Внутренняя антенна мобильника и фракталы. Фрактальные антенны своими руками

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.

В математике фрактальными называются множества, состоящие из элементов, подобных множеству в целом. Лучший пример: если рассмотреть близко-близко линию эллипса, она станет прямой. Фрактал – сколько не приближай – картинка останется по-прежнему сложной и похожей на общий вид. Элементы расположены причудливым образом. Следовательно, простейшим примером фрактала считаем концентрические окружности. Сколько ни приближай, появляются новые круги. Примеров фракталам множество. К примеру, в Википедии дан рисунок капусты Романеско, где кочан состоит из шишек, в точности напоминающих нарисованный кочан. Теперь читатели понимают, что изготовить фрактальные антенны непросто. Зато интересно.

Зачем нужны фрактальные антенны

Назначение фрактальной антенны – поймать больше меньшими жертвами. В западных видео - возможно найти параболоид, где излучателем послужит отрезок фрактальной ленты. Там уже делают из фольги элементы устройств СВЧ, более эффективные, нежели обыкновенные. Покажем, как сделать фрактальную антенну до конца, а согласованием занимайтесь наедине с КСВ метром. Упомянем, что имеется целый сайт, разумеется, зарубежный, где продвигают в коммерческих целях соответствующий продукт, чертежей нет. Наша самодельная фрактальная антенна проще, главное достоинство – конструкцию удастся сделать собственными руками.

Первые фрактальные антенны - биконические - появились, если верить видео с сайта fractenna.com, в 1897 году Оливером Лоджем. Не ищите в Википедии. В сравнении с обычным диполем пара треугольников вместо вибратора дает расширение полосы на 20%. Создавая периодические повторяющиеся структуры, удалось собрать миниатюрные антенны не хуже больших собратьев. Часто встретите биконическую антенну в виде двух рамок или причудливой формы пластин.

В конечном итоге это позволит принимать больше телевизионных каналов.

Если набрать запрос на Ютуб, появляется видео по изготовлению фрактальных антенн. Лучше поймете, как устроено, если представите шестиконечную звезду израильского флага, у которой угол срезали вместе с плечами. Получилось, три угла остались, у двух одна сторона на месте, второй нет. Шестой угол отсутствует вовсе. Теперь расположим две подобные звезды вертикально, центральными углами друг к другу, прорезями влево и вправо, над ними – аналогичную пару. Получилась антенная решетка – простейшая фрактальная антенна.

Звезды за углы соединяются фидером. Попарно столбцами. Снимается сигнал с линии, ровно посередине каждого провода. Конструкция собирается на болты на диэлектрической (пластиковой) подложке соответствующего размера. Сторона звезды составляет ровно дюйм, расстояние между углами звезд по вертикали (длина фидера) четыре дюйма, по горизонтали (расстояние между двумя проводами фидера) – дюйм. Звезды имеют при вершинах углы 60 градусов, теперь читатель нарисует подобное в виде шаблона, чтобы потом сделать фрактальную антенну самостоятельно. Сделали рабочий эскиз, масштаб не соблюден. Не ручаемся, что звезды вышли ровно, Microsoft Paint без больших возможностей для изготовления точных чертежей. Хватит взглянуть на картинку, чтобы устройство фрактальной антенны стало очевидным:

1. Коричневым прямоугольником показана подложка из диэлектрика. Приведенная на рисунке фрактальная антенна имеет диаграмму направленности симметричную. Если оградить излучатель от помех, экран ставится на четыре стойки позади подложки на расстоянии дюйма. На частотах нет нужды размещать сплошной лист металла, хватит сетки со стороной в четверть дюйма, не забудьте соединить экран с оплеткой кабеля.
2. Фидер с волновым сопротивлением 75 Ом требует согласования. Найдите либо сделайте трансформатор, преобразующий 300 Ом в 75 Ом. Лучше запаситесь КСВ метром и подбирайте нужные параметры не на ощупь, а по прибору.
3. Звезд четыре, выгибайте из медной проволоки. Лаковую изоляцию в месте стыковки с фидером зачистим (если имеется). Внутренний фидер антенны состоит из двух параллельных кусков проволоки. Антенну неплохо разместить в коробе для защиты против непогоды.

Собираем фрактальную антенну для цифрового телевидения

Дочитав до конца обзор, фрактальные антенны сделает любой. Так быстро углубились в конструирование, что забыли рассказать о поляризации. Полагаем, она линейная и горизонтальная. Это проистекает из соображений:

• Видео, очевидно, американского происхождения, разговор идет о HDTV. Следовательно, можем принимать моду указанной страны.
• Как известно, на планете немногие государства вещают со спутников с использованием круговой поляризации, среди них РФ и США. Следовательно, полагаем, прочие технологии передачи информации схожи. Почему? Была Холодная война, полагаем, обе страны выбирали стратегически что и как передавать, прочие страны исходили из чисто практических соображений. Круговая поляризация внедрена специально для спутников шпионов (перемещающихся постоянно относительно наблюдателя). Отсюда основания полагать, что в телевидении и в радиовещании наблюдается сходство.
• Структура антенны говорит, что линейная. Здесь просто неоткуда взяться круговой либо эллиптической поляризации. Следовательно – если только среди наших читателей нет профессионалов, владеющих MMANA – если антенна не ловит в принятом положении, поверните на 90 градусов в плоскости излучателя. Поляризация изменится на вертикальную. Кстати, многие смогут поймать и FM, если размеры задают побольше раза в 4. Лучше провод взять потолще (к примеру, 10 мм).

Надеемся, объяснили читателям, как пользоваться фрактальной антенной. Пара советов по простой сборке. Итак, постарайтесь найти проволоку с лакированной защитой. Согните фигуры, как показано на рисунке. Потом конструкторы расходятся, рекомендуем делать так:

1. Зачистите звезды и провода фидера в местах стыковки. Провода фидера за ушки укрепите болтами на подложке в серединных частях. Чтобы выполнить действие правильно, заранее отмерьте дюйм и проведите две параллельные линии карандашом. Вдоль них должны лечь проволоки.
2. Паяйте единую конструкцию, тщательно выверяя расстояния. Авторы видео рекомендуют делать излучатель, чтобы звезды углами ровно лежали на фидеры, а противоположными концами опирались на край подложки (каждая в двух местах). Для примерной звезды пометили места синим цветом.
3. Чтобы выполнить условие, каждую звезду притяните в одном месте болтом с диэлектрическим хомутком (к примеру, из кембрика провода ПВС и подобное). На рисунке места креплений показаны красным для одной звезды. Болт схематически прорисован окружностью.

Питающий кабель проходит (необязательно) с обратной стороны. Сверлите дыры по месту. Настройка КСВ ведется изменением расстояния между проводами фидера, но в данной конструкции это садистский метод. Рекомендуем просто измерить волновое сопротивление антенны. Напомним, как это делается. Понадобится генератор на частоту просматриваемой программы, к примеру, 500 МГц, дополнительно – высокочастотный вольтметр, который не спасует перед сигналом.

Потом измеряется напряжение, выдаваемое генератором, для чего он замыкается на вольтметр (параллельно). Из переменного сопротивления с предельно меньшей собственной индуктивностью и антенны собираем резистивный делитель (подключаем последовательно вслед за генератором, сперва сопротивление, потом антенну). Вольтметром измеряем напряжение переменного резистора, одновременно регулируя номинал, пока показания генератора без нагрузки (см. пунктом выше) не станут вдвое превышать текущие. Значит, номинал переменного резистора стал равен волновому сопротивлению антенны на частоте 500 МГц.

Теперь возможно изготовить трансформатор нужным образом. В сети сложно найти нужное, для любителей ловить радиовещание нашли готовый ответ http://www.cqham.ru/tr.htm. На сайте написано и нарисовано, как согласовать нагрузку с 50-Омным кабелем. Обратите внимание, частоты соответствуют КВ диапазону, СВ умещается сюда частично. Волновое сопротивление антенны поддерживается в диапазоне 50 – 200 Ом. Сколько даст звезда, сказать сложно. Если найдется в хозяйстве прибор для измерения волнового сопротивления линии, напомним: если длина фидера кратна четверти длины волны, сопротивление антенны передается на выход без изменений. Для небольшого и большого диапазона подобные условия обеспечить невозможно (напомним, что в особенности фрактальных антенн входит и расширенный диапазон), но для целей измерений упомянутый факт используется повсеместно.

Теперь читатели знают все об этих удивительных приемопередающих устройствах. Столь необычная форма подсказывает, что разнообразие Вселенной не укладывается в типичные рамки.

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:) 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. Первоисточник

Как мы рассматривали в предыдущих статьях - было установлено, что эффективность фрактальных антенн примерно на 20% больше, чем обычные антенны. Это может быть очень полезным для применения. Особенно, если вы хотите, чтобы ваша собственная телевизионная антенна воспринимала цифровой сигнал или видео высокой четкости, для увеличения диапазона сотовых телефонов, Wi-Fi диапазона, FM или AM радиоприемника, и так далее.

Большинство сотовых телефонов уже имеют встроенные фрактальные антенны. Если вы заметили, в последние несколько лет, мобильные телефоны уже не имеют антенн на внешней стороне. Это потому, что у них есть внутренние фрактальные антенны выгравированные на печатной плате, что позволяет им получить более качественный прием и воспринимать больше частот, таких как Bluetooth, сотовый сигнал и Wi-Fi все от одной антенны одновременно!

Информация из Wikipedia: "Фрактальная антенна заметно отличается от антенны с традиционной конструкции, тем, что она может работать с хорошей производительности на самых разных частотах одновременно. Обычно стандартные антенны должны быть" вырезаны "на частоте, для которой они должны быть использоваться и, таким образом, стандартная антенна хорошо работает только на этой частоте. Это делает фрактальные антенны отличным решением для широкополосных и многополосный приложений».

Хитрость заключается в том, чтобы создать свою фрактальную антенну, которая будет резонировать на той частоте, какую Вы хотите получить. Это значит, она будет выглядеть по-другому и может быть рассчитана по - разному в зависимости от того, что вы хотите получить. Немного математики и станет понятно как это сделать. (Можно ограничится и он-лайн калькулятором)

В нашем примере, мы сделаем простейшую антенну, но вы можете сделать более сложные антенны. Чем сложнее, тем лучше. Мы будем использовать катушку 18 калибра одножильного провода, необходимую для создания антенны в качестве примера, но вы может пойти дальше, используя ваши собственные платы для травления, чтобы сделать антенну меньшей, или более сложной с большим разрешением и резонансом.

{tab=Телевизионная антенна}

В этом руководстве мы попробуем создать телевизионную антенну для цифрового сигнала или сигнала высокого разрешения передаваемого по радиоканалу. С этими частотами легче работать, длины волн на этих частотах составляют от половины фута до нескольких метров в длину для половины длины волны сигнала. Для ДМВ (децитиметровые волны) схемы вы можете добавить директор (director) или отражатель (рефлектор) которые сделают антенну более зависящей от направления. УКВ (ультракороткие волны) антенны также зависит от направления, но, вместо того чтобы указывать непосредственно на ТВ станции, "уши" дипольных УКВ антенн, дожны быть перпендикулярны к волне телевизионной станции, передающей сигнал.

Для начала найдите, частоты которые вы хотите получить или транслировать. Для ТВ, вот ссылка на график частот: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

И для расчета размера антенны мы будем использовать онлайн-калькулятор: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Вот хороший PDF по проектированию и теории: скачать

Как найти длину волны сигнала: длина волны в футах = (коэффициент скорости света в футах) / (частота в герцах)

1) Коэффициент скорости света в футах = +983571056,43045

2) Коэффициент скорости света в метрах = 299792458

3) Коэффициент скорости света в дюймах = 11802852700

С чего начать: (VHF / UHF дипольный массив с отражателем, который хорошо работает для широкого диапазона частот DB2):

(350 МГц – четверть 8-дюймовый волны - 16 дюймовая полуволна, который падает в диапазоне сверхвысоких частот - между каналами 13 и 14, и которая является центральной частотой между МВ-ДМВ диапазона для лучшего резонанса). Эти требования можно изменить, чтобы работало лучше в вашем районе, так как ваш канал распространения может быть ниже или выше по группе.

На основании материалов по нижеперечисленным ссылкам (http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ и http://current.org/ptv/ptv0821make.pdf) , только фрактальные конструкции позволяют быть более компактными и гибкими и мы будем использовать DB2 модель, которая имеет высокий коэффициент усиления и уже довольно компактна и популярной для внутренней и наружной установки.

Основные затраты (стоило около $ 15):

1. Монтажная поверхность, такие как пластиковый корпус (8 "x6" x3 "). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 винтов. Я использовал саморезы для стали и листового металла.
3. Согласующий трансформатор 300 Ом до 75 Ом. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Некоторое количество 18-го калибра твердых проводов. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Коаксильные RG-6 с терминаторами - ограничителями (и резиновую оболочку, если монтаж производится снаружи).
6. Алюминий при использовании отражателя.
7. Маркер Шулера или эквивалент желательно с тонким наконечником.
8. Две пары небольших плоскогубцев - иглы.
9. Направитель не менее 8 дюймов.
10. Транспортир для измерения угла.
11. Дрель и сверло, которое меньше диаметра, чем ваши винты.
12. Малые кусачки.
13. Отвертка или шуруповерт.

ПРИМЕЧАНИЕ: HDTV / DTV монтаж в PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Шаг первый:

Соберите корпус с отражателем под пластиковой крышкой:

Шаг второй:

Просверлить небольшие резьбовые отверстия на противоположной стороне от отражателя в следующих позициях и поместите проводящий винт (screw).

Шаг третий:

Вырезать четыре 8 " куска твердого провода с сердечником и оголить его.

Шаг четвертый:

Используя маркер, отметьте каждый дюйм на проводе. (Это места где мы собираемся делать изгибы)

Шаг пятый:

Необходимо повторить этот шаг для каждого провода. Каждый изгиб на проводе будет равен 60 градусам, таким образом получается как бы фрактал. Напоминающий равносторонний треугольник. Я использовал две пары плоскогубцев и транспортир. Каждый изгиб будет на 1 " делении. Убедитесь, что вы визуализируете направление каждого поворота, прежде чем сделать это! Используйте схему ниже для помощи.

Шаг шестой:

Вырежете еще 2 куска провода не менее 6 см в длину и оголите их. Согните эти провода вокруг верхнего и нижнего винтов, и свяжите с центром винта. Таким образом, все три входят в контакт. Используйте кусачки для отделения ненужных частей провода.

Шаг седьмой:

Поместите и заверните все ваши фракталы углами в винты

Шаг восьмой:

Прикрепите согласующий трансформатор через два винта в центра и затяните их вниз.

Готово! Теперь вы можете проверить свою конструкцию!

Как вы можете видеть на фото внизу, каждый раз, когда вы разделите каждый раздел и создаете новый треугольник с такой же длиной провода, он может поместиться в меньшем пространстве, занимая место в другом направлении.

Перевод: Дмитрий Шахов

Ниже вы посмотреть видео по созданию фрактальных антенн (англ.):

{tab=Wi-Fi антенна}

Ранее мне приходилось слышать о фрактальных антеннах и через некоторое время мне самому захотелось попробовать сделать свою собственную фрактальные антенну, чтобы, так сказать, опробовать эту концепцию. Некоторыми из преимуществ фрактальных антенн, описанных в научно-исследовательских работах по фрактальным антеннам, являются их способность эффективного приема многополосных RF- сигналов, при своих относительно малых размерах. Я решил создать прототип фрактальной антенны на основе ковра Серпинского.

Я разработал мою фрактальную антенну с учетом разъема, совместимого с моим маршрутизатором Linksys WRT54GS 802.11g. Антенна имеет низкопрофильную конструкцию усиления и на предварительном тестировании на расстоянии 1/2 км от точки лоступа WiFi Link с несколькими деревьями на пути показала довольно хорошие результаты и устойчивость сигнала.

Вы можете скачать PDF версию шаблона антенны на основе ковра Серпинского, которую я использовал, а также другую документацию по этим ссылкам:

Делаем прототип

Это фото с уже готовым прототипом фрактальной антенны:

Я прикрепил Linksys WRT54GS RP-TNC - разъем к фрактальной антенне для тестирования

Когда я проектировал мой первый прототип фрактальной антенны я был обеспокоен, что на печатной плате в процессе травления треугольники могли изолироватся друг от друга, поэтому я немного расширил связи между ними. Примечание: Так как окончательный переход тонер закончил более точно, чем я ожидал, то следующая версия прототипа фрактальной антенны будет представлена с тонкими точками контакта между каждой из фрактальных итерации треугольника Серпинского. Важно убедиться, что элементы ковра Серпинского (треугольники) находятся в контакте друг с другом и точки соединения должны быть как можно тоньше:

Конструкция антенны была напечатаны на лазерном принтере Pulsar Pro FX. Этот процесс позволил мне скопировать конструкцию антенны на покрытый медью материал печатной платы:

Лазерную печатную конструкции антенны затем переносят на лист меди печатной платы тепловым процессом с использованием модифицированного ламинатора:

Это материал медной печатной платы после первого этапа процесса передачи тонера:

Следующим необходимым шагом было использование ламинатором Pulsar Pro FX "Зеленой TRF фольги" на печатной плате. Зеленая фольга используется, чтобы заполнить любые пробелы тонера или неравномерно утолщенных покрытий в передаче тонера:

Это очищенная плата с конструкцией антенны. Плата готова к травлению:

Здесь я замаскировал заднюю сторону печатной платы с помощью изоленты:

Я использовал метод прямого травления хлоридом железа для травления платы за 10 минут. Метод прямого травления осуществляется с помощью губки: необходимо медленно протирать хлоридом железа всю плату. Из-за опасности для здоровья при использовании хлорного железа я одел защитные очки и перчатки:

Это плата после травления:

Я вытер печатную плату тампоном обмакнутым в ацетоне для удаления покрытий переноса тонера. Я использовал перчатки при очистке, потому что ацетон впитается через типичные латексные одноразовые перчатки:

Я просверлил отверстие для антенного разъема с помощью дрели и сверла:

Для моего первого прототипа я использовал RP-TNC разъем из стандартных антенн Linksys маршрутизатора:

Крупным планом Linksys - совместимый RP-TNC разъем антенны:

Я немного нанес воды на печатную плату в месте пайки непосредственно перед пайкой:

Следующим шагом нужно припаять провод от RP-TNC разъема к основанию антенны Серпинского на печатной плате:

Второй провод разъема антенны припаиваем к плоскости платы PCB:

Антенна готова к использованию!

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.