Au cours des dernières années, j'ai été régulièrement confronté aux tâches de développement de modules hyperfréquences UWB (ultra large bande) et d'unités fonctionnelles. Et peu importe à quel point il est triste pour moi d'en parler, je tire presque toutes les informations sur le sujet de sources étrangères. Cependant, il y a quelque temps, à la recherche de l'information dont j'avais besoin, je suis tombé sur une qui promettait une solution à tous mes problèmes. Je veux parler de la façon dont la solution des problèmes n'a pas fonctionné.

L'un des "casse-tête" constants dans le développement des dispositifs à micro-ondes UWB est le développement des antennes UWB, qui doivent avoir un ensemble de propriétés spécifiques. Parmi ces propriétés figurent les suivantes :

1. Coordination dans la bande de fréquence de fonctionnement (par exemple, de 1 à 4 GHz). Cependant, cela arrive lorsqu'il faut s'accorder dans la gamme de fréquence de 0,5 GHz à 5 GHz. Et là se pose le problème de descendre en fréquence en dessous de 1 GHz. En général, j'ai eu l'impression que la fréquence de 1 GHz a une sorte de pouvoir mystique - vous pouvez vous en approcher, mais il est très difficile de le surmonter, car. dans ce cas, une autre exigence pour l'antenne est violée, à savoir

2. Compacité. Après tout, ce n'est un secret pour personne que peu de gens ont besoin d'une antenne cornet à guide d'ondes de dimensions énormes. Tout le monde veut que l'antenne soit petite, légère et compacte afin qu'elle puisse être rangée dans un étui. un appareil portable. Mais avec la compactification de l'antenne, il devient très difficile de se conformer au paragraphe 1 des exigences pour l'antenne, car fréquence minimale la plage de fonctionnement est étroitement liée à la taille maximale de l'antenne. Quelqu'un dira que vous pouvez fabriquer une antenne sur un diélectrique avec une valeur élevée de permittivité relative ... Et il aura raison, mais cela contredit le prochain élément de notre liste, qui dit que

3. L'antenne doit être aussi bon marché que possible et fabriquée à partir des matériaux les plus accessibles et les moins chers (par exemple, FR-4). Parce que personne ne veut payer cher, cher pour une antenne, même si elle est trois fois géniale. Tout le monde souhaite que le coût de l'antenne au stade de la fabrication du PCB soit réduit à zéro. Parce que c'est notre monde...

4. Une autre exigence se pose lors de la résolution de divers problèmes liés, par exemple, à la localisation à courte portée, ainsi qu'à la création divers capteurs utilisant la technologie UWB (il convient ici de préciser que nous parlons applications à faible puissance où chaque dBm compte). Et cette exigence stipule que le diagramme de rayonnement (DN) de l'antenne conçue doit être formé dans un seul hémisphère. Pourquoi est-ce? Pour que l'antenne « brille » dans une seule direction, sans dissiper une énergie précieuse dans le « retour ». Elle améliore également un certain nombre d'indicateurs du système dans lequel une telle antenne est utilisée.

Pourquoi j'écris tout ça..? Pour que le lecteur curieux comprenne que le développeur d'une telle antenne est confronté à de nombreuses restrictions et interdictions qu'il doit surmonter héroïquement ou avec esprit.

Et soudain, comme une révélation, un article apparaît qui promet une solution à tous les problèmes ci-dessus (ainsi qu'à ceux qui n'ont pas été mentionnés). La lecture de cet article provoque une légère sensation d'euphorie. Bien que la première fois, une pleine compréhension de ce qui est écrit ne se produise pas, mais mot magique"fractal" semble très prometteur, car La géométrie euclidienne a déjà épuisé ses arguments.

Nous reprenons le sujet avec audace et alimentons la structure proposée par l'auteur de l'article au simulateur. Le simulateur gémit comme une glacière d'ordinateur, croque des gigaoctets de chiffres, et recrache le résultat digéré... En regardant les résultats de la simulation, on a l'impression d'être un petit garçon trompé. Les larmes me montent aux yeux, parce que. encore une fois vos rêves aériens d'enfance se sont heurtés à une fonte... réalité. Il n'y a pas d'accord dans la gamme de fréquences 0,1 GHz - 24 GHz. Même dans la plage de 0,5 GHz à 5 GHz, il n'y a rien de similaire.

Il y a encore un timide espoir que vous n'ayez pas compris quelque chose, fait quelque chose de mal... La recherche du point d'inclusion commence, diverses variations avec la topologie, mais en vain - c'est mort !

La chose la plus triste dans cette situation est que jusqu'au dernier moment vous cherchez la cause de l'échec en vous-même. Merci aux camarades de la boutique, qui ont expliqué que tout est correct - cela ne devrait pas fonctionner.

PS J'espère que mon article de vendredi vous a fait sourire.
La morale de l'histoire est la suivante : soyez prudent !
(Et je voulais aussi vraiment écrire un ANTI-article à ce sujet, car ils m'ont trompé).

Qui ne sait pas ce que c'est et où il est utilisé, je peux dire que regarder des films vidéo sur les fractales. Et de telles antennes sont utilisées partout à notre époque, par exemple dans tous les téléphones portables.

Ainsi, fin 2013, mon beau-père et ma belle-mère sont venus nous rendre visite, ceci et cela, et ici la belle-mère, à la veille des vacances du Nouvel An, nous a demandé une antenne pour sa petite télé. Le beau-père regarde la télévision via une antenne parabolique et généralement quelque chose qui lui appartient, mais la belle-mère voulait regarder calmement les programmes du Nouvel An sans tirer sur le beau-père.

Ok, nous lui avons donné notre antenne cadre (carrée 330x330 mm), à travers laquelle ma femme regardait parfois la télévision.

Et puis l'heure d'ouverture des Jeux olympiques d'hiver à Sotchi approchait et la femme a dit: Fabriquez une antenne.

Ce n'est pas un problème pour moi de faire une autre antenne, seulement il y aurait un but et un sens. Il a promis de le faire. Et maintenant, le moment est venu ... mais je pensais que sculpter une autre antenne en boucle était en quelque sorte ennuyeux, mais le 21e siècle est dans la cour, puis je me suis rappelé que les antennes les plus progressistes dans la construction d'antennes sont les antennes EH, les antennes HZ et les antennes fractales. Après avoir estimé ce qui convient le mieux à mon cas, j'ai opté pour une antenne fractale. Heureusement, j'ai vu assez de toutes sortes de films sur les fractales et tiré toutes sortes d'images d'Internet il y a longtemps. J'ai donc voulu traduire l'idée en une réalité matérielle.

Les images sont une chose, la mise en œuvre spécifique d'un appareil en est une autre. Je n'ai pas pris la peine pendant longtemps et j'ai décidé de construire une antenne le long d'une fractale rectangulaire.

J'ai sorti un fil de cuivre d'un diamètre d'environ 1 mm, j'ai pris des pinces et j'ai commencé à bricoler... le premier projet était grandeur nature utilisant de nombreuses fractales. Je l'ai fait, par habitude, pendant longtemps, les froides soirées d'hiver, du coup je l'ai fait, collé toute la surface fractale au panneau de fibres à l'aide de polyéthylène liquide, soudé le câble directement, d'environ 1 m de long, j'ai commencé à essayer ... Oups! Et cette antenne recevait les chaînes de télévision beaucoup plus clairement que celle du cadre ... J'étais satisfait d'un tel résultat, ce qui signifie que ce n'est pas en vain que je me suis tortillé et frotté mes cors tout en pliant le fil en une forme fractale.

Environ une semaine s'est écoulée et j'ai eu l'idée que la taille de la nouvelle antenne est presque la même que celle de l'antenne cadre, il n'y a pas d'avantage particulier, si vous ne tenez pas compte d'une légère amélioration de la réception. Et j'ai donc décidé de monter une nouvelle antenne fractale, en utilisant moins de fractales, respectivement, et de plus petite taille.

antenne fractale. Première option

Le samedi 02/08/2014, j'ai sorti un petit morceau de fil de cuivre qui restait de la première antenne fractale et assez rapidement, environ une demi-heure, j'ai monté une nouvelle antenne...

antenne fractale. Deuxième option

Ensuite, j'ai soudé le câble du premier et il s'est avéré être un appareil fini. antenne fractale. Deuxième version avec câble

J'ai commencé à vérifier les performances... Wow ! Oui, celui-ci fonctionne encore mieux et reçoit jusqu'à 10 canaux en couleur, ce qui n'était auparavant pas possible avec une antenne cadre. La victoire est significative ! Si vous faites également attention au fait que mes conditions de réception sont totalement indifférentes : au deuxième étage, notre maison est complètement bloquée du centre de télévision par des immeubles de grande hauteur, il n'y a pas de visibilité directe, alors le gain est impressionnant tant en termes de réception que d'encombrement.

Sur Internet, il existe des antennes fractales réalisées par gravure sur fibre de verre recouverte d'une feuille ... Je pense que peu importe ce qu'il faut faire, et les dimensions ne doivent pas être strictement respectées pour une antenne de télévision, dans la limite du travail sur le genou.

CDU 621.396

fractale antenne ultra large bande basé sur un monopole circulaire

G.I. Abdrakhmanova

Université technique de l'aviation d'État d'Oufa,

Universita degli studi di Trento

Annotation.L'article aborde le problème de la conception d'une antenne ultra large bande basée sur la technologie fractale. Les résultats d'études sur les changements des caractéristiques de rayonnement en fonction de la valeur du facteur d'échelle sont présentés.et le niveau d'itération. Une optimisation paramétrique de la géométrie de l'antenne pour le respect des exigences du coefficient de réflexion a été réalisée. Les dimensions de l'antenne développée sont de 34 × 28 mm 2 et la gamme de fréquences de fonctionnement est de 3,09 ÷ 15 GHz.

Mots clés:communication radio ultra large bande, technologie fractale, antennes, coefficient de réflexion.

Abstrait:Le développement d'une nouvelle antenne ultra-large bande sur la base de la technologie fractale est décrit dans l'article. Les résultats de la recherche sur les changements de caractéristiques de rayonnement en fonction de la valeur du facteur d'échelle et du niveau d'itération sont présentés. L'optimisation paramétrique de la géométrie de l'antenne pour satisfaire aux exigences de coefficient de réflexion a été appliquée. La taille de l'antenne développée est de 28 × 34 mm 2 et la bande passante est de 3,09 ÷ 15 GHz.

mots clés:communication radio ultra large bande, technologie fractale, antennes, coefficient de réflexion.

1. Introduction

Aujourd'hui, les systèmes de communication ultra-large bande (UWB) intéressent au plus haut point les développeurs et les fabricants d'équipements de télécommunications, car ils permettent la transmission d'énormes flux de données à haut débit dans une bande de fréquence ultra-large sans licence. Les caractéristiques des signaux transmis impliquent l'absence d'amplificateurs puissants et de composants de traitement de signal complexes dans le cadre des complexes de réception-transmission, mais limitent la portée (5-10 m).

L'absence d'une base d'éléments appropriée capable de fonctionner efficacement avec des impulsions ultracourtes entrave l'introduction massive de la technologie UWB.

Les antennes d'émetteurs-récepteurs sont l'un des éléments clés qui affectent la qualité de transmission / réception du signal. La principale direction des brevets et de la recherche dans le domaine de la conception de la technologie d'antenne pour les dispositifs UWB est la miniaturisation et la réduction des coûts de production tout en garantissant les caractéristiques de fréquence et d'énergie requises, ainsi que l'utilisation de nouvelles formes et structures.

Ainsi, la géométrie de l'antenne est construite sur la base d'une spline avec une fente rectangulaire en forme de U au centre, ce qui permet de fonctionner dans la bande UWB avec la fonction de blocage Wi-Fi -bande, dimensions de l'antenne - 45,6 × 29 mm 2. On a choisi comme élément rayonnant dans . Une antenne monopôle planaire (22×22 mm 2 ) conçue sur la base d'un élément rayonnant rectangulaire et d'une structure résonnante en échelle au verso est présentée.

2 Énoncé du problème

Du fait que les structures circulaires peuvent fournir une bande passante assez large, simplifier la conception, de petite taille et réduire les coûts de production, cet article propose de développer une antenne UWB basée sur un monopôle circulaire. Plage de fréquences de fonctionnement requise - 3,1 ÷ 10,6 GHz au niveau du coefficient de réflexion de -10 dB S 11 , (Fig. 1).

Riz. 1. Masque requis pour la réflectance S 11

Dans un but de miniaturisation, la géométrie de l'antenne sera améliorée grâce à l'utilisation de la technologie fractale, ce qui permettra également d'étudier la dépendance des caractéristiques de rayonnement sur la valeur du facteur d'échelle δ et le niveau d'itération de la fractale.

Ensuite, la tâche d'optimisation de l'antenne fractale développée a été définie afin d'élargir la plage de fonctionnement en modifiant les paramètres suivants: la longueur du conducteur central (CPU) du guide d'ondes coplanaire (HF), la longueur du plan de masse (GZ) KV, la distance "GZ KV - élément rayonnant (IE)".

Des modélisations d'antennes et des expériences numériques sont réalisées dans l'environnement " Studio micro-ondes CST.

3 Sélection de la géométrie de l'antenne

Comme élément de base on choisit un monopôle circulaire dont les dimensions sont le quart de la longueur d'onde de la gamme requise :

Où Larest la longueur de l'élément rayonnant de l'antenne, à l'exclusion du CPU ;FL– fréquence de coupure plus basse,FL = F UWB min = 3,1 10 9 Hz ; Avec est la vitesse de la lumière, Avec = 3 10 8 m/s 2 .

On a Lar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Considérant qu'un cercle de rayonr = Lar / 2 = 12 mm, et en supposant la longueur d'origine du processeurL fégalement égal r, on obtient l'itération zéro (Fig. 2).

Riz. 2. Zéro itération de l'antenne

Épaisseur du substrat diélectriqueTset avec des valeurs de paramètres = 3,38, TG δ = 0,0025 est utilisé comme base, sur la face avant de laquelle sont placés IE, CPU et ROM . Dans le même temps, les distances PZ-CPU" Z v et "PZ-IE" Z h prise égale à 0,76 mm. Les valeurs des autres paramètres utilisés dans le processus de simulation sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1. Paramètres d'antenne ( δ = 2)

Nom	Description	Formule	Signification
La	Longueur d'antenne	2 ∙ r + LF	36 millimètres
Washington	Largeur d'antenne	2 ∙ r	24 millimètres
L f	Longueur du processeur	r+ 0,1	12,1 mm
W f	Largeur du processeur		1,66 millimètres
LG	Longueur PZ	r-Ts	11,24 millimètres
Ls	Longueur du substrat	La + Gs	37 millimètres
Ws	Largeur de support	Washington+ 2 ∙ Gs	26 millimètres
G s 1	Écart vertical du substrat		1 millimètre
Gs 2	Espace de support horizontal		1 millimètre
Tm	épaisseur de métal		0,035 mm
Ts	Épaisseur du substrat		0,76 mm
r	Rayon du cercle 0ème itération		12 millimètres
r 1	Rayon du cercle de la 1ère itération	r /2	6 millimètres
r 2	Rayon du cercle 2ème itération	r 1 /2	3 millimètres
r 3	Rayon du cercle 3 itérations	r 2 /2	1,5 mm
s	La constante diélectrique		3,38

L'antenne est alimentée par un guide d'onde coplanaire composé d'un conducteur central et du plan de masse, SMA -connecteur et un port de guide d'ondes coplanaire (CWP) situé perpendiculairement à celui-ci (Fig. 3).

Où eff est la permittivité effective :

K – intégrale elliptique complète de première espèce ;

	(5)

La fractalité dans la construction d'une antenne consiste en une manière particulière d'emballer les éléments : les itérations suivantes de l'antenne sont formées en plaçant des cercles de plus petit rayon dans les éléments de l'itération précédente. Dans ce cas, le facteur d'échelle δ détermine combien de fois les tailles des itérations voisines différeront. Ce processus pour le cas δ = 2 est représenté sur la fig. 4.

Riz. 4. Les première, deuxième et troisième itérations de l'antenne ( δ = 2)

Ainsi, la première itération est obtenue en soustrayant deux cercles de rayonr 1 de l'élément d'origine. La deuxième itération est formée en plaçant des cercles métalliques réduits de moitié avec un rayonr 2 dans chaque cercle de la première itération. La troisième itération est similaire à la première, mais le rayon estr 3 . L'article considère la disposition verticale et horizontale des cercles.

3.1 Disposition horizontale des éléments

La dynamique de l'évolution du coefficient de réflexion en fonction du niveau d'itération est représentée sur la Fig. 5 pour δ = 2 et sur la fig. 6 pour δ = 3. Chaque nouvel ordre correspond à une fréquence de résonance supplémentaire. Ainsi, l'itération zéro dans la plage considérée 0 ÷ 15 GHz correspond à 4 résonances, la première itération - 5, etc. Dans ce cas, à partir de la deuxième itération, les changements dans le comportement des caractéristiques deviennent moins perceptibles.

Riz. 5. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 2)

L'essence de la modélisation réside dans le fait qu'à chaque étape, parmi les caractéristiques considérées, celle qui est définie comme la plus prometteuse est sélectionnée. En conséquence, la règle suivante a été introduite :

Si l'excès (différence) dans la plage où les étagères sont supérieures à -10 dB est faible, vous devez choisir la caractéristique qui a une étagère inférieure dans la plage de fonctionnement (inférieure à -10 dB), car à la suite de l'optimisation, la première sera éliminée et la seconde sera abaissée encore plus bas.

Riz. 6. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 3)

Sur la base des données reçues et conformément à cette règle de δ = 2 la courbe correspondant à la première itération est sélectionnée pour δ = 3 – la deuxième itération.

Ensuite, il est proposé d'étudier la dépendance du coefficient de réflexion sur la valeur du facteur d'échelle. Envisager le changement δ dans la plage 2 ÷ 6 avec l'étape 1 dans les première et deuxième itérations (Fig. 7, 8).

Un comportement intéressant des graphes est que, à partir de δ = 3, les caractéristiques deviennent plus plates et plus lisses, le nombre de résonances reste constant, et la croissance δ accompagnée d'une augmentation de S 11 dans les plages paires et diminuer dans les plages impaires.

Riz. 7. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la première itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Dans ce cas, pour les deux itérations, la valeur δ = 6.

Riz. 8. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la deuxième itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, puisqu'il est caractérisé par les plateaux les plus bas et les résonances profondes (Fig. 9).

Riz. 9. Comparaison S 11

3.2 Disposition verticale des éléments

La dynamique de l'évolution du coefficient de réflexion en fonction du niveau d'itération pour le cas d'une disposition verticale des cercles est représentée sur la Fig. 10 pour δ = 2 et sur la fig. 11 pour δ = 3.

Riz. 10. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 2)

Sur la base des données reçues et conformément à la règle de δ = 2 et δ = 3 la courbe correspondant à la troisième itération est choisie.

Riz. 11. Dépendance du coefficient de réflexion sur l'ordre d'itération ( δ = 3)

La prise en compte de la dépendance du coefficient de réflexion à la valeur du facteur d'échelle dans les première et deuxième itérations (Fig. 12, 13) révèle valeur optimale δ = 6, comme dans le cas d'une disposition horizontale.

Riz. 12. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la première itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Dans ce cas, pour les deux itérations, la valeur δ = 6, ce qui représente égalementn-fractale multiple, et donc, peut-être, devrait combiner les caractéristiques δ = 2 et δ = 3.

Riz. 13. Dépendance du coefficient de réflexion sur le facteur d'échelle pour la deuxième itération ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Ainsi, parmi les quatre options comparées, la courbe correspondant à la deuxième itération a été choisie, δ = 6, comme dans le cas précédent (Fig. 14).

Riz. 14. Comparaison S 11 pour les quatre géométries d'antenne considérées

3.3 Comparaison

Considérant meilleures options géométries verticales et horizontales, obtenues dans les deux sous-sections précédentes, le choix s'arrête à la première (Fig. 15), bien que dans ce cas la différence entre ces options ne soit pas si grande. Gammes de fréquences de fonctionnement : 3,825÷4,242 GHz et 6,969÷13,2 GHz. De plus, la conception sera améliorée afin de développer une antenne qui fonctionne dans toute la gamme UWB.

Riz. 15. Comparaison S 11 pour sélectionner la dernière option

4 Optimisation

Cette section traite de l'optimisation de l'antenne basée sur la deuxième itération de la fractale avec la valeur du coefficient δ = 6. Les paramètres variables sont présentés sur , et les plages de leurs changements sont dans le tableau 2.

Riz. 20. Apparence antennes : a) face avant ; b) verso

Sur la fig. 20 montre des caractéristiques qui reflètent la dynamique du changement S 11 étape par étape et prouver la validité de chaque action ultérieure. Le tableau 4 montre les fréquences de résonance et de coupure utilisées ci-dessous pour calculer les courants de surface et le diagramme de rayonnement.

Tableau 3. Paramètres d'antenne calculés

Nom	Valeur initiale, mm	Valeur finale, mm
∆ L f
Z h	Tableau 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

La distribution des courants de surface de l'antenne aux fréquences de résonance et aux limites de la gamme UWB est représentée sur la Fig. 21, et les diagrammes de rayonnement - sur la fig. 22.

a) 3,09 GHz b) 3,6 GHz

c) 6,195 GHz d) 8,85 GHz

e) 10,6 GHz f) 12,87 GHz

Riz. 21. Répartition des courants de surface

UN) F(φ ), θ = 0° b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0° d) F(θ ), φ = 90°

Riz. 22. Diagrammes de rayonnement dans le système de coordonnées polaires

5 Conclusion

Cet article présente une nouvelle méthode de conception d'antennes UWB basée sur l'utilisation de la technologie fractale. Ce processus comporte deux étapes. Initialement, la géométrie de l'antenne est déterminée en sélectionnant le facteur d'échelle et le niveau d'itération fractal appropriés. Ensuite, une optimisation paramétrique est appliquée à la forme résultante basée sur l'étude de l'influence des dimensions des composants clés de l'antenne sur les caractéristiques de rayonnement.

Il a été établi qu'avec une augmentation de l'ordre d'itération, le nombre de fréquences de résonance augmente et l'augmentation du facteur d'échelle au sein d'une itération se caractérise par un comportement plus plat S 11 et la constance des résonances (à partir de δ = 3).

L'antenne développée offre une réception de haute qualité des signaux dans la bande de fréquences 3,09 ÷ 15 GHz en termes de S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Remerciements

L'étude a été soutenue par une subvention de l'Union européenne " Action Erasmus Mundus 2", également A. G. I. remercie le Prof. Paolo Roca pour une discussion utile.

Littérature

1.L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Antenne UWB unipolaire planaire avec caractéristiques à encoche de la bande WLAN UNII1/UNII2. Progrès dans la recherche électromagnétique B, Vol. 25, 2010. - 277-292 p.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Antennes patch court-circuitées ultra-large bande alimentées par un patch plié avec plusieurs résonances. Progrès dans la recherche électromagnétique B, Vol. 44, 2012. - 309-326 p.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdée. Antenne monopôle planaire utilisant une structure résonnante en forme d'échelle de fond de panier pour des performances à bande ultra large. IET Micro-ondes, Antennes et Propagation, Vol. 4, éd. 9, 2010. - 1327-1335 p.

4. Révision de la partie 15 des règles de la Commission concernant les systèmes de transmission à bande ultra large, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. - 118 p.

Les antennes fractales filaires étudiées dans ce thèse, ont été réalisés en pliant un fil selon un patron papier imprimé sur une imprimante. Le fil étant plié manuellement à l'aide d'une pince à épiler, la précision de fabrication des "plis" de l'antenne était d'environ 0,5 mm. Par conséquent, les formes fractales géométriques les plus simples ont été prises pour la recherche : la courbe de Koch et le "saut bipolaire" de Minkowski.

On sait que les fractales permettent de réduire la taille des antennes, tandis que les dimensions de l'antenne fractale sont comparées aux dimensions d'un dipôle linéaire demi-onde symétrique. Dans d'autres études de la thèse, les antennes fractales filaires seront comparées à un dipôle linéaire à /4 bras égal à 78 mm avec une fréquence de résonance de 900 MHz.

Antennes fractales filaires basées sur la courbe de Koch

Le document fournit des formules pour calculer les antennes fractales basées sur la courbe de Koch (Figure 24).

UN) n= 0 b) n= 1c) n = 2

Figure 24 - Courbe de Koch des différentes itérations n

Dimension D la fractale de Koch généralisée est calculée par la formule :

Si dans la formule (35) nous remplaçons l'angle de flexion standard de la courbe de Koch = 60, alors nous obtenons D = 1,262.

Dépendance de la première fréquence de résonance du dipôle de Koch F K sur la dimension de la fractale D, numéros d'itération n et fréquence de résonance d'un dipôle rectiligne F D de même hauteur que la ligne brisée de Koch (aux points extrêmes) est déterminé par la formule :

Pour la Figure 24, b avec n= 1 et D= 1,262 d'après la formule (36) on obtient :

F K= F D 0,816, F K = 900 MHz 0,816 = 734 MHz. (37)

Pour la Figure 24, c avec n = 2 et D = 1,262, à partir de la formule (36) on obtient :

F K= F D 0,696, F K = 900 MHz 0,696 = 626 MHz. (38)

Les formules (37) et (38) nous permettent également de résoudre le problème inverse - si nous voulons que les antennes fractales fonctionnent à une fréquence F K = 900 MHz, alors les dipôles droits doivent fonctionner aux fréquences suivantes :

pour n = 1 f D = f K / 0,816 = 900 MHz / 0,816 = 1102 MHz, (39)

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

D'après le graphique de la figure 22, nous déterminons les longueurs des branches /4 d'un dipôle rectiligne. Ils seront égaux à 63,5 mm (pour 1102 MHz) et 55 mm (pour 1293 MHz).

Ainsi, 4 antennes fractales ont été fabriquées sur la base de la courbe de Koch : deux avec des dimensions /4-bras de 78 mm, et deux avec des dimensions plus petites. Les figures 25 à 28 montrent des images de l'écran PK2-47, qui peuvent être utilisées pour déterminer expérimentalement les fréquences de résonance.

Le tableau 2 résume les données calculées et expérimentales, à partir desquelles on peut voir que les fréquences théoriques F T diffèrent de l'expérimental F E pas plus de 4-9%, et c'est un très bon résultat.

Figure 25 - Écran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne avec la courbe de Koch d'itération n = 1 avec /4-épaules égales à 78 mm. Fréquence de résonance 767 MHz

Figure 26 - Écran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne avec la courbe de Koch d'itération n = 1 avec /4-épaules égales à 63,5 mm. Fréquence de résonance 945 MHz

Figure 27 - Écran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne avec la courbe de Koch d'itération n = 2 avec /4-épaules égales à 78 mm. Fréquence de résonance 658 MHz

Figure 28 - Écran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne avec la courbe de Koch d'itération n = 2 avec /4-épaules égales à 55 mm. Fréquence de résonance 980 MHz

Tableau 2 - Comparaison des fréquences de résonance calculées (fT théoriques) et expérimentales fE des antennes fractales basées sur la courbe de Koch

Antennes fractales filaires basées sur le "saut bipolaire". Motif de radiation

Des raies fractales de type « saut bipolaire » sont décrites dans l'ouvrage, cependant les formules de calcul de la fréquence de résonance en fonction de la taille de l'antenne ne sont pas données dans l'ouvrage. Par conséquent, il a été décidé de déterminer expérimentalement les fréquences de résonance. Pour les lignes fractales simples de la 1ère itération (Figure 29, b), 4 antennes ont été réalisées - avec une longueur de /4 bras égale à 78 mm, avec la moitié de la longueur et deux longueurs intermédiaires. Pour les lignes fractales difficiles à fabriquer de la 2ème itération (Figure 29, c), 2 antennes ont été fabriquées avec des longueurs /4 bras de 78 et 39 mm.

La figure 30 montre toutes les antennes fractales fabriquées. La figure 31 montre l'allure du montage expérimental avec l'antenne fractale "saut bipolaire" de la 2ème itération. Les figures 32 à 37 montrent la détermination expérimentale des fréquences de résonance.

UN) n= 0 b) n= 1c) n = 2

Figure 29 - Courbe de Minkowski "saut bipolaire" de diverses itérations n

Figure 30 - Aspect de toutes les antennes fractales filaires fabriquées (diamètres de fil 1 et 0,7 mm)

Figure 31 - Montage expérimental : ROS panoramique et atténuateur RK2-47 avec une antenne fractale de type "saut bipolaire" de la 2ème itération

Figure 32 - Ecran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" itération n = 1 avec /4-bras égal à 78 mm.

Fréquence de résonance 553 MHz

Figure 33 - Ecran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" itération n = 1 avec /4-bras égal à 58,5 mm.

Fréquence de résonance 722 MHz

Figure 34 - Ecran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" itération n = 1 avec /4-bras égal à 48 mm. Fréquence de résonance 1012 MHz

Figure 35 - Ecran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" itération n = 1 avec /4-bras égal à 39 mm. Fréquence de résonance 1200 MHz

Figure 36 - Ecran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" itération n = 2 avec /4-bras égal à 78 mm.

D'abord fréquence de résonance 445 MHz, le second - 1143 MHz

Figure 37 - Écran PK2-47 lors de la mesure de l'antenne "saut bipolaire" de l'itération n = 2 avec /4 bras égal à 39 mm.

Fréquence de résonance 954 MHz

Comme l'ont montré les études expérimentales, si l'on prend un dipôle linéaire demi-onde symétrique et une antenne fractale de même longueur (Figure 38), alors les antennes fractales de type "saut bipolaire" fonctionneront à une fréquence plus faible (de 50 et 61%), et les antennes fractales en forme de courbe de Koch fonctionneront à des fréquences inférieures de 73 et 85% à celles d'un dipôle linéaire. Par conséquent, en effet, des antennes fractales peuvent être réalisées petites tailles. La figure 39 montre les dimensions des antennes fractales pour les mêmes fréquences de résonance (900-1000 MHz) en comparaison avec le bras d'un dipôle demi-onde classique.

Figure 38 - Antennes "régulières" et fractales de même longueur

Figure 39 - Dimensions de l'antenne pour les mêmes fréquences de résonance

5. Mesure des diagrammes de rayonnement des antennes fractales

Les diagrammes d'antenne sont généralement mesurés dans des chambres "anéchoïques", dont les parois absorbent le rayonnement incident sur elles. Dans cette thèse, les mesures ont été effectuées dans un laboratoire ordinaire de la Faculté de physique et de technologie, et le signal réfléchi par les boîtiers métalliques des instruments et des supports en fer a introduit une erreur dans les mesures.

En tant que source de signal micro-ondes, nous avons utilisé notre propre générateur d'un VSWR panoramique et d'un atténuateur RK2-47. Un mesureur de niveau de champ électromagnétique ATT-2592 a été utilisé comme récepteur de rayonnement de l'antenne fractale, ce qui permet des mesures dans la gamme de fréquences de 50 MHz à 3,5 GHz.

Des mesures préliminaires ont montré que le diagramme de rayonnement d'un dipôle linéaire demi-onde symétrique déforme considérablement le rayonnement provenant de l'extérieur du câble coaxial, qui était directement (sans dispositifs d'adaptation) connecté au dipôle. Une façon de supprimer le rayonnement de la ligne de transmission consiste à utiliser un monopôle au lieu d'un dipôle avec quatre "contrepoids" /4 mutuellement perpendiculaires qui jouent le rôle de "terre" (Figure 40).

Figure 40 - /4 monopôle et antenne fractale avec "contrepoids"

Les figures 41 à 45 montrent les diagrammes de rayonnement mesurés expérimentalement des antennes étudiées avec "contrepoids" (la fréquence de résonance du rayonnement ne change pratiquement pas lorsqu'on passe d'un dipôle à un monopôle). Des mesures de la puissance surfacique du rayonnement micro-ondes en microwatts par mètre carré ont été effectuées dans les plans horizontal et vertical par 10. Les mesures ont été effectuées dans la zone "lointaine" de l'antenne à une distance de 2.

Une antenne sous la forme d'un vibrateur rectiligne /4 a d'abord été étudiée. On peut voir sur le diagramme de rayonnement de cette antenne (Figure 41) qu'il diffère du diagramme théorique. Cela est dû à des erreurs de mesure.

Les erreurs de mesure pour toutes les antennes étudiées peuvent être les suivantes :

Réflexion du rayonnement des objets métalliques à l'intérieur du laboratoire ;

L'absence de stricte perpendicularité mutuelle entre l'antenne et les contrepoids ;

Ne pas supprimer complètement le rayonnement de la gaine extérieure du câble coaxial ;

Lecture inexacte des valeurs angulaires ;

"Ciblage" inexact du compteur ATT-2592 sur l'antenne ;

Interférence de téléphones portables.

Comme nous l'avons vu dans des articles précédents, les antennes fractales se sont avérées environ 20 % plus efficaces que les antennes conventionnelles.Cela peut être très utile à appliquer. Surtout si vous souhaitez que votre propre antenne TV reçoive un signal numérique ou vidéo haute définition, pour augmenter la portée des téléphones portables, Wi-Fibande, radio FM ou AM, etc.

La plupart des téléphones portables ont déjà des antennes fractales intégrées. Si vous avez remarqué ces dernières années, Téléphones portables n'ont plus d'antennes à l'extérieur. C'est parce qu'ils ont des antennes fractales internes gravées dans le PCB, ce qui leur permet d'obtenir une meilleure réception et de capter plus de fréquences comme le Bluetooth, le signal cellulaire et le Wi-Fi à partir d'une seule antenne en même temps !

Informations de Wikipédia : "Une antenne fractale diffère nettement d'une conception d'antenne traditionnelle en ce qu'elle peut fonctionner avec de bonnes performances sur une grande variété de fréquences simultanément. En règle générale, les antennes standard doivent être" coupées "à la fréquence pour laquelle elles doivent être utilisées et donc une antenne standard ne fonctionne bien qu'à cette fréquence. Cela fait des antennes fractales une excellente solution pour les applications à large bande et multibandes. "

L'astuce consiste à créer votre propre antenne fractale qui résonnera à la fréquence que vous souhaitez recevoir. Cela signifie qu'il aura un aspect différent et qu'il pourra être calculé différemment en fonction de ce que vous voulez obtenir. Un peu de maths et on comprendra comment faire. (Vous pouvez également utiliser une calculatrice en ligne)

Dans notre exemple, nous ferons l'antenne la plus simple, mais vous pouvez créer des antennes plus complexes. Plus c'est difficile, mieux c'est. Nous utiliserons la bobine de fil solide de calibre 18 nécessaire pour construire l'antenne à titre d'exemple, mais vous pouvez aller plus loin en utilisant vos propres cartes de gravure pour rendre l'antenne plus petite ou plus complexe avec plus de résolution et de résonance.

(onglet=antenne TV)

Dans ce tutoriel, nous allons essayer de créer une antenne TV pour signal numérique ou un signal haute définition transmis sur un canal radio. Ces fréquences sont plus faciles à travailler, les longueurs d'onde à ces fréquences sont d'un demi-pied à plusieurs mètres de longueur pour la moitié de la longueur d'onde du signal. Pour les circuits UHF (ondes décimétriques), vous pouvez ajouter un directeur (director) ou un réflecteur (reflector) qui rendra l'antenne plus dépendante de la direction. Les antennes VHF (ondes ultra courtes) dépendent également de la direction, mais au lieu de pointer directement vers la station de télévision, les "oreilles" des antennes dipôles VHF doivent être perpendiculaires à la forme d'onde de la station de télévision transmettant le signal.

Tout d'abord, trouvez les fréquences que vous souhaitez recevoir ou diffuser. Pour la télévision, voici un lien vers le graphique de fréquence : http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Et pour calculer la taille de l'antenne, nous allons utiliser un calculateur en ligne : http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Ici beau pdf pour la conception et la théorie :télécharger

Comment trouver la longueur d'onde d'un signal : longueur d'onde en pieds = (coefficient de la vitesse de la lumière en pieds) / (fréquence en hertz)

1) Facteur vitesse de la lumière en pieds = +983571056.43045

2) Coefficient de la vitesse de la lumière en mètres = 299792458

3) Facteur vitesse de la lumière en pouces = 11802852700

Par où commencer : (réseau de dipôles à réflecteur VHF/UHF qui fonctionne bien pour la large gamme de fréquences de DB2) :

(350 MHz est un quart d'onde de 8 pouces - une demi-onde de 16 pouces qui tombe dans la gamme des micro-ondes - entre les canaux 13 et 14, et qui est la fréquence centrale entre la bande MW-UHF pour une meilleure résonance). Ces exigences peuvent être modifiées pour fonctionner au mieux dans votre région, car votre canal de distribution peut être inférieur ou supérieur dans le groupe.

Basé sur les matériaux aux liens ci-dessous ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ et http://current.org/ptv/ptv0821make.pdf) , seules les conceptions fractales permettent des conceptions plus compactes et flexibles et nous utiliserons le modèle DB2, qui a un gain élevé et est déjà assez compact et populaire pour les installations intérieures et extérieures.

Coûts de base (coût environ 15 $) :

1. Surface de montage telle qu'un boîtier en plastique (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 vis. J'ai utilisé des vis autotaraudeuses pour l'acier et la tôle.
3. Transformateur adapté 300 ohm à 75 ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Du fil solide de calibre 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Coaxial RG-6 avec terminateurs - limiteurs (et une gaine en caoutchouc si l'installation se fait à l'extérieur).
6. Aluminium lors de l'utilisation d'un réflecteur.
7. Marqueur de Schuler ou équivalent, de préférence à pointe fine.
8. Deux paires de petites pinces - aiguilles.
9. Guide d'au moins 8 pouces.
10. Rapporteur pour mesurer l'angle.
11. Percez et percez un diamètre plus petit que vos vis.
12. Petits coupeurs.
13. Tournevis ou tournevis.

REMARQUE : Édition HDTV / DTV en PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

La première étape:

Assemblez le boîtier avec le réflecteur sous le couvercle en plastique :

Deuxième étape :

Percez de petits trous filetés sur le côté opposé du réflecteur aux positions suivantes et placez la vis conductrice.

Troisième étape:

Coupez quatre morceaux de fil à âme dure de 8 po et dénudez-les.

Quatrième étape :

À l'aide d'un marqueur, marquez chaque pouce de fil. (Ce sont les endroits où nous allons faire des virages)

Cinquième étape :

Vous devez répéter cette étape pour chaque fil. Chaque courbure sur le fil sera égale à 60 degrés, donc cela ressemble à une fractale. Ressemblant à un triangle équilatéral. J'ai utilisé deux paires de pinces et un rapporteur. Chaque virage sera espacé de 1 ". Assurez-vous de visualiser la direction de chaque virage avant de faire cela ! Utilisez le schéma ci-dessous pour vous aider.

Sixième étape :

Coupez 2 autres morceaux de fil d'au moins 6 cm de long et dénudez-les. Pliez ces fils autour des vis du haut et du bas et attachez-les au centre de la vis. Ainsi, tous les trois entrent en contact. Utilisez des pinces coupantes pour couper les parties indésirables du fil.

Septième étape :

Placez et vissez toutes vos fractales dans les coins

Huitième étape :

Fixez le transformateur correspondant à travers les deux vis au centre et serrez-les.

Prêt! Vous pouvez maintenant tester votre design !

Comme vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous, chaque fois que vous divisez chaque section et créez un nouveau triangle avec la même longueur de fil, il peut tenir dans un espace plus petit tout en occupant de l'espace dans l'autre sens.

Traduction : Dmitri Shakhov

Ci-dessous, vous pouvez regarder une vidéo sur la création d'antennes fractales (en anglais) :

(onglet=antenne Wi-Fi)

J'avais entendu parler des antennes fractales avant et après un certain temps, j'ai voulu essayer de fabriquer ma propre antenne fractale pour tester le concept, pour ainsi dire. Certains des avantages des antennes fractales, décrits dans des articles de recherche sur les antennes fractales, sont leur capacité à recevoir efficacement des signaux RF multibandes, avec leur taille relativement petite. J'ai décidé de prototyper une antenne fractale basée sur le tapis de Sierpinski.

J'ai conçu mon antenne fractale avec un connecteur compatible avec mon routeur Linksys WRT54GS 802.11g. L'antenne a une conception de gain à profil bas et est en test préliminaire à une distance de 1/2 km du point d'accès Lien Wi-Fi avec plusieurs arbres sur le chemin ont montré d'assez bons résultats et une stabilité du signal.

Vous pouvez télécharger Version PDF Modèle d'antenne basé sur le tapis Sierpinski que j'ai utilisé, ainsi que d'autres documents sur ces liens :

Faire un prototype

Voici une photo avec un prototype d'antenne fractale prêt à l'emploi :

J'ai attaché un Linksys WRT54GS RP-TNC - connecteur à une antenne fractale pour les tests

Lorsque je concevais mon premier prototype d'antenne fractale, je craignais que sur le PCB les triangles ne soient isolés les uns des autres pendant le processus de gravure, j'ai donc un peu élargi les connexions entre eux. Remarque : étant donné que la transition finale du toner s'est terminée plus précisément que prévu, la prochaine version du prototype d'antenne fractale sera rendue avec des points de contact subtils entre chacune des itérations fractales du triangle de Sierpinski. Il est important de s'assurer que les éléments du tapis Sierpinski (triangles) soient en contact les uns avec les autres et que les points de connexion soient les plus fins possibles :

La conception de l'antenne a été imprimée sur imprimante laser Pulsar ProFX. Ce processus m'a permis de reproduire la conception de l'antenne sur le matériau PCB plaqué cuivre :

La conception de l'antenne imprimée au laser est ensuite transférée sur une feuille de cuivre PCB par un processus thermique à l'aide d'un laminateur modifié :

Voici le matériau du circuit imprimé en cuivre après la première étape du processus de transfert de toner :

La prochaine étape nécessaire consistait à utiliser la plastifieuse Pulsar Pro FX avec "Green TRF Foil" sur le PCB. La feuille verte est utilisée pour combler les lacunes de toner ou les revêtements épaissis de manière inégale lors du transfert de toner :

Il s'agit d'une planche pelée avec un design d'antenne. La planche est prête pour la gravure :

Ici, j'ai masqué l'arrière du PCB avec du ruban adhésif :

J'ai utilisé la méthode de gravure directe au chlorure ferrique pour graver la carte en 10 minutes. La méthode de gravure directe s'effectue à l'éponge : il faut essuyer lentement toute la planche avec du chlorure ferrique. En raison des risques pour la santé liés à l'utilisation de chlorure ferrique, j'ai mis des lunettes et des gants de protection :

Voici la planche après gravure :

j'ai essuyé circuit imprimé tampon imbibé d'acétone pour enlever les revêtements de transfert de toner. J'ai utilisé des gants lors du nettoyage car l'acétone pénètre à travers les gants jetables en latex typiques :

J'ai percé un trou pour le connecteur d'antenne avec une perceuse et une perceuse :

Pour mon premier prototype, j'ai utilisé le connecteur RP-TNC des antennes de routeur Linksys standard :

Gros plan sur Linksys - connecteur d'antenne RP-TNC compatible :

J'ai mis un peu d'eau sur le PCB au point de soudure juste avant de souder :

L'étape suivante consiste à souder le fil du connecteur RP-TNC à la base de l'antenne Sierpinski sur le PCB :

Nous soudons le deuxième fil du connecteur d'antenne au plan de la carte PCB :

L'antenne est prête à l'emploi !