Verden er ikke uten gode mennesker :-)
Valery UR3CAH: "God ettermiddag, Egor. Jeg tror denne artikkelen (nemlig delen "Fraktale antenner: mindre er mer") tilsvarer temaet på nettstedet ditt og vil være av interesse for deg:) 73!"
Ja, selvfølgelig er det interessant. Vi har allerede berørt dette emnet til en viss grad når vi diskuterte geometrien til hexabims. Der var det også et dilemma med å "pakke" den elektriske lengden inn i geometriske dimensjoner :-). Så tusen takk, Valery, for at du sendte materialet.
Fraktale antenner: mindre er mer
I løpet av det siste halve århundret har livet raskt begynt å endre seg. De fleste av oss tar fremskritt med moderne teknologi for gitt. Du blir vant til alt som gjør livet mer behagelig veldig raskt. Sjelden stiller noen spørsmålene "Hvor kom dette fra?" og "Hvordan fungerer det?" En mikrobølgeovn varmer opp frokosten - flott, en smarttelefon gir deg muligheten til å snakke med en annen person - flott. Dette virker som en åpenbar mulighet for oss.
Men livet kunne vært helt annerledes hvis en person ikke hadde søkt en forklaring på at hendelsene fant sted. Ta mobiltelefoner, for eksempel. Husker du de uttrekkbare antennene på de første modellene? De forstyrret, økte størrelsen på enheten, og til slutt gikk de ofte i stykker. Vi tror de har sunket ned i glemselen for alltid, og en del av grunnen til dette er... fraktaler.
Fraktale mønstre fascinerer med mønstrene deres. De ligner definitivt bilder av kosmiske objekter - tåker, galaksehoper og så videre. Det er derfor ganske naturlig at når Mandelbrot ga uttrykk for sin teori om fraktaler, vakte forskningen hans økt interesse blant de som studerte astronomi. En av disse amatørene ved navn Nathan Cohen, etter å ha deltatt på et foredrag av Benoit Mandelbrot i Budapest, fikk ideen praktisk anvendelse tilegnet kunnskap. Riktignok gjorde han dette intuitivt, og tilfeldighetene spilte en viktig rolle i oppdagelsen hans. Som radioamatør forsøkte Nathan å lage en antenne med høyest mulig følsomhet.
Den eneste måtenå forbedre parametrene til antennen, som var kjent på den tiden, besto av å øke dens geometriske dimensjoner. Eieren av hjemmet i Boston sentrum som Nathan leide var imidlertid kategorisk mot installasjonen store enheter på taket. Så begynte Nathan å eksperimentere med forskjellige antenneformer, og prøvde å få maksimalt resultat med minimumsstørrelser. Inspirert av ideen om fraktale former, laget Cohen, som de sier, tilfeldig en av de mest kjente fraktalene fra tråd - "Koch-snøfnugget". Den svenske matematikeren Helge von Koch kom opp med denne kurven i 1904. Det oppnås ved å dele et segment i tre deler og erstatte det midtre segmentet med en likesidet trekant uten at en side faller sammen med dette segmentet. Definisjonen er litt vanskelig å forstå, men i figuren er alt klart og enkelt.
Det finnes også andre variasjoner av Koch-kurven, men den omtrentlige formen på kurven forblir lik.

Da Nathan koblet antennen til radiomottakeren ble han veldig overrasket – følsomheten økte dramatisk. Etter en rekke eksperimenter innså den fremtidige professoren ved Boston University at en antenne laget etter et fraktalt mønster har høy effektivitet og dekker et mye bredere frekvensområde sammenlignet med klassiske løsninger. I tillegg gjør formen på antennen i form av en fraktalkurve det mulig å redusere de geometriske dimensjonene betydelig. Nathan Cohen kom til og med opp med et teorem som beviser at for å lage en bredbåndsantenne, er det nok å gi den formen av en selv-lignende fraktalkurve.

Forfatteren patenterte oppdagelsen sin og grunnla et selskap for utvikling og design av fraktale antenner, Fractal Antenna Systems, og trodde med rette at mobiltelefoner i fremtiden, takket være oppdagelsen hans, vil kunne kvitte seg med store antenner og bli mer kompakte. I prinsippet var det dette som skjedde. Riktignok er Nathan til i dag engasjert i en juridisk kamp med store selskaper som ulovlig bruker oppdagelsen hans til å produsere kompakte kommunikasjonsenheter. Noen kjente produsenter mobile enheter, som Motorola, har allerede oppnådd en fredsavtale med oppfinneren av fraktalantennen. Originalkilde

Som vi diskuterte i tidligere artikler, ble det funnet at effektiviteten til fraktale antenner er omtrent 20 % større enn konvensjonelle antenner.Dette kan være svært nyttig å bruke. Spesielt hvis du vil at din egen TV-antenne skal akseptere et digitalt signal eller video høy oppløsning, for å øke rekkevidden mobil, Wi-Fibånd, FM- eller AM-radio og så videre.

De fleste mobiltelefoner har allerede innebygde fraktale antenner. Hvis du har lagt merke til de siste årene, har ikke mobiltelefoner lenger antenner på utsiden. Dette er fordi de har interne fraktalantenner etset inn i kretskortet, som lar dem få bedre mottak og akseptere flere frekvenser, som Bluetooth, mobilsignal og Wi-Fi alt fra én antenne samtidig!

Informasjon fra Wikipedia: "En fraktalantenne skiller seg markant fra en tradisjonelt utformet antenne ved at den kan fungere med god ytelse ved en lang rekke frekvenser samtidig. Vanligvis må standardantenner "kuttes" med den frekvensen de skal brukes til og dermed "Så en standardantenne fungerer bare bra på denne frekvensen. Dette gjør fraktalantenner til en utmerket løsning for bredbånds- og multibåndsapplikasjoner."

Trikset er å lage din egen fraktalantenne som vil resonere med den frekvensen du ønsker. Dette betyr at det vil se annerledes ut og kan beregnes annerledes avhengig av hva du ønsker å oppnå. Litt matematikk og det vil bli klart hvordan du gjør dette. (Du kan begrense deg til en online kalkulator)

I vårt eksempel skal vi lage en enkel antenne, men du kan lage mer komplekse antenner. Jo mer kompleks jo bedre. Vi bruker en spole med 18 gauge solid ledning som trengs for å bygge antennen som et eksempel, men du kan gå lenger ved å bruke dine egne etsebrett for å lage en mindre eller mer kompleks antenne med større oppløsning og resonans.

(tab=TV-antenne)

I denne opplæringen vil vi prøve å lage en TV-antenne for digitalt signal eller signal høy oppløsning sendes over en radiokanal. Disse frekvensene er lettere å jobbe med, bølgelengder på disse frekvensene varierer fra en halv fot til flere meter i lengde for halve bølgelengden til signalet. For UHF (desimeterbølge) kretser kan du legge til en regissør (regissør) eller reflektor (reflektor) som vil gjøre antennen mer retningsavhengig. VHF (ultra kortbølge) antenner er også retningsbestemte, men i stedet for å peke direkte på TV-stasjonen, må "ørene" til VHF-dipolantenner være vinkelrett på bølgelengden til TV-stasjonen som sender signalet.

Finn først frekvensene du vil motta eller kringkaste. For TV, her er en lenke til frekvensdiagrammet: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Og for å beregne antennestørrelsen bruker vi en online kalkulator: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Her er en god PDF om design og teori:nedlasting

Hvordan finne bølgelengden til et signal: bølgelengde i fot = (lyshastighetsforhold i fot) / (frekvens i hertz)

1) Lyshastighetskoeffisient i fot = +983571056.43045

2) Lyshastighetskoeffisient i meter = 299792458

3) Lyshastighetskoeffisient i tommer = 11802852700

Hvor skal du begynne: (VHF/UHF dipolarray med reflektor som fungerer godt for DB2s brede frekvensområde):

(350 MHz er en fjerdedel av en 8-tommers bølge - en 16-tommers halvbølge, som faller i det ultrahøye frekvensområdet - mellom kanal 13 og 14, og som er senterfrekvensen mellom VHF-UHF-området for bedre resonans). Disse kravene kan endres for å fungere bedre i ditt område, ettersom distribusjonskanalen din kan være lavere eller høyere i gruppen.

Basert på materiale fra lenkene nedenfor ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ og http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , bare fraktaldesign lar deg være mer kompakt og fleksibel, og vi vil bruke DB2-modellen, som har høy forsterkning og allerede er ganske kompakt og populær for innendørs og utendørs installasjon.

Grunnleggende kostnader (kostet ca. $15):

1. Monteringsflate som plasthus (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 skruer. Jeg brukte selvgjengende skruer til stål og metallplater.
3. Matchende transformator 300 Ohm til 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Noen 18 gauge solid wire. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksial RG-6 med terminatorer - begrensere (og en gummikappe hvis installert utenfor).
6. Aluminium ved bruk av reflektor.
7. En sharpie eller tilsvarende, gjerne med en fin spiss.
8. To små tang - nåler.
9. Guiden er minst 8 tommer.
10. Gradskive for måling av vinkler.
11. En drill og en bit som er mindre i diameter enn skruene dine.
12. Små nipper.
13. Skrutrekker eller skrutrekker.

MERK: HDTV/DTV-redigering i PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Steg en:

Sett sammen huset med reflektoren under plastdekselet:

Trinn to:

Bor små gjengede hull på motsatt side av reflektoren i følgende posisjoner og plasser en ledende skrue.

Trinn tre:

Klipp fire 8" stykker solid kjernetråd og eksponer den.

Trinn fire:

Bruk en markør, merk hver tomme på ledningen. (Dette er stedene hvor vi skal lage svinger)

Trinn fem:

Du må gjenta dette trinnet for hver ledning. Hver bøyning på ledningen vil være lik 60 grader, og dermed skape en fraktal. Ligner en likesidet trekant. Jeg brukte to tang og en gradskive. Hver bøy vil være på 1" hakk. Pass på at du visualiserer retningen til hver sving før du gjør dette! Bruk diagrammet nedenfor for hjelp.

Trinn seks:

Klipp ytterligere 2 stykker tråd på minst 6 cm lengde og eksponer dem. Bøy disse ledningene rundt de øvre og nedre skruene, og fest dem til midten av skruen. Dermed kommer alle tre i kontakt. Bruk trådkuttere for å kutte av uønskede deler av tråden.

Trinn sju:

Plasser og skru alle fraktalene dine med hjørner

Trinn åtte:

Fest den matchende transformatoren gjennom de to skruene i midten og stram dem ned.

Klar! Nå kan du teste designet ditt!

Som du kan se på bildet nedenfor, hver gang du deler opp hver seksjon og lager en ny trekant med samme lengde tråd, kan den passe inn i et mindre rom og ta opp plass i en annen retning.

Oversettelse: Dmitry Shakhov

Nedenfor kan du se en video om hvordan du lager fraktalantenner:

(tab=Wi-Fi-antenne)

Jeg hadde tidligere hørt om fraktalantenner og etter en stund ville jeg prøve å lage min egen fraktalantenne for å prøve ut dette konseptet, for å si det sånn. Noen av fordelene med fraktale antenner beskrevet i forskningsartikler om fraktale antenner er deres evne til effektivt å motta flerbånds RF-signaler mens de er relativt små i størrelse. Jeg bestemte meg for å lage en prototype av en fraktalantenne basert på Sierpinski-teppet.

Jeg designet fraktalantennen min for å ha en kontakt som er kompatibel med min ruter Linksys WRT54GS 802.11g. Antennen har en lavprofil forsterkningsdesign og i fortesting i en avstand på 1/2 km fra et WiFi Link-bruddpunkt med flere trær i veien, viste den ganske gode resultater og signalstabilitet.

Du kan laste ned PDF-versjon antennemal basert på Sierpinski-teppet som jeg brukte, samt annen dokumentasjon på disse lenkene:

Å lage en prototype

Dette er et bilde med en ferdig prototype av en fraktalantenne:

Jeg festet Linksys WRT54GS RP-TNC - kontakten til fraktalantennen for testing

Da jeg designet min første fraktalantenneprototype, var jeg bekymret for at etseprosessen på PCB-en kunne isolere trekantene fra hverandre, så jeg utvidet forbindelsene mellom dem litt. Merk: Siden den endelige tonerovergangen ble avsluttet mer nøyaktig enn jeg forventet, vil neste versjon av fraktalantenneprototypen bli gjengitt med fine kontaktpunkter mellom hver av fraktale iterasjonene i Sierpinski-trekanten. Det er viktig å sikre at elementene i Sierpinski-teppet (trekanter) er i kontakt med hverandre, og tilkoblingspunktene skal være så tynne som mulig:

Antennedesignet ble trykket på laserskriver Pulsar Pro FX. Denne prosessen tillot meg å kopiere antennedesignet på kobberkledd PCB-materiale:

Den lasertrykte antennestrukturen overføres deretter til PCB-kobberarket ved en termisk prosess ved bruk av en modifisert laminator:

Dette er kobber-PCB-materialet etter det første trinnet i toneroverføringsprosessen:

Det neste nødvendige trinnet var å bruke Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" laminator på PCB. Grønn folie brukes til å fylle tonerhull eller ujevnt fortykkede belegg i toneroverføringen:

Dette er et renset brett med antennedesign. Tavlen er klar for etsning:

Her maskerte jeg baksiden av PCB-en ved hjelp av elektrisk tape:

Jeg brukte den direkte jernklorid-etsemetoden for å etse brettet på 10 minutter. Den direkte etsemetoden utføres ved hjelp av en svamp: det er nødvendig å sakte tørke hele brettet med jernklorid. På grunn av helsefarene ved bruk av jernklorid, brukte jeg vernebriller og hansker:

Dette er tavlen etter etsning:

jeg tørket kretskort vattpinne dyppet i aceton for å fjerne toneroverføringsbelegg. Jeg brukte hansker ved rengjøring fordi acetonet vil bli absorbert gjennom typiske lateks-engangshansker:

Jeg boret hullet for antennekontakten ved hjelp av en bor og en bor:

For min første prototype brukte jeg RP-TNC-kontakten fra standard Linksys-ruterantennene:

Nærbilde av Linksys - RP-TNC-kompatibel antennekontakt:

Jeg påførte litt vann på PCB-en ved loddeområdet rett før lodding:

Det neste trinnet er å lodde ledningen fra RP-TNC-kontakten til bunnen av Sierpinski-antennen på kretskortet:

Lodd den andre ledningen til antennekontakten til planet til PCB-kortet:

Antennen er klar til bruk!

Det første jeg vil skrive om er en liten introduksjon til historien, teorien og bruken av fraktale antenner. Fraktale antenner ble nylig oppdaget. De ble først oppfunnet av Nathan Cohen i 1988, deretter publiserte han sin forskning om hvordan man lager en TV-antenne av ledning og patenterte den i 1995.

Fraktalantennen har flere unike egenskaper, som skrevet på Wikipedia:

"En fraktalantenne er en antenne som bruker en fraktal, selvrepeterende design for å maksimere lengden eller øke omkretsen (på indre områder eller ekstern struktur) til et materiale som kan motta eller overføre elektromagnetiske signaler innenfor et gitt totalt overflateareal eller volum ."

Hva betyr dette egentlig? Vel, du må vite hva en fraktal er. Også fra Wikipedia:

"En fraktal er vanligvis en grov eller fragmentert geometrisk form som kan deles inn i deler, hver del er en mindre kopi av helheten - en egenskap som kalles selvlikhet."

Dermed er en fraktal en geometrisk form som gjentar seg om og om igjen, uavhengig av størrelsen på de enkelte delene.

Fraktale antenner har vist seg å være omtrent 20 % mer effektive enn konvensjonelle antenner. Dette kan være nyttig, spesielt hvis du vil at TV-antennen skal motta digital eller HD-video, øke mobilrekkevidde, Wi-Fi-rekkevidde, FM- eller AM-radiomottak osv.

De fleste mobiltelefoner har allerede fraktalantenner. Du har kanskje lagt merke til dette fordi mobiltelefoner ikke lenger har antenner på utsiden. Dette er fordi de har fraktale antenner inni seg etset inn i kretskortet, slik at de kan motta bedre signal og plukke opp flere frekvenser som Bluetooth, Cellular og Wi-Fi fra en enkelt antenne.

Wikipedia:

«Den fraktale antennens respons er merkbart forskjellig fra tradisjonelle antennedesign ved at den er i stand til å operere med god ytelse ved forskjellige frekvenser samtidig. Frekvensen til standardantenner må kuttes for å kunne motta kun den frekvensen. Derfor er en fraktalantenne, i motsetning til en konvensjonell antenne, en utmerket design for bredbånds- og multibåndsapplikasjoner."

Trikset er å designe fraktalantennen slik at den gir resonans ved den spesifikke senterfrekvensen du ønsker. Det betyr at antennen vil se forskjellig ut avhengig av hva du ønsker å oppnå. For å gjøre dette må du bruke matematikk (eller en online kalkulator).

I mitt eksempel skal jeg gjøre enkel antenne, men du kan gjøre det mer komplekst. Jo mer kompleks jo bedre. Jeg skal bruke en spole av 18-tråds solid kjernetråd for å lage antennen, men du kan tilpasse dine egne kretskort for å passe estetikken din, gjøre den mindre eller mer kompleks med større oppløsning og resonans.

Jeg skal lage en TV-antenne for å motta digital-TV eller HD-TV. Disse frekvensene er lettere å jobbe med og varierer i lengde fra ca. 15 cm til 150 cm for halv bølgelengde. For enkelhets skyld og lav pris på deler, skal jeg plassere den på en vanlig dipolantenne, den vil fange bølger i området 136-174 MHz (VHF).

For å motta UHF-bølger (400-512 MHz), kan du legge til en regissør eller reflektor, men dette vil gjøre mottaket mer avhengig av retningen på antennen. VHF er også retningsbestemt, men i stedet for å peke direkte på TV-stasjonen i en UHF-installasjon, må du montere VHF-ørene vinkelrett på TV-stasjonen. Dette vil kreve litt mer innsats. Jeg vil gjøre designet så enkelt som mulig, fordi dette allerede er en ganske kompleks ting.

Hovedkomponenter:

• Monteringsflate, for eksempel et plasthus (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 skruer. Jeg brukte stålplateskruer
• Transformator med motstand fra 300 Ohm til 75 Ohm.
• 18 AWG (0,8 mm) monteringswire
• RG-6 koaksialkabel med terminatorer (og med en gummikappe hvis installasjonen skal foregå utendørs)
• Aluminium ved bruk av reflektor. Det var en i vedlegget over.
• Fin markør
• To små tang
• Linjalen er ikke kortere enn 20 cm.
• Transportbånd for vinkelmåling
• To bor, en litt mindre i diameter enn skruene dine
• Liten trådkutter
• Skrutrekker eller skrutrekker

Merk: Nedre del Aluminiumtrådantennen er plassert til høyre i bildet der transformatoren stikker ut.

Trinn 1: Legge til en reflektor

Monter huset med reflektoren under plastdekselet

Trinn 2: Bore hull og installere monteringspunkter

Bor små utløpshull på motsatt side av reflektoren i disse posisjonene og plasser en ledende skrue.

Trinn 3: Mål, klipp og stripp ledninger

Klipp fire stykker 20 cm ståltråd og legg dem på kroppen.

Trinn 4: Måling og merking av ledninger

Bruk en markør og merk hver 2,5 cm på ledningen (det vil være bøyninger på disse punktene)

Trinn 5: Lage fraktaler

Dette trinnet må gjentas for hvert stykke ledning. Hver bøyning skal være nøyaktig 60 grader, siden vi skal lage likesidede trekanter for fraktalen. Jeg brukte to tang og en gradskive. Hver bøy er laget på et merke. Før du lager folder, visualiser retningen til hver av dem. Bruk vedlagte diagram for dette.

Trinn 6: Lage dipoler

Klipp ytterligere to stykker ledning som er minst 6 tommer lange. Vikle disse ledningene rundt de øvre og nedre skruene langs langsiden, og vikle dem deretter rundt senterskruene. Klipp deretter av overflødig lengde.

Trinn 7: Installasjon av dipoler og installasjon av transformator

Fest hver av fraktalene til hjørneskruene.

Fest en transformator med passende impedans til de to midtskruene og stram dem.

Montering fullført! Sjekk det ut og nyt!

Trinn 8: Flere iterasjoner/eksperimenter

Jeg laget noen nye elementer ved å bruke en papirmal fra GIMP. Jeg brukte en liten solid telefonledning. Den var liten, sterk og bøyelig nok til å bøye seg inn i de komplekse formene som kreves for senterfrekvensen (554 MHz). Dette er gjennomsnittet av det digitale UHF-signalet for kanalene terrestrisk fjernsyn i mitt område.

Bilde vedlagt. Det kan være vanskelig å se kobbertrådene i lite lys mot papp og tape på toppen, men du skjønner.

I denne størrelsen er elementene ganske skjøre, så de må håndteres forsiktig.

Jeg har også lagt til malen png-format. For å skrive ut størrelsen du ønsker, må du åpne den i et bilderedigeringsprogram som GIMP. Malen er ikke perfekt fordi jeg laget den for hånd ved hjelp av en mus, men den er komfortabel nok for menneskehender.

For de som ikke vet hva det er og hvor det brukes, kan jeg si at se videofilmer om fraktaler. Og slike antenner brukes overalt i dag, for eksempel i alle mobiltelefoner.

Så på slutten av 2013 kom min svigerfar og svigermor på besøk til oss, og så ba svigermoren, på tampen av nyttårsferien, oss om en antenne til henne liten TV. Svigerfaren min ser på TV gjennom en parabol og gjør vanligvis noe av seg selv, men min svigermor ønsket å se nyttårsprogrammer stille uten å plage min svigerfar.

Ok, vi ga henne sløyfeantennen vår (330x330 mm kvadrat), som min kone noen ganger så på TV gjennom.

Og så nærmet tiden seg for åpningen av vinter-OL i Sotsji og min kone sa: Lag en antenne.

Det er ikke noe problem for meg å lage en annen antenne, så lenge den har en hensikt og mening. Han lovet å gjøre det. Og nå er tiden kommet... men jeg tenkte at det på en eller annen måte var kjedelig å skulpturere enda en sløyfeantenne, tross alt er det 21. århundre i hagen, og da husket jeg at de mest progressive i konstruksjonen av antenner er EH-antenner , HZ-antenner og fraktal-antenner. Etter å ha funnet ut hva som var best egnet for virksomheten min, slo jeg meg til ro med en fraktalantenne. Heldigvis har jeg sett alle slags filmer om fraktaler og hentet alle slags bilder fra Internett for lenge siden. Så jeg ønsket å oversette ideen til materiell virkelighet.

Bilder er én ting, en spesifikk implementering av en bestemt enhet er en annen. Jeg brydde meg ikke lenge og bestemte meg for å bygge en antenne basert på en rektangulær fraktal.

Jeg tok ut kobbertråd med en diameter på ca 1 mm, tok en tang og begynte å lage ting... det første prosjektet var fullskala med mange fraktaler. Av vane gjorde jeg det lenge, på kalde vinterkvelder gjorde jeg det til slutt, limte hele fraktaloverflaten til fiberplaten med flytende polyetylen, loddet kabelen direkte, omtrent 1 m lang, begynte å prøve.. Oops! Og denne antennen mottok TV-kanaler mye tydeligere enn en rammeantenne... Jeg var fornøyd med dette resultatet, noe som betyr at det ikke var forgjeves at jeg slet og gned hard hud mens jeg bøyde ledningen til en fraktal form.

Det gikk omtrent en uke og jeg fikk ideen om at størrelsen på den nye antennen er nesten den samme som en rammeantenne, det er ingen spesiell fordel, med mindre du tar hensyn til en liten forbedring i mottaket. Og så bestemte jeg meg for å montere en ny fraktalantenne, med færre fraktaler, og derfor mindre i størrelse.

Fraktal antenne. Første alternativ

Lørdag 02.08.2014 tok jeg ut et lite stykke kobbertråd som var til overs fra den første fraktalantennen og monterte ganske raskt, omtrent en halvtime, en ny antenne...

Fraktal antenne. Andre alternativ

Så loddet jeg kabelen fra den første og det viste seg å være en komplett enhet. Fraktal antenne. Andre alternativ med kabel

Jeg begynte å sjekke ytelsen... Wow, faen! Ja, denne fungerer enda bedre og mottar så mange som 10 kanaler i farger, noe som tidligere ikke kunne oppnås ved bruk av en sløyfeantenne. Gevinsten er betydelig! Hvis du også legger merke til at mottaksforholdene mine er helt uviktige: i andre etasje er huset vårt fullstendig blokkert fra TV-senteret av høyhus, det er ingen direkte sikt, så er gevinsten imponerende både i mottak og i størrelse.

På Internett er det fraktale antenner laget ved etsing på folieglass... Jeg tror det ikke spiller noen rolle hva man skal gjøre, og dimensjonene bør ikke overholdes strengt for en TV-antenne, innenfor grensene for arbeid på kneet.

Send ditt gode arbeid i kunnskapsbasen er enkelt. Bruk skjemaet nedenfor

Studenter, hovedfagsstudenter, unge forskere som bruker kunnskapsbasen i studiene og arbeidet vil være deg veldig takknemlig.

Lagt ut på http://www.allbest.ru/

Introduksjon

En antenne er en radioenhet designet for å sende ut eller motta elektromagnetiske bølger. Antennen er en av de viktigste elementene i ethvert radioteknisk system knyttet til emisjon eller mottak av radiobølger. Slike systemer inkluderer: radiokommunikasjonssystemer, radiokringkasting, fjernsyn, radiokontroll, radio relé kommunikasjon, radar, radioastronomi, radionavigasjon, etc.

Strukturelt består antennen av ledninger, metalloverflater, dielektriske og magnetoelektriske. Hensikten med antennen er illustrert med et forenklet diagram over radiolinken. Høyfrekvente elektromagnetiske oscillasjoner, modulert av det nyttige signalet og skapt av generatoren, konverteres av senderantennen til elektromagnetiske bølger og stråler ut i verdensrommet. Vanligvis tilføres elektromagnetiske bølger fra senderen til antennen ikke direkte, men ved hjelp av en kraftledning (elektromagnetisk bølgeoverføringslinje, mater).

I dette tilfellet forplanter elektromagnetiske bølger knyttet til den seg langs materen, som omdannes av antennen til divergerende elektromagnetiske bølger av ledig plass.

Mottaksantennen fanger opp frie radiobølger og konverterer dem til koblede bølger, som mates gjennom en mater til mottakeren. I samsvar med prinsippet om antennereversibilitet, endres ikke egenskapene til en antenne som opererer i sendemodus når denne antennen opererer i mottaksmodus.

Enheter som ligner på antenner brukes også til å eksitere elektromagnetiske oscillasjoner inn forskjellige typer bølgeledere og volumetriske resonatorer.

1. Hovedkarakteristikker til antenner

1.1 Kort informasjon om hovedparametrene til antenner

Når du velger antenner, sammenlignes hovedkarakteristikkene deres: driftsfrekvensområde (båndbredde), forsterkning, strålingsmønster, inngangsimpedans, polarisering. Kvantitativt viser antenneforsterkningen Ga hvor mange ganger signaleffekten mottatt av en gitt antenne er større enn signaleffekten mottatt av den enkleste antennen - en halvbølgevibrator (isotropisk emitter) plassert på samme punkt i rommet. Gevinst uttrykkes i desibel dB eller dB. Det må skilles mellom forsterkningen definert ovenfor, betegnet dB eller dBd (i forhold til en dipol- eller halvbølgevibrator), og forsterkningen i forhold til en isotrop radiator, betegnet dBi eller dB ISO. I alle fall er det nødvendig å sammenligne lignende verdier. Det er ønskelig å ha en antenne med høy forsterkning, men å øke forsterkningen krever vanligvis å øke kompleksiteten i dens design og dimensjoner. Det finnes ingen enkle små antenner med høy forsterkning. Strålingsmønsteret (RP) til en antenne viser hvordan antennen mottar signaler fra forskjellige retninger. I dette tilfellet er det nødvendig å vurdere antennemønsteret i både horisontale og vertikale plan. Omnidireksjonelle antenner i et hvilket som helst plan har et mønster i form av en sirkel, det vil si at antennen kan motta signaler fra alle sider likt, for eksempel strålingsmønsteret til en vertikal stang i et horisontalt plan. En retningsantenne er preget av tilstedeværelsen av en eller flere mønsterlapper, hvorav den største kalles den viktigste. Vanligvis, i tillegg til hovedloben, er det bak- og sidelober, hvis nivå er betydelig lavere enn hovedloben, som likevel forverrer ytelsen til antennen, og det er grunnen til at de prøver å redusere nivået så mye som mulig .

Antenneinngangsimpedansen anses å være forholdet mellom de øyeblikkelige spenningsverdiene og signalstrømmen ved antennematingspunktene. Hvis spenningen og strømmen til signalet er i fase, er forholdet en reell verdi og inngangsmotstanden er rent aktiv. Når fasene skifter, i tillegg til den aktive komponenten, dukker det opp en reaktiv komponent - induktiv eller kapasitiv, avhengig av om strømmens fase henger etter spenningen eller fremskynder den. Inngangsimpedansen avhenger av frekvensen til det mottatte signalet. I tillegg til de oppførte hovedegenskapene har antenner en rekke andre viktige parametere, for eksempel koeffisient stående bølge SWR (SWR - Standing Wave Ratio), krysspolarisasjonsnivå, driftstemperaturområde, vindbelastninger, etc.

1.2 Antenneklassifisering

Antenner kan klassifiseres i henhold til ulike kriterier: i henhold til bredbåndsprinsippet, i henhold til arten av de utstrålende elementene (antenner med lineære strømmer, eller vibratorantenner, antenner som sender ut gjennom en blenderåpning - blenderantenner, overflate vil antenner); etter typen radioteknisk system som antennen brukes i (antenner for radiokommunikasjon, for radiokringkasting, fjernsyn osv.). Vi vil følge rekkeviddeklassifiseringen. Selv om antenner med samme (type) utstrålingselementer svært ofte brukes i forskjellige bølgeområder, er deres design forskjellig; Parametrene til disse antennene og kravene til dem varierer også betydelig.

Antenner med følgende bølgeområder vurderes (navnene på områdene er gitt i samsvar med anbefalingene i "Radio Regulations"; navn som er mye brukt i litteraturen om antennematerenheter er angitt i parentes): myriameter (ultra) -lange) bølger (); kilometer (lange) bølger (); hektometer (gjennomsnittlig) bølger (); dekameter (korte) bølger (); meterbølger(); desimeterbølger (); centimeterbølger(); millimeterbølger (). De siste fire båndene er noen ganger kombinert under det vanlige navnet "ultra-short waves" (VHF).

1.2.1 Antennebånd

I i fjor En lang rekke nye kommunikasjonssystemer for ulike formål har dukket opp på radiokommunikasjons- og kringkastingsmarkedet, med ulike egenskaper. Fra brukerens synspunkt, når man velger et radiokommunikasjonssystem eller et kringkastingssystem, blir oppmerksomheten først tatt hensyn til kvaliteten på kommunikasjonen (kringkasting), samt brukervennligheten til dette systemet (brukerterminal), som bestemmes av dimensjoner, vekt, enkel betjening, liste tilleggsfunksjoner. Alle disse parametrene bestemmes i betydelig grad av typen og utformingen av antenneenheter og elementer i antenne-materbanen til systemet som vurderes, uten hvilken radiokommunikasjon er utenkelig. På sin side er den avgjørende faktoren i utformingen og effektiviteten til antenner deres driftsfrekvensområde.

I samsvar med den aksepterte klassifiseringen av frekvensområder skilles det ut flere store klasser (grupper) av antenner, som er fundamentalt forskjellige fra hverandre: antenner av ultra-langbølge (VLF) og langbølge (LW) områder; mid-wave (MF) antenner; kortbølgeantenner (HF); ultra-kortbølge (VHF) antenner; mikrobølgeantenner.

De mest populære de siste årene fra synspunktet om å tilby personlige kommunikasjonstjenester, radio- og TV-kringkasting er HF-, VHF- og mikrobølgeradiosystemer, hvis antenneenheter vil bli diskutert nedenfor. Det skal bemerkes at til tross for at det tilsynelatende er umulig å finne opp noe nytt i antennebransjen, har det de siste årene, basert på nye teknologier og prinsipper, blitt gjort betydelige forbedringer av klassiske antenner og det er utviklet nye antenner som er fundamentalt forskjellige fra tidligere. eksisterende i design, størrelse, grunnleggende egenskaper, etc. etc., noe som har ført til en betydelig økning i antall typer antenneenheter som brukes i moderne radiosystemer.

I ethvert radiokommunikasjonssystem kan det være antenneenheter designet for kun å sende, for å sende og motta, eller kun for å motta.

For hvert av frekvensområdene er det også nødvendig å skille mellom antennesystemene til radioenheter med retningsbestemt og ikke-retningsbestemt (omnidireksjonell) handling, som igjen bestemmes av formålet med enheten (kommunikasjon, kringkasting, etc.) , oppgavene som løses av enheten (varsling, kommunikasjon, kringkasting osv.). d.). Generelt, for å øke retningsvirkningen til antenner (for å begrense strålingsmønsteret), kan antenneoppstillinger brukes, bestående av elementære radiatorer (antenner), som, under visse betingelser for deres fasing, kan gi de nødvendige endringene i retningen til antennestråle i rommet (gi kontroll over posisjonen til antennestrålingsmønsteret). Innenfor hvert område er det også mulig å skille mellom antenneenheter som kun opererer på en bestemt frekvens (enkeltfrekvens eller smalbånd), og antenner som opererer i et ganske bredt frekvensområde (bredbånd eller bredbånd).

1.3 Stråling fra antenner

For å oppnå høy strålingsdirektivitet, som ofte kreves i praksis, kan du bruke et system med svakt retningsbestemte antenner, som vibratorer, spalter, åpne ender av bølgeledere og andre, plassert på en bestemt måte i rommet og eksitert av strømmer med de nødvendige amplitude og faseforhold. I dette tilfellet bestemmes den totale retningsevnen, spesielt med et stort antall emittere, hovedsakelig av de totale dimensjonene til hele systemet og, i mye mindre grad, av de individuelle retningsegenskapene til individuelle emittere.

Slike systemer inkluderer antenner (AR). Vanligvis er AR et system av identiske utstrålende elementer, identisk orientert i rommet og plassert i henhold til en viss lov. Avhengig av plasseringen av elementene, skilles lineære, overflate- og volumetriske gitter, blant hvilke de vanligste er rettlinjede og flate AR-er. Noen ganger er de utstrålende elementene plassert langs en sirkelbue eller på buede overflater som sammenfaller med formen på objektet som AR er plassert på (konform AR).

Den enkleste er en lineær matrise, der de utstrålende elementene er plassert langs en rett linje, kalt matriseaksen, i like avstander fra hverandre (ekvidistant matrise). Avstand d mellom fasesentre emittere kalles gitterstigningen. Lineær AR, i tillegg til dens uavhengige betydning, er ofte grunnlaget for analysen av andre typer AR.

2 . Analyse av lovende antennestrukturer

2.1 HF- og VHF-antenner

Figur 1 - Antenne basestasjoner

Et stort antall radiosystemer for forskjellige formål opererer for tiden i HF- og VHF-båndene: kommunikasjon (radiorelé, mobilnett, trunking, satellitt, etc.), radiokringkasting, TV-kringkasting. I henhold til design og egenskaper kan alle antenneenheter til disse systemene deles inn i to hovedgrupper - antenner til stasjonære enheter og antenner til mobile enheter. Stasjonære antenner inkluderer antenner til basekommunikasjonsstasjoner, mottakende TV-antenner, antenner for radiorelékommunikasjonslinjer, og mobilantenner inkluderer antenner til brukerterminaler for personlig kommunikasjon, bilantenner, antenner for bærbare (bærbare) radiostasjoner.

Basestasjonsantenner er for det meste rundstrålende i horisontalplanet, da de hovedsakelig gir kommunikasjon med objekter i bevegelse. De mest brukte vertikale polarisasjonspiskantennene er "Ground Plane" ("GP")-typen på grunn av den enkle designen og tilstrekkelig effektivitet. En slik antenne er en vertikal stang med lengde L, valgt i samsvar med driftsbølgelengden l, med tre eller flere motvekter, vanligvis installert på en mast (Figur 1).

Lengden på pinnene L er l/4, l/2 og 5/8l, og motvektene varierer fra 0,25l til 0,1l. Inngangsimpedansen til antennen avhenger av vinkelen mellom motvekten og masten: jo mindre denne vinkelen (jo mer motvektene presses mot masten), jo større motstand. Spesielt for en antenne med L = l/4 oppnås en inngangsimpedans på 50 Ohm i en vinkel på 30°...45°. Strålingsmønsteret til en slik antenne i vertikalplanet har et maksimum i en vinkel på 30° mot horisonten. Antenneforsterkningen er lik forsterkningen til en vertikal halvbølgedipol. I dette designet er det imidlertid ingen forbindelse mellom tappen og masten, noe som krever ekstra bruk av en kortsluttet kabelkabellengde l/4 for å beskytte antennen mot tordenvær og statisk elektrisitet.

En antenne med en lengde på L = l/2 trenger ikke motvekter, hvis rolle spilles av en mast, og dens mønster i vertikalplanet er mer presset til horisonten, noe som øker rekkevidden. I dette tilfellet brukes en høyfrekvent transformator for å senke inngangsimpedansen, og bunnen av pinnen er koblet til den jordede masten gjennom en matchende transformator, som automatisk løser problemet med lynbeskyttelse og statisk elektrisitet. Antenneforsterkningen sammenlignet med en halvbølgedipol er omtrent 4 dB.

Den mest effektive av "GP"-antennene for langdistansekommunikasjon er antennen med L = 5/8l. Den er litt lengre enn halvbølgeantennen, og matekabelen er koblet til den matchende induktansen som er plassert i bunnen av vibratoren. Motvekter (minst 3) er plassert i et horisontalt plan. Forsterkningen til en slik antenne er 5-6 dB, maksimal DP er plassert i en vinkel på 15° i forhold til horisontalen, og selve pinnen er jordet til masten gjennom en matchende spole. Disse antennene er smalere enn halvbølgeantenner, og krever derfor mer forsiktig innstilling.

Figur 2 - Halvbølgevibratorantenne

Figur 3 - Rombisk antenne til en halvbølgevibrator

De fleste baseantenner er installert på hustak, noe som i stor grad kan påvirke ytelsen deres, så følgende må vurderes:

Det anbefales å plassere antennebasen ikke lavere enn 3 meter fra takplanet;

Det skal ikke være metallgjenstander eller strukturer i nærheten av antennen ( TV-antenner, ledninger, etc.);

Det anbefales å installere antenner så høyt som mulig;

Driften av antennen skal ikke forstyrre andre basestasjoner.

En betydelig rolle i å etablere stabil radiokommunikasjon spilles av polariseringen av det mottatte (utsendte) signalet; Siden en overflatebølge under langdistanseutbredelse opplever betydelig mindre dempning med horisontal polarisering, brukes antenner med horisontal polarisering for langdistanseradiokommunikasjon, så vel som for TV-overføring (vibratorer er plassert horisontalt).

Den enkleste av retningsantennene er halvbølgevibratoren. For en symmetrisk halvbølgevibrator er den totale lengden på de to identiske armene tilnærmet lik l/2 (0,95 l/2), strålingsmønsteret har form som en åtte-tall i horisontalplanet og en sirkel i vertikalplanet flyet. Forsterkningen, som nevnt ovenfor, tas som måleenhet.

Hvis vinkelen mellom vibratorene til en slik antenne er lik 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.

Når to antenner av V-type kobles sammen på en slik måte at mønstrene deres summeres, oppnås en rombisk antenne, hvor retningsvirkningen er mye mer uttalt (Figur 3).

Når du kobler til toppen av diamanten, på motsatt side av kraftpunktene, oppnås en belastningsmotstand Rn, som sprer kraft lik halvparten av sendereffekten, undertrykkelse av mønsterets baklob med 15...20 dB. Retningen til hovedlappen i horisontalplanet sammenfaller med diagonalen a. I vertikalplanet er hovedloben orientert horisontalt.

En av de beste relativt enkle retningsantennene er en "dobbel kvadratisk" sløyfeantenne, hvis forsterkning er 8...9 dB, undertrykkelsen av mønsterets baklapp er ikke mindre enn 20 dB, polarisasjonen er vertikal.

Figur 4 - Bølgekanalantenne

De mest utbredte, spesielt i VHF-området, er antenner av typen "bølgekanal" (i utenlandsk litteratur - Uda-Yagi-antenner), siden de er ganske kompakte og gir store Ga-verdier med relativt små dimensjoner. Antenner av denne typen er et sett med elementer: aktiv - vibrator og passiv - reflektor og flere direktører installert på en felles bom (Figur 4). Slike antenner, spesielt de med et stort antall elementer, krever nøye innstilling under produksjon. For en tre-elements antenne (vibrator, reflektor og en direktør) kan de grunnleggende egenskapene oppnås uten ekstra konfigurasjon.

Kompleksiteten til antenner av denne typen ligger også i det faktum at inngangsimpedansen til antennen avhenger av antall passive elementer og vesentlig avhenger av konfigurasjonen av antennen, og det er grunnen til at litteraturen ofte ikke angir den nøyaktige verdien av inngangsimpedansen til slike antenner. Spesielt når du bruker en Pistolkors sløyfevibrator, som har en inngangsimpedans på omtrent 300 ohm, som en vibrator, med en økning i antall passive elementer, synker inngangsimpedansen til antennen og når verdier på 30-50 Ohms, noe som fører til feiltilpasning med materen og krever ytterligere matching. Med en økning i antall passive elementer smalner antennemønsteret inn og forsterkningen øker, for eksempel for en tre- og fem-elements antenne, er forsterkningen 5...6 dB og 8...9 dB med bredden på hovedstrålen til mønsteret henholdsvis 70º og 50º.

Mer bredbånd sammenlignet med antenner av typen "bølgekanal" og som ikke krever tuning, er reisebølgeantenner (AWA), der alle vibratorer, plassert i samme avstand fra hverandre, er aktive og koblet til samleledningen (Figur 5). Signalenergien de mottar legges opp i samleledningen nesten i fase og går inn i materen. Forsterkningen til slike antenner bestemmes av lengden på samlelinjen, er proporsjonal med forholdet mellom denne lengden og bølgelengden til det mottatte signalet, og avhenger av retningsegenskapene til vibratorene. Spesielt for ABC med seks vibratorer av forskjellig lengde som tilsvarer det nødvendige frekvensområdet og plassert i en vinkel på 60° til samleledningen, varierer forsterkningen fra 4 dB til 9 dB innenfor driftsområdet, og nivået av tilbakestråling er 14 dB lavere.

Figur 5 - Vandrende bølgeantenne

Figur 6 - Antenne med logaritmisk periodisitetsstruktur eller log periodisk antenne

Retningsegenskapene til antennene som vurderes varierer avhengig av bølgelengden til det mottatte signalet. En av de vanligste typene antenner med konstant form på mønsteret i et bredt frekvensområde er antenner med logaritmisk periodisitet av strukturen eller log-periodiske antenner (LPA). De har et bredt spekter: den maksimale bølgelengden til det mottatte signalet overskrider minimumet med mer enn 10 ganger. Samtidig sikres god matching av antennen med materen gjennom hele driftsområdet, og forsterkningen forblir praktisk talt uendret. Samlelinjen til LPA er vanligvis dannet av to ledere plassert over hverandre, som armene til vibratorene er festet horisontalt, en om gangen (Figur 6, sett ovenfra).

LPA-vibratorene viser seg å være innskrevet i en likebenet trekant med en vinkel i toppunktet b og en base lik den største vibratoren. Driftsbåndbredden til antennen bestemmes av dimensjonene til de lengste og korteste vibratorene. For en logaritmisk antennestruktur må et visst forhold tilfredsstilles mellom lengdene til tilstøtende vibratorer, samt mellom avstandene fra dem til toppen av strukturen. Dette forholdet kalles strukturperioden f:

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

Dermed reduseres størrelsen på vibratorene og avstanden til dem fra toppen av trekanten eksponentielt. Egenskapene til antennen bestemmes av verdiene til f og b. Jo mindre vinkel b og større b (b er alltid mindre enn 1), jo større er antenneforsterkningen og jo lavere nivå på bak- og sidelobene til strålingsmønsteret. Men samtidig øker antallet vibratorer, og dimensjonene og vekten på antennen øker. De optimale verdiene for vinkel b velges innenfor 3є…60є, og φ - 0,7…0,9.

Avhengig av bølgelengden til det mottatte signalet, eksiteres flere vibratorer i antennestrukturen, hvis størrelser er nærmest halve bølgelengden til signalet, derfor ligner LPA i prinsippet flere "bølgekanal"-antenner koblet sammen, hver som inneholder en vibrator, en reflektor og en regissør. Ved en viss bølgelengde på signalet er bare en trio av vibratorer begeistret, og resten er så avstemt at de ikke påvirker driften av antennen. Derfor viser forsterkningen til LPA seg å være mindre enn forsterkningen til en "bølgekanal"-antenne med samme antall elementer, men båndbredden til LPA viser seg å være mye bredere. For en LPA som består av ti vibratorer og verdier b = 45є, f = 0,84, er den beregnede forsterkningen 6 dB, som praktisk talt ikke endres over hele spekteret av driftsfrekvenser.

For radiorelékommunikasjonslinjer er det svært viktig å ha et smalt strålingsmønster for ikke å forstyrre annet radioelektronisk utstyr og sikre kommunikasjon av høy kvalitet. For å begrense mønsteret, er antenner (AR) mye brukt, som begrenser mønsteret i forskjellige plan og gir forskjellige verdier for bredden på hovedloben. Det er ganske klart at de geometriske dimensjonene til antennegruppen og egenskapene til strålingsmønsteret avhenger betydelig av rekkevidden av driftsfrekvenser - jo høyere frekvensen er, jo mer kompakt vil gruppen være og jo smalere strålingsmønsteret, og følgelig , jo større gevinst. For de samme frekvensene, med økende AR-størrelser (antall elementære emittere), vil mønsteret bli smalere.

For VHF-båndet brukes ofte arrays bestående av vibratorantenner (sløyfevibratorer), hvor antallet kan nå flere tiere, forsterkningen øker til 15 dB og høyere, og bredden på mønsteret i alle planene kan innsnevres til 10º, for eksempel for 16 vertikalt plasserte sløyfevibratorer i frekvensområdet 395...535 MHz, smalner mønsteret inn i vertikalplanet til 10º.

Hovedtypen antenner som brukes i brukerterminaler er vertikalt polariserte piskeantenner, som har et sirkulært mønster i horisontalplanet. Effektiviteten til disse antennene er ganske lav på grunn av lave forsterkningsverdier, så vel som på grunn av påvirkningen fra omkringliggende objekter på strålingsmønsteret, samt mangelen på riktig jording og begrensninger på de geometriske dimensjonene til antennene. Sistnevnte krever høykvalitets matching av antennen med inngangskretsene til radioenheten. Typiske designtilpasningsalternativer er induktans fordelt langs lengden og induktans ved bunnen av antennen. For å øke radiokommunikasjonsrekkevidden brukes spesielle utvidede antenner på flere meter, noe som oppnår en betydelig økning i nivået på det mottatte signalet.

For tiden finnes det mange typer bilantenner, varierende i utseende, design og pris. Disse antennene er underlagt strenge krav til mekaniske, elektriske, operasjonelle og estetiske parametere. De beste resultatene når det gjelder kommunikasjonsrekkevidde oppnås med en antenne i full størrelse med en lengde på l/4, men store geometriske dimensjoner er ikke alltid praktiske, derfor brukes forskjellige metoder for å forkorte antenner uten å forringe egenskapene deres betydelig. Å skaffe mobilkommunikasjon I biler kan mikrostrip-resonansantenner (enkelt-, dual- og tri-band) brukes, som ikke krever installasjon av eksterne deler, siden de er festet på innsiden av bilglasset. Slike antenner gir mottak og overføring av vertikalt polariserte signaler i frekvensområdet 450...1900 MHz, og har en forsterkning på opptil 2 dB.

2.1.1 Generelle egenskaper ved mikrobølgeantenner

I mikrobølgeområdet har det også de siste årene vært en økning i antall kommunikasjons- og kringkastingssystemer, både tidligere eksisterende og nyutviklede. For bakkebaserte systemer - dette er radiorelékommunikasjonssystemer, radio- og fjernsynskringkasting, cellulære fjernsynssystemer, etc., for satellittsystemer - direkte fjernsynskringkasting, telefon, faks, personsøkingskommunikasjon, videokonferanser, Internett-tilgang, etc. Frekvensområdene som brukes for denne typen kommunikasjon og kringkasting tilsvarer delene av frekvensspekteret som er tildelt for disse formålene, de viktigste er: 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. Noen ganger i teknisk litteratur inkluderer mikrobølgeområdet systemer som opererer ved frekvenser over 1 GHz, selv om dette området strengt tatt starter fra 3 GHz.

For terrestriske mikrobølgesystemer er antenneenheter små speil-, horn-, horn-linse-antenner, installert på master og beskyttet mot skadelig atmosfærisk påvirkning. Retningsantenner, avhengig av formål, design og frekvensområde, har et bredt spekter av egenskaper, nemlig: i forsterkning - fra 12 til 50 dB, i strålebredde (nivå - 3 dB) - fra 3,5 til 120º. I tillegg bruker cellulære TV-systemer bikoniske rundstrålende (i horisontalplanet) antenner, bestående av to metallkjegler med toppene pekende mot hverandre, en dielektrisk linse installert mellom kjeglene og en eksiteringsanordning. Slike antenner har en forsterkning på 7...10 dB, bredden på hovedloben i vertikalplanet er 8...15є, og nivået på sidelobene er ikke verre enn minus 14 dB.

3. Analyse av mulige metoder for å syntetisere antenne fraktale strukturer

3.1 Fraktale antenner

Fraktalantenner er en relativt ny klasse av elektrisk små antenner (EMA), som er fundamentalt forskjellige i sin geometri fra kjente løsninger. Faktisk var den tradisjonelle utviklingen av antenner basert på euklidisk geometri, og opererte med objekter med heltallsdimensjoner (linje, sirkel, ellipse, paraboloid, etc.). Hovedforskjellen mellom fraktale geometriske former er deres brøkdimensjon, som er eksternt manifestert i den rekursive repetisjonen av de opprinnelige deterministiske eller tilfeldige mønstrene i økende eller minkende skala. Fraktalteknologier har blitt utbredt i utviklingen av signalfiltreringsverktøy, syntese av tredimensjonale datamodeller av naturlige landskap og bildekomprimering. Det er ganske naturlig at den fraktale "moten" ikke omgikk teorien om antenner. Dessuten var prototypen til moderne fraktalteknologier innen antenneteknologi de log-periodiske og spiraldesignene som ble foreslått på midten av 60-tallet av forrige århundre. Riktignok, i streng matematisk forstand, hadde slike strukturer på utviklingstidspunktet ingen relasjon til fraktal geometri, de var faktisk bare fraktaler av den første typen. For tiden prøver forskere, hovedsakelig gjennom prøving og feiling, å bruke kjente fraktaler i geometri i antenneløsninger. Som et resultat av simuleringsmodellering og eksperimenter ble det funnet at fraktale antenner gjør det mulig å oppnå nesten samme forsterkning som konvensjonelle, men med mindre dimensjoner, noe som er viktig for mobile applikasjoner. La oss vurdere resultatene oppnådd innen å lage fraktale antenner av forskjellige typer.

Resultatene av studier av egenskapene til det nye antennedesignet publisert av Cohen vakte oppmerksomhet fra spesialister. Takket være innsatsen til mange forskere har teorien om fraktale antenner i dag blitt til et uavhengig, ganske utviklet apparat for syntese og analyse av EMA.

3.2 Egenskaperfraktale antenner

SFC-er kan brukes som maler for å lage monopoler og dipolarmer, som danner topologien til trykte antenner, Frequency Selection Surfaces (FSS) eller reflektorskall, konstruerer konturene til sløyfeantenner og hornåpningsprofiler, samt fresing av spor i sporantenner.

Eksperimentelle data innhentet av Cushcraft-spesialister for Koch-kurven, fire iterasjoner av en firkantbølge og en spiralformet antenne tillater oss å sammenligne de elektriske egenskapene til Koch-antennen med andre sendere med en periodisk struktur. Alle sammenlignede emittere hadde multifrekvensegenskaper, noe som ble manifestert i nærvær av periodiske resonanser i impedansgrafene. For flerbåndsapplikasjoner er imidlertid Koch-fraktalen mest egnet, som med økende frekvens reduserer toppverdiene for reaktive og aktive motstander, mens de øker for meanderen og spiralen.

Generelt bør det bemerkes at det er vanskelig å teoretisk forestille seg mekanismen for interaksjon mellom en fraktal mottaksantenne og elektromagnetiske bølger som faller inn på den på grunn av mangelen på en analytisk beskrivelse av bølgeprosesser i en leder med en kompleks topologi. I en slik situasjon er det tilrådelig å bestemme hovedparametrene til fraktale antenner ved matematisk modellering.

Et eksempel på å konstruere den første selv-lignende fraktale kurven ble demonstrert i 1890 av den italienske matematikeren Giuseppe Peano. I grensen fyller linjen han foreslo kvadratet fullstendig, og løper rundt alle punktene (Figur 9). Deretter ble andre lignende gjenstander funnet, som fikk det generelle navnet "Peano-kurver" etter oppdageren av familien deres. Det er sant at på grunn av den rent analytiske beskrivelsen av kurven foreslått av Peano, oppsto det noe forvirring i klassifiseringen av SFC-linjer. Faktisk bør navnet "Peano-kurver" bare gis til originale kurver, hvis konstruksjon tilsvarer analysene publisert av Peano (Figur 10).

Figur 9 - Iterasjoner av Peano-kurven: a) startlinje, b) første, c) andre og d) tredje iterasjoner

Figur 10 - Iterasjoner av polylinjen foreslått av Hilbert i 1891

Ofte tolket som en rekursiv Peano-kurve

Derfor, for å spesifisere objektene for antenneteknologien som vurderes, når man beskriver en eller annen form for en fraktalantenne, bør man om mulig nevne navnene på forfatterne som foreslo den tilsvarende modifikasjonen av SFC. Dette er desto viktigere siden antallet kjente varianter av SFC ifølge estimater nærmer seg tre hundre, og dette tallet er ikke en grense.

Det skal bemerkes at Peano-kurven (figur 9) i sin opprinnelige form er ganske egnet for å lage spalter i veggene til en bølgeleder, trykte og andre fraktalantenner med blenderåpning, men er ikke akseptabel for å konstruere en trådantenne, siden den har berøring seksjoner. Derfor foreslo Fractus-spesialister dens modifikasjon, kalt "Peanodec" (Figur 11).

Figur 11 - Variant av modifikasjon av Peano-kurven ("Peanodec"): a) første, b) andre c) tredje iterasjon

En lovende anvendelse av antenner med Koch-topologi er MIMO-kommunikasjonssystemer (kommunikasjonssystemer med mange innganger og utganger). For å miniatyrisere antenneoppstillingene til brukerterminaler i slik kommunikasjon, foreslo spesialister fra Elektromagnetismelaboratoriet ved University of Patras (Hellas) en fraktal likhet med en invertert L-antenne (ILA). Essensen av ideen kommer ned til å bøye Koch-vibratoren med 90° på et punkt som deler den inn i segmenter med et lengdeforhold på 2:1. For mobilkommunikasjon med en bærefrekvens på ~2,4 Hz er dimensjonene til en slik trykt antenne 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), båndbredden er ~20% og effektiviteten er 93%.

Figur 12 - Eksempel på en dual-band (2,45 og 5,25 GHz) antennegruppe

Asimutstrålingsmønsteret er nesten ensartet, forsterkningen når det gjelder materinngangen er ~3,4 dB. Riktignok, som nevnt i artikkelen, er driften av slike trykte elementer som en del av et gitter (figur 12) ledsaget av en reduksjon i effektiviteten deres sammenlignet med et enkelt element. Således, ved en frekvens på 2,4 GHz, reduseres effektiviteten til en Koch-monopol bøyd med 90° fra 93 til 72%, og ved en frekvens på 5,2 GHz - fra 90 til 80%. Situasjonen er noe bedre med den gjensidige påvirkningen av høyfrekvente båndantenner: ved en frekvens på 5,25 GHz er isolasjonen mellom elementene som danner det sentrale paret av antenner 10 dB. Når det gjelder den gjensidige påvirkningen i et par tilstøtende elementer i forskjellige områder, avhengig av signalfrekvensen, varierer isolasjonen fra 11 dB (ved 2,45 GHz) til 15 dB (ved en frekvens på 5,25 GHz). Årsaken til forringelsen av antenneytelsen er gjensidig påvirkning av trykte elementer.

Muligheten til å velge mange forskjellige parametere for et antennesystem basert på en Koch brutt linje gjør at designet tilfredsstiller ulike krav til verdien indre motstand og fordelingen av resonansfrekvenser. Imidlertid, siden den gjensidige avhengigheten av den rekursive dimensjonen og antennekarakteristikkene kun kan oppnås for en viss geometri, krever gyldigheten av de vurderte egenskapene for andre rekursive konfigurasjoner ytterligere forskning.

3.3 Kjennetegn ved fraktale antenner

Koch fraktalantennen vist i figur 13 eller 20 er bare ett av alternativene som kan implementeres ved å bruke en likesidet initierende rekursjonstrekant, dvs. vinkelen og ved basen (innrykkvinkel eller "innrykkvinkel") er 60°. Denne versjonen av Koch-fraktalen kalles vanligvis standard. Det er ganske naturlig å lure på om det er mulig å bruke modifikasjoner av fraktalen med andre verdier av denne vinkelen. Vinoy foreslo å vurdere vinkelen ved bunnen av starttrekanten som en parameter som karakteriserer antennedesignet. Ved å endre denne vinkelen kan du få lignende rekursive kurver med forskjellige dimensjoner (Figur 13). Kurvene beholder egenskapen til selvlikhet, men den resulterende linjelengden kan være forskjellig, noe som påvirker egenskapene til antennen. Vinoy var den første som studerte korrelasjonen mellom egenskapene til antennen og dimensjonen til den generaliserte Koch-fraktalen D, bestemt i det generelle tilfellet av avhengigheten

(1)

Det ble vist at etter hvert som vinkelen øker, øker også dimensjonen til fraktalen, og ved u>90° nærmer den seg 2. Det skal bemerkes at dimensjonsbegrepet brukt i teorien om fraktale antenner er noe i strid med konseptene som er akseptert i geometri. , hvor dette tiltaket bare gjelder for uendelig rekursive objekter.

Figur 13 - Konstruksjon av Koch-kurven med en vinkel på a) 30° og b) 70° ved bunnen av trekanten i fraktalgeneratoren

Når dimensjonen øker, øker den totale lengden på den stiplede linjen ikke-lineært, bestemt av forholdet:

(2)

der L0 er lengden på den lineære dipolen, avstanden mellom endene på denne er den samme som den til Koch stiplede linje, n er iterasjonstallet. Overgangen fra u = 60° til u = 80° ved den sjette iterasjonen gjør at den totale lengden av prefraktalen kan økes med mer enn fire ganger. Som du forventer, er det en direkte sammenheng mellom den rekursive dimensjonen og slike antenneegenskaper som primær resonansfrekvens, intern resistans ved resonans og flerbåndskarakteristikk. Basert på datamaskinberegninger oppnådde Vinoy avhengigheten av den første resonansfrekvensen til Koch-dipolen fk på dimensjonen til prefraktal D, iterasjonsnummeret n og resonansfrekvensen til den rettlinjede dipolen fD med samme høyde som Koch-stiplet linje ( på ytterpunktene):

(3)

Figur 14 - Elektromagnetisk bølgelekkasjeeffekt

I det generelle tilfellet, for den indre motstanden til Koch-dipolen ved den første resonansfrekvensen, er følgende omtrentlige forhold gyldig:

(4)

hvor R0 er den indre motstanden til den lineære dipolen (D=1), som i det aktuelle tilfellet er lik 72 Ohm. Uttrykk (3) og (4) kan brukes til å bestemme geometriske parametere antenner med de nødvendige verdiene for resonansfrekvens og intern motstand. Multibåndegenskapene til Koch-dipolen er også veldig følsomme for verdien av vinkelen u. Med en økning blir de nominelle verdiene til resonansfrekvensene nærmere, og følgelig øker antallet i et gitt spektralområde (Figur 15). Dessuten, jo høyere iterasjonsnummer, desto sterkere er denne konvergensen.

Figur 15 - Effekt av innsnevring av intervallet mellom resonansfrekvenser

Ved University of Pennsylvania ble et annet viktig aspekt ved Koch-dipolen studert - effekten av asymmetrien til strømforsyningen på i hvilken grad den interne motstanden til antennen nærmer seg 50 Ohm. I lineære dipoler er matepunktet ofte plassert asymmetrisk. Den samme tilnærmingen kan brukes for en fraktalantenne i form av en Koch-kurve, hvis indre motstand er mindre enn standardverdiene. I den tredje iterasjonen er den interne motstanden til standard Koch-dipolen (u = 60°), uten å ta hensyn til tap ved tilkobling av materen i midten, 28 Ohm. Ved å flytte materen til den ene enden av antennen kan man oppnå en motstand på 50 ohm.

Alle konfigurasjoner av Koch brutte linje vurdert så langt ble syntetisert rekursivt. Men ifølge Vina, hvis du bryter denne regelen, spesielt ved å spesifisere forskjellige vinkler og? Med hver ny iterasjon kan antenneegenskapene endres med større fleksibilitet. For å bevare likheten, er det tilrådelig å velge en vanlig ordning for å endre vinkelen og. Endre den for eksempel i henhold til den lineære loven иn = иn-1 - Di·n, hvor n er iterasjonstallet, Di? - økning av vinkelen ved bunnen av trekanten. En variant av dette prinsippet for å konstruere en stiplet linje er følgende sekvens av vinkler: u1 = 20° for den første iterasjonen, u2 = 10° for den andre, etc. Konfigurasjonen av vibratoren i dette tilfellet vil ikke være strengt rekursiv, men alle dens segmenter syntetisert i en iterasjon vil ha samme størrelse og form. Derfor oppfattes geometrien til en slik hybrid brutt linje som seg selv. Med et lite antall iterasjoner, sammen med et negativt inkrement Di, kan en kvadratisk eller annen ikke-lineær endring i vinkelen un brukes.

Den vurderte tilnærmingen lar deg stille inn fordelingen av resonansfrekvensene til antennen og verdiene til dens interne motstand. Å omorganisere rekkefølgen for å endre vinkelverdier i iterasjoner gir imidlertid ikke et tilsvarende resultat. For samme høyde på en stiplet linje gir ulike kombinasjoner av identiske vinkler, for eksempel u1 = 20°, u2 = 60° og u1 = 60°, u2 = 20° (Figur 16), samme utvidede lengde av prefraktaler. Men, i motsetning til forventning, sikrer ikke fullstendig sammenfall av parametere identiteten til resonansfrekvensene og identiteten til multibåndegenskapene til antennene. Årsaken er en endring i den indre motstanden til segmentene til den brutte linjen, dvs. Nøkkelrollen spilles av konfigurasjonen av lederen, ikke dens størrelse.

Figur 16 - Generaliserte Koch-prefraktaler av den andre iterasjonen med et negativt inkrement Dq (a), positivt inkrement Dq (b) og den tredje iterasjonen med et negativt inkrement Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Eksempler på fraktale antenner

4.1 Antenneoversikt

Antenneemner er et av de mest lovende og av betydelig interesse i den moderne teorien om informasjonsoverføring. Et slikt ønske om å utvikle akkurat dette området vitenskapelig utvikling, er forbundet med stadig økende krav til hastighet og metoder for informasjonsoverføring i den moderne teknologiske verden. Hver dag, når vi kommuniserer med hverandre, overfører vi informasjon på en så naturlig måte for oss - gjennom luften. På nøyaktig samme måte kom forskere på ideen om å lære en rekke datanettverk å kommunisere.

Resultatet var fremveksten av nye utviklinger på dette området, deres godkjenning i datautstyrsmarkedet, og senere vedtakelse av standarder trådløs overføring informasjon. I dag er overføringsteknologier som BlueTooth og WiFi allerede godkjent og generelt akseptert. Men utviklingen stopper ikke der, og kan ikke stoppe, nye krav og nye ønsker fra markedet dukker opp.

Overføringshastigheter, så utrolig høye på den tiden teknologiene ble utviklet, oppfyller i dag ikke lenger kravene og ønskene til brukerne av disse utviklingene. Flere ledende utviklingssentre har startet nytt prosjekt WiMAX for å øke hastigheten, basert på utvidelse av kanalen i den allerede eksisterende WiFi-standarden. Hvilken plass har antennetemaet i alt dette?

Problemet med å utvide overføringskanalen kan delvis løses ved å innføre enda større kompresjon enn den eksisterende. Bruk av fraktale antenner vil løse dette problemet bedre og mer effektivt. Grunnen til dette er at fraktale antenner og frekvensselektive overflater og volumer basert på dem har unike elektrodynamiske egenskaper, nemlig: bredbånd, repeterbarhet av båndbredder i frekvensområde etc.

4.1.1 Konstruksjon av Cayley-treet

Cayley-treet er et av de klassiske eksemplene på fraktalsett. Dens null-iterasjon er bare et rett linjesegment med en gitt lengde l. Den første og hver påfølgende odde iterasjon består av to segmenter med nøyaktig samme lengde l som den forrige iterasjonen, plassert vinkelrett på segmentet til forrige iterasjon slik at endene er koblet til midten av segmentene.

Den andre og hver påfølgende jevne iterasjon av fraktalen er to segmenter l/2 halvparten av lengden av forrige iterasjon, plassert, som før, vinkelrett på forrige iterasjon.

Resultatene av konstruksjonen av Cayley-treet er vist i figur 17. Den totale høyden på antennen er 15/8l, og bredden er 7/4l.

Figur 17 - Konstruksjon av Cayley-treet

Beregninger og analyser av "Cayley Tree"-antennen Det ble utført teoretiske beregninger av en fraktalantenne i form av et 6. ordens Cayley-tre. For å løse dette praktiske problemet ble et ganske kraftig verktøy brukt for streng beregning av elektrodynamiske egenskaper til ledende elementer - EDEM-programmet. Kraftig verktøy og brukervennlig grensesnitt av dette programmet gjør det uunnværlig for dette nivået av beregninger.

Forfatterne ble møtt med oppgaven med å designe en antenne, estimere de teoretiske verdiene til resonansfrekvensene for signalmottak og overføring, og presentere problemet i EDEM-programspråkgrensesnittet. Den utformede fraktalantennen basert på "Cayley-treet" er vist i figur 18.

Deretter ble en plan elektromagnetisk bølge sendt til den konstruerte fraktalantennen, og programmet beregnet feltutbredelsen før og etter antennen, og beregnet de elektrodynamiske egenskapene til fraktalantennen.

Resultatene av beregninger av fraktalantennen "Cayley Tree" utført av forfatterne tillot oss å trekke følgende konklusjoner. Det er vist at en serie resonansfrekvenser gjentar seg ved omtrent det dobbelte av den forrige frekvensen. Strømfordelingene på antenneoverflaten ble bestemt. Områder med både total overføring og total refleksjon av det elektromagnetiske feltet ble studert.

Figur 18 - Cayley-tre av 6. orden

4 .1.2 Multimedia antenne

Miniatyriseringen går fremover over hele planeten med stormskritt. Fremkomsten av datamaskiner på størrelse med et bønnekorn er rett rundt hjørnet, men i mellomtiden gjør Fractus-selskapet oss oppmerksom på en antenne hvis dimensjoner er mindre enn et riskorn (Figur 19).

Figur 19 - Fraktalantenne

Det nye produktet, kalt Micro Reach Xtend, opererer med en frekvens på 2,4 GHz og støtter trådløse teknologier Wi-Fi og Bluetooth, samt noen andre mindre populære standarder. Enheten er basert på patenterte fraktalantenneteknologier, og arealet er kun 3,7 x 2 mm. Ifølge utviklerne vil den lille antennen gjøre det mulig å redusere størrelsen på multimedieprodukter som den vil finne sin bruk i i nær fremtid, eller å stappe flere funksjoner inn i én enhet.

Fjernsynsstasjoner sender signaler i området 50-900 MHz, som mottas pålitelig i en avstand på mange kilometer fra senderantennen. Det er kjent at vibrasjoner med høyere frekvenser passerer gjennom bygninger og ulike hindringer verre enn lavfrekvente, som rett og slett bøyer seg rundt dem. Derfor Wi-Fi-teknologi, brukt i konvensjonelle trådløse kommunikasjonssystemer og opererer ved frekvenser over 2,4 GHz, gir signalmottak kun i en avstand på ikke mer enn 100 m. Denne urettferdigheten mot avansert Wi-Fi-teknologi vil snart ende, selvfølgelig, uten skade for TV-forbrukere . I fremtiden vil enheter skapt på grunnlag av Wi-Fi-teknologi operere på frekvenser mellom TV-kanaler som opererer, og dermed øke rekkevidden av pålitelig mottak. For ikke å forstyrre driften av TV, vil hvert av Wi-Fi-systemene (sender og mottaker) kontinuerlig skanne nærliggende frekvenser, og forhindre kollisjoner i luften. Når man flytter til et bredere frekvensområde, blir det nødvendig å ha en antenne som like godt kan motta signaler fra både høye og høye frekvenser. lave frekvenser. Konvensjonelle piskeantenner oppfyller ikke disse kravene, pga De, i samsvar med deres lengde, aksepterer selektivt frekvenser med en viss bølgelengde. En antenne som egner seg for å motta signaler i et bredt frekvensområde er den såkalte fraktalantennen, som har form som en fraktal – en struktur som ser lik ut uansett hvilken forstørrelse vi ser den med. En fraktalantenne oppfører seg slik en struktur som består av mange pinneantenner av forskjellige lengder vridd sammen ville oppføre seg.

4.1.3 "Knust" antenne

Den amerikanske ingeniøren Nathan Cohen for omtrent ti år siden bestemte seg for å sette sammen en amatørradiostasjon hjemme, men møtte en uventet vanskelighet. Leiligheten hans lå i sentrum av Boston, og bymyndighetene forbød strengt å plassere en antenne utenfor bygningen. En løsning ble funnet uventet, og snudde opp ned på hele det påfølgende livet til radioamatøren.

I stedet for å lage en tradisjonelt formet antenne, tok Cohen et stykke aluminiumsfolie og kuttet det i form av et matematisk objekt kjent som en Koch-kurve. Denne kurven, oppdaget i 1904 av den tyske matematikeren Helga von Koch, er en fraktal, en brutt linje som ser ut som en serie av uendelig avtagende trekanter som vokser ut av hverandre som taket på en flertrinns kinesisk pagode. Som alle fraktaler er denne kurven "selvlignende", det vil si at på ethvert minste segment har den samme utseende og gjentar seg selv. Slike kurver er konstruert ved å gjenta en enkel operasjon i det uendelige. Linjen er delt inn i like segmenter, og på hvert segment lages en bøyning i form av en trekant (von Koch-metoden) eller en firkant (Herman Minkowski-metoden). Deretter, på alle sider av den resulterende figuren, er lignende firkanter eller trekanter bøyd etter tur, men allerede mindre størrelse. Hvis du fortsetter konstruksjonen i det uendelige, kan du få en kurve som er "brudd" på hvert punkt (Figur 20).

Figur 20 - Konstruksjon av Koch- og Minkowski-kurven

Konstruksjon av Koch-kurven - en av de aller første fraktale objektene. På en uendelig rett linje skilles segmenter med lengde l. Hvert segment er delt inn i tre like deler, og en likesidet trekant med side l/3 er konstruert på den midterste. Deretter gjentas prosessen: trekanter med sidene l/9 bygges på segmentene l/3, trekanter med sidene l/27 bygges på dem, og så videre. Denne kurven har selvlikhet, eller skalainvarians: hvert av dens elementer i redusert form gjentar selve kurven.

Minkowski-fraktalen er konstruert på samme måte som Koch-kurven og har de samme egenskapene. Når du konstruerer det, i stedet for et system av trekanter, bygges meandere på en rett linje - "rektangulære bølger" med uendelig avtagende størrelse.

Da han konstruerte Koch-kurven, begrenset Cohen seg til bare to eller tre trinn. Deretter limte han figuren på et lite stykke papir, festet den til mottakeren, og ble overrasket over å finne at den ikke fungerte verre enn konvensjonelle antenner. Som det viste seg senere, ble oppfinnelsen hans grunnleggeren av en fundamentalt ny type antenner, nå masseprodusert.

Disse antennene er veldig kompakte: fraktalantennen for en mobiltelefon innebygd i etuiet har størrelsen på en vanlig lysbilde (24 x 36 mm). I tillegg opererer de over et bredt frekvensområde. Alt dette ble oppdaget eksperimentelt; Teorien om fraktale antenner eksisterer ennå ikke.

Parametrene til en fraktalantenne laget av en rekke påfølgende trinn ved hjelp av Minkowski-algoritmen endres på en veldig interessant måte. Hvis en rett antenne bøyes i form av en "firkantbølge" - en meander, vil forsterkningen øke. Alle påfølgende bukter av antenneforsterkningen endres ikke, men frekvensområdet den mottar utvides, og selve antennen blir mye mer kompakt. Det er sant at bare de første fem eller seks trinnene er effektive: For å bøye lederen ytterligere, må du redusere diameteren, og dette vil øke antennemotstanden og føre til tap av forsterkning.

Mens noen maser hjernen over teoretiske problemer, implementerer andre oppfinnelsen aktivt i praksis. I følge Nathan Cohen, nå professor ved University of Boston og sjefsteknisk inspektør for Fractal Antenna Systems, "vil fraktale antenner om noen år bli en integrert del av mobiltelefoner og radiotelefoner og mange andre trådløse kommunikasjonsenheter."

antenne array fraktal

4.2 Anvendelse av fraktale antenner

Blant de mange antennedesignene som brukes i dag i kommunikasjon, er antennetypen nevnt i tittelen på artikkelen relativt ny og fundamentalt forskjellig fra kjente løsninger. De første publikasjonene som undersøkte elektrodynamikken til fraktale strukturer dukket opp tilbake på 80-tallet av det 20. århundre. Det er begynnelsen praktisk bruk Den fraktale retningen innen antenneteknologi ble startet for mer enn 10 år siden av den amerikanske ingeniøren Nathan Cohen, nå professor ved Boaon University og sjefsteknisk inspektør for selskapet Fractal Antenna Systems. Han bodde i Boston sentrum, for å omgå bystyrets forbud mot å installere utendørsantenner, og bestemte seg for å skjule antennen til en amatørradiostasjon som en dekorativ figur laget av aluminiumsfolie. Som grunnlag tok han Koch-kurven kjent i geometri (Figur 20), hvis beskrivelse ble foreslått i 1904 av den svenske matematikeren Niels Fabian Helge von Koch (1870-1924).

Lignende dokumenter

Konseptet og prinsippet for drift av sendeantenner og deres strålingsmønstre. Beregning av størrelser og resonansfrekvenser for fraktale antenner. Design av en trykt mikrostrip-antenne basert på Koch-fraktalen og 10 prototyper av wire-type antenner.

avhandling, lagt til 02.02.2015


Utvikling av fraktale antenner. Konstruksjonsmetoder og driftsprinsipper for en fraktalantenne. Konstruksjon av Peano-kurven. Dannelse av en fraktal rektangulær ødelagt antenne. Dual band antenne array. Fraktal frekvens-selektive overflater.

avhandling, lagt til 26.06.2015


Strukturopplegg aktiv phased array-antennemottaksmodul. Beregning av den relative reduksjonen i eksitasjon ved kanten av antennen. Energipotensialet til de mottakende fasede array-antennene. Nøyaktighet for strålejustering. Valg og beregning av emitter.

kursarbeid, lagt til 11.08.2014


Introduksjon til aktivitetene til Antenna-Service LLC: installasjon og igangkjøring av bakke- og satellittantennesystemer, utforming av telekommunikasjonsnettverk. generelle egenskaper grunnleggende egenskaper og bruksområder for satellittantenner.

avhandling, lagt til 18.05.2014


Typer og klassifisering av antenner for mobilkommunikasjonssystemer. Spesifikasjoner antenner KP9-900. Det største tapet av antenneeffektivitet er i driftsposisjonen til enheten. Metoder for å beregne antenner for cellulære systemer kommunikasjon. Egenskaper til MMANA-antennemodeller.

kursarbeid, lagt til 17.10.2014


Typer mikrobølgeenheter i distribusjonskretsene til antenner. Design av mikrobølgeapparater basert på dekomponeringsmetoden. Arbeider med "Model-S"-programmet for automatiserte og parametriske typer syntese av multi-element mikrobølgeenheter.

test, lagt til 15.10.2011


Hovedoppgavene til antenneteori og egenskapene til denne enheten. Maxwells ligninger. Elektrisk dipolfelt i ubegrenset plass. Karakteristiske trekk vibrator- og blenderantenner. Metoder for å kontrollere amplituden til gitter.

opplæring, lagt til 27.04.2013


Lineær array med en sylindrisk spiralformet antenne som radiator. Bruk av antenner for å sikre høykvalitets antennedrift. Design av en vertikalt skanende antennegruppe. Beregning av en enkelt emitter.

kursarbeid, lagt til 28.11.2010


Skapelsesmetoder effektive antenner. Lineær antennegruppe. Optimal reisebølgeantenne. Retningskoeffisient. Flate antenner. Inngangsimpedansen til det utstrålende elementet. Egenskaper og bruk av ikke-ekvidistante rister.

kursarbeid, lagt til 14.08.2015


Bruk av antenner for både stråling og mottak av elektromagnetiske bølger. Det finnes et stort utvalg av forskjellige antenner. Design av en lineær rekke dielektriske stavantenner, som er satt sammen av stavdielektriske antenner.