Az elmúlt évek során rendszeresen szembesültem UWB (ultra szélessávú) mikrohullámú modulok és funkcionális egységek fejlesztésével. És bármennyire szomorú is erről beszélni, szinte minden információt külföldi forrásból merítek a témában. Azonban egy ideje, a szükséges információkat keresve, belebotlottam egy olyanba, amely minden problémámra megoldást ígért. Arról szeretnék beszélni, hogy a problémák megoldása nem sikerült.

Az UWB mikrohullámú készülékek fejlesztésének egyik állandó "fejfájása" az UWB antennák fejlesztése, amelyeknek bizonyos tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Ezen tulajdonságok közé tartoznak a következők:

1. Koordináció az üzemi frekvenciasávban (például 1-4 GHz). Ez azonban megtörténik, ha a 0,5 GHz-től 5 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban kell megegyezni. És itt felmerül a probléma, hogy a frekvencia 1 GHz alá csökken. Általánosságban az volt a benyomásom, hogy az 1 GHz-es frekvenciának van valami misztikus ereje - közel lehet hozzájutni, de nagyon nehéz leküzdeni, mert. ebben az esetben az antennára vonatkozó másik követelmény sérül, mégpedig

2. Kompaktság. Hiszen senki előtt nem titok, hogy ma már keveseknek van szüksége hatalmas méretű hullámvezető kürtantennára. Mindenki azt szeretné, hogy az antenna kicsi, könnyű és kompakt legyen, így tokba is beilleszthető. hordozható eszköz. Az antenna tömörítésével azonban nagyon nehézzé válik az antennára vonatkozó követelmények (1) bekezdésének betartása, mivel minimális gyakoriság működési tartománya szorosan összefügg az antenna maximális méretével. Valaki azt fogja mondani, hogy lehet antennát készíteni egy nagy relatív áteresztőképességű dielektrikumon... És igaza lesz, de ez ellentmond a listánk következő pontjának, amely azt mondja, hogy

3. Az antennának a lehető legolcsóbbnak kell lennie, és a leginkább hozzáférhető és legolcsóbb anyagokból kell készülnie (például FR-4). Mert senki nem akar sokat, sok pénzt fizetni egy antennáért, még akkor sem, ha háromszor zseniális. Mindenki azt akarja, hogy az antenna költsége a PCB gyártási szakaszában nullára csökkenjen. Mert ez a mi világunk...

4. Van még egy követelmény, amely felmerül a különféle problémák megoldása során, például a rövid hatótávolságú helymeghatározással, valamint a létrehozással kapcsolatban. különféle érzékelők UWB technológia használatával (itt tisztázni kell, hogy beszélgetünk kis fogyasztású alkalmazások, ahol minden dBm számít). Ez a követelmény pedig kimondja, hogy a tervezett antenna sugárzási mintázatát (DN) csak egy féltekén kell kialakítani. Mire való? Annak érdekében, hogy az antenna csak egy irányba „ragyogjon”, anélkül, hogy az értékes energiát a „visszatérőbe” oszlatná. Ezenkívül javítja annak a rendszernek a mutatóit, amelyben egy ilyen antennát használnak.

Miért írom ezt az egészet..? Annak érdekében, hogy a kíváncsi olvasó megértse, hogy egy ilyen antenna fejlesztője sok korlátozással és tilalommal szembesül, amelyeket hősiesen vagy szellemesen kell legyőznie.

És hirtelen, kinyilatkoztatásként megjelenik egy cikk, amely az összes fenti problémára (és azokra is, amelyekről nem esett szó) megoldást ígér. A cikk olvasása enyhe eufória érzést vált ki. Bár az első alkalommal nem történik meg a leírtak teljes megértése, de Varázsszó A "fraktál" nagyon ígéretesen hangzik, mert Az euklideszi geometria már kimerítette érveit.

Vállaljuk bátran a dolgot, és betápláljuk a szimulátorba a cikk szerzője által javasolt szerkezetet. A szimulátor úgy nyög, mint egy számítógép hűtője, gigabájt számokat rág, és kiköpi a megemésztett eredményt... A szimulációs eredményeket nézve úgy érzi magát, mint egy becsapott kisfiú. Könnyek szöknek a szemembe, mert. gyermekkori légi álmai ismét öntöttvas ... valóságra bukkantak. A 0,1 GHz - 24 GHz frekvenciatartományban nincs megegyezés. Még a 0,5 GHz - 5 GHz tartományban sincs semmi hasonló.

Még mindig van egy félénk remény, hogy valamit nem értett meg, valamit rosszul csinált... Megkezdődik a beillesztési pont keresése, különféle variációk a topológiával, de minden hiába - meghalt!

A legszomorúbb ebben a helyzetben, hogy az utolsó pillanatig a kudarc okát keresed magadban. Köszönet az üzletben lévő elvtársaknak, akik elmagyarázták, hogy minden rendben van - ennek nem szabad működnie.

P.S. Remélem a pénteki bejegyzésem megmosolyogtatott.
A történet morálja a következő: légy óvatos!
(És nagyon szerettem volna ANTI-cikket is írni erről, mert becsaptak).

Aki nem tudja, mi ez és hol használják, azt mondhatom, hogy nézzen meg videofilmeket a fraktálokról. És az ilyen antennákat korunkban mindenhol használják, például minden mobiltelefonban.

Szóval 2013 végén bejött hozzánk apósom és anyósom, ezt-azt, és itt kért tőlünk az anyós a szilveszteri ünnep előestéjén, hogy egy antennát a kis tévéjéhez. Az após parabolaantennán keresztül nézi a tévét és általában valami sajátját, de az anyós nyugodtan akarta nézni az újévi programokat, anélkül, hogy megrángatta volna az apóst.

Rendben, odaadtuk neki a hurokantennánkat (négyzet 330x330 mm), amelyen keresztül a feleségem néha tévét nézett.

És akkor közeledett a szocsi téli olimpia nyitánya, és a feleség azt mondta: Készítsen antennát.

Nem probléma, hogy csináljak egy másik antennát, csak célja és értelme lenne. Megígérte, hogy megteszi. És most eljött az idő... de azt hittem, hogy egy újabb hurokantennát faragni valahogy unalmas, mégis a 21. század az udvaron van, aztán eszembe jutott, hogy az antennák építésében a legfejlettebbek az EH antennák, a HZ antennák és a fraktálantennák. . Miután felmértem, mi a legmegfelelőbb az esetemben, egy fraktálantenna mellett döntöttem. Szerencsére eleget láttam mindenféle fraktálokról szóló filmet, és már régen lehúztam mindenféle képet az internetről. Tehát az ötletet anyagi valósággá akartam lefordítani.

A képek egy dolog, egy eszköz konkrét megvalósítása más. Sokáig nem zavartattam magam, és úgy döntöttem, hogy egy téglalap alakú fraktál mentén építek egy antennát.

Kivettem egy körülbelül 1 mm átmérőjű rézhuzalt, fogót vettem és elkezdtem bütykölni... az első projekt teljes körű volt, sok fraktál felhasználásával. Megszokásból, sokáig csináltam, hideg téli estéken, ennek eredményeként megcsináltam, a teljes fraktál felületet a farostlemezre ragasztottam folyékony polietilénnel, közvetlenül forrasztottam a kábelt, kb 1 m hosszú, elkezdtem próbálkozni. ... Hoppá! Ez az antenna pedig sokkal tisztábban vette a tévécsatornákat, mint a keretes... Örültem egy ilyen eredménynek, ami azt jelenti, hogy nem hiába vergettem és dörzsöltem a tyúkszemet, miközben a vezetéket fraktál alakúra hajlítottam.

Körülbelül egy hét telt el és eszembe jutott, hogy az új antenna mérete majdnem megegyezik a keretantennával, nincs különösebb előnye, ha nem számolunk egy kis vételi javulással. Ezért úgy döntöttem, hogy felszerelek egy új fraktálantennát, kevesebb fraktál felhasználásával és kisebb méretű.

fraktál antenna. Első lehetőség

Szombaton, 2014.08.02-án kiszedtem egy kis darab rézdrótot, ami az első fraktálantennából maradt, és elég gyorsan, úgy fél óra alatt új antennát szereltem...

fraktál antenna. Második lehetőség

Aztán az elsőről leforrasztottam a kábelt és kész készülék lett belőle. fraktál antenna. Második verzió kábellel

Elkezdődött a teljesítmény ellenőrzése ... Wow! Igen, ez még jobban működik, és akár 10 színes csatornát is fogad, amit korábban hurokantennával nem lehetett elérni. A győzelem jelentős! Ha arra is figyelsz, hogy a vételkörülményeim teljesen lényegtelenek: a második emeletet, a házunkat teljesen elzárják a televízióközponttól toronyházak, nincs közvetlen rálátás, akkor a nyereség mind a tekintetben lenyűgöző. fogadás és méret.

Az interneten vannak fóliával bevont üvegszálra maratással készült fraktál antennák... Szerintem teljesen mindegy, hogy mit csináljunk, és a méreteket sem kell szigorúan betartani egy televíziós antennánál, térdmunkák keretein belül .

UDC 621.396

fraktál ultra széles sávú antenna körkörös monopóluson alapul

G.I. Abdrahmanova

Ufa Állami Repülési Műszaki Egyetem,

Universita degli Studi di Trento

Annotáció.A cikk a fraktáltechnológián alapuló ultraszéles sávú antenna tervezésének problémáját vizsgálja. Bemutatjuk a skálafaktor értékétől függő sugárzási jellemzők változásának vizsgálatának eredményeit.és iterációs szint. Megtörtént az antenna geometriájának paraméteres optimalizálása a reflexiós együttható követelményeinek való megfelelés érdekében. A kifejlesztett antenna méretei 34 × 28 mm 2, működési frekvencia tartománya 3,09 ÷ 15 GHz.

Kulcsszavak:ultraszéles sávú rádiókommunikáció, fraktál technológia, antennák, reflexiós együttható.

Absztrakt:A cikkben egy új, fraktáltechnológián alapuló ultraszéles sávú antenna fejlesztését ismertetjük. Bemutatjuk a skála-tényező értékétől és az iterációs szinttől függően változó sugárzási jellemzők kutatási eredményeit. Az antenna geometriájának paraméteres optimalizálását alkalmaztam a reflexiós együttható követelményeinek kielégítésére. A kifejlesztett antenna mérete 28 × 34 mm 2, a sávszélessége 3,09 ÷ 15 GHz.

kulcsszavak:ultraszéles sávú rádiókommunikáció, fraktál technológia, antennák, reflexiós együttható.

1. Bemutatkozás

Napjainkban az ultraszéles sávú (UWB) kommunikációs rendszerek nagy érdeklődésre tartanak számot a távközlési berendezések fejlesztői és gyártói számára, hiszen lehetővé teszik hatalmas adatfolyamok nagy sebességű átvitelét ultraszéles frekvenciasávban, licencmentesen. Az átvitt jelek jellemzői azt jelentik, hogy a vevő-adó komplexek részeként hiányoznak a nagy teljesítményű erősítők és a komplex jelfeldolgozó komponensek, de korlátozzák a hatótávolságot (5-10 m).

Az ultrarövid impulzusokkal hatékonyan működő megfelelő elembázis hiánya akadályozza az UWB technológia tömeges bevezetését.

Az adó-vevő antennák az egyik legfontosabb elem, amely befolyásolja a jelátvitel / vétel minőségét. A szabadalmak és kutatások fő iránya az UWB eszközök antennatechnológiájának tervezése terén a miniatürizálás és a gyártási költségek csökkentése a szükséges frekvencia- és energiajellemzők biztosítása mellett, valamint új formák és szerkezetek alkalmazása.

Így az antenna geometriája egy spline alapján épül fel, amelynek közepén egy téglalap alakú U-alakú rés található, ami lehetővé teszi az UWB sávban történő működést blokkoló funkcióval. WLAN -sáv, antenna méretei - 45,6 × 29 mm 2. A sugárzó elemnek a vezetősíkhoz (50×50 mm 2) képest 7 mm magasságban elhelyezkedő, 28×10 mm 2 méretű aszimmetrikus E alakú figurát választottunk. Egy sík monopólus antenna (22×22 mm 2 ) téglalap alakú sugárzó elemre és a hátoldalon létrarezonáns szerkezetre épül.

2 Problémafelvetés

Tekintettel arra, hogy a körkörös szerkezetek meglehetősen széles sávszélességet biztosítanak, egyszerűsítik a tervezést, kis méretet és csökkentik a gyártási költségeket, ez a cikk egy kör alakú monopóluson alapuló UWB antenna kifejlesztését javasolja. Szükséges működési frekvencia tartomány - 3,1 ÷ 10,6 GHz -10 dB reflexiós együttható mellett S 11, (1. ábra).

Rizs. 1. Szükséges maszk a visszaverődéshez S 11

A miniatürizálás érdekében az antenna geometriáját fraktál technológia alkalmazásával korszerűsítik, ami lehetővé teszi a sugárzási jellemzők skálafaktor értékétől való függésének vizsgálatát is. δ és a fraktál iterációs szintje.

Ezt követően a kifejlesztett fraktálantenna optimalizálásának feladatát tűztük ki a működési tartomány bővítése érdekében a következő paraméterek változtatásával: a koplanáris hullámvezető (HF) központi vezetőjének (CPU) hossza, az alapsík hossza (GZ) ) KV, a távolság "GZ KV - sugárzó elem (IE)".

Antennamodellezést és numerikus kísérleteket végeznek a környezetben" CST mikrohullámú stúdió.

3 Antenna geometria kiválasztása

Mint alapelem kör alakú monopólust választunk, amelynek méretei a kívánt tartomány hullámhosszának negyede:

Ahol L araz antenna sugárzó elemének hossza, a CPU nélkül;f L- alacsonyabb vágási frekvencia,f L = f min uwb = 3,1 x 109 Hz; Val vel a fény sebessége, Val vel = 3 10 8 m/s 2 .

Kapunk L ar= 24,19 mm ≈ 24 mm. Tekintettel arra, hogy egy kör sugarar = L ar / 2 = 12 mm, és az eredeti CPU hosszt feltételezveL f szintén egyenlő r, megkapjuk a nulla iterációt (2. ábra).

Rizs. 2. Az antenna nulla iterációja

Dielektromos hordozó vastagságaTsés paraméterértékekkelεs = 3,38, tg δ = 0,0025-öt használunk alapként, amelynek elülső oldalán helyezzük el IE, CPU és ROM . Ugyanakkor a távolságok PZ-CPU" z vés "PZ-IE" Z h 0,76 mm-nek vettük. A szimulációs folyamatban használt egyéb paraméterek értékeit az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat. Antenna paraméterei ( δ = 2)

Név	Leírás	Képlet	Jelentése
L a	Antenna hossza	2 ∙ r + L f	36 mm
Wa	Antenna szélessége	2 ∙ r	24 mm
L f	CPU hossza	r+ 0,1	12,1 mm
Wf	CPU szélesség		1,66 mm
Lg	PZ hossz	r-Ts	11,24 mm
Ls	Aljzat hossza	L a + Gs	37 mm
Ws	Hátsó szélessége	Wa+ 2 ∙ Gs	26 mm
G s 1	Aljzat függőleges rés		1 mm
Gs 2	Vízszintes hátrés		1 mm
Tm	fém vastagsága		0,035 mm
Ts	Aljzat vastagsága		0,76 mm
r	Kör sugara 0. iteráció		12 mm
r 1	Az 1. iteráció kör sugara	r /2	6 mm
r 2	Kör sugara 2. iteráció	r 1 /2	3 mm
r 3	A kör sugara 3 iteráció	r 2 /2	1,5 mm
εs	A dielektromos állandó		3,38

Az antennát egy koplanáris hullámvezető táplálja, amely egy középső vezetőből és az alaplapból áll, SMA -csatlakozó és a rá merőlegesen elhelyezett koplanáris hullámvezető port (CWP) (3. ábra).

Ahol εeff az effektív permittivitás:

K – az első típusú teljes elliptikus integrál;

	(5)

Az antenna felépítésében a fraktalitás az elemek becsomagolásának egy speciális módjából áll: az antenna további iterációit úgy alakítják ki, hogy az előző iteráció elemeibe kisebb sugarú köröket helyeznek el. Ebben az esetben a léptéktényező δ meghatározza, hogy a szomszédos iterációk mérete hányszor tér el. Ez a folyamat az esetre δ = ábrán a 2. ábra látható. 4.

Rizs. 4. Az antenna első, második és harmadik iterációja ( δ = 2)

Tehát az első iterációt úgy kapjuk meg, hogy kivonunk két sugarú körtr 1 az eredeti elemtől. A második iterációt egy sugárral felére csökkentett fémkörök elhelyezésével alakítjuk kir 2 az első iteráció minden körében. A harmadik iteráció hasonló az elsőhöz, de a sugár igenr 3 . A dolgozat a körök függőleges és vízszintes elrendezését veszi figyelembe.

3.1 Az elemek vízszintes elrendezése

A reflexiós együttható változásának dinamikáját az iteráció mértékétől függően a ábra mutatja. 5-ért δ = 2 és az ábrán. 6 for δ = 3. Minden új sorrend egy további rezonanciafrekvenciának felel meg. Így a nulla iteráció a figyelembe vett 0 ÷ 15 GHz tartományban 4 rezonanciának felel meg, az első iteráció - 5, stb. Ebben az esetben a második iterációtól kezdve a jellemzők viselkedésében bekövetkező változások kevésbé észrevehetők.

Rizs. 5. A tükrözési együttható függése az iterációs sorrendtől ( δ = 2)

A modellezés lényege abban rejlik, hogy minden szakaszban a figyelembe vett jellemzők közül kiválasztják azt, amelyik a legígéretesebb. Ennek eredményeként a következő szabályt vezették be:

Ha kicsi a többlet (különbség) abban a tartományban, ahol a polcok -10 dB felett vannak, akkor azt a karakterisztikát érdemes választani, amelyiknek az üzemi tartományban alacsonyabb a polca (-10 dB alatt), mert az optimalizálás eredményeként a az első kiesik, a második pedig még lejjebb esik.

Rizs. 6. A tükrözési együttható függése az iterációs sorrendtől ( δ = 3)

A beérkezett adatok alapján és e szabály szerint a δ = 2 az első iterációnak megfelelő görbe van kiválasztva δ = 3 – a második iteráció.

Ezt követően a reflexiós együtthatónak a skálafaktor értékétől való függésének vizsgálatát javasoljuk. Fontolja meg a változtatást δ a 2 ÷ 6 tartományban az 1. lépéssel az első és a második iteráción belül (7., 8. ábra).

A grafikonok érdekes viselkedése az, hogy a δ = 3, a karakterisztikák laposabbá és egyenletesebbé válnak, a rezonanciák száma állandó marad, és a növekedés δ növekedése kíséri S 11 páros tartományokban és csökken a páratlanokban.

Rizs. 7. A tükrözési együttható függése a léptéktényezőtől az első iterációnál ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Ebben az esetben mindkét iterációnál az érték δ = 6.

Rizs. 8. A reflexiós együttható függése a skálatényezőtől a második iterációnál ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6, mivel a legalacsonyabb polcok és mély rezonanciák jellemzik (9. ábra).

Rizs. 9. Összehasonlítás S 11

3.2 Az elemek függőleges elrendezése

A reflexiós együttható változásának dinamikáját az iteráció szintjétől függően a körök függőleges elrendezése esetén az ábra mutatja. 10 ért δ = 2 és az ábrán. 11-ért δ = 3.

Rizs. 10. A tükrözési együttható függése az iterációs sorrendtől ( δ = 2)

A beérkezett adatok alapján és a vonatkozó szabálynak megfelelően δ = 2 és δ = 3 a harmadik iterációnak megfelelő görbe kerül kiválasztásra.

Rizs. 11. A tükrözési együttható függése az iterációs sorrendtől ( δ = 3)

Ha figyelembe vesszük a reflexiós együttható függését a léptéktényező értékétől az első és a második iteráción belül (12., 13. ábra) optimális érték δ = 6, mint a vízszintes elrendezésnél.

Rizs. 12. A tükrözési együttható függése a léptéktényezőtől az első iterációnál ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Ebben az esetben mindkét iterációnál az érték δ = 6, ami szintén azt jelentin-több fraktál, és ezért talán kombinálni kell a jellemzőket δ = 2 és δ = 3.

Rizs. 13. A reflexiós együttható függése a skálatényezőtől a második iterációhoz ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

Így a négy összehasonlított lehetőség közül a második iterációnak megfelelő görbét választottuk, δ = 6, mint az előző esetben (14. ábra).

Rizs. 14. Összehasonlítás S 11 a négy vizsgált antenna geometriához

3.3 Összehasonlítás

Figyelembe véve legjobb lehetőségek Az előző két alfejezetben kapott függőleges és vízszintes geometriáknál a választás megáll az elsőnél (15. ábra), bár ebben az esetben nem olyan nagy a különbség ezek között a lehetőségek között. Működési frekvencia tartományok: 3,825÷4,242 GHz és 6,969÷13,2 GHz. Továbbá a tervezést továbbfejlesztik, hogy olyan antennát fejlesszenek ki, amely a teljes UWB tartományban működik.

Rizs. 15. Összehasonlítás S 11 a végső opció kiválasztásához

4 Optimalizálás

Ez a rész az antenna optimalizálását tárgyalja a fraktál második iterációja alapján az együttható értékkel δ = 6. A változó paramétereket a -n mutatjuk be, változásuk tartományait a 2. táblázat tartalmazza.

Rizs. 20. Kinézet antennák: a) elülső oldal; b) hátoldal

ábrán. A 20. ábra a változás dinamikáját tükröző jellemzőket mutat be S 11 lépésről lépésre, és minden további lépés érvényességének bizonyítása. A 4. táblázat mutatja a felületi áramok és a sugárzási mintázat kiszámításához használt rezonancia- és vágási frekvenciákat.

asztal 3. Számított antenna paraméterek

Név	Kezdeti érték, mm	Végérték, mm
∆ L f
Z h	asztal 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

Az antenna felületi áramainak eloszlását az UWB tartomány rezonancia- és határfrekvenciáin a ábra mutatja. 21. ábra, és a sugárzási minták - a 2. ábrán. 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

Rizs. 21. Felületi áramok eloszlása

A) F(φ ), θ = 0° b) F(φ ), θ = 90°

V) F(θ ), φ = 0° d) F(θ ), φ = 90°

Rizs. 22. Sugárzási minták a polárkoordináta-rendszerben

5 Következtetés

Ez a cikk egy új módszert mutat be az UWB antennák tervezésére a fraktál technológia felhasználásán. Ez a folyamat két szakaszból áll. Kezdetben az antenna geometriáját a megfelelő léptéktényező és a fraktál iterációs szint kiválasztásával határozzák meg. Ezt követően a kapott alakra parametrikus optimalizálást alkalmazunk az antenna kulcsfontosságú alkatrészeinek méreteinek a sugárzási jellemzőkre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata alapján.

Megállapítást nyert, hogy az iterációs sorrend növelésével a rezonanciafrekvenciák száma nő, és a skálafaktor egy iteráción belüli növekedését laposabb viselkedés jellemzi. S 11 és a rezonanciák állandósága (kezdve δ = 3).

A kifejlesztett antenna kiváló minőségű jelek vételét biztosítja a 3,09 ÷ 15 GHz frekvenciasávban. S 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 Köszönetnyilvánítás

A tanulmányt az Európai Unió támogatásával támogatták. Erasmus Mundus akció 2”, szintén A. G. I. köszönöm Prof. Paolo Rocca a segítő beszélgetésért.

Irodalom

1. L . Lizzi, G. Oliveri, P. Rocca, A. Massa. Sík monopólusú UWB antenna UNII1/UNII2 WLAN-sáv rovátkolt karakterisztikával. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 25, 2010. - 277-292 pp.

2. H. Malekpoor, S. Jam. Ultraszéles sávú, rövidre zárt patch antennák, amelyeket hajtogatott patch táplál, több rezonanciával. Progress in Electromagnetics Research B, Vol. 44, 2012. - 309-326 pp.

3.R.A. Sadeghzaden-Sheikhan, M. Naser-Moghadasi, E. Ebadifallah, H. Rousta, M. Katouli, B.S. Virdee. Sík monopólus antenna hátsó sík létra alakú rezonancia szerkezettel az ultraszéles sávú teljesítmény érdekében. IET Microwaves, Antennas and Propagation, Vol. 4, Iss. 9, 2010. - 1327-1335 pp.

4. Az ultraszéles sávú átviteli rendszerekre vonatkozó bizottsági szabályok 15. részének felülvizsgálata, Federal Communications Commission, FCC 02-48, 2002. - 118 p.

Drótfraktál antennákat vizsgáltak ebben tézis, drót hajlításával készültek nyomtatóra nyomtatott papírminta szerint. Mivel a vezetéket kézzel, csipesszel hajlították meg, az antenna "hajlításainak" elkészítésének pontossága körülbelül 0,5 mm volt. Ezért a legegyszerűbb geometriai fraktál formákat vettük a kutatáshoz: a Koch-görbét és a Minkowski-féle "bipoláris ugrást".

Ismeretes, hogy a fraktálok lehetővé teszik az antennák méretének csökkentését, míg a fraktálantenna méreteit egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus méreteihez hasonlítják. A dolgozat további vizsgálatai során a drótfraktál antennákat egy 78 mm-es /4 karú lineáris dipólussal hasonlítjuk össze, 900 MHz rezonanciafrekvenciával.

Drótfraktál antennák a Koch-görbe alapján

A dolgozat képleteket ad a fraktálantennák Koch-görbe alapján történő kiszámításához (24. ábra).

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

24. ábra - Különféle iterációk Koch-görbéje n

Dimenzió D Az általánosított Koch-fraktál kiszámítása a következő képlettel történik:

Ha a (35) képletben behelyettesítjük a Koch-görbe standard hajlítási szögét = 60, akkor azt kapjuk, hogy D = 1,262.

A Koch-dipólus első rezonanciafrekvenciájának függősége f K a fraktál dimenzióján D, iterációs számok nés egy egyenes vonalú dipólus rezonanciafrekvenciája f A Koch szaggatott vonallal azonos magasságú D-t (a szélső pontokon) a következő képlet határozza meg:

A 24. ábra esetében b with n= 1 és D= 1,262 a (36) képletből kapjuk:

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

A 24. ábrán c, ahol n = 2 és D = 1,262, a (36) képletből kapjuk:

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

A (37) és (38) képlet lehetővé teszi az inverz probléma megoldását is - ha azt akarjuk, hogy a fraktálantennák frekvencián működjenek f K = 900 MHz, akkor az egyenes dipólusoknak a következő frekvenciákon kell működniük:

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

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

A 22. ábra grafikonja szerint egy egyenes dipólus /4 karjainak hosszát határozzuk meg. Ezek 63,5 mm (1102 MHz esetén) és 55 mm (1293 MHz esetén) lesznek.

Így a Koch-görbe alapján 4 fraktálantennát készítettek: kettő 78 mm-es /4-karú, kettő pedig kisebb méretű. A 25-28. ábrákon a PK2-47 képernyő képei láthatók, amelyek segítségével kísérletileg meg lehet határozni a rezonanciafrekvenciákat.

A 2. táblázat foglalja össze a számított és kísérleti adatokat, amelyekből látható, hogy az elméleti gyakoriságok f T különbözik a kísérletitől f E nem több, mint 4-9%, és ez elég jó eredmény.

25. ábra – A PK2-47 képernyője az antenna mérésekor az n = 1 iterációs Koch-görbével, 78 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 767 MHz

26. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 1 iterációs Koch-görbével mérjük, 63,5 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 945 MHz

27. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 2 iterációs Koch-görbével mérjük, 78 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 658 MHz

28. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 2 iterációs Koch-görbével mérjük, 55 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 980 MHz

2. táblázat - Fraktálantennák számított (elméleti fT) és kísérleti fE rezonanciafrekvenciáinak összehasonlítása a Koch-görbe alapján

Drótfraktál antennák "bipoláris ugrás" alapján. sugárzási minta

A munka leírja a "bipoláris ugrás" típusú fraktálvonalakat, azonban az antenna méretétől függő rezonanciafrekvencia kiszámítására szolgáló képleteket a munka nem adja meg. Ezért úgy döntöttek, hogy kísérleti úton határozzák meg a rezonanciafrekvenciákat. Az 1. iteráció egyszerű fraktálvonalaihoz (29. ábra, b) 4 db antenna készült - 78 mm /4-karos hosszúsággal, felével és két közbenső hosszúsággal. A 2. iteráció nehezen gyártható fraktálvonalaihoz (29. ábra, c) 2 db 78 és 39 mm hosszú /4 karú antenna készült.

A 30. ábra az összes gyártott fraktálantennát mutatja. A 31. ábra a kísérleti elrendezés megjelenését mutatja a 2. iteráció "bipoláris ugrásos" fraktálantennájával. A 32-37. ábrák a rezonanciafrekvenciák kísérleti meghatározását mutatják be.

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

29. ábra – Minkowski-görbe „bipoláris ugrása” különböző iterációkból n

30. ábra – Az összes gyártott huzalfraktál antenna megjelenése (1 és 0,7 mm-es huzalátmérő)

31. ábra - Kísérleti beállítás: panoráma VSWR és RK2-47 csillapításmérő a 2. iteráció "bipoláris ugrás" típusú fraktálantennájával

32. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 78 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 553 MHz

33. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 58,5 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 722 MHz

34. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 48 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1012 MHz

35. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 39 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1200 MHz

36. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 2 mérésekor 78 mm /4 karral.

Első rezonanciafrekvencia 445 MHz, a második - 1143 MHz

37. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az n = 2 iterációjú "bipoláris ugró" antennát mérik, 39 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 954 MHz

Amint azt a kísérleti vizsgálatok kimutatták, ha egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólust és egy azonos hosszúságú fraktálantennát veszünk (38. ábra), akkor a „bipoláris ugrás” típusú fraktálantennák alacsonyabb frekvencián (50 ill. 61%), és a Koch görbe formájú fraktálantennák 73 és 85%-kal alacsonyabb frekvenciákon működnek, mint a lineáris dipólusoké. Ezért valóban lehet fraktálantennákat készíteni kisebb méretek. A 39. ábra a fraktálantennák méreteit mutatja azonos rezonanciafrekvenciákhoz (900-1000 MHz), összehasonlítva a hagyományos félhullámú dipólus karjával.

38. ábra - Azonos hosszúságú "szabályos" és fraktálantennák

39. ábra - Antenna méretei azonos rezonanciafrekvenciákhoz

5. Fraktálantennák sugárzási mintázatának mérése

Az antennamintázatokat általában "visszhangmentes" kamrákban mérik, amelyek falai elnyelik a rájuk eső sugárzást. A dolgozatban a méréseket a Fizikai és Műszaki Kar egy közönséges laboratóriumában végeztem, és a műszerek fémházairól és a vasállványokról visszavert jel némi hibát vitt be a mérésekbe.

Mikrohullámú jelforrásként saját generátort, panoráma VSWR-t és RK2-47 csillapításmérőt használtunk. A fraktálantenna sugárzási vevőjeként ATT-2592 elektromágneses térszintmérőt használtak, amely 50 MHz-től 3,5 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban tesz lehetővé méréseket.

Az előzetes mérések kimutatták, hogy a szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus sugárzási mintája jelentősen torzítja a dipólushoz közvetlenül (illesztő eszközök nélkül) csatlakoztatott koaxiális kábel külső oldaláról érkező sugárzást. A távvezetéki sugárzás visszaszorításának egyik módja, ha dipólus helyett monopólust használunk négy egymásra merőleges /4 "ellensúllyal", amelyek "föld" szerepét töltik be (40. ábra).

40. ábra - /4 monopólus és fraktál antenna "ellensúlyokkal"

A 41 - 45. ábrákon a vizsgált antennák kísérletileg mért sugárzási mintázata látható "ellensúllyal" (a sugárzás rezonanciafrekvenciája gyakorlatilag nem változik a dipólusból monopólusba kerülve). A mikrohullámú sugárzás teljesítmény-fluxussűrűségének mérése mikrowatt/négyzetméterben vízszintes és függőleges síkban 10-ig történt. A méréseket az antenna "távoli" zónájában, 2-es távolságban végeztük.

Először egy egyenes vonalú /4-es vibrátor formájú antennát tanulmányoztak. Ennek az antennának a sugárzási mintázatából (41. ábra) látható, hogy eltér az elméletitől. Ennek oka a mérési hibák.

Az összes vizsgált antenna mérési hibái a következők lehetnek:

A laboratóriumon belüli fémtárgyak sugárzásának visszaverődése;

Az antenna és az ellensúlyok közötti szigorú kölcsönös merőlegesség hiánya;

Nem teljesen elnyomja a koaxiális kábel külső köpenyének sugárzását;

A szögértékek pontatlan leolvasása;

Az ATT-2592 mérő pontatlan „célzása” az antennára;

Interferencia a mobiltelefonok.

Amint azt a korábbi cikkekben áttekintettük, a fraktálantennák körülbelül 20%-kal hatékonyabbak, mint a hagyományos antennák.Ennek alkalmazása nagyon hasznos lehet. Különösen akkor, ha azt szeretné, hogy saját TV-antennája digitális jelet vagy nagy felbontású videót fogadjon, növelje a mobiltelefonok, a Wi-Fi hatótávolságát.sáv, FM vagy AM rádió stb.

A legtöbb mobiltelefon már rendelkezik beépített fraktálantennával. Ha az elmúlt néhány évben észrevette, Mobiltelefonok már nincs külső antenna. Ennek az az oka, hogy a NYÁK-ba bevésett belső fraktálantennákkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy jobb vételt érjenek el, és több frekvenciát, például Bluetooth-t, mobiljelet és Wi-Fi-t vegyenek fel egy antennáról egyszerre!

Információ a Wikipédiából: "A fraktál antenna jelentősen eltér a hagyományos antennakialakításoktól abban, hogy jó teljesítménnyel tud működni egyidejűleg sokféle frekvencián. A szabványos antennákat általában azon a frekvencián kell "vágni", amelyre használni kívánják őket. Így a szabványos antenna csak ezen a frekvencián működik jól, ami a fraktálantennákat kiváló megoldássá teszi szélessávú és többsávos alkalmazásokhoz.”

A trükk az, hogy hozzon létre egy saját fraktálantennát, amely a kívánt frekvencián rezonál. Ez azt jelenti, hogy másképp fog kinézni, és eltérően lehet kiszámítani attól függően, hogy mit szeretne kapni. Egy kis matematika, és kiderül, hogyan kell csinálni. (Használhat online számológépet is)

Példánkban meg fogjuk tenni a legegyszerűbb antenna, de bonyolultabb antennákat is készíthet. Minél nehezebb, annál jobb. Példaként az antenna felépítéséhez szükséges 18-as tömör dróttekercset fogjuk használni, de tovább is léphet saját maratási tábláival, hogy az antennát kisebbre vagy összetettebbé tegye nagyobb felbontással és rezonanciával.

(tab = TV antenna)

Ebben az oktatóanyagban megpróbálunk TV-antennát létrehozni digitális jel vagy rádiócsatornán továbbított nagyfelbontású jel. Ezekkel a frekvenciákkal könnyebb dolgozni, a hullámhossz ezeken a frekvenciákon fél lábtól több méterig terjed a jel hullámhosszának felénél. Az UHF (deciméteres hullám) áramkörökhöz hozzáadhat egy irányítót (irányítót) vagy egy reflektort (reflektort), amely jobban irányfüggővé teszi az antennát. A VHF (ultra rövidhullámú) antennák az iránytól is függenek, de ahelyett, hogy közvetlenül a TV állomásra mutatnának, a VHF dipól antennák "fülei" merőlegesek legyenek a jelet továbbító tévéállomás hullámformájára.

Először keresse meg a fogni vagy sugározni kívánt frekvenciákat. A TV esetében itt található egy link a frekvencia grafikonhoz: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Az antenna méretének kiszámításához online számológépet fogunk használni: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Itt szép pdf tervezéshez és elmélethez:Letöltés

Hogyan találjuk meg a jel hullámhosszát: hullámhossz lábban = (a fénysebesség együtthatója lábban) / (frekvencia hertzben)

1) Fénysebesség-tényező lábban = +983571056.43045

2) A fénysebesség együtthatója méterben = 299792458

3) Fénysebesség-tényező hüvelykben = 11802852700

Hol kezdje: (VHF/UHF reflektor dipólustömb, amely jól működik a DB2 széles frekvenciatartományában):

(A 350 MHz egy 8 hüvelykes negyedhullám - egy 16 hüvelykes félhullám, amely a mikrohullámú tartományba esik - a 13. és 14. csatorna között, és amely a jobb rezonancia érdekében az MW-UHF sáv közötti középfrekvencia). Ezek a követelmények módosíthatók, hogy a legjobban működjenek az Ön területén, mivel a terjesztési csatorna alacsonyabb vagy magasabb lehet a csoportban.

Az alábbi linkeken található anyagok alapján ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ és http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , csak a fraktál kialakítás teszi lehetővé a kompaktabb és rugalmasabb kialakítást, és a DB2 modellt fogjuk használni, amely nagy nyereséggel rendelkezik, és már meglehetősen kompakt, és beltéri és kültéri telepítésekhez egyaránt népszerű.

Alap költségek (körülbelül 15 dollárba kerül):

1. Rögzítési felület, például műanyag ház (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 csavar. Acélhoz és fémlemezhez önmetsző csavarokat használtam.
3. 300 ohm és 75 ohm közötti megfelelő transzformátor. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Valami 18-as tömör vezeték. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaxiális RG-6 terminátorokkal - határolókkal (és gumiköpennyel, ha a telepítés kívül történik).
6. Alumínium reflektor használatakor.
7. Schuler marker vagy azzal egyenértékű, lehetőleg finom hegyű.
8. Két pár kis fogó - tű.
9. Vezessen legalább 8 hüvelyket.
10. Szögmérő szögméréshez.
11. Fúrjon és fúrjon, amely kisebb átmérőjű, mint a csavarok.
12. Kis vágógépek.
13. Csavarhúzó vagy csavarhúzó.

MEGJEGYZÉS: HDTV / DTV szerkesztés PDF-ben http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Első lépés:

Szerelje össze a házat a reflektorral a műanyag burkolat alatt:

Második lépés:

Fúrjon kis menetes lyukakat a reflektor ellenkező oldalán a következő helyeken, és helyezze be a vezető csavart.

Harmadik lépés:

Vágjon le négy darab 8"-es kemény maghuzalt, és vágja le.

Negyedik lépés:

Jelölő segítségével jelölje meg a vezeték minden hüvelykjét. (Ezek a helyek, ahol kanyarokat fogunk tenni)

Ötödik lépés:

Ezt a lépést minden vezetéknél meg kell ismételni. A huzal minden hajlítása 60 fokos lesz, így fraktálszerű lesz. Egyenlő oldalú háromszögre emlékeztet. Két fogót és egy szögmérőt használtam. Minden kanyar 1" távolságra lesz egymástól. Mielőtt ezt megtenné, minden kanyar irányát vizualizálja! Segítségül használja az alábbi diagramot.

Hatodik lépés:

Vágjon még 2 darab legalább 6 cm hosszú vezetéket, és csíkozza le őket. Hajlítsa meg ezeket a vezetékeket a felső és alsó csavarok köré, és kösse a csavar közepére. Így mindhárom érintkezésbe kerül. Használjon huzalvágókat a vezeték nem kívánt részeinek levágásához.

Hetedik lépés:

Helyezze el és csavarja be az összes fraktálját a sarkokba

Nyolcadik lépés:

Rögzítse a megfelelő transzformátort a középen lévő két csavaron keresztül, és húzza meg őket.

Kész! Most tesztelheti a tervezést!

Ahogy az alábbi képen is látható, minden egyes szakasz felosztása és új háromszög létrehozása azonos hosszúságú vezetékkel kisebb helyen is elfér, míg a másik irányban helyet foglal.

Fordítás: Dmitrij Shakhov

Alább megtekinthet egy videót a fraktálantennák létrehozásáról (angol):

(tab = Wi-Fi antenna)

Korábban hallottam a fraktálantennákról, és egy idő után ki akartam próbálni saját fraktálantennát, hogy úgymond kipróbáljam a koncepciót. A fraktálantennáknak a fraktálantennákkal kapcsolatos kutatási cikkekben ismertetett előnyei közé tartozik, hogy viszonylag kis méretükkel hatékonyan tudnak többsávos RF jeleket fogadni. Úgy döntöttem, hogy a Sierpinski szőnyegen alapuló fraktálantenna prototípusát készítem.

A fraktálantennámat a sajátommal kompatibilis csatlakozóval terveztem router Linksys WRT54GS 802.11g. Az antenna alacsony profilú erősítéssel rendelkezik, és előzetes tesztelés alatt áll a hozzáférési ponttól 1/2 km-re WiFi kapcsolat több fával az úton egészen jó eredményeket és jelstabilitást mutatott.

Letöltheti PDF verzió Sierpinski szőnyeg alapú antennamintát használtam, valamint egyéb dokumentációt ezeken a linkeken:

Prototípus készítése

Ez egy kép egy kész fraktál antenna prototípussal:

Fraktál antennához csatoltam egy Linksys WRT54GS RP-TNC - csatlakozót tesztelés céljából

Amikor az első fraktálantenna prototípusomat terveztem, attól tartottam, hogy a NYÁK-on a háromszögek elszigetelődnek egymástól a maratási folyamat során, ezért egy kicsit bővítettem a köztük lévő kapcsolatokat. Megjegyzés: Mivel a végső tonerátmenet pontosabban fejeződött be, mint amire számítottam, a fraktálantenna prototípus következő verziója finom érintkezési pontokkal készül a Sierpinski-háromszög egyes fraktáliterációi között. Fontos, hogy a Sierpinski szőnyeg elemei (háromszögek) érintkezzenek egymással, és a csatlakozási pontok a lehető legvékonyabbak legyenek:

Az antennatervet nyomtatták rá lézeres nyomtató Pulsar ProFX. Ez a folyamat lehetővé tette számomra, hogy megismételjem az antenna kialakítását a rézzel bevont PCB anyagon:

A lézernyomtatott antennamintát ezután egy PCB rézlapra visszük át termikus eljárással, módosított laminálógép segítségével:

Ez a réz áramköri lap anyaga a festékátviteli folyamat első lépése után:

A következő szükséges lépés a Pulsar Pro FX Laminator használata volt "Zöld TRF Fóliával" a PCB-n. A zöld fóliát a festéktovábbítás során előforduló festékhézagok vagy egyenetlenül megvastagodott bevonatok kitöltésére használják:

Ez egy hámozott tábla antenna kialakítással. A tábla maratásra készen áll:

Itt maszkíroztam a PCB hátoldalát ragasztószalaggal:

A vas(III)-kloridos közvetlen maratási módszert alkalmaztam a tábla maratására 10 perc alatt. A közvetlen maratási módszert szivaccsal hajtják végre: lassan le kell törölni az egész táblát vas-kloriddal. A vas-klorid használatának egészségügyi kockázatai miatt védőszemüveget és védőkesztyűt veszek fel:

Ez a tábla a maratás után:

letöröltem nyomtatott áramkör acetonba mártott tampont, hogy eltávolítsa a festéktovábbító bevonatokat. A tisztítás során kesztyűt használtam, mert az aceton átázik a tipikus eldobható latex kesztyűn:

Az antenna csatlakozójához fúróval és fúróval lyukat fúrtam:

Első prototípusomhoz a szabványos Linksys router antennák RP-TNC csatlakozóját használtam:

Közeli kép a Linksys - kompatibilis RP-TNC antennacsatlakozóról:

A NYÁK-ra a forrasztási pontnál vizet tettem közvetlenül a forrasztás előtt:

A következő lépés az RP-TNC csatlakozó vezetékének forrasztása a PCB-n lévő Sierpinski antenna aljához:

Az antennacsatlakozó második vezetékét a NYÁK lap síkjára forrasztjuk:

Az antenna használatra kész!