В последние несколько лет я регулярно сталкиваюсь с задачами по разработке СШП (сверхширокополосных) СВЧ-модулей и функциональных узлов. И как ни грустно мне об этом говорить, но почти всю информацию по теме я черпаю из зарубежных источников. Однако некоторое время назад, в поисках нужной мне информации, я наткнулся на , сулившую решение всех моих проблем. О том, как решения проблем не получилось, я и хочу рассказать.

Одной из постоянных «головных болей» в области разработки СШП СВЧ-устройств является разработка СШП-антенн, которые должны обладать набором определенных свойств. Среди этих свойств можно выделить следующие:

1. Согласование в рабочей полосе частот (например, от 1 до 4 ГГц). Однако бывает, когда согласоваться надо в диапазоне частот от 0,5 ГГц до 5 ГГц. И вот тут возникает проблема опуститься по частоте ниже 1 ГГц. У меня вообще сложилось впечатление, что частота 1 ГГц обладает какой-то мистической силой – к ней можно приблизиться, но очень сложно преодолеть, т.к. при этом нарушается другое требование, предъявляемое к антенне, а именно

2. Компактность. Ведь ни для кого не секрет, что сейчас мало кому нужна волноводная рупорная антенна огромадных размеров. Все хотят, чтобы антенна была маленькой, легкой и компактной, чтобы ее можно было засунуть в корпус портативного устройства. Но при компактификации антенны становится очень трудно соблюсти п. 1 требований, предъявляемых к антенне, т.к. минимальная частота рабочего диапазона тесно связана с максимальным габаритом антенны. Кто-то скажет, что можно делать антенну на диэлектрике с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости… И будет прав, но это противоречит следующему пункту нашего списка, который гласит, что

3. Антенна должна быть максимально дешевой и изготавливаться на основе самых доступных и недорогих материалов (например, FR-4). Потому как никто не захочет платить много-много денег за антенну, будь она даже трижды гениальной. Все хотят, чтобы стоимость антенны на этапе изготовления печатной платы стремилась к нулю. Ибо таков наш мир…

4. Есть еще одно требование, возникающее при решении различных задач, связанных, например, с локацией ближнего действия, а так же с созданием различных датчиков, применяющих СШП-технологию (тут надо уточнить, что речь идет о приложениях с малой мощностью, где каждый дБм на счету). И это требование гласит, что диаграмма направленности (ДН) проектируемой антенны должна формироваться только в одной полусфере. Для чего это нужно? Для того, чтобы антенна «светила» только в одном направлении, не рассеивая драгоценную мощность в «обратку». Так же это позволяет улучшить ряд показателей системы, в которой такая антенна применяется.

Для чего я все это пишу..? Для того, чтобы пытливый читатель понял, что разработчик подобной антенны сталкивается с массой ограничений и запретов, которые ему нужно героически или остроумно преодолеть.

И вдруг, как откровение проявляется статья , которая сулит решение всех вышеозначенных проблем (а так же и тех, которые упомянуты не были). Прочтение этой статьи вызывает легкое чувство эйфории. Хотя с первого раза полного осознания написанного не происходит, но волшебное слово «fractal» звучит очень многообещающе, т.к. евклидова геометрия свои аргументы уже исчерпала.

Беремся за дело смело и скармливаем структуру, предлагаемую автором статьи, симулятору. Симулятор утробно рычит кулером компьютера, пережевывая гигабайты цифр, и выплевывает переваренный результат… Глядя на результаты моделирования, чувствуешь себя маленьким обманутым мальчиком. Слезы наворачиваются на глаза, т.к. опять твои детские воздушные мечты натолкнулись на чугунную…реальность. Нет никакого согласования в диапазоне частот 0,1 ГГц – 24 ГГц. Даже в диапазоне 0,5 ГГц – 5 ГГц ничего похожего нет.

Тут еще остается робкая надежда, что ты чего-то не понял, что-то сделал не так… Начинаются поиски точки включения, различные вариации с топологией, но все тщетно – она мертва!

Самое печальное в этой ситуации то, что до последнего момента ищешь причину неудачи в себе. Спасибо товарищам по цеху, которые объяснили , что все правильно – не должно оно работать.

P.S. Надеюсь, что мой пятничный пост вызвал у вас улыбку.
Мораль же сего изложения такова – будь бдителен!
(А еще мне очень хотелось написать по этому поводу АНТИстатью, т.к. обманули).

Проволочные фрактальные антенны, исследованные в данной дипломной работе, изготавливались изгибанием проволоки по напечатанному на принтере бумажному шаблону. Поскольку проволока изгибалась вручную при помощи пинцета, то точность изготовления «изгибов» антенны составляла около 0,5 мм. Поэтому для исследований брались наиболее простые геометрические фрактальные формы: кривая Коха и «биполярный скачок» Минковского .

Известно , что фракталы позволяют уменьшать размеры антенн, при этом размеры фрактальной антенны сравнивают с размерами симметричного полуволнового линейного диполя. В дальнейших исследованиях в дипломной работе проволочные фрактальные антенны будут сравниваться с линейным диполем с /4-плечами равными 78 мм с резонансной частотой 900 МГц.

Проволочные фрактальные антенны на основе кривой Коха

В работе приводятся формулы для расчёта фрактальных антенн на основе кривой Коха (рисунок 24).

а) n = 0 б) n = 1 в) n = 2

Рисунок 24 - Кривая Коха различных итераций n

Размерность D обобщенного фрактала Коха вычисляется по формуле:

Если в формулу (35) подставить стандартный угол изгиба кривой Коха = 60, то получим D = 1,262.

Зависимость первой резонансной частоты диполя Коха f К от размерности фрактала D , номера итерации n и резонансной частоты прямолинейного диполя f D той же высоты, что и ломанная Коха (по крайним точкам) определяется формулой:

Для рисунка 24, б при n = 1 и D = 1,262 из формулы (36) получаем:

f K = f D 0,816, f K = 900 МГц 0,816 = 734 МГц. (37)

Для рисунка 24, в при n = 2 и D = 1,262 из формулы (36) получаем:

f K = f D 0,696, f K = 900 МГц 0,696 = 626 МГц. (38)

Формулы (37) и (38) позволяют решить и обратную задачу - если мы хотим, чтобы фрактальные антенны работали на частоте f K = 900 МГц, то прямолинейные диполи должны работать на следующих частотах:

для n = 1 f D = f K / 0,816 = 900 МГц / 0,816 = 1102 МГц, (39)

для n = 2 f D = f K / 0,696 = 900 МГц / 0,696 = 1293 МГц. (40)

По графику на рисунке 22 определяем длины /4-плеч прямолинейного диполя. Они будут равны 63,5 мм (для 1102 МГц) и 55 мм (для 1293 МГц).

Таким образом, были изготовлены 4 фрактальных антенны на основе кривой Коха: две - с размерами /4-плеч по 78 мм, а две с меньшими размерами. На рисунках 25-28 показаны изображения экрана РК2-47, по которым можно экспериментально определить резонансные частоты.

В таблицу 2 сведены расчетные и экспериментальные данные, из которых видно, что теоретические частоты f Т отличаются от экспериментальных f Э не более 4-9%, а это вполне хороший результат.

Рисунок 25 - Экран РК2-47 при измерении антенны с кривой Коха итерации n = 1 с /4-плечами равными 78 мм. Резонансная частота 767 МГц

Рисунок 26 - Экран РК2-47 при измерении антенны с кривой Коха итерации n = 1 с /4-плечами равными 63,5 мм. Резонансная частота 945 МГц

Рисунок 27 - Экран РК2-47 при измерении антенны с кривой Коха итерации n = 2 с /4-плечами равными 78 мм. Резонансная частота 658 МГц

Рисунок 28 - Экран РК2-47 при измерении антенны с кривой Коха итерации n = 2 с /4-плечами равными 55 мм. Резонансная частота 980 МГц

Таблица 2 - Сравнение расчетных (теоретических fТ) и экспериментальных fЭ резонансных частот фрактальных антенн на основе кривой Коха

Проволочные фрактальные антенны на основе «биполярного скачка». Диаграмма направленности

Фрактальные линии типа «биполярный скачок» описаны в работе , однако формул для расчетов резонансной частоты в зависимости от размеров антенны в работе не приводится. Поэтому было решено определить резонансные частоты экспериментально. Для простых фрактальных линий 1-й итерации (рисунок 29, б) было изготовлено 4 антенны - с длиной /4-плеча равным 78 мм, с вдвое меньшей длиной и двумя промежуточными длинами. Для сложных в изготовлении фрактальных линий 2-й итерации (рисунок 29, в) было изготовлено 2 антенны с длинами /4-плеч 78 и 39 мм.

На рисунке 30 показаны все изготовленные фрактальные антенны. На рисунке 31 показан внешний вид экспериментальной установки с фрактальной антенной «биполярный скачок» 2-й итерации. На рисунках 32-37 показано экспериментальное определение резонансных частот.

а) n = 0 б) n = 1 в) n = 2

Рисунок 29 - Кривая Минковского «биполярный скачок» различных итераций n

Рисунок 30 - Внешний вид всех изготовленных проволочных фрактальных антенн (диаметры проводов 1 и 0,7 мм)

Рисунок 31 - Экспериментальная установка: панорамный измеритель КСВН и ослабления РК2-47 с фрактальной антенной типа «биполярный скачок» 2-й итерации

Рисунок 32 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 1 с /4-плечами равными 78 мм.

Резонансная частота 553 МГц

Рисунок 33 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 1 с /4-плечами равными 58,5 мм.

Резонансная частота 722 МГц

Рисунок 34 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 1 с /4-плечами равными 48 мм. Резонансная частота 1012 МГц

Рисунок 35 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 1 с /4-плечами равными 39 мм. Резонансная частота 1200 МГц

Рисунок 36 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 2 с /4-плечами равными 78 мм.

Первая резонансная частота 445 МГц, вторая - 1143 МГц

Рисунок 37 - Экран РК2-47 при измерении антенны «биполярный скачок» итерации n = 2 с /4-плечами равными 39 мм.

Резонансная частота 954 МГц

Как показали проведённые экспериментальные исследования, если взять симметричный полуволновый линейный диполь и фрактальную антенну одинаковых длин (рисунок 38), то фрактальные антенны типа «биполярного скачка» будут работать на более низкой частоте (на 50 и 61%), а фрактальные антенны в виде кривой Коха работают на частотах ниже на 73 и 85%, чем у линейного диполя. Следовательно, действительно, фрактальные антенны можно делать меньших размеров. На рисунке 39 показаны размеры фрактальных антенн для одних и тех же резонансных частот (900-1000 МГц) в сравнении с плечом обычного полуволнового диполя.

Рисунок 38 - «Обычная» и фрактальная антенны одинаковой длины

Рисунок 39 - Размеры антенн для одних и тех же резонансных частот

5. Измерение диаграмм направленности фрактальных антенн

Диаграммы направленности антенн обычно измеряются в «безэховых» камерах, стенки которых поглощают падающее на них излучение. В данной дипломной работе измерения проводились в обычной лаборатории физико-технического факультета, и отраженный сигнал от металлических корпусов приборов и железных стендов вносил некоторую погрешность в измерения.

В качестве источника СВЧ сигнала использовался собственный генератор панорамного измерителя КСВН и ослабления РК2-47. В качестве приёмника излучения фрактальной антенны использовался измеритель уровня электромагнитного поля АТТ-2592, позволяющий проводить измерения в диапазоне частот от 50 МГц до 3,5 ГГц.

Предварительные измерения показали, что существенно искажает диаграмму направленности симметричного полуволнового линейного диполя излучение с внешней стороны коаксиального кабеля, который был напрямую (без согласующих устройств) подключён к диполю. Одним из способов подавления излучения линии передачи, является применение монополя вместо диполя совместно с четырьмя взаимно перпендикулярными /4 «противовесами», играющими роль «земли» (рисунок 40).

Рисунок 40 - /4 монополь и фрактальная антенна с «противовесами»

На рисунках 41 - 45 показаны экспериментально измеренные диаграммы направленности исследуемых антенн с «противовесами» (резонансная частота излучения при переходе от диполя к монополю практически не изменяется). Измерения плотности потока мощности СВЧ излучения в микроваттах на квадратный метр проводились в горизонтальной и вертикальной плоскостях через 10. Измерения проводились в «дальней» зоне антенны на расстоянии 2.

Первой исследовалась антенна в виде прямолинейного /4-вибратора. Из диаграммы направленности этой антенны видно (рисунок 41), что она отличается от теоретической. Это объясняется погрешностями измерений.

Погрешности измерений для всех исследуемых антенн могут быть следующие:

Отражением излучения от металлических предметов внутри лаборатории;

Отсутствием строгой взаимной перпендикулярности между антенной и противовесами;

Не полным подавлением излучения внешней оболочки коаксиального кабеля;

Неточностью отсчета угловых величин;

Неточным «нацеливанием» измерителя АТТ-2592 на антенну;

Помехами от сотовых телефонов.

Ответы на вопросы из форума, гостевой и почты.

Мир не без добрых людей:-)
Валерий UR3CAH: "Добрый день, Егор. Я думаю данная статья (а именно раздел "Фрактальные антенны: лучше меньше, да лучше") соответствует тематики Вашего сайта и будет Вам интересна:) А правда ли это? 73!"
Да, конечно интересна. Мы в какой-то степени уже касались этой темы при обсуждении геометрии гексабимов . Там тоже была дилема с "уложением" электрической длины в геометрические размеры:-). Так что спасибо, Валерий, большое за присланный материал.
"Фрактальные антенны: лучше меньше, да лучше
За последние полвека жизнь стремительно стала меняться. Большинство из нас принимает достижения современных технологий как должное. Ко всему, что делает жизнь более комфортной, привыкаешь очень быстро. Редко кто задается вопросами «Откуда это взялось?» и «Как оно работает?». Микроволновая печь разогревает завтрак - ну и прекрасно, смартфон дает возможность поговорить с другим человеком - отлично. Это кажется нам очевидной возможностью.
Но жизнь могла бы быть совершенно иной, если бы человек не искал объяснения происходящим событиям. Взять, например, сотовые телефоны. Помните выдвижные антенны на первых моделях? Они мешали, увеличивали размеры устройства, в конце концов, часто ломались. Полагаем, они навсегда канули в Лету, и отчасти виной тому… фракталы.

Фрактальные рисунки завораживают своими узорами. Они определенно напоминают изображения космических объектов - туманностей, скопления галактик и так далее. Поэтому вполне закономерно, что, когда Мандельброт озвучил свою теорию фракталов, его исследования вызвали повышенный интерес у тех, кто занимался изучением астрономии. Один из таких любителей по имени Натан Коэн (Nathan Cohen) после посещения лекции Бенуа Мандельброта в Будапеште загорелся идеей практического применения полученных знаний. Правда, сделал он это интуитивно, и не последнюю роль в его открытии сыграл случай. Будучи радиолюбителем, Натан стремился создать антенну, обладающую как можно более высокой чувствительностью.
Единственный способ улучшить параметры антенны, который был известен на то время, заключался в увеличении ее геометрических размеров. Однако владелец жилья в центре Бостона, которое арендовал Натан, был категорически против установки больших устройств на крыше. Тогда Натан стал экспериментировать с различными формами антенн, стараясь получить максимальный результат при минимальных размерах. Загоревшись идеей фрактальных форм, Коэн, что называется, наобум сделал из проволоки один из самых известных фракталов - «снежинку Коха». Шведский математик Хельге фон Кох (Helge von Koch) придумал эту кривую еще в 1904 году. Она получается путем деления отрезка на три части и замещения среднего сегмента равносторонним треугольником без стороны, совпадающей с этим сегментом. Определение немного сложное для восприятия, но на рисунке все ясно и просто.
Существуют также другие разновидности «кривой Коха», но примерная форма кривой остается похожей.
Когда Натан подключил антенну к радиоприемному устройству, он был очень удивлен - чувствительность резко увеличилась. После серии экспериментов будущий профессор Бостонского университета понял, что антенна, сделанная по фрактальному рисунку, имеет высокий КПД и покрывает гораздо более широкий частотный диапазон по сравнению с классическими решениями. Кроме того, форма антенны в виде кривой фрактала позволяет существенно уменьшить геометрические размеры. Натан Коэн даже вывел теорему, доказывающую, что для создания широкополосной антенны достаточно придать ей форму самоподобной фрактальной кривой.
Автор запатентовал свое открытие и основал фирму по разработке и проектированию фрактальных антенн Fractal Antenna Systems, справедливо полагая, что в будущем благодаря его открытию сотовые телефоны смогут избавиться от громоздких антенн и станут более компактными. В принципе, так и произошло. Правда, и по сей день Натан ведет судебную тяжбу с крупными корпорациями, которые незаконно используют его открытие для производства компактных устройств связи. Некоторые известные производители мобильных устройств, как, например, Motorola, уже пришли к мирному соглашению с изобретателем фрактальной антенны."

При кажущейся "нереальной и фантастической" ситуация с приростом полезного сигнала абсолютно реальна и прагматична. Не надо быть семи пядей во лбу чтобы догадатся откуда появляются лишние микровольты. При очень большом увеличении электрической длинны антенны все её ломанные участки располагаются в пространстве синфазно предыдущим. А мы уже знаем откуда берётся усиление в многоэлементных антеннах: за счёт сложения в одном элементе энергии переизлучённой другими элементами. Понятно, что в качестве направленных их использовать по той же причине:-) нельзя, но факт остаётся фактом: фрактальная антенна реально эффективнее прямого провода.

• Назад
• Вперёд

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

• Duchifat: и правда 9 милливатт?

  С новой антенной заметно лучше стал принимать израильский Duchifat-1. Его всегда слышно слабо, но вот вроде со стэком из двух 7ми элемнтных антенн стало получше. Принял пару фреймов телеметрии. Скудновато, боюсь это у меня декодер не верный. Или неточный "перевод" цифр пакета в параметры от DK3WN. В пакете мощность от дачтика (forward) - всего 7,2 милливатта. Но если он говорит правду, то 10 милливатт его мощности на Земле слышно отменно:-)

• Как прекрасен этот мир, посмотри

  Только что посидел за одним столом со всем миром. Прохождение балует равенством микровольт со всех направлений. То же самоео чём я писал и вчера и позавчера. Кто ходит ко мне в гости давно, уже читал. И слушал. Ниже фонограмма трёх интересных QSO проведенных с интервалом минут по 5-7. Между ними были еще связи, но не такие выразительные, японцы, американцы.... Их уже DXами называть нельзя по причине их многочисленности:-)

  Так вот для неверующих три аудио одно за другим 9M2MSO, Малайзия, Пуэрто-Рико NP4JS и наконец очаровательная Сесиль из Венесуэлы YY1YLY. Я благодарен Всевышнему за то что мы такие разные, разноцветные, прикольные и интересные. Все связи как на подбор SSB. как будто специально для тоо, чтобы все могли послушать.... :-)

• Успешный долгожитель

  Пролетал успешный DelfiC3 при его 125 милливаттах отменно слышно, декодируется с Java примочкой RASCAL отменно еще и посылает принятые строки на сайт команды поддержки. AUDIO - Картинка декодера ниже.

  

• Пропал WEB приёмник?

  Только успели поговорить про Java машину, как фирма SUN подсунула нам очереднную свинью:-) Конечно всё для блага пользователя. Только они забыли, что надо оповестить об ужесточении требований безопасности миллионы пользователей WEB приёмников, которые в 90 процентах случаев работают через Java машину. И, кстати, не только их. Создатели WED приёмников (И, кстати, сам Windows тоже:-) пытаются обходиться без JAVA используя HTML5 и прочие извороты, но получается не всегда. Слишком длинная история их связывает: всё замыкается на особенности железа. Мой ноут, например, с помощью HTML5 может обеспечить управление приёмником, но не может получить звук:-) Прикидываете, приёмник всё показывает, но при этом молчит:-) Короче на сегодняшний день ввам поможет только Вадим, UT3RZ.

  "UT3RZ Вадим. Прилуки. http://cqpriluki.at.uaВ связи с обновлением Jawa 14 января 2014 г. до версии 7 Update 51 (build 1.7.0_51-b13) возникли проблемы с прослушиванием WEB SDR приемников.Создатели Jawa, преследуя цели безопасности пользователей компьютеров, в свою новую версию 7 Update 51 внесли необходимость подтверждения пользователем безопасности, вручную.

• Проверьте уши своего TNC

  По причине скуки послушал (потыкал;-) канал диджипитера МКС. Шуршит вполне исправно и достаточно активно. Аудиоконтроль, конечно, всё записал. Жаба задавила прибивать запись. Вот кладу, проверьте настройки своих модемов или TNC. Красиво там, в Космосе. Правда действительно скучновато: одни и те же лица круглый год:-(

  

• Телеграмма UR8RF

  Радіо Промінь
  

  Вітаю всіх. Сьогодні, 17 листопада, на Радіо Промінь на протязі 40 хвилин Володимир UY2UQ розповідав про аматорське радіо. Послухати можна на сайті Радіо Промінь в аудіоархіві від 17 листопада.
  Час 15:14:14 - 15:54:38 http://promin.fm/page/9.html?name=Audioarhiv1http://promin.fm/page/9.html?name=Audioarhiv1
  73! З повагою Олександр UR8RF

• Интернет идёт к Морзе

  В декабре 2011г. компания Google объявила о выпуске приложения Gmail под iOS, которое позволяет быстро делать небольшие заметки. В пресс-релизе компании отмечалось, что такими записями пользовались еще пещерные люди, делая рисунки на скалах. И вот теперь софт для быстрых заметок получил свое логическое продолжение – Google объявила о принципиально новом способе набора текста на клавиатуре мобильных устройств.
  Gmail Tap – так называется приложение, с которым переход от привычной 26-кнопочной клавиатуры смартфонов на двухкнопочную станет реальностью. Вы не ослышались. Отныне пользователи устройств как на iOS, так и на Android смогут использовать Gmail Tap для набора текстовых сообщений при помощи лишь двух кнопок – точки и тире. Специалисты Google во главе с Ридом Морзе (пра-правнуком знаменитого изобретателя азбуки Морзе) предлагают пользователям упрощенную версию «Морзянки», с которой СМС-сообщения можно будет набирать не медленнее, чем со стандартной клавиатуры. Вызывает восхищение возможность набирать два сообщения одновременно. Режим для продвинутых пользователей «multi email mode» предполагает использование двух клавиатур – стандартной снизу и дополнительной в верхней части экрана. И даже начинающий пользователь Gmail Tap сможет быстро научиться набирать текст, практически не глядя на клавиатуру. Посмотрите, как это просто:

Кто не знает что это такое и где используется, то могу сказать, что посмотрите видео фильмы про фракталы. А используются такие антенны в наше время повсеместно, к примеру, в каждом сотовом телефоне.

Итак, в конце 2013 года к нам зашли в гости тесть с тёщей, то да сё и тут тёща в преддверии праздника Нового года попросила у нас антенну для своего небольшого телевизора. Тесть смотрит телевизор через спутниковую тарелку и обычно что-то своё, а тёще захотело посмотреть новогодние программы спокойно не дёргая тестя.

Ок, отдали мы ей нашу рамочную антенну (квадрат 330х330 мм), через которую иногда смотрела телек жена.

А тут приближалось время открытия Зимней Олимпиады в Сочи и жена говорит: Сделай антенну.

Мне сделать очередную антенну проблем не составляет, только была бы цель и смысл. Пообещал сделать. И вот пришло время... но мне подумалось, что лепить очередную рамочную антенну как-то скучновато, всё же 21 век на дворе и тут я вспомнил, что самое прогрессивное в построении антенн - это ЕН-антенны, HZ-антенны и фрактальные-антенны. Прикинув, что более всего подходит к моему делу - остановился на фрактальной антенне. Благо про фракталы я фильмов всяких насмотрелся и фоток всяких с Интернета надёргал ещё давно. Вот и захотелось идею воплотить в материальную реальность.

Одно дело фотки, другое - конкретная реализация некоего устройства. Заморачиваться долго не стал и решил построить антенну по прямоугольному фракталу.

Достал медную проволоку где-то диаметром 1 мм, взял плоскогубцы и стал мастерить... первый проект был полномасштабный с использованием многих фракталов. Делал, с непривычки, долго, холодными зимними вечерами в итоге сделал, приклеил всю фрактальную поверхность к ДВП с помощью жидкого полиэтелена, подпаял напрямую кабель, около 1 м длины, стал пробовать... Опа! А эта антенна принимала телеканалы гораздо чётче чем рамочная... порадовал меня такой результат, значит не зря корячился и натирал мозоли, пока гнул проволоку в фрактальную форму.

Прошла где-то неделя и возникла у меня идея, что по размерам новая антенна практически как и рамочная, особой выгоды нет, если не учитывать небольшое улучшение в приёме. И вот решил смонтировать новую фрактальную антенну, используя меньше фракталов, соответственно и по габаритам меньше.

Фрактальная антенна. Первый вариант

В субботу 08.02.2014 г. достал небольшой кусок медной проволоки, что осталась от первой фрактальной антенны и довольно быстро, около полу часа, смонтировал новую антенну...

Фрактальная антенна. Второй вариант

Потом подпаял кабель от первой и получилось уже законченное устройство. Фрактальная антенна. Второй вариант с кабелем

Приступил к проверке работоспособности... Ух ты блин! Да эта ещё лучше работает и принимает в цвете аж 10 каналов, чего раньше нельзя было достигнуть с помощью рамочной антенны. Выигрыш существенный! Если ещё обратить внимание, что условия приёма у меня совсем неважнецкие: второй этаж, наш дом полностью перекрыт от телецентра многоэтажками, никакой прямой видимости, то выигрыш впечатляет как по приёму, так и по размерам.

В Интернете есть фрактальные антенны выполненные травлением на фольгированном стеклотекстолите... думаю без разницы на чём делать, да и размеры слишком сильно не стоит точно соблюдать для телевизионной антенны, в пределах работы на коленке .

Первое, о чем я хотел бы написать, — это небольшое введение в историю, теорию и использование фрактальных антенн. Фрактальные антенны были открыты недавно. Первым их изобрел Натан Коэн в 1988, затем он опубликовал свое исследование как сделать антенну для телевизора из проволоки и запатентовал в 1995 году.

Фрактальная антенна имеет несколько уникальных характеристик, как написано в Википедии:

«Фрактальная антенна — это антенна, использующая фрактальную, самоповторяющуюся конструкцию для максимизации длины или увеличения периметра (на внутренних участках или внешней структуре) материала, который может принимать или передавать электромагнитные сигналы в пределах данной общей площади поверхности или объема».

Что именно это значит? Ну, нужно знать что такое фрактал . Также из Википедии:

«Фрактал, как правило, представляет собой грубую или фрагментированную геометрическую форму, которая может быть разделена на части, каждая из частей будет копией целого уменьшенного размера — это свойство, называемое самоподобием».

Таким образом, фрактал представляет собой геометрическую форму, которая повторяет себя снова и снова, вне зависимости от размера отдельных частей.

Было обнаружено, что фрактальные антенны примерно на 20% эффективнее обычных антенн. Это может быть полезно, особенно, если вы хотите, чтобы ваша ТВ антенна принимала цифровое видео или видео высокой четкости, увеличивала сотовый диапазон, диапазон Wi-Fi, прием радио FM или AM и т.д.

В большинстве сотовых телефонов уже стоят фрактальные антенны. Вы могли это заметить, поскольку мобильные телефоны больше не имеют антенн снаружи. Это потому, что внутри них стоят фрактальные антенны, вытравленные на монтажной плате, что позволяет им лучше принимать сигнал и брать больше частот, таких как Bluetooth, сотовая связь и Wi-Fi с одной антенны.

Википедия:

«Ответ фрактальной антенны заметно отличается от традиционных конструкций антенн тем, что она способна работать с хорошей производительностью на разных частотах одновременно. Частота стандартных антенн должна быть срезана, чтобы быть в состоянии принимать только эту частоту. Поэтому фрактальная антенна в отличие от обычной является отличной конструкцией для широкополосных и многодиапазонных приложений».

Хитрость заключается в том, чтобы спроектировать вашу фрактальную антенну для резонирования на определенной, нужной вам центральной частоте. Это значит, что антенна будет выглядеть по-разному в зависимости от того что вы хотите получить. Для этого нужно применить математику (или онлайн-калькулятор).

В моем примере я собираюсь сделать простую антенну, но вы можете сделать более сложную. Чем сложнее, тем лучше. Я буду использовать катушку из 18-жильного провода с твердым сердечником, чтобы сделать антенну, но вы можете доработать собственные монтажные платы в соответствии со своими эстетическими соображениями, сделать ее меньше или более сложной с большими разрешением и резонансом.

Я собираюсь сделать ТВ антенну для приема цифрового ТВ или ТВ высокого разрешения. С этими частотами легче работать, они располагаются в диапазоне длины примерно от 15 см до 150 см для половины длины волны. Для простоты и дешевизны деталей, я собираюсь расположить её на общей дипольной антенне, она будет ловить волны диапазона 136-174 МГц (VHF).

Для приема волн UHF (400-512 МГц) можно добавить директор или отражатель, но так прием будет более зависим от направления антенны. VHF тоже зависит от направления, но вместо того, чтобы прямо указывать на ТВ станцию в случае установки UHF, вам нужно будет установить VHF уши перпендикулярно ТВ станции. Здесь нужно будет приложить немного больше усилий. Я хочу сделать максимально простую конструкцию, потому что это и так довольно сложная вещь.

Основные компоненты:

• Монтажная поверхность , например пластиковый корпус (20 см х 15 см х 8 см)
• 6 винтов. Я использовал стальные саморезы для листового металла
• Трансформатор сопротивлением от 300 Ом до 75 Ом.
• Монтажная проволока сечением 18 AWG (0.8 мм)
• Кабель RG-6 коаксиальный с терминаторами (и с резиновой оболочкой, если монтаж будет на улице)
• Алюминий при использовании рефлектора. Во вложении выше был такой.
• Тонкий маркер
• Две пары маленьких плоскогубцев
• Линейка не короче 20 см.
• Транспортер для измерения угла
• Два сверла, одно чуть меньшего диаметра, чем ваши винты
• Маленький резак для проволоки
• Отвертка или шуруповёрт

Примечание: нижняя часть антенны из алюминиевой проволоки находится справа на том изображении, где торчит трансформатор.

Шаг 1: Добавление отражателя

Соберите корпус с отражателем под пластиковой крышкой

Шаг 2: Сверление отверстий и установка точек крепления

Просверлите небольшие отверстия для отвода на противоположной стороне от отражателя в данных положениях и поместите проводящий винт.

Шаг 3: Отмерьте, отрежьте и оголите провода

Отрежьте четыре 20-сантиметровых куска провода и поместите на корпус.

Шаг 4: Измерение и маркировка проводов

Используя маркер, отметьте каждые 2,5 см на проводе (на этих местах будут изгибы)

Шаг 5: Создание фракталов

Этот шаг нужно повторить для каждого куска проволоки. Каждый изгиб должен быть равен ровно 60 градусам, так как мы будем делать для фрактала равносторонние треугольники. Я использовал две пары плоскогубцев и транспортир. Каждый изгиб сделан на метке. Перед тем, как делать загибы, визуализируйте направление каждого из них. Используйте для этого приложенную диаграмму.

Шаг 6: Создание диполей

Отрежьте еще два куска проволоки длиной не менее 15 см. Оберните эти провода вокруг верхнего и нижнего винтов, идущих вдоль длинной стороны, и затем оберните к центральным. Потом обрежьте лишнюю длину.

Шаг 7: Монтаж диполей и монтаж трансформатора

Закрепите каждый из фракталов на угловых винтах.

Присоедините трансформатор соответствующего импеданса к двум центральным винтам и затяните их.

Сборка закончена! Проверяйте и наслаждайтесь!

Шаг 8: Больше итераций / экспериментов

Я сделал несколько новых элементов, используя бумажный шаблон из GIMP. Я использовал небольшой сплошной телефонный провод. Он оказался достаточно маленьким, прочным и податливым, чтобы сгибаться в сложные формы, которые требуются для центральной частоты (554 МГц). Это среднее значение цифрового сигнала UHF для каналов эфирного телевидения в моей области.

Фотография прилагается. Может быть, сложно будет увидеть медные провода при слабом освещении на фоне картона и с лентой поверх, но идея вам уже понятна.

При таком размере элементы довольно хрупкие, поэтому их нужно обрабатывать аккуратно.

Я также добавил шаблон в формате png. Чтобы напечатать нужный размер, вам нужно открыть его в редакторе фотографий, например в GIMP. Шаблон не идеален, потому что я сделал его вручную с помощью мыши, но он достаточно удобен для человеческих рук.