnējā testēšanā 1/2 km attālumā no WiFi Link pārtraukuma punkta ar vairākiem kokiem ceļā tā uzrādīja diezgan labus rezultātus un signāla stabilitāti.

Jūs varat lejupielādēt PDF versija antenas veidne, kuras pamatā ir manis izmantotais Sierpinski paklājs, kā arī cita dokumentācija šajās saitēs:

Prototipa izgatavošana

Šis ir fotoattēls ar gatavu fraktāļu antenas prototipu:

Es testēšanai pievienoju Linksys WRT54GS RP-TNC savienotāju fraktāļu antenai

Kad es izstrādāju savu pirmo fraktāļu antenas prototipu, man bija bažas, ka kodināšanas process uz PCB varētu izolēt trīsstūrus vienu no otra, tāpēc es nedaudz paplašināju savienojumus starp tiem. Piezīme. Tā kā pēdējā tonera pāreja tika pabeigta precīzāk, nekā es gaidīju, nākamā fraktāļu antenas prototipa versija tiks atveidota ar precīziem kontaktpunktiem starp katru Sierpinski trijstūra fraktāļu iterāciju. Ir svarīgi nodrošināt, lai Sierpinski paklāja elementi (trijstūri) saskartos viens ar otru un savienojuma punktiem jābūt pēc iespējas plānākiem:

Tika uzdrukāts antenas dizains lāzerprinteris Pulsar Pro FX. Šis process ļāva man kopēt antenas dizainu uz vara pārklāta PCB materiāla:

Pēc tam lāzera drukātā antenas struktūra tiek pārnesta uz PCB vara loksni termiskā procesā, izmantojot modificētu laminatoru:

Šis ir vara PCB materiāls pēc tonera pārsūtīšanas procesa pirmā posma:

Nākamais nepieciešamais solis bija Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" laminatora izmantošana uz PCB. Zaļā folija tiek izmantota, lai aizpildītu jebkādas tonera spraugas vai nevienmērīgi sabiezinātus pārklājumus tonera pārnesē:

Šis ir notīrīts dēlis ar antenas dizainu. Tāfele ir gatava kodināšanai:

Šeit es maskēju PCB aizmuguri, izmantojot elektrisko lenti:

Es izmantoju tiešās dzelzs hlorīda kodināšanas metodi, lai dēli kodinātu 10 minūtēs. Tiešā kodināšanas metode tiek veikta, izmantojot sūkli: ir nepieciešams lēnām noslaucīt visu dēli ar dzelzs hlorīdu. Dzelzs hlorīda lietošanas radītā veselības apdraudējuma dēļ es valkāju aizsargbrilles un cimdus:

Šī ir tāfele pēc kodināšanas:

Es noslaucīju iespiedshēmas plate acetonā iemērc tamponu, lai noņemtu tonera pārneses pārklājumus. Tīrīšanas laikā izmantoju cimdus, jo acetons tiks uzsūkts caur tipiskiem vienreizlietojamiem lateksa cimdiem:

Es izurbju caurumu antenas savienotājam, izmantojot urbi un urbi:

Savam pirmajam prototipam es izmantoju RP-TNC savienotāju no standarta Linksys maršrutētāja antenām:

Linksys tuvplāns — ar RP-TNC saderīgs antenas savienotājs:

Tieši pirms lodēšanas es uz PCB uzklāju nedaudz ūdens lodēšanas vietā:

Nākamais solis ir pielodēt vadu no RP-TNC savienotāja līdz Sierpinski antenas pamatnei uz iespiedshēmas plates:

Pielodējiet antenas savienotāja otro vadu pie PCB plates plaknes:

Antena ir gatava lietošanai!

Pirmais, par ko es gribētu uzrakstīt, ir neliels ievads fraktāļu antenu vēsturē, teorijā un lietošanā. Nesen tika atklātas fraktāļu antenas. Pirmo reizi tos izgudroja Neitans Koens 1988. gadā, pēc tam viņš publicēja savu pētījumu par to, kā no stieples izgatavot TV antenu un patentēja to 1995. gadā.

Fraktāļu antenai ir vairākas unikālas īpašības, kā rakstīts Vikipēdijā:

"Fraktāļu antena ir antena, kas izmanto fraktāļu, pašatkārtojas konstrukcijas, lai maksimāli palielinātu materiāla garumu vai palielinātu perimetru (iekšējos apgabalos vai ārējā struktūrā), kas var uztvert vai pārraidīt elektromagnētiskos signālus noteiktā kopējā virsmas laukumā vai tilpumā. ”.

Ko tas īsti nozīmē? Nu, jums jāzina, kas ir fraktālis. Arī no Vikipēdijas:

"Fraktāls parasti ir raupja vai sadrumstalota ģeometriska forma, ko var sadalīt daļās, katra daļa ir mazāka veseluma kopija — īpašība, ko sauc par pašlīdzību."

Tādējādi fraktālis ir ģeometriska forma, kas atkārtojas atkal un atkal neatkarīgi no atsevišķu daļu lieluma.

Ir konstatēts, ka fraktāļu antenas ir aptuveni par 20% efektīvākas nekā parastās antenas. Tas var būt noderīgi, jo īpaši, ja vēlaties, lai jūsu TV antena uztver digitālo vai augstas izšķirtspējas video, palielināt šūnu diapazons, Wi-Fi diapazons, FM vai AM radio uztveršana utt.

Lielākajai daļai mobilo tālruņu jau ir fraktāļu antenas. Iespējams, jūs to pamanījāt, jo mobilajiem tālruņiem vairs nav antenu ārpusē. Tas ir tāpēc, ka tajās ir fraktāļu antenas, kas iegravētas shēmas platē, ļaujot tām saņemt labāku signālu un uzņemt vairāk frekvenču, piemēram, Bluetooth, mobilo sakaru un Wi-Fi no vienas antenas.

Wikipedia:

"Fraktāļu antenas reakcija ievērojami atšķiras no tradicionālās antenas konstrukcijas, jo tā spēj darboties ar labu veiktspēju dažādās frekvencēs vienlaicīgi. Standarta antenu frekvence ir jāsamazina, lai tās varētu uztvert tikai šo frekvenci. Tāpēc fraktāļu antena atšķirībā no parastās antenas ir lielisks dizains platjoslas un daudzjoslu lietojumiem.

Triks ir izveidot savu fraktāļu antenu tā, lai tā rezonētu konkrētajā vēlamajā centrālajā frekvencē. Tas nozīmē, ka antena izskatīsies atšķirīgi atkarībā no tā, ko vēlaties sasniegt. Lai to izdarītu, jums jāizmanto matemātika (vai tiešsaistes kalkulators).

Savā piemērā es to darīšu vienkārša antena, bet jūs varat padarīt to sarežģītāku. Jo sarežģītāk, jo labāk. Antenas izgatavošanai izmantošu 18 šķiedru cieto serdeņu stieples spoli, taču jūs varat pielāgot savas shēmas plates, lai tās atbilstu jūsu estētikai, padarīt tās mazākas vai sarežģītākas ar lielāku izšķirtspēju un rezonansi.

Es gatavoju taisīt TV antenu, lai uztvertu digitālo TV vai augstas izšķirtspējas TV. Ar šīm frekvencēm ir vieglāk strādāt, un to garums ir no aptuveni 15 cm līdz 150 cm pusviļņa garumam. Vienkāršības un zemo detaļu izmaksu dēļ es to novietošu uz parastās dipola antenas, tā uztvers viļņus 136-174 MHz diapazonā (VHF).

Lai uztvertu UHF viļņus (400-512 MHz), varat pievienot režisoru vai reflektoru, taču tas padarīs uztveršanu vairāk atkarīgu no antenas virziena. VHF ir arī virziena funkcija, taču tā vietā, lai UHF instalācijā norādītu tieši uz TV staciju, jums būs jāuzstāda VHF ausis perpendikulāri televīzijas stacijai. Šeit jums būs jāpieliek nedaudz vairāk pūļu. Es gribu padarīt dizainu pēc iespējas vienkāršāku, jo tā jau ir diezgan sarežģīta lieta.

Galvenās sastāvdaļas:

• Montāžas virsma, piemēram, plastmasas korpuss (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 skrūves. Es izmantoju tērauda lokšņu metāla skrūves
• Transformators ar pretestību no 300 omiem līdz 75 omiem.
• 18 AWG (0,8 mm) montāžas stieple
• RG-6 koaksiālais kabelis ar terminatoriem (un ar gumijas apvalku, ja uzstādīšana tiks veikta ārpus telpām)
• Alumīnijs, izmantojot atstarotāju. Augšējā pielikumā bija viens.
• Smalks marķieris
• Divi pāri mazu knaibles
• Lineāls nav īsāks par 20 cm.
• Konveijers leņķa mērīšanai
• Divi urbji, viens ir nedaudz mazāks diametrā nekā jūsu skrūves
• Mazs stiepļu griezējs
• Skrūvgriezis vai skrūvgriezis

Piezīme: Apakšējā daļa Alumīnija stieples antena atrodas attēla labajā pusē, kur transformators izceļas.

1. darbība: atstarotāja pievienošana

Salieciet korpusu ar atstarotāju zem plastmasas vāka

2. darbība: caurumu urbšana un montāžas punktu uzstādīšana

Šajās pozīcijās izurbiet mazus izplūdes caurumus reflektora pretējā pusē un ievietojiet vadošu skrūvi.

3. darbība. Izmēriet, izgrieziet un noņemiet vadus

Izgrieziet četrus 20 cm stieples gabalus un novietojiet tos uz ķermeņa.

4. solis: vadu mērīšana un marķēšana

Izmantojot marķieri, atzīmējiet ik pēc 2,5 cm uz stieples (šajos punktos būs līkumi)

5. darbība. Fraktāļu izveide

Šī darbība ir jāatkārto katram stieples gabalam. Katram līkumam jābūt tieši 60 grādiem, jo ​​mēs veidosim vienādmalu trīsstūrus fraktālim. Es izmantoju divus pārus knaibles un transportieri. Katrs līkums tiek veikts uz zīmes. Pirms kroku veidošanas vizualizējiet katra no tām virzienu. Šim nolūkam izmantojiet pievienoto diagrammu.

6. solis: Dipolu izveidošana

Izgrieziet vēl divus stieples gabalus, kas ir vismaz 6 collas gari. Aptiniet šos vadus ap augšējām un apakšējām skrūvēm gar garo malu un pēc tam aptiniet tās ap centrālajām skrūvēm. Pēc tam nogrieziet lieko garumu.

7. solis: dipolu uzstādīšana un transformatora uzstādīšana

Nostipriniet katru no fraktāliem uz stūra skrūvēm.

Pievienojiet atbilstošas ​​pretestības transformatoru abām centrālajām skrūvēm un pievelciet tās.

Montāža pabeigta! Apskatiet to un izbaudiet!

8. darbība. Vairāk atkārtojumu/eksperimentu

Es izveidoju dažus jaunus elementus, izmantojot papīra veidni no GIMP. Es izmantoju mazu cietu telefona vadu. Tas bija pietiekami mazs, spēcīgs un elastīgs, lai saliektos sarežģītajās formās, kas nepieciešamas centrālajai frekvencei (554 MHz). Tas ir UHF digitālā signāla vidējais rādītājs kanāliem virszemes televīzija manā rajonā.

Foto pievienots. Var būt grūti saskatīt vara vadus vājā apgaismojumā pret kartonu un lenti augšpusē, taču jūs saprotat.

Šādā izmērā elementi ir diezgan trausli, tāpēc ar tiem jārīkojas uzmanīgi.

Es arī pievienoju veidni png formātā. Lai drukātu vēlamajā izmērā, tas ir jāatver fotoattēlu redaktorā, piemēram, GIMP. Veidne nav ideāla, jo taisīju ar rokām, izmantojot peli, bet cilvēka rokām tā ir pietiekami ērta.

Tiem, kas nezina, kas tas ir un kur to izmanto, varu teikt, ka noskatieties video filmas par fraktāļiem. Un šādas antenas mūsdienās izmanto visur, piemēram, katrā mobilajā telefonā.

Tā nu 2013. gada beigās pie mums ciemos ieradās mans vīratēvs un vīramāte, un tad vīramāte Jaungada brīvdienu priekšvakarā lūdza mums viņai antenu. mazs televizors. Mans vīratēvs skatās televizoru caur satelītantenu un parasti dara kaut ko pats, bet vīramāte gribēja klusi skatīties Jaungada programmas, netraucējot sievastēvam.

Labi, mēs viņai iedevām savu cilpas antenu (330x330 mm kvadrātveida), caur kuru mana sieva dažreiz skatījās televizoru.

Un tad tuvojās ziemas olimpisko spēļu atklāšanas laiks Sočos un mana sieva teica: Uztaisi antenu.

Man nav problēmu izgatavot citu antenu, ja vien tai ir mērķis un nozīme. Viņš apsolīja to izdarīt. Un nu ir pienācis laiks... bet man likās, ka bija kaut kā garlaicīgi smelt kārtējo cilpas antenu, galu galā 21 gadsimts ir pagalmā un tad atcerējos, ka progresīvākās antenu konstrukcijā ir EH antenas , HZ antenas un fraktāļu antenas. Noskaidrojis, kas manam biznesam ir vispiemērotākais, es apmetos uz fraktāļu antenu. Par laimi, es jau sen esmu redzējis visādas filmas par fraktāļiem un izvilcis visādas fotogrāfijas no interneta. Tāpēc es gribēju šo ideju pārvērst materiālā realitātē.

Fotogrāfijas ir viena lieta, bet konkrētas ierīces konkrēta ieviešana ir cita. Es ilgi neuztraucos un nolēmu izveidot antenu, pamatojoties uz taisnstūrveida fraktāli.

Es izņēmu vara stiepli ar diametru apmēram 1 mm, paņēmu knaibles un sāku taisīt lietas... pirmais projekts bija pilna mēroga, izmantojot daudzus fraktāļus. Aiz ieraduma to darīju ilgi, aukstos ziemas vakaros, beidzot izdarīju, visu fraktāļu virsmu pielīmēju pie kokšķiedru plātnes izmantojot šķidro polietilēnu, lodēju tieši kabeli, apmēram 1 m garumā, sāku mēģināt.. Oi! Un šī antena daudz skaidrāk uztvēra TV kanālus nekā rāmja antena... Mani iepriecināja šāds rezultāts, kas nozīmē, ka ne velti mocījos un berzēju kallus, liekot vadu fraktāļu formā.

Pagāja apmēram nedēļa un radās doma, ka jaunās antenas izmērs ir gandrīz tāds pats kā rāmja antenai, īpaša labuma nav, ja vien neņem vērā nelielu uztveršanas uzlabojumu. Un tāpēc es nolēmu uzstādīt jaunu fraktāļu antenu, izmantojot mazāk fraktāļu un līdz ar to mazāku izmēru.

Fraktāļu antena. Pirmais variants

Sestdien, 02.08.2014, izņēmu nelielu vara stieples gabaliņu, kas bija pāri no pirmās fraktāļu antenas un diezgan ātri, apmēram pusstundu, uzliku jaunu antenu...

Fraktāļu antena. Otrais variants

Tad es pielodēju kabeli no pirmā un izrādījās, ka tā ir pilnīga ierīce. Fraktāļu antena. Otrais variants ar kabeli

Sāku pārbaudīt sniegumu... Re, sasodīts! Jā, šis darbojas vēl labāk un uztver pat 10 krāsu kanālus, ko iepriekš nevarēja panākt, izmantojot cilpas antenu. Ieguvums ir ievērojams! Ja pievēršat uzmanību arī tam, ka mani uzņemšanas apstākļi ir pilnīgi nesvarīgi: otrais stāvs, mūsu māja ir pilnībā bloķēta no televīzijas centra ar augstceltnēm, nav tiešas redzamības, tad ieguvums ir iespaidīgs gan uzņemšanā, gan izmērā.

Internetā ir fraktāļu antenas, kas izgatavotas kodinot uz folijas stikla šķiedras... Man liekas, ka nav starpības, ko darīt, un izmērus nevajadzētu strikti ievērot televīzijas antenai, ceļgala darba robežās.

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Ievietots vietnē http://www.allbest.ru/

Ievads

Antena ir radioierīce, kas paredzēta elektromagnētisko viļņu izstarošanai vai uztveršanai. Antena ir viens no svarīgākajiem jebkuras radiotehniskās sistēmas elementiem, kas saistīti ar radioviļņu izstarošanu vai uztveršanu. Šādas sistēmas ietver: radio sakaru sistēmas, radio apraidi, televīziju, radio vadību, radioreleja sakari, radars, radioastronomija, radionavigācija utt.

Strukturāli antena sastāv no vadiem, metāla virsmām, dielektriķiem un magnetodielektriķiem. Antenas mērķi ilustrē vienkāršota radio saites shēma. Augstfrekvences elektromagnētiskās svārstības, ko modulē noderīgais signāls un ko rada ģenerators, raidošā antena pārvērš elektromagnētiskos viļņos un izstaro kosmosā. Parasti elektromagnētiskie viļņi tiek piegādāti no raidītāja uz antenu nevis tieši, bet izmantojot elektropārvades līniju (elektromagnētisko viļņu pārraides līniju, padevēju).

Šajā gadījumā pa padevēju izplatās ar to saistītie elektromagnētiskie viļņi, kurus antena pārvērš atšķirīgos brīvas vietas elektromagnētiskos viļņos.

Uztvērēja antena uztver brīvos radioviļņus un pārvērš tos savienotajos viļņos, kas caur padevēju tiek ievadīti uztvērējam. Saskaņā ar antenas atgriezeniskuma principu, antenas, kas darbojas raidīšanas režīmā, īpašības nemainās, kad šī antena darbojas uztveršanas režīmā.

Antenām līdzīgas ierīces tiek izmantotas arī elektromagnētisko svārstību ierosināšanai dažādi veidi viļņvadi un tilpuma rezonatori.

1. Antenu galvenie raksturlielumi

1.1 Īsa informācija par galvenajiem antenu parametriem

Izvēloties antenas, tiek salīdzināti to galvenie raksturlielumi: darba frekvenču diapazons (joslas platums), pastiprinājums, starojuma shēma, ieejas pretestība, polarizācija. Kvantitatīvi antenas pastiprinājums Ga parāda, cik reižu signāla jauda, ​​ko uztver dotā antena, ir lielāka par signāla jaudu, ko saņem visvienkāršākā antena - pusviļņa vibrators (izotropais emitētājs), kas novietots tajā pašā telpas punktā. Pastiprinājumu izsaka decibelos dB vai dB. Jānošķir iepriekš definētais pastiprinājums, ko apzīmē dB vai dBd (attiecībā pret dipola vai pusviļņa vibratoru), un pastiprinājums attiecībā pret izotropu radiatoru, ko apzīmē ar dBi vai dB ISO. Jebkurā gadījumā ir jāsalīdzina līdzīgas vērtības. Vēlams, lai antena būtu ar lielu pastiprinājumu, taču, lai palielinātu pastiprinājumu, parasti ir jāpalielina tās konstrukcijas un izmēru sarežģītība. Nav vienkāršu maza izmēra antenu ar lielu pastiprinājumu. Antenas starojuma shēma (RP) parāda, kā antena uztver signālus no dažādiem virzieniem. Šajā gadījumā ir jāņem vērā antenas raksts gan horizontālā, gan vertikālā plaknē. Daudzvirzienu antenām jebkurā plaknē ir apļa formas raksts, tas ir, antena var vienādi uztvert signālus no visām pusēm, piemēram, vertikālā stieņa starojuma modeli horizontālā plaknē. Virziena antenu raksturo viena vai vairāku raksta daivu klātbūtne, no kurām lielāko sauc par galveno. Parasti papildus galvenajai daivai ir muguras un sānu daivas, kuru līmenis ir ievērojami zemāks nekā galvenās daivas, kas tomēr pasliktina antenas veiktspēju, tāpēc viņi cenšas pēc iespējas samazināt to līmeni. .

Antenas ieejas pretestība tiek uzskatīta par momentānā sprieguma vērtību attiecību pret signāla strāvu antenas barošanas punktos. Ja signāla spriegums un strāva ir fāzē, tad attiecība ir reāla vērtība un ieejas pretestība ir tīri aktīva. Kad fāzes mainās, papildus aktīvajam komponentam parādās reaktīvs komponents - induktīvs vai kapacitatīvs, atkarībā no tā, vai strāvas fāze atpaliek no sprieguma vai paaugstina to. Ieejas pretestība ir atkarīga no saņemtā signāla frekvences. Papildus uzskaitītajiem galvenajiem raksturlielumiem antenām ir vairāki citi svarīgi parametri, piemēram, koeficients stāvošais vilnis SWR (SWR - Standing Wave Ratio), šķērspolarizācijas līmenis, darba temperatūras diapazons, vēja slodzes utt.

1.2. Antenu klasifikācija

Antenas var klasificēt pēc dažādiem kritērijiem: pēc platjoslas principa, pēc izstarojošo elementu rakstura (antenas ar lineārām strāvām, vai vibratoru antenas, antenas, kas izstaro caur apertūru - apertūras antenas, virsmas gribas antenas); pēc radiotehniskās sistēmas veida, kurā antena tiek izmantota (radio sakaru antenas, radio apraidei, televīzijai utt.). Mēs pieturēsimies pie diapazona klasifikācijas. Lai gan antenas ar vienādiem (tipa) izstarojošiem elementiem ļoti bieži izmanto dažādos viļņu diapazonos, tomēr to dizains ir atšķirīgs; Arī šo antenu parametri un prasības tām būtiski atšķiras.

Tiek aplūkotas sekojošu viļņu diapazonu antenas (diapazonu nosaukumi doti saskaņā ar “Radio noteikumu” ieteikumiem; iekavās norādīti nosaukumi, kas plaši izmantoti literatūrā par antenas padeves ierīcēm): miriometrs (ultra). -garie) viļņi (); kilometru (garie) viļņi (); hektometra (vidējie) viļņi (); dekametra (īsie) viļņi (); metru viļņi (); decimetra viļņi (); centimetru viļņi (); milimetru viļņi (). Pēdējās četras joslas dažreiz tiek apvienotas ar vispārpieņemto nosaukumu “ultra-īsie viļņi” (VHF).

1.2.1. Antenas joslas

IN pēdējie gadi Radiosakaru un apraides tirgū ir parādījies liels skaits jaunu sakaru sistēmu dažādiem mērķiem, ar dažādas īpašības. No lietotāju viedokļa, izvēloties radiosakaru sistēmu vai apraides sistēmu, vispirms uzmanība tiek pievērsta sakaru (apraides) kvalitātei, kā arī šīs sistēmas (lietotāja termināļa) lietošanas ērtumam, ko nosaka izmēri, svars, darbības vienkāršība, saraksts papildu funkcijas. Visus šos parametrus būtiski nosaka antenu ierīču veids un konstrukcija, kā arī aplūkojamās sistēmas antenas padeves ceļa elementi, bez kuriem nav iedomājami radiosakari. Savukārt antenu konstrukcijā un efektivitātē noteicošais faktors ir to darbības frekvenču diapazons.

Saskaņā ar pieņemto frekvenču diapazonu klasifikāciju izšķir vairākas lielas antenu klases (grupas), kas būtiski atšķiras viena no otras: ultragaro viļņu (VLF) un garo viļņu (LW) diapazona antenas; vidēja viļņa (MF) antenas; īsviļņu (HF) antenas; īpaši īsviļņu (VHF) antenas; mikroviļņu antenas.

Populārākās pēdējos gados no personīgo sakaru pakalpojumu sniegšanas viedokļa radio un televīzijas apraide ir HF, VHF un mikroviļņu radio sistēmas, kuru antenas ierīces tiks aplūkotas tālāk. Jāpiebilst, ka, neskatoties uz šķietamo neiespējamību izdomāt ko jaunu antenu biznesā, pēdējos gados, balstoties uz jaunām tehnoloģijām un principiem, ir veikti būtiski klasisko antenu uzlabojumi un izstrādātas jaunas antenas, kas principiāli atšķiras no līdzšinējām. esošās konstrukcijas, izmēros, pamatīpašībās u.c. utt., kas ir izraisījis ievērojamu mūsdienu radiosistēmās izmantoto antenu ierīču veidu skaita pieaugumu.

Jebkurā radiosakaru sistēmā var būt antenas ierīces, kas paredzētas tikai raidīšanai, raidīšanai un saņemšanai vai tikai uztveršanai.

Katram no frekvenču diapazoniem ir arī jānošķir radioierīču antenu sistēmas ar virziena un bezvirziena (visvirziena) darbību, ko savukārt nosaka ierīces mērķis (sakari, apraide utt.) , ierīces atrisinātie uzdevumi (paziņošana, saziņa, apraide utt.). d.). Kopumā, lai palielinātu antenu virzienu (lai sašaurinātu starojuma modeli), var izmantot antenu blokus, kas sastāv no elementāriem radiatoriem (antenām), kas noteiktos to fāzēšanas apstākļos var nodrošināt nepieciešamās izmaiņas starojuma virzienā. antenas stars telpā (nodrošina antenas starojuma modeļa stāvokļa kontroli). Katrā diapazonā var atšķirt arī antenas ierīces, kas darbojas tikai noteiktā frekvencē (vienfrekvences vai šaurjoslas), un antenas, kas darbojas diezgan plašā frekvenču diapazonā (platjoslas vai platjoslas).

1.3. Antenu bloku starojums

Lai iegūtu augstu, praksē bieži nepieciešamo starojuma virzienu, var izmantot vāji virzītu antenu sistēmu, piemēram, vibratorus, spraugas, viļņvadu atvērtos galus un citus, kas noteiktā veidā atrodas telpā un ko ierosina straumes ar nepieciešamo. amplitūdas un fāzes attiecība. Šajā gadījumā kopējo virzienu, īpaši ar lielu emitētāju skaitu, nosaka galvenokārt visas sistēmas kopējie izmēri un daudz mazākā mērā atsevišķu emitētāju individuālās virziena īpašības.

Šādas sistēmas ietver antenu blokus (AR). Parasti AR ir identisku izstarojošu elementu sistēma, kas ir identiski orientēti telpā un atrodas saskaņā ar noteiktu likumu. Atkarībā no elementu atrašanās vietas izšķir lineāros, virsmas un tilpuma režģus, starp kuriem visizplatītākie ir taisni un plakani AR. Dažreiz izstarojošie elementi atrodas pa apļveida loku vai uz izliektām virsmām, kas sakrīt ar objekta formu, uz kuras atrodas AR (konformālais AR).

Vienkāršākais ir lineārs masīvs, kurā izstarojošie elementi atrodas pa taisnu līniju, ko sauc par masīva asi, vienādos attālumos viens no otra (vienāds attālums). Attālums d starp fāzes centri izstarotājus sauc par režģa soli. Lineārais AR papildus tās neatkarīgajai nozīmei bieži ir pamats citu AR veidu analīzei.

2 . Perspektīvu antenu konstrukciju analīze

2.1 HF un VHF antenas

1. attēls - antena bāzes stacijas

HF un VHF joslās pašlaik darbojas liels skaits radio sistēmu dažādiem mērķiem: sakari (radio relejs, mobilais, maģistrāles, satelīts utt.), radio apraide, televīzijas apraide. Pēc konstrukcijas un īpašībām visas šo sistēmu antenu ierīces var iedalīt divās galvenajās grupās - stacionāro ierīču antenas un mobilo ierīču antenas. Stacionārās antenas ietver bāzes sakaru staciju antenas, uztverošās televīzijas antenas, radioreleja sakaru līniju antenas, un mobilās antenas ietver personīgo sakaru lietotāju termināļu antenas, auto antenas, antenas valkājamām (pārnēsājamām) radio stacijām.

Bāzes staciju antenas horizontālā plaknē pārsvarā ir visvirziena, jo nodrošina saziņu galvenokārt ar kustīgiem objektiem. Visplašāk izmantotās vertikālās polarizācijas pātagas antenas ir “Ground Plane” (“GP”) tipa antenas to konstrukcijas vienkāršības un pietiekamas efektivitātes dēļ. Šāda antena ir vertikāls stienis ar garumu L, kas izvēlēts atbilstoši darbības viļņa garumam l, ar trim vai vairākiem pretsvariem, ko parasti uzstāda uz masta (1. attēls).

Tapu L garums ir l/4, l/2 un 5/8l, un pretsvari ir robežās no 0,25l līdz 0,1l. Antenas ieejas pretestība ir atkarīga no leņķa starp pretsvaru un mastu: jo mazāks šis leņķis (jo vairāk pretsvari tiek nospiesti pret mastu), jo lielāka pretestība. Jo īpaši antenai ar L = l/4 ieejas pretestība 50 omi tiek sasniegta 30°...45° leņķī. Šādas antenas starojuma modelis vertikālajā plaknē ir maksimums 30° leņķī pret horizontu. Antenas pastiprinājums ir vienāds ar vertikālā pusviļņa dipola pastiprinājumu. Tomēr šajā konstrukcijā nav savienojuma starp tapu un mastu, kas prasa papildus izmantot īssavienojuma kabeļa kabeļa garumu l/4, lai aizsargātu antenu no pērkona negaisa un statiskās elektrības.

Antenai ar garumu L = l/2 nav nepieciešami pretsvari, kuru lomu pilda masts, un tās raksts vertikālajā plaknē ir vairāk piespiests pie horizonta, kas palielina tās darbības rādiusu. Šajā gadījumā ieejas pretestības pazemināšanai tiek izmantots augstfrekvences transformators, un tapas pamatne ir savienota ar iezemēto mastu caur atbilstošu transformatoru, kas automātiski atrisina zibensaizsardzības un statiskās elektrības problēmu. Antenas pastiprinājums salīdzinājumā ar pusviļņa dipolu ir aptuveni 4 dB.

Visefektīvākā no “GP” antenām liela attāluma sakariem ir antena ar L = 5/8l. Tas ir nedaudz garāks par pusviļņa antenu, un padeves kabelis ir savienots ar atbilstošo induktivitāti, kas atrodas vibratora pamatnē. Pretsvari (vismaz 3) atrodas horizontālā plaknē. Šādas antenas pastiprinājums ir 5-6 dB, maksimālais DP atrodas 15° leņķī pret horizontāli, un pati tapa ir iezemēta uz mastu caur atbilstošu spoli. Šīs antenas ir šaurākas nekā pusviļņu antenas, un tāpēc tām nepieciešama rūpīgāka regulēšana.

2. attēls - pusviļņu vibratora antena

3. attēls - pusviļņa vibratora rombveida antena

Lielākā daļa bāzes antenu ir uzstādītas uz jumtiem, kas var ievērojami ietekmēt to darbību, tāpēc jāņem vērā:

Antenas pamatni vēlams novietot ne zemāk par 3 metriem no jumta plaknes;

Antenas tuvumā nedrīkst atrasties metāla priekšmeti vai konstrukcijas ( televīzijas antenas, vadi utt.);

Antenas vēlams uzstādīt pēc iespējas augstāk;

Antenas darbībai nevajadzētu traucēt citām bāzes stacijām.

Nozīmīgu lomu stabila radiosakaru izveidē spēlē uztvertā (izstarotā) signāla polarizācija; Tā kā tālsatiksmes izplatīšanās laikā virsmas vilnis piedzīvo ievērojami mazāku vājināšanos ar horizontālo polarizāciju, tad tālsatiksmes radio sakariem, kā arī televīzijas pārraidei tiek izmantotas antenas ar horizontālu polarizāciju (vibratori atrodas horizontāli).

Vienkāršākā no virziena antenām ir pusviļņu vibrators. Simetriskam pusviļņa vibratoram tā divu identisku sviru kopējais garums ir aptuveni vienāds ar l/2 (0,95 l/2), starojuma shēmai ir astoņnieka forma horizontālā plaknē un apļa forma vertikālajā plaknē. lidmašīna. Pastiprinājums, kā minēts iepriekš, tiek ņemts par mērvienību.

Ja leņķis starp šādas antenas vibratoriem ir vienāds ar 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.

Savienojot divas V veida antenas tā, ka to raksti tiek summēti, tiek iegūta rombveida antena, kurā virziens ir daudz izteiktāks (3. attēls).

Pieslēdzoties rombiņa augšai, pretī jaudas punktiem, tiek panākts slodzes rezistors Rn, izkliedējot jaudu, kas vienāda ar pusi no raidītāja jaudas, raksta aizmugurējās daivas nomākšana par 15...20 dB. Galvenās daivas virziens horizontālajā plaknē sakrīt ar diagonāli a. Vertikālā plaknē galvenā daiva ir orientēta horizontāli.

Viena no labākajām salīdzinoši vienkāršajām virziena antenām ir “dubultā kvadrātveida” cilpas antena, kuras pastiprinājums ir 8...9 dB, raksta aizmugurējās daivas slāpēšana ne mazāka par 20 dB, polarizācija ir vertikāla.

4. attēls - viļņu kanāla antena

Visizplatītākās, īpaši VHF diapazonā, ir “viļņu kanāla” antenas (ārzemju literatūrā - Uda-Yagi antenas), jo tās ir diezgan kompaktas un nodrošina lielas Ga vērtības ar salīdzinoši maziem izmēriem. Šāda veida antenas ir elementu kopums: aktīvais - vibrators un pasīvais - reflektors un vairāki direktori, kas uzstādīti uz vienas kopīgas izlices (4. attēls). Šādām antenām, īpaši tām, kurām ir liels skaits elementu, ražošanas laikā nepieciešama rūpīga regulēšana. Trīs elementu antenai (vibrators, reflektors un viens režisors) pamata raksturlielumus var sasniegt bez papildu konfigurācijas.

Šāda veida antenu sarežģītība ir saistīta arī ar to, ka antenas ieejas pretestība ir atkarīga no pasīvo elementu skaita un būtiski atkarīga no antenas konfigurācijas, tāpēc literatūrā bieži vien nav norādīta precīza antenas vērtība. šādu antenu ieejas pretestība. Jo īpaši, ja kā vibratoru izmanto Pistolkors cilpas vibratoru, kura ieejas pretestība ir aptuveni 300 omi, palielinoties pasīvo elementu skaitam, antenas ieejas pretestība samazinās un sasniedz vērtības 30-50 Omi, kas noved pie neatbilstības padevējam un prasa papildu saskaņošanu. Palielinoties pasīvo elementu skaitam, antenas raksts sašaurinās un pastiprinājums palielinās, piemēram, trīselementu un piecu elementu antenām pastiprinājumi ir 5...6 dB un 8...9 dB ar modeļa galvenā stara platums attiecīgi 70º un 50º.

Plašākas platjoslas, salīdzinot ar “viļņu kanālu” tipa antenām un kurām nav nepieciešama regulēšana, ir ceļojošā viļņa antenas (AWA), kurās visi vibratori, kas atrodas vienādā attālumā viens no otra, ir aktīvi un savienoti ar savākšanas līniju (5. attēls). Signāla enerģija, ko tie saņem, tiek summēta savākšanas līnijā gandrīz fāzē un nonāk padevējā. Šādu antenu pastiprinājumu nosaka savākšanas līnijas garums, tas ir proporcionāls šī garuma attiecībai pret uztvertā signāla viļņa garumu un ir atkarīgs no vibratoru virziena īpašībām. Jo īpaši ABC ar sešiem dažāda garuma vibratoriem, kas atbilst vajadzīgajam frekvenču diapazonam un atrodas 60° leņķī pret savākšanas līniju, pastiprinājums darbības diapazonā svārstās no 4 dB līdz 9 dB un aizmugurējā starojuma līmenis. ir par 14 dB zemāks.

5. attēls — ceļojošā viļņa antena

6. attēls – antena ar logaritmisko periodiskuma struktūru vai logaritmiskā periodiskā antena

Aplūkoto antenu virziena īpašības atšķiras atkarībā no saņemtā signāla viļņa garuma. Viens no visizplatītākajiem antenu veidiem ar nemainīgu modeļa formu plašā frekvenču diapazonā ir antenas ar logaritmisko struktūras periodiskumu vai log-periodic antenas (LPA). Viņiem ir plašs diapazons: saņemtā signāla maksimālais viļņa garums pārsniedz minimālo vairāk nekā 10 reizes. Tajā pašā laikā tiek nodrošināta laba antenas saskaņošana ar padevēju visā darbības diapazonā, un pastiprinājums paliek praktiski nemainīgs. LPA savācējlīniju parasti veido divi viens virs otra izvietoti vadītāji, kuriem pa vienam horizontāli ir piestiprināti vibratoru sviras (6. attēls, skats no augšas).

LPA vibratori izrādās ierakstīti vienādsānu trīsstūrī ar leņķi virsotnē b un pamatni, kas vienāda ar lielāko vibratoru. Antenas darbības joslas platumu nosaka garāko un īsāko vibratoru izmēri. Logaritmiskai antenas struktūrai ir jāapmierina noteikta attiecība starp blakus esošo vibratoru garumiem, kā arī starp attālumiem no tiem līdz konstrukcijas augšdaļai. Šo attiecību sauc par struktūras periodu f:

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

Tādējādi vibratoru izmērs un attālums līdz tiem no trijstūra virsotnes tiek samazināti eksponenciāli. Antenas raksturlielumus nosaka f un b vērtības. Jo mazāks ir leņķis b un lielāks b (b vienmēr ir mazāks par 1), jo lielāks ir antenas pastiprinājums un zemāks starojuma modeļa aizmugurējās un sānu daivas līmenis. Tomēr tajā pašā laikā palielinās vibratoru skaits, un palielinās antenas izmēri un svars. Leņķa b optimālās vērtības tiek izvēlētas robežās no 3є…60є, bet φ - 0,7…0,9.

Atkarībā no uztvertā signāla viļņa garuma antenas struktūrā tiek ierosināti vairāki vibratori, kuru izmēri ir vistuvāk pusei no signāla viļņa garuma, tāpēc LPA principā ir līdzīgs vairākām kopā savienotām “viļņu kanālu” antenām, katra no kuriem ir vibrators, atstarotājs un režisors . Pie noteikta signāla viļņa garuma tiek uzbudināts tikai viens vibratoru trio, bet pārējie ir tik atskaņoti, ka neietekmē antenas darbību. Tāpēc LPA pastiprinājums izrādās mazāks nekā “viļņu kanāla” antenas pastiprinājums ar tādu pašu elementu skaitu, bet LPA joslas platums izrādās daudz plašāks. Tādējādi LPA, kas sastāv no desmit vibratoriem un vērtībām b = 45є, f = 0,84, aprēķinātais pastiprinājums ir 6 dB, kas praktiski nemainās visā darbības frekvenču diapazonā.

Radioreleja sakaru līnijām ļoti svarīgi ir šaurs starojuma modelis, lai netraucētu citām radioelektroniskajām iekārtām un nodrošinātu kvalitatīvu saziņu. Lai sašaurinātu modeli, tiek plaši izmantoti antenu bloki (AR), kas sašaurina modeli dažādās plaknēs un nodrošina dažādas galvenās daivas platuma vērtības. Ir pilnīgi skaidrs, ka antenu bloka ģeometriskie izmēri un starojuma shēmas raksturlielumi ir būtiski atkarīgi no darbības frekvenču diapazona - jo augstāka frekvence, jo kompaktāks būs bloks un šaurāks starojuma modelis, un līdz ar to , jo lielāks ieguvums. Tādām pašām frekvencēm, palielinoties AR lielumam (elementāro izstarotāju skaitam), modelis sašaurinās.

VHF joslai bieži tiek izmantoti bloki, kas sastāv no vibratoru antenām (cilpas vibratoriem), kuru skaits var sasniegt vairākus desmitus, pastiprinājums palielinās līdz 15 dB un vairāk, un modeļa platumu jebkurā plaknē var sašaurināt līdz 10º. , piemēram, 16 vertikāli izvietotiem cilpas vibratoriem frekvenču diapazonā 395...535 MHz, raksts sašaurinās vertikālajā plaknē līdz 10º.

Galvenais antenu veids, ko izmanto lietotāju termināļos, ir vertikāli polarizētas pātagas antenas, kurām ir apļveida raksts horizontālā plaknē. Šo antenu efektivitāte ir diezgan zema, jo ir zemas pastiprinājuma vērtības, kā arī apkārtējo objektu ietekme uz starojuma modeli, kā arī pareiza zemējuma trūkums un antenu ģeometrisko izmēru ierobežojumi. Pēdējam ir nepieciešama kvalitatīva antenas saskaņošana ar radioierīces ievades shēmām. Tipiskas dizaina saskaņošanas iespējas ir induktivitāte, kas sadalīta visā garumā, un induktivitāte antenas pamatnē. Lai palielinātu radiosakaru diapazonu, tiek izmantotas speciālas pagarinātas vairākus metrus garas antenas, kas panāk būtisku uztveramā signāla līmeņa paaugstināšanos.

Pašlaik ir daudz veidu automašīnu antenas, kas atšķiras pēc izskata, dizaina un cenas. Uz šīm antenām attiecas stingras prasības attiecībā uz mehāniskajiem, elektriskajiem, darbības un estētiskajiem parametriem. Vislabākos rezultātus sakaru diapazona ziņā sasniedz pilna izmēra antena ar garumu l/4, tomēr lielie ģeometriskie izmēri ne vienmēr ir ērti, tādēļ tiek izmantotas dažādas antenu saīsināšanas metodes, būtiski nepasliktinot to īpašības. Nodrošināt šūnu sakari Automašīnās var izmantot mikrosloksnes rezonanses antenas (vienas, divu un trīs joslu), kurām nav nepieciešama ārējo detaļu uzstādīšana, jo tās ir piestiprinātas automašīnas stikla iekšpusē. Šādas antenas nodrošina vertikāli polarizētu signālu uztveršanu un pārraidi frekvenču diapazonā 450...1900 MHz, un ir līdz 2 dB.

2.1.1. Mikroviļņu antenu vispārīgie raksturlielumi

Mikroviļņu diapazonā pēdējos gados ir pieaudzis arī sakaru un apraides sistēmu skaits, gan jau esošo, gan jaunizveidoto. Virszemes sistēmām - tās ir radio releju sakaru sistēmas, radio un televīzijas apraide, šūnu televīzijas sistēmas utt., satelītu sistēmām - tiešā televīzijas apraide, telefons, fakss, peidžeru sakari, video konferences, piekļuve internetam utt. Šiem sakaru un apraides veidiem izmantotie frekvenču diapazoni atbilst šiem mērķiem atvēlētajām frekvenču spektra sadaļām, no kurām galvenās ir: 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. Dažreiz tehniskajā literatūrā mikroviļņu diapazons ietver sistēmas, kas darbojas frekvencēs virs 1 GHz, lai gan šis diapazons stingri sākas no 3 GHz.

Virszemes mikroviļņu sistēmām antenu ierīces ir maza izmēra spoguļa, taures, ragu lēcu antenas, kas uzstādītas uz mastiem un aizsargātas no kaitīgas atmosfēras ietekmes. Virziena antenām, atkarībā no to mērķa, konstrukcijas un frekvenču diapazona, ir plašs raksturlielumu klāsts, proti: pastiprinājumā - no 12 līdz 50 dB, staru kūļa platumā (līmenis - 3 dB) - no 3,5 līdz 120º. Turklāt mobilās televīzijas sistēmās tiek izmantotas bikoniskas daudzvirzienu (horizontālā plaknē) antenas, kas sastāv no diviem metāla konusiem, kuru virsotnes ir vērstas viena pret otru, starp konusiem uzstādīta dielektriskā lēca un ierosmes ierīces. Šādām antenām pastiprinājums ir 7...10 dB, galvenās daivas platums vertikālajā plaknē ir 8...15є, un sānu daivu līmenis nav sliktāks par mīnus 14 dB.

3. Iespējamo antenu fraktāļu struktūru sintezēšanas metožu analīze

3.1 Fraktāļu antenas

Fraktāļu antenas ir salīdzinoši jauna elektriski mazu antenu (EMA) klase, kas pēc savas ģeometrijas būtiski atšķiras no zināmajiem risinājumiem. Faktiski tradicionālā antenu evolūcija balstījās uz Eiklīda ģeometriju, kas darbojās ar veselu skaitļu dimensijas objektiem (līnija, aplis, elipse, paraboloīds utt.). Galvenā atšķirība starp fraktāļu ģeometriskajām formām ir to frakcionētā dimensija, kas ārēji izpaužas sākotnējo deterministisko vai nejaušo rakstu rekursīvā atkārtošanās pieaugošā vai dilstošā mērogā. Fraktāļu tehnoloģijas ir kļuvušas plaši izplatītas signālu filtrēšanas rīku izstrādē, dabas ainavu trīsdimensiju datormodeļu sintēzē un attēlu saspiešanā. Ir gluži dabiski, ka fraktāļu “mode” nav apieta antenu teoriju. Turklāt moderno fraktāļu tehnoloģiju prototips antenu tehnoloģijā bija log-periodiskais un spirālveida dizains, kas tika ierosināts pagājušā gadsimta 60. gadu vidū. Tiesa, stingrā matemātiskā nozīmē šādām struktūrām izstrādes laikā nebija nekādas saistības ar fraktāļu ģeometriju, jo patiesībā tās bija tikai pirmā veida fraktāļi. Pašlaik pētnieki, galvenokārt ar izmēģinājumu un kļūdu palīdzību, mēģina izmantot zināmos fraktāļus ģeometrijā antenu risinājumos. Simulācijas modelēšanas un eksperimentu rezultātā tika noskaidrots, ka fraktāļu antenas ļauj iegūt gandrīz tādu pašu pastiprinājumu kā parastās, bet ar mazākiem izmēriem, kas ir svarīgi mobilajām aplikācijām. Apskatīsim rezultātus, kas iegūti dažādu veidu fraktāļu antenu radīšanas jomā.

Koena publicētie jaunās antenas dizaina raksturlielumu pētījumu rezultāti piesaistīja speciālistu uzmanību. Pateicoties daudzu pētnieku pūlēm, šodien fraktāļu antenu teorija ir kļuvusi par neatkarīgu, diezgan attīstītu aparātu EMA sintēzei un analīzei.

3.2 Īpašībasfraktāļu antenas

SFC var izmantot kā veidnes monopolu un dipola sviru izgatavošanai, veidojot drukāto antenu topoloģiju, frekvenču atlases virsmas (FSS) vai reflektoru apvalkus, cilpas antenu kontūras un ragu apertūras profilus, kā arī spraugas spraugas antenās.

Kuškrafta speciālistu iegūtie eksperimentālie dati par Koha līkni, četrām kvadrātviļņu iterācijām un spirālveida antenu ļauj salīdzināt Koha antenas elektriskās īpašības ar citiem emitētājiem ar periodisku struktūru. Visiem salīdzinātajiem emitētājiem bija daudzfrekvenču īpašības, kas izpaudās periodisku rezonanšu klātbūtnē pretestības grafikos. Tomēr daudzjoslu lietojumiem vispiemērotākais ir Koha fraktālis, kuram, palielinoties biežumam, reaktīvās un aktīvās pretestības maksimālās vērtības samazinās, savukārt meanderam un spirālei tās palielinās.

Kopumā jāatzīmē, ka ir grūti teorētiski iedomāties mijiedarbības mehānismu starp fraktāļu uztverošo antenu un uz tās krītošajiem elektromagnētiskajiem viļņiem, jo ​​trūkst viļņu procesu analītiska apraksta vadītājā ar sarežģītu topoloģiju. Šādā situācijā vēlams fraktāļu antenu galvenos parametrus noteikt ar matemātisko modelēšanu.

Pirmās sev līdzīgās fraktāļu līknes konstruēšanas piemēru 1890. gadā demonstrēja itāļu matemātiķis Džuzepe Peano. Limitā viņa piedāvātā līnija pilnībā aizpilda kvadrātu, apejot visus tā punktus (9. attēls). Pēc tam tika atrasti arī citi līdzīgi objekti, kas savas dzimtas atklājēja vārdā saņēma vispārīgo nosaukumu “Peano curves”. Tiesa, Pīno piedāvātā līknes tīri analītiskā apraksta dēļ SFC līniju klasifikācijā radās neskaidrības. Faktiski nosaukums “Peano līknes” būtu jāpiešķir tikai oriģinālajām līknēm, kuru konstrukcija atbilst Peano publicētajai analītikai (10. attēls).

9. attēls. Peano līknes iterācijas: a) sākotnējā līnija, b) pirmā, c) otrā un d) trešā iterācija

10. attēls — Hilberta 1891. gadā piedāvātās polilīnijas iterācijas

Bieži tiek interpretēta kā rekursīva Peano līkne

Tāpēc, lai precizētu aplūkojamos antenu tehnoloģijas objektus, aprakstot vienu vai otru fraktāļu antenas formu, pēc iespējas jāmin to autoru vārdi, kuri ierosināja atbilstošu SFC modifikāciju. Tas ir vēl jo svarīgāk, jo saskaņā ar aplēsēm zināmo SFC šķirņu skaits tuvojas trīs simtiem, un šis skaitlis nav ierobežojums.

Jāpiebilst, ka Peano līkne (9. attēls) savā sākotnējā formā ir diezgan piemērota viļņvada, apdrukātu un citu apertūras fraktāļu antenu sieniņu iegriešanai, bet nav pieņemama stieples antenas konstruēšanai, jo tai ir pieskaršanās. sadaļas. Tāpēc Fractus speciālisti ierosināja tā modifikāciju ar nosaukumu “Peanodec” (11. attēls).

11. attēls. Peano līknes modifikācijas variants ("Peanodec"): a) pirmā, b) otrā c) trešā iterācija

Daudzsološs antenu pielietojums ar Koha topoloģiju ir MIMO sakaru sistēmas (komunikāciju sistēmas ar daudzām ieejām un izejām). Lai miniaturizētu lietotāju termināļu antenu blokus šādos sakaros, Patras Universitātes (Grieķija) Elektromagnētisma laboratorijas speciālisti ierosināja fraktāļu līdzību ar apgrieztu L-antenu (ILA). Idejas būtība ir Koch vibratora saliekšana par 90° punktā, sadalot to segmentos ar garuma attiecību 2:1. Mobilajiem sakariem ar nesējfrekvenci ~2,4 Hz šādas drukātas antenas izmēri ir 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), joslas platums ~20% un efektivitāte 93%.

12. attēls. Divjoslu (2,45 un 5,25 GHz) antenu bloka piemērs

Azimuta starojuma modelis ir gandrīz vienmērīgs, pastiprinājums padevēja ieejas izteiksmē ir ~ 3,4 dB. Tiesa, kā norādīts rakstā, šādu drukātu elementu darbību kā daļu no režģa (12. attēls) pavada to efektivitātes samazināšanās salīdzinājumā ar vienu elementu. Tādējādi 2,4 GHz frekvencē par 90° saliektā Koha monopola efektivitāte samazinās no 93 līdz 72%, bet 5,2 GHz frekvencē - no 90 līdz 80%. Nedaudz labāka situācija ir ar augstfrekvences joslu antenu savstarpējo ietekmi: 5,25 GHz frekvencē izolācija starp elementiem, kas veido centrālo antenu pāri, ir 10 dB. Attiecībā uz savstarpējo ietekmi dažādu diapazonu blakus esošo elementu pārī, atkarībā no signāla frekvences, izolācija svārstās no 11 dB (pie 2,45 GHz) līdz 15 dB (ar frekvenci 5,25 GHz). Antenas veiktspējas pasliktināšanās iemesls ir drukāto elementu savstarpējā ietekme.

Tādējādi iespēja izvēlēties daudzus dažādus antenas sistēmas parametrus, pamatojoties uz Koha šķelto līniju, ļauj konstrukcijai apmierināt dažādas vērtības prasības. iekšējā pretestība un rezonanses frekvenču sadalījums. Taču, tā kā rekursīvās dimensijas un antenas raksturlielumu savstarpējo atkarību var iegūt tikai noteiktai ģeometrijai, aplūkoto īpašību derīgums citām rekursīvajām konfigurācijām prasa papildu izpēti.

3.3. Fraktāļu antenu raksturojums

13. vai 20. attēlā redzamā Koha fraktāļu antena ir tikai viena no iespējām, ko var realizēt, izmantojot vienādmalu iniciācijas rekursijas trīsstūri, t.i. leņķis un tā pamatnē (ievilkuma leņķis vai “ievilkuma leņķis”) ir 60°. Šo Koha fraktāļu versiju parasti sauc par standarta. Diezgan dabiski rodas jautājums, vai ir iespējams izmantot fraktāļu modifikācijas ar citām šī leņķa vērtībām. Vinoy ierosināja uzskatīt leņķi sākuma trīsstūra pamatnē kā parametru, kas raksturo antenas dizainu. Mainot šo leņķi, var iegūt līdzīgas dažādu izmēru rekursīvas līknes (13. attēls). Līknes saglabā pašlīdzības īpašību, bet iegūtais līnijas garums var būt atšķirīgs, kas ietekmē antenas īpašības. Vinoy bija pirmais, kurš pētīja korelāciju starp antenas īpašībām un vispārinātā Koha fraktāļa D dimensiju, ko vispārīgā gadījumā nosaka atkarība

(1)

Tika parādīts, ka, palielinoties leņķim, palielinās arī fraktāļa izmērs, un pie u>90° tas tuvojas 2. Jāpiebilst, ka fraktāļu antenu teorijā lietotais dimensijas jēdziens ir zināmā pretrunā ar ģeometrijā pieņemtajiem jēdzieniem. , kur šis pasākums ir piemērojams tikai bezgalīgi rekursīviem objektiem.

13. attēls. Koha līknes konstrukcija ar leņķi a) 30° un b) 70° trijstūra pamatnē fraktāļu ģeneratorā

Palielinoties izmēram, lauztās līnijas kopējais garums palielinās nelineāri, ko nosaka attiecība:

(2)

kur L0 ir lineārā dipola garums, kura attālums starp tā galiem ir tāds pats kā Koha lauztajai līnijai, n ir iterācijas skaitlis. Pāreja no u = 60° uz u = 80° sestajā iterācijā ļauj kopējo prefraktāles garumu palielināt vairāk nekā četras reizes. Kā jūs varētu gaidīt, pastāv tieša saistība starp rekursīvo dimensiju un tādām antenas īpašībām kā primārā rezonanses frekvence, iekšējā pretestība rezonansē un vairāku joslu raksturlielumi. Pamatojoties uz datora aprēķiniem, Vinojs ieguva Koha dipola fk pirmās rezonanses frekvences atkarību no prefraktālā D izmēra, iterācijas skaitļa n un taisnvirziena dipola fD rezonanses frekvences, kura augstums ir vienāds ar Koha lauzto līniju ( galējos punktos):

(3)

14. attēls – elektromagnētisko viļņu noplūdes efekts

Vispārīgā gadījumā Koha dipola iekšējai pretestībai pirmajā rezonanses frekvencē ir spēkā šāda aptuvenā attiecība:

(4)

kur R0 ir lineārā dipola iekšējā pretestība (D=1), kas aplūkotajā gadījumā ir vienāda ar 72 omi. Lai noteiktu, var izmantot izteiksmes (3) un (4). ģeometriskie parametri antenas ar nepieciešamajām rezonanses frekvences un iekšējās pretestības vērtībām. Koha dipola daudzjoslu īpašības ir arī ļoti jutīgas pret leņķa u vērtību. Palielinoties, rezonanses frekvenču nominālās vērtības kļūst tuvākas, un līdz ar to palielinās to skaits noteiktā spektra diapazonā (15. attēls). Turklāt, jo lielāks iterācijas skaitlis, jo spēcīgāka ir šī konverģence.

15. attēls. Intervāla sašaurināšanas efekts starp rezonanses frekvencēm

Pensilvānijas Universitātē tika pētīts vēl viens svarīgs Koha dipola aspekts - tā barošanas avota asimetrijas ietekme uz antenas iekšējās pretestības pakāpi tuvojas 50 omi. Lineārajos dipolos padeves punkts bieži atrodas asimetriski. To pašu pieeju var izmantot fraktāļu antenai Koha līknes formā, kuras iekšējā pretestība ir mazāka par standarta vērtībām. Tādējādi trešajā iterācijā standarta Koha dipola iekšējā pretestība (u = 60°), neņemot vērā zudumus, pieslēdzot padevēju centrā, ir 28 omi. Pārvietojot padevēju uz vienu antenas galu, var iegūt 50 omu pretestību.

Visas līdz šim aplūkotās Koha lauztās līnijas konfigurācijas tika sintezētas rekursīvi. Tomēr, saskaņā ar Vina, ja jūs pārkāpjat šo noteikumu, jo īpaši norādot dažādus leņķus un? Ar katru jaunu iterāciju antenas īpašības var mainīt ar lielāku elastību. Lai saglabātu līdzību, ieteicams izvēlēties regulāru leņķa un leņķa maiņas shēmu. Piemēram, mainiet to saskaņā ar lineāro likumu иn = иn-1 - Di·n, kur n ir iterācijas skaitlis, Di? - leņķa pieaugums trijstūra pamatnē. Šī lauztās līnijas konstruēšanas principa variants ir šāda leņķu secība: u1 = 20° pirmajai iterācijai, u2 = 10° otrajai utt. Vibratora konfigurācija šajā gadījumā nebūs stingri rekursīva, tomēr visiem vienā iterācijā sintezētajiem tā segmentiem būs vienāda izmēra un formas. Tāpēc šādas hibrīda lauztās līnijas ģeometrija tiek uztverta kā sev līdzīga. Ar nelielu iterāciju skaitu kopā ar negatīvu pieaugumu Di var izmantot kvadrātiskas vai citas nelineāras izmaiņas leņķī un.

Apsvērtā pieeja ļauj iestatīt antenas rezonanses frekvenču sadalījumu un tās iekšējās pretestības vērtības. Tomēr leņķa vērtību maiņas secības pārkārtošana iterācijās nedod līdzvērtīgu rezultātu. Vienam un tam pašam lauztas līnijas augstumam dažādas identisku leņķu kombinācijas, piemēram, u1 = 20°, u2 = 60° un u1 = 60°, u2 = 20° (16. attēls), dod tādu pašu paplašinātu prefraktāļu garumu. Bet, pretēji gaidītajam, pilnīga parametru sakritība nenodrošina rezonanses frekvenču identitāti un antenu daudzjoslu īpašību identitāti. Iemesls ir lauztās līnijas segmentu iekšējās pretestības izmaiņas, t.i. Galvenā loma ir diriģenta konfigurācijai, nevis tā izmēram.

16. attēls — otrās iterācijas ģeneralizētie Koha prefraktāļi ar negatīvu pieaugumu Dq (a), pozitīvu pieaugumu Dq (b) un trešo iterāciju ar negatīvu pieaugumu Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Fraktāļu antenu piemēri

4.1. Antenas pārskats

Antenas tēmas ir viena no daudzsološākajām un nozīmīgākajām mūsdienu informācijas pārraides teorijā. Tāda vēlme attīstīt šo konkrēto jomu zinātnes attīstība, ir saistīta ar nepārtraukti pieaugošām prasībām informācijas pārraides ātrumam un metodēm mūsdienu tehnoloģiju pasaulē. Katru dienu, sazinoties savā starpā, mēs nododam informāciju mums tādā dabiskā veidā – pa gaisu. Tieši tādā pašā veidā zinātnieki nāca klajā ar ideju iemācīt daudzos datortīklos sazināties.

Rezultāts bija jaunu notikumu parādīšanās šajā jomā, to apstiprināšana datortehnikas tirgū un vēlāk standartu pieņemšana. bezvadu pārraide informāciju. Mūsdienās tādas pārraides tehnoloģijas kā BlueTooth un WiFi jau ir apstiprinātas un vispārpieņemtas. Taču attīstība ar to neapstājas un nevar apstāties, parādās jaunas tirgus prasības un jaunas vēlmes.

Pārraides ātrumi, kas tehnoloģiju izstrādes laikā bija tik apbrīnojami ātri, mūsdienās vairs neatbilst šo izstrādņu lietotāju prasībām un vēlmēm. Ir sākušies vairāki vadošie attīstības centri jauns projekts WiMAX, lai palielinātu ātrumu, pamatojoties uz kanāla paplašināšanu jau esošajā WiFi standartā. Kāda vieta šajā visā ir antenas tēmai?

Pārraides kanāla paplašināšanas problēmu var daļēji atrisināt, ieviešot vēl lielāku kompresiju nekā esošā. Fraktāļu antenu izmantošana šo problēmu atrisinās labāk un efektīvāk. Iemesls tam ir tas, ka fraktāļu antenām un uz tām balstītām frekvences selektīvajām virsmām un apjomiem ir unikālas elektrodinamiskās īpašības, proti: platjosla, joslas platuma atkārtojamība frekvenču diapazons utt.

4.1.1. Cayley koka celtniecība

Cayley koks ir viens no klasiskajiem fraktāļu kopu piemēriem. Tā nulles iterācija ir tikai taisnas līnijas segments ar noteiktu garumu l. Pirmā un katra nākamā nepāra iterācija sastāv no diviem segmentiem, kuru garums ir tieši tāds pats kā iepriekšējā iterācija un kas atrodas perpendikulāri iepriekšējās iterācijas segmentam tā, lai tā gali būtu savienoti ar segmentu vidu.

Otrā un katra nākamā fraktāļa pāra iterācija ir divi segmenti l/2 pusi no iepriekšējās iterācijas garuma, kas, tāpat kā iepriekš, atrodas perpendikulāri iepriekšējai iterācijai.

Cayley koka konstruēšanas rezultāti ir parādīti 17. attēlā. Antenas kopējais augstums ir 15/8l, bet platums ir 7/4l.

17. attēls. Cayley koka uzbūve

Antenas “Cayley Tree” aprēķini un analīze Tika veikti teorētiskie aprēķini fraktāles antenai 6. kārtas Cayley Tree formā. Lai atrisinātu šo praktisko problēmu, tika izmantots diezgan spēcīgs instruments vadošo elementu elektrodinamisko īpašību stingrai aprēķināšanai - programma EDEM. Jaudīgi instrumenti un lietotājam draudzīgs interfeissšīs programmas, padara to par neaizstājamu šāda līmeņa aprēķiniem.

Autori saskārās ar uzdevumu izstrādāt antenu, novērtēt signāla uztveršanas un pārraides rezonanses frekvenču teorētiskās vērtības un parādīt problēmu EDEM programmu valodas saskarnē. Projektētā fraktāļu antena, kuras pamatā ir “Cayley Tree”, ir parādīta 18. attēlā.

Pēc tam uz projektēto fraktāļu antenu tika nosūtīts plaknes elektromagnētiskais vilnis, un programma aprēķināja lauka izplatīšanos pirms un pēc antenas, kā arī aprēķināja fraktāļu antenas elektrodinamiskos raksturlielumus.

Autoru veikto fraktāļu antenas “Cayley Tree” aprēķinu rezultāti ļāva izdarīt šādus secinājumus. Ir parādīts, ka rezonanses frekvenču sērija atkārtojas aptuveni divreiz lielākā frekvencē nekā iepriekšējā. Tika noteikts strāvas sadalījums uz antenas virsmas. Tika pētītas gan elektromagnētiskā lauka kopējās pārraides, gan kopējās atstarošanas zonas.

18. attēls - 6. kārtas Cayley koks

4 .1.2 Multivides antena

Miniaturizācija visā planētā virzās uz priekšu ar lēcieniem un robežām. Datoru parādīšanās pupas graudiņa lielumā ir tepat aiz stūra, bet tikmēr uzņēmums Fractus pievērš mūsu uzmanību antenai, kuras izmēri ir mazāki par rīsa graudu (19. attēls).

19. attēls - fraktāļu antena

Jaunais produkts ar nosaukumu Micro Reach Xtend darbojas ar 2,4 GHz frekvenci un atbalsta bezvadu tehnoloģijas Wi-Fi un Bluetooth, kā arī daži citi mazāk populāri standarti. Ierīce ir balstīta uz patentētām fraktāļu antenu tehnoloģijām, un tās laukums ir tikai 3,7 x 2 mm. Pēc izstrādātāju domām, mazā antena ļaus samazināt multivides produktu izmērus, kuros tā tiks izmantota tuvākajā nākotnē, vai sabāzt vairāk iespēju vienā ierīcē.

Televīzijas stacijas pārraida signālus diapazonā no 50 līdz 900 MHz, kas tiek droši uztverti daudzu kilometru attālumā no raidīšanas antenas. Ir zināms, ka augstākas frekvences vibrācijas iziet cauri ēkām un dažādiem šķēršļiem sliktāk nekā zemas frekvences, kas vienkārši noliecas ap tām. Tāpēc Wi-Fi tehnoloģija, ko izmanto tradicionālajās bezvadu sakaru sistēmās un darbojas ar frekvencēm virs 2,4 GHz, nodrošina signāla uztveršanu tikai ne vairāk kā 100 m attālumā. Šī netaisnība pret progresīvām Wi-Fi tehnoloģijām drīz beigsies, protams, nekaitējot TV patērētājiem . Nākotnē uz Wi-Fi tehnoloģijas bāzes radītās ierīces darbosies frekvencēs starp strādājošiem TV kanāliem, tādējādi palielinot uzticamas uztveršanas diapazonu. Lai netraucētu televīzijas darbību, katra no Wi-Fi sistēmām (raidītājs un uztvērējs) pastāvīgi skenēs tuvumā esošās frekvences, novēršot sadursmes ēterā. Pārejot uz plašāku frekvenču diapazonu, kļūst nepieciešama antena, kas var vienlīdz labi uztvert signālus gan no augstām, gan augstām frekvencēm. zemas frekvences. Parastās pātagas antenas neatbilst šīm prasībām, jo Tie atbilstoši savam garumam selektīvi pieņem noteikta viļņa garuma frekvences. Signālu uztveršanai plašā frekvenču diapazonā piemērota antena ir tā sauktā fraktāļu antena, kurai ir fraktāļa forma – struktūra, kas izskatās vienādi neatkarīgi no tā, ar kādu palielinājumu mēs to skatāmies. Fraktāļu antena darbojas kā struktūra, kas sastāv no daudzām dažāda garuma kontaktu antenām, kas ir savītas kopā.

4.1.3. “Salauzta” antena

Amerikāņu inženieris Neitans Koens pirms aptuveni desmit gadiem nolēma mājās samontēt radioamatieru staciju, taču saskārās ar negaidītām grūtībām. Viņa dzīvoklis atradās Bostonas centrā, un pilsētas varas iestādes stingri aizliedza izvietot antenu ārpus ēkas. Risinājums tika atrasts negaidīti, apgriežot kājām gaisā visu turpmāko radioamatiera dzīvi.

Tā vietā, lai izgatavotu tradicionālas formas antenu, Koens paņēma alumīnija folijas gabalu un izgrieza to matemātiska objekta formā, kas pazīstams kā Koha līkne. Šī līkne, ko 1904. gadā atklāja vācu matemātiķe Helga fon Koha, ir fraktālis, lauzta līnija, kas izskatās kā bezgalīgi dilstošu trijstūri, kas izaug viens no otra kā daudzpakāpju ķīniešu pagodas jumts. Tāpat kā visi fraktāļi, šī līkne ir “pašlīdzīga”, tas ir, uz jebkura mazākā segmenta tai ir vienāds izskats, kas atkārtojas. Šādas līknes tiek veidotas, bezgalīgi atkārtojot vienkāršu darbību. Līnija ir sadalīta vienādos segmentos, un uz katra segmenta tiek izveidots līkums trijstūra (fon Koha metode) vai kvadrāta (Hermaņa Minkovska metode) formā. Pēc tam no visām iegūtā figūras pusēm pēc kārtas ir saliekti līdzīgi kvadrāti vai trīsstūri, bet jau mazāks izmērs. Turpinot konstrukciju ad infinitum, var iegūt līkni, kas katrā punktā ir “salauzta” (20. attēls).

20. attēls. Koha un Minkovska līknes uzbūve

Koha līknes uzbūve - viens no pirmajiem fraktāļu objektiem. Uz bezgalīgas taisnes izšķir segmentus ar garumu l. Katrs segments ir sadalīts trīs vienādās daļās, un uz vidus ir izveidots vienādmalu trīsstūris ar malu l/3. Tad process atkārtojas: uz nogriežņiem l/3 būvē trijstūrus ar malām l/9, uz tiem būvē trijstūrus ar malām l/27 utt. Šai līknei ir pašlīdzība jeb mēroga invariance: katrs tās elements samazinātā formā atkārto pašu līkni.

Minkovska fraktālis ir konstruēts līdzīgi Koha līknei, un tam ir tādas pašas īpašības. To veidojot, trijstūru sistēmas vietā līkloči tiek būvēti uz taisnas līnijas - bezgalīgi dilstoša izmēra “taisnstūrveida viļņi”.

Konstruējot Koha līkni, Koens aprobežojās tikai ar diviem vai trim soļiem. Pēc tam viņš pielīmēja figūru uz neliela papīra, pievienoja to uztvērējam un pārsteigts atklāja, ka tā darbojas ne sliktāk kā parastās antenas. Kā izrādījās vēlāk, viņa izgudrojums kļuva par fundamentāli jauna veida antenu dibinātāju, kas tagad tiek ražots masveidā.

Šīs antenas ir ļoti kompaktas: korpusā iebūvētajai fraktāļu antenai mobilajam telefonam ir parasta slaida izmērs (24 x 36 mm). Turklāt tie darbojas plašā frekvenču diapazonā. Tas viss tika atklāts eksperimentāli; Fraktāļu antenu teorija vēl nepastāv.

Fraktāļu antenas parametri, kas izveidoti, veicot virkni secīgu darbību, izmantojot Minkovska algoritmu, mainās ļoti interesantā veidā. Ja taisna antena ir saliekta “kvadrātveida viļņa” - meandera formā, tās pastiprinājums palielināsies. Visi turpmākie antenas pastiprinājuma līkumi nemainās, bet tās uztverto frekvenču diapazons paplašinās, un pati antena kļūst daudz kompaktāka. Tiesa, tikai pirmie pieci vai seši soļi ir efektīvi: lai vēl vairāk saliektu vadītāju, jums būs jāsamazina tā diametrs, un tas palielinās antenas pretestību un novedīs pie pastiprinājuma zuduma.

Kamēr daži mīņā savas smadzenes par teorētiskām problēmām, citi aktīvi ievieš izgudrojumu praksē. Kā teica Neitans Koens, tagad Bostonas Universitātes profesors un Fractal Antenna Systems galvenais tehniskais inspektors, "pēc dažiem gadiem fraktāļu antenas kļūs par šūnu un radiotelefonu un daudzu citu bezvadu sakaru ierīču neatņemamu sastāvdaļu."

antenu masīva fraktālis

4.2. Fraktāļu antenu pielietošana

Starp daudzajiem antenu dizainiem, ko mūsdienās izmanto sakaros, raksta nosaukumā minētais antenas veids ir salīdzinoši jauns un būtiski atšķiras no zināmajiem risinājumiem. Pirmās publikācijas, kurās pētīta fraktāļu struktūru elektrodinamika, parādījās 20. gadsimta 80. gados. Tas ir sākums praktiska izmantošana Fraktāļu virzienu antenu tehnoloģijā pirms vairāk nekā 10 gadiem aizsāka amerikāņu inženieris Neitans Koens, tagad Boaon universitātes profesors un uzņēmuma Fractal Antenna Systems galvenais tehniskais inspektors. Dzīvojot Bostonas centrā, lai apietu pilsētas valdības aizliegumu uzstādīt āra antenas, viņš nolēma nomaskēt radioamatieru stacijas antenu kā dekoratīvu figūru no alumīnija folijas. Par pamatu viņš ņēma ģeometrijā zināmo Koha līkni (20. attēls), kuras aprakstu 1904. gadā ierosināja zviedru matemātiķis Nīls Fabians Helge fon Kohs (1870-1924).

Līdzīgi dokumenti

Raidošo antenu un to starojuma modeļu jēdziens un darbības princips. Fraktāļu antenu izmēru un rezonanses frekvenču aprēķins. Drukātas mikrosloksnes antenas dizains, pamatojoties uz Koha fraktāli un 10 vadu tipa antenu prototipiem.

diplomdarbs, pievienots 02.02.2015


Fraktāļu antenu izstrāde. Fraktāļu antenas uzbūves metodes un darbības principi. Peano līknes uzbūve. Fraktāla taisnstūra šķeltas antenas veidošanās. Divjoslu antenu bloks. Fraktāļu frekvences selektīvas virsmas.

diplomdarbs, pievienots 26.06.2015


Strukturālā shēma aktīvā fāzētā bloka antenas uztveršanas modulis. Uzbudinājuma relatīvā samazinājuma aprēķins antenas malā. Uztvērēja fāzētu bloku antenu enerģijas potenciāls. Siju izlīdzināšanas precizitāte. Izstarotāja izvēle un aprēķins.

kursa darbs, pievienots 08.11.2014


Ievads Antenna-Service LLC darbībā: virszemes un satelīta antenu sistēmu uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā, telekomunikāciju tīklu projektēšana. vispārīgās īpašības satelītantenu pamatīpašības un pielietojuma jomas.

diplomdarbs, pievienots 18.05.2014


Šūnu sakaru sistēmu antenu veidi un klasifikācija. Specifikācijas antenas KP9-900. Galvenais antenas efektivitātes zudums ir ierīces darbības stāvoklī. Antenu aprēķināšanas metodes priekš šūnu sistēmas komunikācijas. MMANA antenas modelētāja raksturojums.

kursa darbs, pievienots 17.10.2014


Mikroviļņu ierīču veidi antenu bloku sadales shēmās. Mikroviļņu ierīču projektēšana, pamatojoties uz sadalīšanas metodi. Darbs ar programmu "Model-S" vairāku elementu mikroviļņu ierīču sintēzes automatizētiem un parametriskiem veidiem.

tests, pievienots 15.10.2011


Antenas teorijas galvenie uzdevumi un šīs ierīces īpašības. Maksvela vienādojumi. Elektriskais dipola lauks neierobežotā telpā. Specifiskas īpatnības vibratoru un diafragmas antenas. Režģu amplitūdas regulēšanas metodes.

pamācība, pievienota 27.04.2013


Lineārs bloks ar cilindrisku spirālveida antenu kā radiatoru. Antenu bloku izmantošana, lai nodrošinātu kvalitatīvu antenas darbību. Vertikāli skenējošas antenas bloka dizains. Viena emitētāja aprēķins.

kursa darbs, pievienots 28.11.2010


Radīšanas metodes efektīvas antenas. Lineārais antenu bloks. Optimāla ceļojošā viļņa antena. Virziena koeficients. Plakanie antenu bloki. Izstarojošā elementa ieejas pretestība. Nevienlīdzīgu režģu īpašības un pielietojums.

kursa darbs, pievienots 14.08.2015


Antenu izmantošana gan starojumam, gan elektromagnētisko viļņu uztveršanai. Ir daudz dažādu antenu. Stieņu dielektrisko antenu lineāra masīva projektēšana, kas ir samontēta no stieņu dielektriskajām antenām.