Svet ni brez dobrih ljudi :-)
Valery UR3CAH: "Dober dan, Egor. Mislim, da ta članek (in sicer razdelek "Fraktalne antene: manj je več") ustreza temi vašega spletnega mesta in vas bo zanimal:) 73!"
Ja, seveda je zanimivo. Te teme smo se do neke mere že dotaknili, ko smo razpravljali o geometriji heksabimov. Tudi tu je bila dilema pri “pakiranju” električne dolžine v geometrijske mere :-). Zato se vam, Valery, najlepša hvala za poslano gradivo.
Fraktalne antene: manj je več
V zadnjega pol stoletja se je življenje hitro začelo spreminjati. Večina od nas jemlje napredek sodobne tehnologije za samoumevno. Na vse, kar dela življenje udobnejše, se zelo hitro navadiš. Redkokdo si zastavi vprašanje "Od kod to?" in "Kako deluje?" Mikrovalovna pečica pogreje zajtrk - super, pametni telefon vam omogoča, da se pogovarjate z drugo osebo - super. To se nam zdi očitna možnost.
Toda življenje bi lahko bilo povsem drugačno, če človek ne bi iskal razlage za dogajanje. Vzemimo na primer mobilne telefone. Se spomnite izvlečnih anten na prvih modelih? Motili so, povečevali velikost naprave in se na koncu pogosto zlomili. Verjamemo, da so za vedno potonili v pozabo in delni razlog za to so ... fraktali.
Fraktalni vzorci očarajo s svojimi vzorci. Vsekakor spominjajo na slike kozmičnih objektov - meglic, jat galaksij itd. Zato je povsem naravno, da je Mandelbrot, ko je izrazil svojo teorijo o fraktalih, vzbudil večje zanimanje med tistimi, ki so študirali astronomijo. Eden od teh amaterjev Nathan Cohen je po obisku predavanja Benoita Mandelbrota v Budimpešti dobil idejo praktična uporaba pridobljeno znanje. Res je, da je to naredil intuitivno in naključje je igralo pomembno vlogo pri njegovem odkritju. Kot radioamater si je Nathan prizadeval ustvariti anteno z največjo možno občutljivostjo.
Edina pot za izboljšanje parametrov antene, ki je bila takrat znana, je obsegala povečanje njenih geometrijskih dimenzij. Vendar je bil lastnik hiše v središču Bostona, ki jo je najel Nathan, kategorično proti namestitvi velike naprave na strehi. Nato je Nathan začel eksperimentirati z različnimi oblikami anten, da bi dosegel največji rezultat minimalne velikosti. Navdihnjen z idejo o fraktalnih oblikah je Cohen, kot pravijo, naključno naredil enega najbolj znanih fraktalov iz žice - "Kochovo snežinko". Švedski matematik Helge von Koch je leta 1904 prišel do te krivulje. Dobimo ga tako, da segment razdelimo na tri dele in srednji segment nadomestimo z enakostraničnim trikotnikom brez stranice, ki sovpada s tem segmentom. Definicija je nekoliko težko razumljiva, vendar je na sliki vse jasno in preprosto.
Obstajajo tudi druge različice Kochove krivulje, vendar je približna oblika krivulje podobna.

Ko je Nathan priključil anteno na radijski sprejemnik, je bil zelo presenečen - občutljivost se je dramatično povečala. Bodoči profesor na bostonski univerzi je po seriji poskusov ugotovil, da ima antena, izdelana po fraktalnem vzorcu, visoko učinkovitost in pokriva veliko širši frekvenčni razpon v primerjavi s klasičnimi rešitvami. Poleg tega oblika antene v obliki fraktalne krivulje omogoča bistveno zmanjšanje geometrijskih dimenzij. Nathan Cohen je celo prišel do teorema, ki dokazuje, da je za ustvarjanje širokopasovne antene dovolj, da ji damo obliko samopodobne fraktalne krivulje.

Avtor je svoje odkritje patentiral in ustanovil podjetje za razvoj in oblikovanje fraktalnih anten Fractal Antenna Systems, pri čemer je upravičeno verjel, da se bodo mobilni telefoni v prihodnosti zaradi njegovega odkritja lahko znebili zajetnih anten in postali bolj kompaktni. Načeloma se je to tudi zgodilo. Res je, Nathan je še danes vpleten v pravni boj z velikimi korporacijami, ki nezakonito uporabljajo njegovo odkritje za proizvodnjo kompaktnih komunikacijskih naprav. Nekateri znani proizvajalci mobilne naprave, kot je Motorola, so že dosegle mirovni dogovor z izumiteljem fraktalne antene. Izvirni vir

Kot smo razpravljali v prejšnjih člankih, je bilo ugotovljeno, da je učinkovitost fraktalnih anten približno 20 % večja od običajnih anten.To je lahko zelo koristno za uporabo. Še posebej, če želite, da vaša TV antena sprejema digitalni signal ali video visoka ločljivost, za povečanje obsega mobilni telefon, Wifipas, FM ali AM radio itd.

Večina mobilnih telefonov ima že vgrajene fraktalne antene. Če ste opazili v zadnjih nekaj letih, mobilni telefoni nimajo več anten na zunanji strani. To je zato, ker imajo notranje fraktalne antene, vgravirane v vezje, kar jim omogoča boljši sprejem in sprejemanje več frekvenc, kot je Bluetooth, celični signal in Wi-Fi vse z ene antene hkrati!

Informacije iz Wikipedije: "Fraktalna antena se izrazito razlikuje od tradicionalno zasnovane antene, saj lahko deluje z dobrimi zmogljivostmi na različnih frekvencah hkrati. Običajno je treba standardne antene "prerezati" na frekvenco, za katero se bodo uporabljale in tako "Torej standardna antena dobro deluje le pri tej frekvenci. Zaradi tega so fraktalne antene odlična rešitev za širokopasovne in večpasovne aplikacije."

Trik je ustvariti lastno fraktalno anteno, ki bo odmevala na želeni frekvenci. To pomeni, da bo videti drugače in se lahko izračuna drugače, odvisno od tega, kaj želite doseči. Malo matematike in postalo bo jasno, kako to storiti. (Lahko se omejite na spletni kalkulator)

V našem primeru bomo naredili preprosto anteno, vendar lahko naredite bolj zapletene antene. Bolj zapleteno, bolje je. Kot primer bomo uporabili kolut polne žice kalibra 18, potrebne za izdelavo antene, vendar lahko greste dlje z uporabo lastnih plošč za jedkanje, da naredite manjšo ali bolj zapleteno anteno z večjo ločljivostjo in resonanco.

(zavihek=TV antena)

V tej vadnici bomo poskušali ustvariti TV anteno za digitalni signal ali signal visoka ločljivost prenašajo po radijskem kanalu. S temi frekvencami je lažje delati, valovne dolžine pri teh frekvencah segajo od pol metra do nekaj metrov za polovico valovne dolžine signala. Za vezja UHF (decitimeter val) lahko dodate usmerjevalnik (usmerjevalnik) ali reflektor (reflektor), zaradi česar bo antena bolj odvisna od smeri. VHF (ultra short wave) antene so prav tako usmerjene, vendar morajo biti "ušesa" VHF dipolnih anten usmerjena pravokotno na valovno dolžino TV postaje, ki oddaja signal, namesto da bi bila usmerjena neposredno na TV postajo.

Najprej poiščite frekvence, ki jih želite sprejemati ali oddajati. Za TV je tukaj povezava do frekvenčne karte: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Za izračun velikosti antene bomo uporabili spletni kalkulator: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Tukaj je dober PDF o oblikovanju in teoriji:Prenesi

Kako najti valovno dolžino signala: valovna dolžina v čevljih = (razmerje hitrosti svetlobe v čevljih) / (frekvenca v hercih)

1) Koeficient svetlobne hitrosti v čevljih = +983571056,43045

2) Koeficient svetlobne hitrosti v metrih = 299792458

3) Koeficient svetlobne hitrosti v palcih = 11802852700

Kje začeti: (niz dipolov VHF/UHF z reflektorjem, ki dobro deluje za široko frekvenčno območje DB2):

(350 MHz je četrtina 8-palčnega vala – 16-palčni polval, ki spada v ultravisokofrekvenčno območje – med kanaloma 13 in 14, in ki je središčna frekvenca med območjem VHF-UHF za boljši resonanca). Te zahteve je mogoče spremeniti tako, da bolje delujejo na vašem območju, saj je lahko vaš distribucijski kanal nižje ali višje v skupini.

Na podlagi materialov s spodnjih povezav ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ in http://trenutno .org/ptv/ptv0821make.pdf) , le fraktalne zasnove vam omogočajo večjo kompaktnost in prilagodljivost, mi pa bomo uporabili model DB2, ki ima visoko ojačenje in je že precej kompakten in priljubljen za notranjo in zunanjo montažo.

Osnovni stroški (približno 15 USD):

1. Montažna površina, kot je plastično ohišje (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 vijakov. Uporabil sem samorezne vijake za jeklo in pločevino.
3. Ustrezni transformator 300 Ohm na 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Približno trdna žica kalibra 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksialni RG-6 s terminatorji - omejevalci (in gumijastim plaščem, če je nameščen zunaj).
6. Aluminij pri uporabi reflektorja.
7. Ostro konico ali podobno, po možnosti s fino konico.
8. Dva para majhnih klešč - igel.
9. Vodilo je vsaj 8 palcev.
10. Kotomer za merjenje kotov.
11. Sveder in nastavek z manjšim premerom od vaših vijakov.
12. Majhne klešče.
13. Izvijač ali izvijač.

OPOMBA: HDTV/DTV urejanje v PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Prvi korak:

Sestavite ohišje z reflektorjem pod plastičnim pokrovom:

Drugi korak:

Izvrtajte majhne navojne luknje na nasprotni strani reflektorja na naslednjih mestih in namestite prevodni vijak.

Tretji korak:

Odrežite štiri 8" kose žice s polnim jedrom in jih izpostavite.

Četrti korak:

Z markerjem označite vsak centimeter na žici. (To so mesta, kjer bomo naredili ovinke)

Peti korak:

Ta korak morate ponoviti za vsako žico. Vsak upogib na žici bo enak 60 stopinjam, kar bo ustvarilo fraktal. Podoben enakostraničnemu trikotniku. Uporabil sem dva para klešč in kotomer. Vsak ovinek bo na 1" zarezi. Prepričajte se, da ste si zamislili smer vsakega zavoja, preden to storite! Za pomoč uporabite spodnji diagram.

Šesti korak:

Odrežite še 2 kosa žice, dolge vsaj 6 cm, in ju izpostavite. Te žice upognite okoli zgornjih in spodnjih vijakov in jih privežite na sredino vijaka. Tako pridejo vsi trije v stik. Uporabite rezila za žice, da odrežete neželene dele žice.

Sedmi korak:

Postavite in privijte vse svoje fraktale z vogali

Osmi korak:

Pritrdite ustrezni transformator skozi dva vijaka na sredini in ju privijte.

pripravljena! Zdaj lahko preizkusite svoj dizajn!

Kot lahko vidite na spodnji fotografiji, vsakič, ko razdelite vsak del in ustvarite nov trikotnik z enako dolžino žice, se lahko prilega v manjši prostor in zavzame prostor v drugi smeri.

Prevod: Dmitry Shakhov

Spodaj si lahko ogledate video o ustvarjanju fraktalnih anten:

(zavihek=Wi-Fi antena)

Prej sem slišal za fraktalne antene in čez nekaj časa sem želel poskusiti izdelati lastno fraktalno anteno, da tako rekoč preizkusim ta koncept. Nekatere od prednosti fraktalnih anten, opisanih v raziskovalnih člankih o fraktalnih antenah, so njihova sposobnost učinkovitega sprejemanja večpasovnih RF signalov, medtem ko so relativno majhne. Odločil sem se ustvariti prototip fraktalne antene na podlagi preproge Sierpinskega.

Svojo fraktalno anteno sem zasnoval tako, da ima priključek, ki je združljiv z mojim usmerjevalnik Linksys WRT54GS 802.11g. Antena ima zasnovo z nizkim profilom ojačanja in v predhodnem testiranju na razdalji 1/2 km od točke prekinitve povezave WiFi z več drevesi na poti je pokazala dokaj dobre rezultate in stabilnost signala.

Lahko prenesete PDF različica predloga antene na podlagi preproge Sierpinski, ki sem jo uporabil, kot tudi druga dokumentacija na teh povezavah:

Izdelava prototipa

To je fotografija s pripravljenim prototipom fraktalne antene:

Za testiranje sem na fraktalno anteno pritrdil Linksys WRT54GS RP-TNC - konektor

Ko sem načrtoval svoj prvi prototip fraktalne antene, me je skrbelo, da bi postopek jedkanja na PCB lahko izoliral trikotnike drug od drugega, zato sem nekoliko razširil povezave med njimi. Opomba: Ker se je končni prehod tonerja končal natančneje, kot sem pričakoval, bo naslednja različica prototipa fraktalne antene upodobljena z natančnimi kontaktnimi točkami med vsako od fraktalnih iteracij trikotnika Sierpinski. Pomembno je zagotoviti, da so elementi preproge Sierpinski (trikotniki) v stiku med seboj, priključne točke pa morajo biti čim tanjše:

Dizajn antene je bil natisnjen laserski tiskalnik Pulsar Pro FX. Ta postopek mi je omogočil kopiranje zasnove antene na material PCB, prevlečen z bakrom:

Lasersko natisnjena struktura antene se nato prenese na bakreno ploščo PCB s termičnim postopkom z uporabo modificiranega laminatorja:

To je bakren PCB material po prvem koraku postopka prenosa tonerja:

Naslednji nujni korak je bila uporaba laminatorja Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" na PCB. Zelena folija se uporablja za zapolnjevanje morebitnih vrzeli tonerja ali neenakomerno odebeljenih premazov pri prenosu tonerja:

To je očiščena plošča z zasnovo antene. Plošča je pripravljena za jedkanje:

Tukaj sem maskiral zadnjo stran tiskanega vezja z električnim trakom:

Uporabil sem metodo neposrednega jedkanja z železovim kloridom za jedkanje plošče v 10 minutah. Metoda neposrednega jedkanja se izvaja z gobo: celotno ploščo je treba počasi obrisati z železovim kloridom. Zaradi nevarnosti za zdravje zaradi uporabe železovega klorida sem nosil zaščitna očala in rokavice:

To je plošča po jedkanju:

obrisal sem tiskano vezje palčko, namočeno v aceton, da odstranite premaze za prenos tonerja. Pri čiščenju sem uporabljal rokavice, ker se bo aceton absorbiral skozi tipične rokavice za enkratno uporabo iz lateksa:

S svedrom in svedrom sem izvrtal luknjo za antenski priključek:

Za svoj prvi prototip sem uporabil konektor RP-TNC iz standardne antene usmerjevalnika Linksys:

Od blizu Linksys - RP-TNC združljiv antenski priključek:

Tik pred spajkanjem sem na PCB na območju spajkanja nanesel malo vode:

Naslednji korak je spajkanje žice iz konektorja RP-TNC na podnožje antene Sierpinski na tiskanem vezju:

Spajkajte drugo žico priključka antene na ravnino tiskanega vezja:

Antena je pripravljena za uporabo!

Prva stvar, o kateri bi rad pisal, je kratek uvod v zgodovino, teorijo in uporabo fraktalnih anten. Nedavno so odkrili fraktalne antene. Prvi jih je izumil Nathan Cohen leta 1988, nato pa je objavil svojo raziskavo o tem, kako narediti televizijsko anteno iz žice in jo leta 1995 patentiral.

Fraktalna antena ima več edinstvenih lastnosti, kot je zapisano na Wikipediji:

»Fraktalna antena je antena, ki uporablja fraktalno, samoponavljajočo se zasnovo, da poveča dolžino ali poveča obseg (na notranjih področjih ali zunanji strukturi) materiala, ki lahko sprejema ali oddaja elektromagnetne signale znotraj dane skupne površine ali prostornine. .”

Kaj točno to pomeni? No, vedeti morate, kaj je fraktal. Tudi iz Wikipedije:

"Fraktal je običajno groba ali razdrobljena geometrijska oblika, ki jo je mogoče razdeliti na dele, pri čemer je vsak del manjša kopija celote - lastnost, imenovana samopodobnost."

Tako je fraktal geometrijska oblika, ki se vedno znova ponavlja, ne glede na velikost posameznih delov.

Ugotovljeno je bilo, da so fraktalne antene približno 20 % učinkovitejše od običajnih anten. To je lahko koristno, zlasti če želite, da vaša televizijska antena sprejema digitalni video ali video visoke ločljivosti, povečajte celični obseg, doseg Wi-Fi, sprejem FM ali AM radia itd.

Večina mobilnih telefonov že ima fraktalne antene. Morda ste to opazili, ker mobilni telefoni nimajo več anten na zunanji strani. To je zato, ker imajo znotraj njih fraktalne antene, ki so vgravirane v vezje, kar jim omogoča, da prejmejo boljši signal in poberejo več frekvenc, kot so Bluetooth, Cellular in Wi-Fi, z eno samo anteno.

Wikipedia:

»Odziv fraktalne antene se opazno razlikuje od tradicionalnih zasnov antene, saj je sposobna delovati z dobrimi zmogljivostmi na različnih frekvencah hkrati. Frekvenco standardnih anten je treba zmanjšati, da lahko sprejemajo samo to frekvenco. Zato je fraktalna antena, za razliko od običajne antene, odlična zasnova za širokopasovne in večpasovne aplikacije.«

Trik je v tem, da svojo fraktalno anteno oblikujete tako, da resonira na določeni srednji frekvenci, ki jo želite. To pomeni, da bo antena videti drugače, odvisno od tega, kaj želite doseči. Če želite to narediti, morate uporabiti matematiko (ali spletni kalkulator).

V svojem primeru bom naredil preprosta antena, vendar ga lahko naredite bolj zapletenega. Bolj zapleteno, bolje je. Za izdelavo antene bom uporabil tuljavo 18-žilne žice s polnim jedrom, vendar lahko svoja vezja prilagodite tako, da ustrezajo vaši estetiki, jih naredite manjše ali bolj zapletene z večjo ločljivostjo in resonanco.

Naredil bom TV anteno za sprejem digitalne televizije ali televizije visoke ločljivosti. S temi frekvencami je lažje delati in segajo v dolžino od približno 15 cm do 150 cm za polovično valovno dolžino. Zaradi enostavnosti in nizke cene delov ga bom namestil na navadno dipolno anteno, lovila bo valove v območju 136-174 MHz (VHF).

Za sprejem UHF valov (400–512 MHz) lahko dodate usmerjevalnik ali reflektor, vendar bo tako sprejem bolj odvisen od smeri antene. VHF je tudi usmerjen, vendar boste morali VHF ušesa namestiti pravokotno na TV postajo, namesto da bi bili usmerjeni neposredno na TV postajo v UHF namestitvi. To bo zahtevalo malo več truda. Dizajn želim čim bolj poenostaviti, ker je že to precej kompleksna stvar.

Glavne komponente:

• Montažna površina, kot je plastično ohišje (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vijakov. Uporabil sem vijake za jekleno pločevino
• Transformator z uporom od 300 Ohm do 75 Ohm.
• 18 AWG (0,8 mm) montažna žica
• Koaksialni kabel RG-6 s terminatorji (in z gumijastim plaščem, če bo namestitev na prostem)
• Aluminij pri uporabi reflektorja. V zgornji priponki je bil eden.
• Fini marker
• Dva para majhnih klešč
• Ravnilo ni krajše od 20 cm.
• Transporter za merjenje kotov
• Dva svedra, eden nekoliko manjšega premera od vaših vijakov
• Majhen rezalnik žice
• Izvijač ali izvijač

Opomba: Spodnji del Antena iz aluminijaste žice se nahaja na desni strani slike, kjer štrli transformator.

1. korak: Dodajanje reflektorja

Sestavite ohišje z reflektorjem pod plastičnim pokrovom

2. korak: Vrtanje lukenj in namestitev pritrdilnih točk

Na teh mestih izvrtajte majhne odprtine na nasprotni strani reflektorja in namestite prevodni vijak.

3. korak: Izmerite, odrežite in odstranite žice

Odrežite štiri 20 cm velike kose žice in jih položite na telo.

4. korak: Merjenje in označevanje žic

Z markerjem označite vsakih 2,5 cm na žici (na teh mestih bodo zavoji)

5. korak: Ustvarjanje fraktalov

Ta korak je treba ponoviti za vsak kos žice. Vsak upogib naj bo točno 60 stopinj, saj bomo za fraktal izdelali enakostranične trikotnike. Uporabil sem dva para klešč in kotomer. Vsak zavoj je narejen na oznaki. Preden naredite gube, si predstavljajte smer vsakega od njih. Za to uporabite priloženi diagram.

6. korak: Ustvarjanje dipolov

Odrežite še dva kosa žice, dolga vsaj 6 palcev. Te žice ovijte okoli zgornjih in spodnjih vijakov vzdolž dolge stranice, nato pa ju ovijte okoli sredinskih vijakov. Nato odrežite odvečno dolžino.

Korak 7: Namestitev dipolov in namestitev transformatorja

Vsak od fraktalov pritrdite na kotne vijake.

Na dva sredinska vijaka pritrdite transformator z ustrezno impedanco in ju privijte.

Montaža končana! Preverite in uživajte!

8. korak: Več ponovitev/poskusov

Naredil sem nekaj novih elementov z uporabo papirnate predloge iz GIMP. Uporabil sem majhno trdno telefonsko žico. Bil je majhen, močan in dovolj upogljiv, da se je upognil v kompleksne oblike, potrebne za osrednjo frekvenco (554 MHz). To je povprečje UHF digitalnega signala za kanale prizemne televizije na mojem območju.

Fotografija priložena. Morda bo težko videti bakrene žice pri šibki svetlobi proti kartonu in lepilnemu traku na vrhu, vendar razumete.

Pri tej velikosti so elementi precej krhki, zato je treba z njimi ravnati previdno.

Dodal sem tudi predlogo v format png. Če želite natisniti želeno velikost, jo boste morali odpreti v urejevalniku fotografij, kot je GIMP. Šablona ni popolna, ker sem jo naredil ročno z miško, je pa dovolj udobna za človeško roko.

Za tiste, ki ne vedo, kaj je in kje se uporablja, lahko rečem, da si oglejte video filme o fraktalih. In takšne antene se danes uporabljajo povsod, na primer v vsakem mobilnem telefonu.

Tako sta nas konec leta 2013 obiskala tast in tašča, nato pa nas je tašča na predvečer novoletnih praznikov prosila za anteno zanjo. majhen televizor. Moj tast gleda televizijo prek satelitskega krožnika in običajno počne nekaj po svoje, tašča pa je želela mirno gledati novoletne programe, ne da bi motila tasta.

Ok, dala sva ji našo zančno anteno (330x330 mm kvadratna), preko katere je žena včasih gledala televizijo.

In takrat se je bližal čas otvoritve zimskih olimpijskih iger v Sočiju in moja žena je rekla: Naredi anteno.

Ni mi problem narediti še eno anteno, če le ima namen in smisel. Obljubil je, da bo to storil. In zdaj je prišel čas ... vendar sem mislil, da je nekako dolgočasno izklesati še eno zančno anteno, navsezadnje je 21. stoletje na dvorišču in potem sem se spomnil, da so najbolj progresivne pri konstrukciji anten EH-antene , HZ-antene in fraktalne antene. Ko sem ugotovil, kaj je najbolj primerno za moj posel, sem se odločil za fraktalno anteno. Na srečo sem že zdavnaj gledal najrazličnejše filme o fraktalih in z interneta potegnil najrazličnejše fotografije. Zato sem želel idejo prevesti v materialno realnost.

Eno so fotografije, drugo pa konkretna izvedba določene naprave. Nisem se dolgo trudil in sem se odločil zgraditi anteno na osnovi pravokotnega fraktala.

Vzel sem bakreno žico s premerom približno 1 mm, vzel klešče in začel izdelovati stvari ... prvi projekt je bil v polnem obsegu z veliko fraktali. Iz navade sem to počel dolgo časa, v mrzlih zimskih večerih, končno mi je uspelo, s tekočim polietilenom prilepil celotno fraktalno površino na vlakneno ploščo, direktno spajkal kabel, približno 1 m dolžine, začel poskušati. Ups! In ta antena je veliko jasneje sprejemala televizijske kanale kot okvirna antena ... S tem rezultatom sem bil zadovoljen, kar pomeni, da se nisem zaman trudil in drgnil žulje, medtem ko sem žico upogibal v fraktalno obliko.

Minil je približno teden dni in dobil sem idejo, da je velikost nove antene skoraj enaka okvirni anteni, posebne koristi ni, razen če upoštevamo rahlo izboljšanje sprejema. In tako sem se odločil namestiti novo fraktalno anteno z manj fraktali in zato manjšo velikostjo.

Fraktalna antena. Prva možnost

V soboto, 08.02.2014, sem vzel majhen kos bakrene žice, ki je ostal od prve fraktalne antene in kar na hitro, v približno pol ure, montiral novo anteno...

Fraktalna antena. Druga možnost

Potem sem spajkal kabel iz prvega in izkazalo se je, da je kompletna naprava. Fraktalna antena. Druga možnost s kablom

Začel sem preverjati uspešnost ... Vau, prekleto! Ja, ta deluje še bolje in sprejema kar 10 kanalov v barvah, česar prej z zančno anteno ni bilo mogoče doseči. Dobitek je pomemben! Če ste pozorni tudi na dejstvo, da so moji sprejemni pogoji popolnoma nepomembni: drugo nadstropje, naša hiša je popolnoma blokirana od televizijskega centra z visokimi stavbami, ni neposredne vidljivosti, potem je pridobitev impresivna tako pri sprejemu kot v velikosti.

Na internetu so fraktalne antene narejene z jedkanjem na foliji iz steklenih vlaken... Mislim, da je vseeno kaj narediti, pri televizijski anteni pa se dimenzije ne smejo striktno držati, v mejah dela na kolenu.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

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

Uvod

Antena je radijska naprava, namenjena oddajanju ali sprejemanju elektromagnetnih valov. Antena je eden najpomembnejših elementov katerega koli radijskega inženirskega sistema, povezanega z oddajanjem ali sprejemom radijskih valov. Takšni sistemi vključujejo: radijske komunikacijske sisteme, radijsko oddajanje, televizijo, radijsko vodenje, radijsko relejno komunikacijo, radar, radioastronomija, radijska navigacija itd.

Strukturno je antena sestavljena iz žic, kovinskih površin, dielektrikov in magnetodielektrikov. Namen antene je ponazorjen s poenostavljenim diagramom radijske povezave. Visokofrekvenčna elektromagnetna nihanja, modulirana s koristnim signalom in ustvarjena z generatorjem, oddajna antena pretvori v elektromagnetno valovanje in seva v prostor. Običajno se elektromagnetni valovi dovajajo od oddajnika do antene ne neposredno, ampak z uporabo daljnovoda (prenos elektromagnetnega valovanja, podajalnik).

V tem primeru se elektromagnetni valovi, povezani z njim, širijo vzdolž podajalnika, ki jih antena pretvori v divergentne elektromagnetne valove prostega prostora.

Sprejemna antena zajame proste radijske valove in jih pretvori v sklopljene valove, ki se skozi podajalnik napajajo v sprejemnik. V skladu z načelom reverzibilnosti antene se lastnosti antene, ki deluje v oddajnem načinu, ne spremenijo, ko ta antena deluje v sprejemnem načinu.

Naprave, podobne antenam, se uporabljajo tudi za vzbujanje elektromagnetnih nihanj v različne vrste valovodov in volumetričnih resonatorjev.

1. Glavne značilnosti anten

1.1 Kratke informacije o glavnih parametrih anten

Pri izbiri anten se primerjajo njihove glavne značilnosti: delovno frekvenčno območje (pasovna širina), ojačanje, sevalni vzorec, vhodna impedanca, polarizacija. Kvantitativno ojačenje antene Ga kaže, kolikokrat je moč signala, ki ga sprejme določena antena, večja od moči signala, ki ga sprejme najenostavnejša antena - polvalovni vibrator (izotropni oddajnik), postavljen na isto točko v prostoru. Dobiček je izražen v decibelih dB ali dB. Razlikovati je treba med ojačenjem, opredeljenim zgoraj, označenim z dB ali dBd (glede na dipolni ali polvalovni vibrator), in ojačenjem glede na izotropni radiator, označenim z dBi ali dB ISO. V vsakem primeru je treba primerjati podobne vrednosti. Zaželeno je imeti anteno z visokim ojačenjem, vendar povečanje ojačenja običajno zahteva povečanje kompleksnosti njene zasnove in dimenzij. Preprostih majhnih anten z visokim ojačanjem ni. Sevalni vzorec (RP) antene prikazuje, kako antena sprejema signale iz različnih smeri. V tem primeru je treba upoštevati vzorec antene v vodoravni in navpični ravnini. Vsesmerne antene v kateri koli ravnini imajo vzorec v obliki kroga, to pomeni, da lahko antena sprejema signale z vseh strani enako, na primer vzorec sevanja navpične palice v vodoravni ravnini. Za usmerjeno anteno je značilna prisotnost enega ali več vzorcev, od katerih se največji imenuje glavni. Običajno sta poleg glavnega režnja še zadnji in stranski reženj, katerih nivo je bistveno nižji od glavnega režnja, kar pa poslabša delovanje antene, zato si prizadevajo, da bi njihov nivo čim bolj znižali. .

Vhodna impedanca antene se šteje za razmerje med trenutnimi vrednostmi napetosti in signalnim tokom na dovodnih točkah antene. Če sta napetost in tok signala v fazi, potem je razmerje realna vrednost in je vhodni upor čisto aktiven. Ko se faze premaknejo, se poleg aktivne komponente pojavi reaktivna komponenta - induktivna ali kapacitivna, odvisno od tega, ali faza toka zaostaja za napetostjo ali jo prehiteva. Vhodna impedanca je odvisna od frekvence sprejetega signala. Poleg naštetih glavnih lastnosti imajo antene še vrsto drugih pomembnih parametrov, kot je koeficient stoječi val SWR (SWR - razmerje stoječih valov), raven navzkrižne polarizacije, območje delovne temperature, obremenitve vetra itd.

1.2 Razvrstitev anten

Antene lahko razvrstimo po različnih merilih: po širokopasovnem principu, glede na naravo sevalnih elementov (antene z linearnim tokom ali vibratorske antene, antene, ki sevajo skozi odprtino - odprtinske antene, površinske antene); glede na vrsto radiotehničnega sistema, v katerem se uporablja antena (antene za radijske komunikacije, za radijsko oddajanje, televizijo itd.). Držali se bomo razvrstitve območja. Čeprav se antene z enakimi (tipskimi) sevalnimi elementi zelo pogosto uporabljajo v različnih valovnih območjih, je njihova zasnova drugačna; Tudi parametri teh anten in zahteve zanje se bistveno razlikujejo.

Upoštevane so antene naslednjih valovnih območij (imena območij so podana v skladu s priporočili "Radijskega pravilnika"; v oklepajih so navedena imena, ki se pogosto uporabljajo v literaturi o antenskih dovodnih napravah): miriameter (ultra). -dolgi) valovi (); kilometrski (dolgi) valovi (); hektometer (povprečni) valovi (); dekametrski (kratki) valovi (); metrski valovi(); decimetrski valovi (); centimetrski valovi(); milimetrski valovi (). Zadnji štirje pasovi so včasih združeni pod skupnim imenom "ultra-kratki valovi" (VHF).

1.2.1 Antenski pasovi

IN Zadnja leta Na trgu radijskih zvez in radiodifuzije se je pojavilo veliko novih komunikacijskih sistemov za različne namene, s različne lastnosti. Z vidika uporabnikov je pri izbiri radijskega komunikacijskega sistema oziroma sistema oddajanja pozornost najprej namenjena kakovosti komunikacije (oddajanja), pa tudi enostavnosti uporabe tega sistema (uporabniškega terminala), ki jo določajo dimenzije, teža, enostavnost upravljanja, seznam dodatne funkcije. Vsi ti parametri so bistveno določeni z vrsto in zasnovo antenskih naprav in elementov antensko-dovodne poti obravnavanega sistema, brez katerih si radijska komunikacija ni predstavljiva. Po drugi strani pa je odločilni dejavnik pri načrtovanju in učinkovitosti anten njihovo delovno frekvenčno območje.

V skladu s sprejeto klasifikacijo frekvenčnih območij se razlikuje več velikih razredov (skupin) anten, ki se bistveno razlikujejo med seboj: antene ultra-dolgih valov (VLF) in dolgih valov (LW); srednjevalovne (MF) antene; kratkovalovne (HF) antene; ultrakratkovalne (VHF) antene; mikrovalovne antene.

Najbolj priljubljeni v zadnjih letih z vidika zagotavljanja osebnih komunikacijskih storitev, radijskega in televizijskega oddajanja so HF, VHF in mikrovalovni radijski sistemi, katerih antenske naprave bodo obravnavane spodaj. Treba je poudariti, da so kljub navidezni nezmožnosti izumljanja nečesa novega v antenskem poslu v zadnjih letih na podlagi novih tehnologij in principov prišlo do pomembnih izboljšav klasičnih anten in razvitih novih anten, ki se bistveno razlikujejo od prejšnjih. obstoječih po zasnovi, velikosti, osnovnih karakteristikah itd. itd., kar je povzročilo znatno povečanje števila tipov antenskih naprav, ki se uporabljajo v sodobnih radijskih sistemih.

V katerem koli radijskem komunikacijskem sistemu so lahko antene, zasnovane samo za oddajanje, za oddajanje in sprejemanje ali samo za sprejemanje.

Za vsako od frekvenčnih območij je treba razlikovati tudi med antenskimi sistemi radijskih naprav z usmerjenim in nesmernim (vsesmernim) delovanjem, kar pa je odvisno od namena naprave (komunikacije, oddajanje ipd.) , naloge, ki jih rešuje naprava (obveščanje, komunikacija, oddajanje itd.). d.). Na splošno je za povečanje usmerjenosti anten (za zožitev vzorca sevanja) mogoče uporabiti antenske nize, sestavljene iz elementarnih radiatorjev (anten), ki lahko pod določenimi pogoji njihovega faziranja zagotovijo potrebne spremembe v smeri antenski žarek v prostoru (zagotavljajo nadzor nad položajem sevalnega vzorca antene). Znotraj posameznega območja je mogoče ločiti tudi antenske naprave, ki delujejo samo na določeni frekvenci (enofrekvenčne ali ozkopasovne), in antene, ki delujejo v precej širokem območju frekvenc (širokopasovne ali širokopasovne).

1.3 Sevanje antenskih nizov

Za pridobitev visoke usmerjenosti sevanja, ki se pogosto zahteva v praksi, lahko uporabite sistem šibko usmerjenih anten, kot so vibratorji, reže, odprti konci valovodov in drugi, ki se na določen način nahajajo v prostoru in jih vzbujajo tokovi z zahtevano amplitudno in fazno razmerje. V tem primeru je celotna usmerjenost, zlasti pri velikem številu sevalnikov, določena predvsem s splošnimi dimenzijami celotnega sistema in v precej manjši meri z individualnimi usmeritvenimi lastnostmi posameznih sevalnikov.

Takšni sistemi vključujejo antenske nize (AR). Običajno je AR sistem enakih sevalnih elementov, enako usmerjenih v prostoru in lociranih po določenem zakonu. Glede na razporeditev elementov ločimo linearne, površinske in volumetrične rešetke, med katerimi so najpogostejše premočrtne in ravne AR. Včasih se sevalni elementi nahajajo vzdolž krožnega loka ali na ukrivljenih površinah, ki sovpadajo z obliko predmeta, na katerem se nahaja AR (konformni AR).

Najenostavnejši je linearni niz, pri katerem so sevalni elementi nameščeni vzdolž ravne črte, imenovane os niza, na enaki razdalji drug od drugega (ekvidistančni niz). Razdalja d med fazni centri sevalnikov imenujemo korak rešetke. Linearna AR je poleg samostojnega pomena pogosto osnova za analizo drugih vrst AR.

2 . Analiza perspektivnih antenskih struktur

2.1 HF in VHF antene

Slika 1 - Antena bazne postaje

V HF in VHF pasovih trenutno deluje veliko radijskih sistemov za različne namene: komunikacije (radio relejne, mobilne, trunking, satelitske itd.), radijsko oddajanje, televizijsko oddajanje. Glede na zasnovo in značilnosti lahko vse antenske naprave teh sistemov razdelimo v dve glavni skupini - antene stacionarnih naprav in antene mobilnih naprav. Med stacionarne antene štejemo antene baznih komunikacijskih postaj, sprejemne televizijske antene, antene radijskih relejnih komunikacijskih linij, med mobilne antene pa antene osebnih komunikacijskih uporabniških terminalov, avtomobilske antene, antene za nosljive (prenosne) radijske postaje.

Antene baznih postaj so večinoma vsesmerne v vodoravni ravnini, saj zagotavljajo komunikacijo predvsem s premikajočimi se objekti. Najpogosteje uporabljene bične antene z navpično polarizacijo so tipa "Ground Plane" ("GP") zaradi preprostosti njihove zasnove in zadostne učinkovitosti. Takšna antena je navpična palica dolžine L, izbrana glede na delovno valovno dolžino l, s tremi ali več protiutežmi, običajno nameščena na drogu (slika 1).

Dolžina čepov L je l/4, l/2 in 5/8l, protiuteži pa od 0,25l do 0,1l. Vhodna impedanca antene je odvisna od kota med protiutežjo in drogom: manjši ko je ta kot (bolj ko so protiuteži pritisnjene na drog), večji je upor. Zlasti za anteno z L = l/4 je dosežena vhodna impedanca 50 Ohmov pri kotu 30°...45°. Diagram sevanja takšne antene v navpični ravnini ima največ pod kotom 30° glede na obzorje. Ojačanje antene je enako ojačenju navpičnega polvalovnega dipola. Pri tej izvedbi pa ni povezave med zatičem in drogom, kar zahteva dodatno uporabo kratkostičnega kabla dolžine kabla l/4 za zaščito antene pred nevihtami in statično elektriko.

Antena z dolžino L = l/2 ne potrebuje protiuteži, katere vlogo igra jambor, njen vzorec v navpični ravnini pa je bolj pritisnjen na obzorje, kar poveča njen doseg. V tem primeru se za znižanje vhodne impedance uporablja visokofrekvenčni transformator, osnova zatiča pa je preko ujemajočega transformatorja povezana z ozemljenim drogom, kar samodejno reši problem zaščite pred strelo in statične elektrike. Dobiček antene v primerjavi s polvalovnim dipolom je približno 4 dB.

Najučinkovitejša antena "GP" za komunikacijo na dolge razdalje je antena z L = 5/8l. Je nekoliko daljši od polvalovne antene, napajalni kabel pa je priključen na ustrezno induktivnost, ki se nahaja na dnu vibratorja. Protiuteži (vsaj 3) so nameščene v vodoravni ravnini. Dobiček takšne antene je 5-6 dB, največji DP se nahaja pod kotom 15 ° glede na vodoravno ravnino, sam zatič pa je ozemljen na drogu skozi ustrezno tuljavo. Te antene so ožje od polvalovnih anten in zato zahtevajo natančnejšo nastavitev.

Slika 2 - Polvalovna vibratorska antena

Slika 3 - Rombična antena polvalovnega vibratorja

Večina baznih anten je nameščenih na strehah, kar lahko močno vpliva na njihovo delovanje, zato je treba upoštevati naslednje:

Priporočljivo je, da podnožje antene postavite najmanj 3 metre od ravnine strehe;

V bližini antene ne sme biti kovinskih predmetov ali konstrukcij ( televizijske antene, žice itd.);

Priporočljivo je, da antene namestite čim višje;

Delovanje antene ne sme motiti drugih baznih postaj.

Pomembno vlogo pri vzpostavitvi stabilne radijske komunikacije ima polarizacija sprejetega (oddanega) signala; Ker med širjenjem na dolge razdalje površinski val občutno manj oslabi s horizontalno polarizacijo, se za radijsko komunikacijo na dolge razdalje in za televizijski prenos uporabljajo antene s horizontalno polarizacijo (vibratorji so nameščeni vodoravno).

Najenostavnejša usmerjena antena je polvalovni vibrator. Pri simetričnem polvalovnem vibratorju je skupna dolžina njegovih dveh enakih krakov približno enaka l/2 (0,95 l/2), vzorec sevanja ima v vodoravni ravnini obliko osmice in v navpični ravnini krog. letalo. Dobiček, kot je navedeno zgoraj, je vzet kot merska enota.

Če je kot med vibratorjema takšne antene enak 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.

Ko dve anteni tipa V povežemo tako, da se njuni diagrami seštejejo, dobimo rombasto anteno, pri kateri je usmerjenost veliko bolj izrazita (slika 3).

Pri priključitvi na vrh diamanta, nasproti napajalnih točk, se doseže obremenitveni upor Rn, ki oddaja moč, ki je enaka polovici moči oddajnika, zaduši zadnji del vzorca za 15 ... 20 dB. Smer glavnega režnja v vodoravni ravnini sovpada z diagonalo a. V navpični ravnini je glavni reženj usmerjen vodoravno.

Ena najboljših sorazmerno preprostih usmerjenih anten je "dvojna kvadratna" zankasta antena, katere ojačanje je 8 ... 9 dB, potlačenje zadnjega režnja vzorca ni manjše od 20 dB, polarizacija je navpična.

Slika 4 - Antena valovnega kanala

Najbolj razširjene, zlasti v območju VHF, so antene tipa "valovni kanal" (v tuji literaturi - antene Uda-Yagi), saj so precej kompaktne in zagotavljajo velike vrednosti Ga ob relativno majhnih dimenzijah. Antene te vrste so niz elementov: aktivni - vibrator in pasivni - reflektor in več direktorjev, nameščenih na enem skupnem nosilcu (slika 4). Takšne antene, zlasti tiste z velikim številom elementov, zahtevajo skrbno nastavitev med izdelavo. Za trielementno anteno (vibrator, reflektor in en usmerjevalnik) je mogoče osnovne karakteristike doseči brez dodatne konfiguracije.

Kompleksnost tovrstnih anten je tudi v tem, da je vhodna impedanca antene odvisna od števila pasivnih elementov in bistveno odvisna od konfiguracije antene, zato v literaturi pogosto ni navedena natančna vrednost vhodna impedanca takih anten. Zlasti pri uporabi zanke Pistolkors vibrator, ki ima vhodno impedanco približno 300 ohmov, kot vibrator, s povečanjem števila pasivnih elementov se vhodna impedanca antene zmanjša in doseže vrednosti 30-50 Ohmov, kar povzroči neusklajenost s podajalnikom in zahteva dodatno ujemanje. S povečanjem števila pasivnih elementov se vzorec antene zoži in dobiček poveča, na primer za tri- in petelementne antene so dobički 5 ... 6 dB in 8 ... 9 dB z širina glavnega žarka vzorca 70º oziroma 50º.

Bolj širokopasovne v primerjavi z antenami tipa "valovni kanal" in ne zahtevajo uglaševanja so antene s potujočimi valovi (AWA), pri katerih so vsi vibratorji, ki se nahajajo na enaki razdalji drug od drugega, aktivni in priključeni na zbirni vod (slika 5). Energija signala, ki jo prejmejo, se skoraj v fazi sešteje v zbirnem vodu in vstopi v podajalnik. Ojačitev takšnih anten je določena z dolžino zbirnega voda, je sorazmerna z razmerjem te dolžine proti valovni dolžini sprejetega signala in je odvisna od smernih lastnosti vibratorjev. Zlasti za ABC s šestimi vibratorji različnih dolžin, ki ustrezajo zahtevanemu frekvenčnemu območju in se nahajajo pod kotom 60° glede na zbiralno linijo, se ojačanje giblje od 4 dB do 9 dB znotraj delovnega območja in raven povratnega sevanja. je 14 dB nižja.

Slika 5 - Antena na potujočem valu

Slika 6 - Antena z logaritemsko periodično strukturo ali logperiodična antena

Usmerjene lastnosti obravnavanih anten se razlikujejo glede na valovno dolžino sprejetega signala. Ena najpogostejših vrst anten s konstantno obliko vzorca v širokem frekvenčnem območju so antene z logaritemsko periodičnostjo strukture ali logperiodične antene (LPA). Imajo širok razpon: največja valovna dolžina prejetega signala presega najmanjšo za več kot 10-krat. Hkrati je zagotovljeno dobro ujemanje antene s podajalnikom v celotnem območju delovanja, ojačanje pa ostane praktično nespremenjeno. Zbirni vod LPA običajno tvorita dva vodnika, nameščena drug nad drugim, na katera sta vodoravno pritrjena kraka vibratorja, eden za drugim (slika 6, pogled od zgoraj).

Izkazalo se je, da so vibratorji LPA vpisani v enakokraki trikotnik s kotom pri točki b in osnovo, ki je enaka največjemu vibratorju. Delovno pasovno širino antene določajo dimenzije najdaljšega in najkrajšega vibratorja. Pri logaritemski antenski strukturi mora biti zadoščeno določeno razmerje med dolžinami sosednjih vibratorjev, kot tudi med razdaljami od njih do vrha strukture. To razmerje se imenuje strukturno obdobje f:

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

Tako se velikost vibratorjev in razdalja do njih od vrha trikotnika eksponentno zmanjšata. Značilnosti antene so določene z vrednostmi f in b. Manjši kot je b in večji kot b (b je vedno manjši od 1), večji je dobiček antene in nižja je raven zadnjega in stranskih režnjev sevalnega vzorca. Vendar pa se hkrati poveča število vibratorjev, povečajo se dimenzije in teža antene. Optimalne vrednosti za kot b so izbrane znotraj 3ê…60ê, φ pa 0,7…0,9.

Glede na valovno dolžino prejetega signala se v strukturi antene vzbuja več vibratorjev, katerih dimenzije so najbližje polovici valovne dolžine signala, zato je LPA načeloma podoben več antenam "valovnih kanalov", povezanih skupaj, vsaka ki vsebuje vibrator, reflektor in usmerjevalnik. Pri določeni valovni dolžini signala je vzbujen le en trio vibratorjev, ostali pa so tako razglašeni, da ne vplivajo na delovanje antene. Zato se izkaže, da je ojačenje LPA manjše od ojačenja antene "valovnega kanala" z enakim številom elementov, vendar se izkaže, da je pasovna širina LPA veliko širša. Tako je za LPA, sestavljen iz desetih vibratorjev in vrednosti b = 45ê, f = 0,84, izračunani dobiček 6 dB, ki se praktično ne spreminja v celotnem območju delovnih frekvenc.

Za radijske relejne komunikacijske linije je zelo pomembno, da imajo ozek vzorec sevanja, da ne motijo ​​druge radioelektronske opreme in zagotavljajo visokokakovostno komunikacijo. Za zoženje vzorca se pogosto uporabljajo antenski nizi (AR), ki zožijo vzorec v različnih ravninah in zagotavljajo različne vrednosti širine glavnega režnja. Povsem jasno je, da so geometrijske dimenzije antenskega niza in značilnosti sevalnega vzorca bistveno odvisne od območja delovnih frekvenc – višja kot je frekvenca, bolj kompakten bo niz in ožji sevalni vzorec, posledično , večji je dobiček. Pri enakih frekvencah se bo z naraščajočimi velikostmi AR (število elementarnih oddajnikov) vzorec zožil.

Za pas VHF se pogosto uporabljajo nizi, sestavljeni iz vibratorskih anten (zankastih vibratorjev), katerih število lahko doseže več deset, ojačanje se poveča na 15 dB in več, širina vzorca v kateri koli ravnini pa se lahko zoži. na 10º, na primer za 16 navpično nameščenih zančnih vibratorjev v frekvenčnem območju 395...535 MHz se vzorec v navpični ravnini zoži na 10º.

Glavna vrsta anten, ki se uporabljajo v uporabniških terminalih, so vertikalno polarizirane bičaste antene, ki imajo krožni vzorec v vodoravni ravnini. Učinkovitost teh anten je precej nizka zaradi nizkih vrednosti ojačenja, pa tudi zaradi vpliva okoliških predmetov na vzorec sevanja, pa tudi zaradi pomanjkanja ustrezne ozemljitve in omejitev glede geometrijskih dimenzij anten. Slednje zahteva kakovostno ujemanje antene z vhodnimi vezji radijske naprave. Tipični možnosti ujemanja zasnove sta induktivnost, porazdeljena po dolžini, in induktivnost na dnu antene. Za povečanje dometa radijske komunikacije se uporabljajo posebne podaljšane antene, dolge nekaj metrov, s katerimi se doseže znatno povečanje ravni sprejetega signala.

Trenutno obstaja veliko vrst avtomobilskih anten, ki se razlikujejo po videzu, dizajnu in ceni. Za te antene veljajo stroge zahteve glede mehanskih, električnih, operativnih in estetskih parametrov. Najboljše rezultate glede dosega komunikacije doseže antena polne velikosti z dolžino l/4, vendar velike geometrijske dimenzije niso vedno primerne, zato se uporabljajo različne metode krajšanja anten, ne da bi se bistveno poslabšale njihove lastnosti. Priskrbeti celične komunikacije V avtomobilih se lahko uporabljajo mikrotrakaste resonančne antene (eno-, dvo- in tripasovne), ki ne zahtevajo vgradnje zunanjih delov, saj so pritrjene na notranjo stran avtomobilskega stekla. Takšne antene zagotavljajo sprejem in prenos vertikalno polariziranih signalov v frekvenčnem območju 450...1900 MHz in imajo ojačanje do 2 dB.

2.1.1 Splošne značilnosti mikrovalovnih anten

Tudi v mikrovalovnem območju se je v zadnjih letih povečalo število komunikacijskih in oddajnih sistemov, tako že obstoječih kot na novo razvitih. Za prizemne sisteme - to so radijski relejni komunikacijski sistemi, radijsko in televizijsko oddajanje, celični televizijski sistemi itd., Za satelitske sisteme - neposredno televizijsko oddajanje, telefon, faks, osebna komunikacija, videokonference, dostop do interneta itd. Frekvenčni razponi, ki se uporabljajo za te vrste komunikacij in radiodifuzije, ustrezajo odsekom frekvenčnega spektra, dodeljenemu za te namene, pri čemer so glavni: 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. Včasih v tehnični literaturi mikrovalovno območje vključuje sisteme, ki delujejo na frekvencah nad 1 GHz, čeprav se to območje strogo začne pri 3 GHz.

Za zemeljske mikrovalovne sisteme so antenske naprave majhne zrcalne, trobene, trobene antene, nameščene na stebrih in zaščitene pred škodljivimi atmosferskimi vplivi. Usmerjene antene, odvisno od njihovega namena, zasnove in frekvenčnega območja, imajo širok spekter značilnosti, in sicer: v ojačanju - od 12 do 50 dB, v širini žarka (nivo - 3 dB) - od 3,5 do 120º. Poleg tega sistemi celične televizije uporabljajo bikonične vsesmerne (v vodoravni ravnini) antene, sestavljene iz dveh kovinskih stožcev, katerih vrhovi so obrnjeni drug proti drugemu, dielektrične leče, nameščene med stožci, in naprave za vzbujanje. Takšne antene imajo ojačanje 7 ... 10 dB, širina glavnega režnja v navpični ravnini je 8 ... 15ê, raven stranskih reženj pa ni slabša od minus 14 dB.

3. Analiza možnih metod za sintezo antenskih fraktalnih struktur

3.1 Fraktalne antene

Fraktalne antene so razmeroma nov razred električno majhnih anten (EMA), ki se po svoji geometriji bistveno razlikujejo od znanih rešitev. Pravzaprav je tradicionalni razvoj anten temeljil na evklidski geometriji, ki je delovala s predmeti celih dimenzij (črta, krog, elipsa, paraboloid itd.). Glavna razlika med fraktalnimi geometrijskimi oblikami je njihova frakcijska dimenzija, ki se navzven kaže v rekurzivnem ponavljanju prvotnih determinističnih ali naključnih vzorcev v naraščajoči ali padajoči lestvici. Fraktalne tehnologije so postale razširjene pri razvoju orodij za filtriranje signalov, sintezi tridimenzionalnih računalniških modelov naravnih krajin in stiskanju slik. Povsem naravno je, da fraktalna "moda" ni zaobšla teorije anten. Poleg tega so bili prototip sodobnih fraktalnih tehnologij v antenski tehnologiji log-periodične in spiralne zasnove, predlagane sredi 60. let prejšnjega stoletja. Res je, da v strogem matematičnem smislu takšne strukture v času razvoja niso imele nobene zveze s fraktalno geometrijo, saj so bile pravzaprav le fraktali prve vrste. Trenutno raziskovalci, predvsem s poskusi in napakami, poskušajo uporabiti znane fraktale v geometriji v antenskih rešitvah. Kot rezultat simulacijskega modeliranja in eksperimentov je bilo ugotovljeno, da fraktalne antene omogočajo skoraj enako ojačenje kot običajne, vendar manjših dimenzij, kar je pomembno za mobilne aplikacije. Oglejmo si rezultate, pridobljene na področju ustvarjanja fraktalnih anten različnih vrst.

Rezultati študij značilnosti nove zasnove antene, ki jih je objavil Cohen, so pritegnili pozornost strokovnjakov. Zahvaljujoč prizadevanjem številnih raziskovalcev se je danes teorija fraktalnih anten spremenila v neodvisen, precej razvit aparat za sintezo in analizo EMA.

3.2 Lastnostifraktalne antene

SFC se lahko uporabljajo kot šablone za izdelavo monopolov in dipolnih ročic, oblikovanje topologije tiskanih anten, površin za izbiro frekvence (FSS) ali reflektorskih lupin, konstruiranje obrisov zankastih anten in profilov odprtin rogov, kot tudi rezkanje rež v režnih antenah.

Eksperimentalni podatki, ki so jih pridobili specialisti Cushcrafta za Kochovo krivuljo, štiri iteracije kvadratnega vala in spiralno anteno, nam omogočajo primerjavo električnih lastnosti Kochove antene z drugimi oddajniki s periodično strukturo. Vsi primerjani oddajniki so imeli večfrekvenčne lastnosti, kar se je pokazalo v prisotnosti periodičnih resonanc na impedančnih grafih. Vendar pa je za večpasovne aplikacije najbolj primeren Kochov fraktal, za katerega se z naraščajočo frekvenco najvišje vrednosti reaktivnih in aktivnih uporov zmanjšujejo, medtem ko se za meander in spiralo povečujejo.

Na splošno je treba opozoriti, da je težko teoretično predstavljati mehanizem interakcije med fraktalno sprejemno anteno in elektromagnetnimi valovi, ki vpadajo nanjo, zaradi pomanjkanja analitičnega opisa valovnih procesov v prevodniku s kompleksno topologijo. V takšni situaciji je priporočljivo določiti glavne parametre fraktalnih anten z matematičnim modeliranjem.

Primer konstruiranja prve samopodobne fraktalne krivulje je leta 1890 prikazal italijanski matematik Giuseppe Peano. V meji črta, ki jo je predlagal, popolnoma zapolni kvadrat in teče okoli vseh njegovih točk (slika 9). Kasneje so bili najdeni drugi podobni predmeti, ki so po odkritelju njihove družine prejeli splošno ime "krivulje Peano". Res je, da je zaradi čisto analitičnega opisa krivulje, ki ga je predlagal Peano, prišlo do zmede pri klasifikaciji SFC linij. Pravzaprav je treba ime "Peanove krivulje" dati samo izvirnim krivuljam, katerih konstrukcija ustreza analitiki, ki jo je objavil Peano (slika 10).

Slika 9 – Ponovitve Peanove krivulje: a) začetna črta, b) prva, c) druga in d) tretja iteracija

Slika 10 – Ponovitve poličnije, ki jo je predlagal Hilbert leta 1891

Pogosto se razlaga kot rekurzivna Peanova krivulja

Zato je treba za določitev predmetov obravnavane antenske tehnologije pri opisu ene ali druge oblike fraktalne antene, če je mogoče, navesti imena avtorjev, ki so predlagali ustrezno modifikacijo SFC. To je še toliko bolj pomembno, ker se po ocenah število znanih sort SFC približuje tristo in ta številka ni meja.

Opozoriti je treba, da je Peanova krivulja (slika 9) v svoji izvirni obliki zelo primerna za izdelavo rež v stenah valovodnih, tiskanih in drugih aperturnih fraktalnih anten, ni pa sprejemljiva za konstrukcijo žične antene, saj se dotika razdelki. Zato so strokovnjaki Fractus predlagali njegovo modifikacijo, imenovano "Peanodec" (slika 11).

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

Obetavna uporaba anten s Kochovo topologijo so komunikacijski sistemi MIMO (komunikacijski sistemi z veliko vhodi in izhodi). Za miniaturizacijo antenskih nizov uporabniških terminalov v takšnih komunikacijah so strokovnjaki iz Laboratorija za elektromagnetizem Univerze v Patrasu (Grčija) predlagali fraktalno podobnost z obrnjeno L-anteno (ILA). Bistvo ideje je upogibanje Kochovega vibratorja za 90° na točki, ki ga razdeli na segmente z razmerjem dolžin 2:1. Za mobilne komunikacije z nosilno frekvenco ~2,4 Hz so dimenzije takšne tiskane antene 12,33×10,16 mm (~L/10ChL/12), pasovna širina ~20 % in učinkovitost 93 %.

Slika 12 - Primer dvopasovnega (2,45 in 5,25 GHz) antenskega niza

Azimutni vzorec sevanja je skoraj enakomeren, dobiček glede na vhod podajalnika je ~3,4 dB. Res je, kot je navedeno v članku, delovanje takšnih tiskanih elementov kot dela mreže (slika 12) spremlja zmanjšanje njihove učinkovitosti v primerjavi z enim samim elementom. Tako se pri frekvenci 2,4 GHz učinkovitost Kochovega monopola, upognjenega za 90 °, zmanjša s 93 na 72%, pri frekvenci 5,2 GHz pa z 90 na 80%. Nekoliko boljše je stanje z medsebojnim vplivom anten visokofrekvenčnega pasu: pri frekvenci 5,25 GHz je izolacija med elementi, ki tvorijo osrednji par anten, 10 dB. Kar zadeva medsebojni vpliv v paru sosednjih elementov različnih razponov, se glede na frekvenco signala izolacija razlikuje od 11 dB (pri 2,45 GHz) do 15 dB (pri frekvenci 5,25 GHz). Vzrok za poslabšanje delovanja antene je medsebojni vpliv tiskanih elementov.

Tako zmožnost izbire številnih različnih parametrov antenskega sistema, ki temelji na Kochovi zlomljeni črti, omogoča, da načrt izpolni različne zahteve glede vrednosti notranji upor in porazdelitev resonančnih frekvenc. Ker pa je soodvisnost rekurzivne dimenzije in karakteristik antene mogoče pridobiti le za določeno geometrijo, veljavnost obravnavanih lastnosti za druge rekurzivne konfiguracije zahteva dodatne raziskave.

3.3 Značilnosti fraktalnih anten

Kochova fraktalna antena, prikazana na sliki 13 ali 20, je le ena od možnosti, ki jih je mogoče izvesti z uporabo enakostraničnega začetnega rekurzijskega trikotnika, tj. kot in na njegovi podlagi (kot vdolbine ali "kot vdolbine") je 60°. Ta različica Kochovega fraktala se običajno imenuje standardna. Povsem naravno je, da se sprašujemo, ali je mogoče uporabiti modifikacije fraktala z drugimi vrednostmi tega kota. Vinoy je predlagal, da se upošteva kot na dnu začetnega trikotnika kot parameter, ki označuje zasnovo antene. S spreminjanjem tega kota lahko dobite podobne rekurzivne krivulje različnih dimenzij (slika 13). Krivulje ohranijo lastnost samopodobnosti, vendar je lahko nastala dolžina črte različna, kar vpliva na karakteristike antene. Vinoy je prvi proučeval korelacijo med lastnostmi antene in dimenzijo posplošenega Kochovega fraktala D, ki je v splošnem primeru določena z odvisnostjo

(1)

Pokazalo se je, da z večanjem kota narašča tudi dimenzija fraktala in se pri u>90° približuje 2. Opozoriti je treba, da je koncept dimenzije, uporabljen v teoriji fraktalnih anten, nekoliko v nasprotju s koncepti, sprejetimi v geometriji. , kjer je ta ukrep uporaben le za neskončno rekurzivne objekte.

Slika 13 - Konstrukcija Kochove krivulje s kotoma a) 30° in b) 70° na dnu trikotnika v fraktalnem generatorju

Z večanjem dimenzije se skupna dolžina prelomljene črte nelinearno povečuje, kar je določeno z razmerjem:

(2)

kjer je L0 dolžina linearnega dipola, katerega razdalja med koncema je enaka razdalji Kochove lomljene črte, n je število ponovitev. Prehod iz u = 60° na u = 80° pri šesti iteraciji omogoča, da se skupna dolžina predfraktala poveča za več kot štirikrat. Kot bi pričakovali, obstaja neposredna povezava med rekurzivno dimenzijo in lastnostmi antene, kot so primarna resonančna frekvenca, notranji upor pri resonanci in večpasovne značilnosti. Vinoy je na podlagi računalniških izračunov dobil odvisnost prve resonančne frekvence Kochovega dipola fk od dimenzije predfraktala D, iteracijskega števila n in resonančne frekvence premočrtnega dipola fD enake višine kot Kochova lomljena črta ( na skrajnih točkah):

(3)

Slika 14 – Učinek uhajanja elektromagnetnega valovanja

V splošnem primeru za notranji upor Kochovega dipola pri prvi resonančni frekvenci velja naslednja približna zveza:

(4)

kjer je R0 notranji upor linearnega dipola (D=1), ki je v obravnavanem primeru enak 72 Ohmov. Izraza (3) in (4) lahko uporabimo za določitev geometrijski parametri antene z zahtevanimi vrednostmi resonančne frekvence in notranjega upora. Večpasovne lastnosti Kochovega dipola so zelo občutljive tudi na vrednost kota u. S povečanjem se nazivne vrednosti resonančnih frekvenc približajo in posledično se poveča njihovo število v določenem spektralnem območju (slika 15). Poleg tega, višje kot je število ponovitev, močnejša je ta konvergenca.

Slika 15 - Učinek zožitve intervala med resonančnimi frekvencami

Na Univerzi v Pensilvaniji so proučevali še en pomemben vidik Kochovega dipola - učinek asimetrije njegovega napajanja na stopnjo, do katere se notranji upor antene približa 50 Ohmom. V linearnih dipolih je točka napajanja pogosto nameščena asimetrično. Enak pristop lahko uporabimo za fraktalno anteno v obliki Kochove krivulje, katere notranji upor je manjši od standardnih vrednosti. Tako je v tretji ponovitvi notranji upor standardnega Kochovega dipola (u = 60°), brez upoštevanja izgub pri priključitvi podajalnika v sredini, 28 Ohmov. Če podajalnik premaknete na en konec antene, lahko dosežete upor 50 ohmov.

Vse do sedaj obravnavane konfiguracije Kochove lomljene črte so bile sintetizirane rekurzivno. Vendar, glede na Vina, če prekršite to pravilo, zlasti z določanjem različnih kotov in? Z vsako novo ponovitvijo je mogoče lastnosti antene spremeniti z večjo prilagodljivostjo. Da bi ohranili podobnost, je priporočljivo izbrati redno shemo za spreminjanje kota in. Na primer, spremenite ga v skladu z linearnim zakonom иn = иn-1 - Di·n, kjer je n številka ponovitve, Di? - prirastek kota na dnu trikotnika. Različica tega principa konstruiranja lomljene črte je naslednje zaporedje kotov: u1 = 20° za prvo ponovitev, u2 = 10° za drugo itd. Konfiguracija vibratorja v tem primeru ne bo strogo rekurzivna, vendar bodo vsi njegovi segmenti, sintetizirani v eni iteraciji, imeli enako velikost in obliko. Zato se geometrija takšne hibridne lomljene črte dojema kot samopodobna. Z majhnim številom iteracij, skupaj z negativnim prirastkom Di, je mogoče uporabiti kvadratno ali drugo nelinearno spremembo kota un.

Upoštevani pristop vam omogoča nastavitev porazdelitve resonančnih frekvenc antene in vrednosti njenega notranjega upora. Vendar pa preurejanje vrstnega reda spreminjanja vrednosti kotov v iteracijah ne daje enakovrednega rezultata. Pri enaki višini lomljene črte dajo različne kombinacije enakih kotov, na primer u1 = 20°, u2 = 60° in u1 = 60°, u2 = 20° (slika 16), enako razširjeno dolžino predfraktalov. Toda v nasprotju s pričakovanji popolno sovpadanje parametrov ne zagotavlja identičnosti resonančnih frekvenc in identičnosti večpasovnih lastnosti anten. Razlog je sprememba notranjega upora segmentov lomljene črte, tj. Ključno vlogo igra konfiguracija vodnika, ne njegova velikost.

Slika 16 - Posplošeni Kochovi predfraktali druge iteracije z negativnim prirastkom Dq (a), pozitivnim prirastkom Dq (b) in tretje iteracije z negativnim prirastkom Dq = 40°, 30°, 20° (c)

4. Primeri fraktalnih anten

4.1 Pregled antene

Antenske teme so ene najbolj obetavnih in zanimivih v sodobni teoriji prenosa informacij. Takšna želja po razvoju tega področja znanstveni razvoj, je povezana z nenehno naraščajočimi zahtevami po hitrosti in načinih prenosa informacij v sodobnem tehnološkem svetu. Vsak dan med komunikacijo prenašamo informacije na za nas tako naraven način - po zraku. Na popolnoma enak način so znanstveniki prišli na idejo, da bi številna računalniška omrežja naučili komunicirati.

Rezultat je bil pojav novih dosežkov na tem področju, njihova odobritev na trgu računalniške opreme in kasneje sprejetje standardov. brezžični prenos informacije. Danes so tehnologije prenosa, kot sta BlueTooth in WiFi, že odobrene in splošno sprejete. Toda razvoj se tu ne ustavi in ​​se ne more ustaviti, pojavljajo se nove zahteve in nove želje trga.

Hitrosti prenosa, tako neverjetno visoke v času razvoja tehnologij, danes ne izpolnjujejo več zahtev in želja uporabnikov teh novosti. Začelo se je z več vodilnimi razvojnimi centri nov projekt WiMAX za povečanje hitrosti, ki temelji na razširitvi kanala v že obstoječem WiFi standardu. Kakšno mesto ima v vsem tem tema o anteni?

Problem širjenja prenosnega kanala je mogoče delno rešiti z uvedbo še večje kompresije od obstoječe. Uporaba fraktalnih anten bo bolje in učinkoviteje rešila ta problem. Razlog za to je, da imajo fraktalne antene in na njih zasnovane frekvenčno selektivne površine in volumni edinstvene elektrodinamične lastnosti, in sicer: širokopasovnost, ponovljivost pasovnih širin v Frekvenčni razpon itd.

4.1.1 Konstrukcija drevesa Cayley

Drevo Cayley je eden izmed klasičnih primerov fraktalnih množic. Njegova ničelna ponovitev je le odsek ravne črte dane dolžine l. Prva in vsaka naslednja liha iteracija sta sestavljeni iz dveh segmentov popolnoma enake dolžine l kot prejšnja iteracija, ki se nahajata pravokotno na segment prejšnje iteracije, tako da sta njuna konca povezana s sredino segmentov.

Druga in vsaka naslednja soda ponovitev fraktala sta dva odseka l/2 polovice dolžine prejšnje ponovitve, ki se nahajata, kot prej, pravokotno na prejšnjo ponovitev.

Rezultati izdelave Cayleyevega drevesa so prikazani na sliki 17. Skupna višina antene je 15/8l, širina pa 7/4l.

Slika 17 - Konstrukcija drevesa Cayley

Izračuni in analiza antene »Cayley Tree« Izvedeni so bili teoretični izračuni fraktalne antene v obliki Cayley Tree 6. reda. Za rešitev tega praktičnega problema je bilo uporabljeno dokaj zmogljivo orodje za strog izračun elektrodinamičnih lastnosti prevodnih elementov - program EDEM. Zmogljiva orodja in uporabniku prijazen vmesnik tega programa je nepogrešljiv za to raven izračunov.

Avtorji so se soočili z nalogo načrtovanja antene, ocene teoretičnih vrednosti resonančnih frekvenc sprejema in prenosa signala ter predstavitve problema v vmesniku programskega jezika EDEM. Oblikovana fraktalna antena, ki temelji na "Cayleyevem drevesu", je prikazana na sliki 18.

Nato je bil na zasnovano fraktalno anteno poslan ravninski elektromagnetni val, program pa je izračunal širjenje polja pred in za anteno ter izračunal elektrodinamične karakteristike fraktalne antene.

Rezultati izračunov fraktalne antene "Cayley Tree", ki so jih izvedli avtorji, so nam omogočili naslednje zaključke. Dokazano je, da se serija resonančnih frekvenc ponavlja pri približno dvakratni prejšnji frekvenci. Določene so bile porazdelitve toka na površini antene. Preučena so bila področja tako popolnega prenosa kot popolnega odboja elektromagnetnega polja.

Slika 18 - Cayleyjevo drevo 6. reda

4 .1.2 Multimedijska antena

Miniaturizacija napreduje po vsem planetu z velikimi koraki. Pojav računalnikov v velikosti fižolovega zrna je pred vrati, medtem pa nam podjetje Fractus predstavlja anteno, katere dimenzije so manjše od riževega zrna (slika 19).

Slika 19 - Fraktalna antena

Nov izdelek, imenovan Micro Reach Xtend, deluje na frekvenci 2,4 GHz in podpira brezžične tehnologije Wi-Fi in Bluetooth ter nekateri drugi manj priljubljeni standardi. Naprava temelji na patentiranih tehnologijah fraktalne antene, njena površina pa je le 3,7 x 2 mm. Po besedah ​​razvijalcev bo majhna antena omogočila zmanjšanje velikosti večpredstavnostnih izdelkov, v katerih bo našla svojo uporabo v bližnji prihodnosti, ali pa strpati več zmogljivosti v eno napravo.

Televizijske postaje oddajajo signale v območju 50-900 MHz, ki jih zanesljivo sprejemajo na razdalji več kilometrov od oddajne antene. Znano je, da vibracije višjih frekvenc slabše prehajajo skozi zgradbe in različne ovire kot nizkofrekvenčne, ki se preprosto upognejo okoli njih. Zato Wi-Fi tehnologija, ki se uporablja v običajnih brezžičnih komunikacijskih sistemih in deluje na frekvencah nad 2,4 GHz, omogoča sprejem signala le na razdalji največ 100 m. Te krivice do napredne tehnologije Wi-Fi bo kmalu konec, seveda brez škode za TV -potrošnike . V prihodnosti bodo naprave, ustvarjene na podlagi tehnologije Wi-Fi, delovale na frekvencah med delujočimi televizijskimi kanali in tako povečale obseg zanesljivega sprejema. Da ne bi motili delovanja televizije, bo vsak od Wi-Fi sistemov (oddajnik in sprejemnik) nenehno skeniral bližnje frekvence in tako preprečil kolizije v etru. Pri prehodu na širše frekvenčno območje postane potrebna antena, ki lahko enako dobro sprejema signale tako visokih kot visokih frekvenc. nizke frekvence. Običajne bične antene ne izpolnjujejo teh zahtev, ker V skladu s svojo dolžino selektivno sprejemajo frekvence določene valovne dolžine. Antena, ki je primerna za sprejemanje signalov v širokem frekvenčnem območju, je tako imenovana fraktalna antena, ki ima obliko fraktala - strukturo, ki je videti enako ne glede na to, s kakšno povečavo jo gledamo. Fraktalna antena se obnaša tako, kot bi se obnašala struktura, sestavljena iz številnih zatičnih anten različnih dolžin, zvitih skupaj.

4.1.3 "Pokvarjena" antena

Ameriški inženir Nathan Cohen se je pred približno desetimi leti odločil doma sestaviti amatersko radijsko postajo, a je naletel na nepričakovano težavo. Njegovo stanovanje se je nahajalo v središču Bostona in mestne oblasti so strogo prepovedale postavljanje antene zunaj stavbe. Nepričakovano je bila najdena rešitev, ki je celotno nadaljnje življenje radioamaterja obrnila na glavo.

Namesto da bi izdelal tradicionalno oblikovano anteno, je Cohen vzel kos aluminijaste folije in ga izrezal v obliko matematičnega predmeta, znanega kot Kochova krivulja. Ta krivulja, ki jo je leta 1904 odkrila nemška matematik Helga von Koch, je fraktal, lomljena črta, ki je videti kot niz neskončno padajočih trikotnikov, ki rastejo drug iz drugega kot streha večstopenjske kitajske pagode. Kot vsi fraktali je tudi ta krivulja »samopodobna«, kar pomeni, da ima na katerem koli najmanjšem segmentu enak videz in se ponavlja. Takšne krivulje so zgrajene z neskončnim ponavljanjem enostavne operacije. Črta je razdeljena na enake segmente, na vsakem segmentu pa je narejen zavoj v obliki trikotnika (metoda von Kocha) ali kvadrata (metoda Hermana Minkowskega). Nato se na vseh straneh nastale figure po vrsti upognejo podobni kvadrati ali trikotniki, vendar že manjša velikost. Če nadaljujete s konstrukcijo ad infinitum, lahko dobite krivuljo, ki je "zlomljena" na vsaki točki (slika 20).

Slika 20 - Konstrukcija krivulje Kocha in Minkowskega

Konstrukcija Kochove krivulje - enega prvih fraktalnih objektov. Na neskončni premici ločimo odseke dolžine l. Vsak segment je razdeljen na tri enake dele, na srednjem pa je zgrajen enakostranični trikotnik s stranico l/3. Nato se postopek ponovi: na segmentih l/3 se zgradijo trikotniki s stranicami l/9, na njih trikotniki s stranicami l/27 itd. Ta krivulja ima samopodobnost ali invariantnost lestvice: vsak njen element v pomanjšani obliki ponavlja samo krivuljo.

Fraktal Minkowskega je zgrajen podobno kot Kochova krivulja in ima enake lastnosti. Pri gradnji so namesto sistema trikotnikov na ravni črti zgrajeni meandri - "pravokotni valovi" neskončno padajočih velikosti.

Pri konstruiranju Kochove krivulje se je Cohen omejil le na dva ali tri korake. Nato je figuro prilepil na majhen kos papirja, jo pritrdil na sprejemnik in presenečen ugotovil, da ne deluje nič slabše od običajnih anten. Kot se je kasneje izkazalo, je njegov izum postal ustanovitelj popolnoma nove vrste anten, ki se zdaj proizvaja množično.

Te antene so zelo kompaktne: fraktalna antena za mobilni telefon, vgrajena v ohišje, ima velikost navadnega drsnika (24 x 36 mm). Poleg tega delujejo v širokem frekvenčnem območju. Vse to so odkrili eksperimentalno; Teorija o fraktalnih antenah še ne obstaja.

Parametri fraktalne antene, narejene z nizom zaporednih korakov z uporabo algoritma Minkowskega, se spreminjajo na zelo zanimiv način. Če je ravna antena upognjena v obliki "kvadratnega vala" - meandra, se bo njen dobiček povečal. Vsi nadaljnji meandri ojačanja antene se ne spremenijo, vendar se razpon frekvenc, ki jih sprejema, razširi, sama antena pa postane veliko bolj kompaktna. Res je, da je učinkovitih le prvih pet ali šest korakov: če želite nadalje upogniti vodnik, boste morali zmanjšati njegov premer, kar bo povečalo upor antene in povzročilo izgubo ojačenja.

Medtem ko si nekateri razbijajo glavo s teoretičnimi problemi, drugi izum aktivno uvajajo v prakso. Po besedah ​​Nathana Cohena, zdaj profesorja na Univerzi v Bostonu in glavnega tehničnega inšpektorja Fractal Antenna Systems, bodo "fraktalne antene v nekaj letih postale sestavni del mobilnih in radijskih telefonov ter številnih drugih brezžičnih komunikacijskih naprav."

fraktal antenskega niza

4.2 Uporaba fraktalnih anten

Med številnimi izvedbami anten, ki se danes uporabljajo v komunikacijah, je tip antene, omenjen v naslovu članka, relativno nov in bistveno drugačen od znanih rešitev. Prve publikacije o elektrodinamiki fraktalnih struktur so se pojavile že v 80. letih 20. stoletja. To je začetek praktično uporabo Fraktalno smer v antenski tehnologiji je pred več kot 10 leti začel ameriški inženir Nathan Cohen, danes profesor na univerzi Boaon in glavni tehnični inšpektor podjetja Fractal Antenna Systems. Ker je živel v središču Bostona, se je, da bi se izognil prepovedi mestnih oblasti o nameščanju zunanjih anten, odločil anteno amaterske radijske postaje preobleči v okrasno figuro iz aluminijaste folije. Za osnovo je vzel v geometriji poznano Kochovo krivuljo (slika 20), katere opis je leta 1904 predlagal švedski matematik Niels Fabian Helge von Koch (1870-1924).

Podobni dokumenti

Koncept in princip delovanja oddajnih anten in njihovih sevalnih vzorcev. Izračun velikosti in resonančnih frekvenc za fraktalne antene. Zasnova tiskane mikrotrakaste antene na osnovi Kochovega fraktala in 10 prototipov žičnih anten.

diplomsko delo, dodano 02.02.2015


Razvoj fraktalnih anten. Metode konstrukcije in principi delovanja fraktalne antene. Konstrukcija Peanove krivulje. Nastanek fraktalne pravokotne zlomljene antene. Dvopasovni antenski niz. Fraktalne frekvenčno selektivne površine.

diplomsko delo, dodano 26.06.2015


Strukturna shema sprejemni modul aktivnega faznega antenskega niza. Izračun relativnega zmanjšanja vzbujanja na robu antene. Energetski potencial sprejemnih faznih antenskih nizov. Natančnost poravnave žarka. Izbira in izračun oddajnika.

tečajna naloga, dodana 11/08/2014


Predstavitev dejavnosti Antenna-Service LLC: montaža in zagon zemeljskih in satelitskih antenskih sistemov, načrtovanje telekomunikacijskih omrežij. splošne značilnosti osnovne lastnosti in področja uporabe satelitskih anten.

diplomsko delo, dodano 18.05.2014


Vrste in razvrstitev anten za celične komunikacijske sisteme. Specifikacije antene KP9-900. Glavna izguba učinkovitosti antene je v delovnem položaju naprave. Metode za izračun anten za celični sistemi komunikacije. Značilnosti modelirnika anten MMANA.

predmetno delo, dodano 17.10.2014


Vrste mikrovalovnih naprav v razdelilnih tokokrogih antenskih nizov. Načrtovanje mikrovalovnih naprav na osnovi metode razgradnje. Delo s programom "Model-S" za avtomatizirane in parametrične tipe sinteze večelementnih mikrovalovnih naprav.

test, dodan 15.10.2011


Glavne naloge teorije anten in značilnosti te naprave. Maxwellove enačbe. Električno dipolno polje v neomejenem prostoru. Značilne lastnosti vibratorske in odprtinske antene. Metode za krmiljenje amplitude rešetk.

vadnica, dodana 27. 4. 2013


Linearni niz s cilindrično vijačno anteno kot sevalnikom. Uporaba antenskih nizov za zagotavljanje kakovostnega delovanja antene. Zasnova navpičnega antenskega niza. Izračun posameznega oddajnika.

tečajna naloga, dodana 28.11.2010


Metode ustvarjanja učinkovite antene. Linearni antenski niz. Optimalna antena za potujoče valove. Smerni koeficient. Ploščati antenski nizi. Vhodna impedanca sevalnega elementa. Lastnosti in uporaba neekvidistantnih rešetk.

tečajna naloga, dodana 14.08.2015


Uporaba anten tako za sevanje kot za sprejem elektromagnetnega valovanja. Obstaja veliko različnih anten. Zasnova linearnega niza paličastih dielektričnih anten, ki je sestavljen iz paličastih dielektričnih anten.