Žičane fraktalne antene koje se proučavaju u ovom radu izrađene su savijanjem žice prema papirnom predlošku otisnutom na štampaču. Budući da je žica ručno savijana pincetom, tačnost "savijanja" antene bila je oko 0,5 mm. Stoga su za istraživanje uzeti najjednostavniji geometrijski fraktalni oblici: Kochova kriva i „bipolarni skok“ Minkowskog.
Poznato je da fraktali omogućavaju smanjenje veličine antena, dok se dimenzije fraktalne antene upoređuju sa dimenzijama simetričnog polutalasnog linearnog dipola. U daljnjim istraživanjima u radu žičane fraktalne antene će se uporediti sa linearnim dipolom sa /4-krakom jednakim 78 mm sa rezonantnom frekvencijom od 900 MHz.
Žičane fraktalne antene zasnovane na Koch krivulji
Rad daje formule za izračunavanje fraktalnih antena na osnovu Kochove krive (slika 24).
A) n= 0 b) n= 1 c) n = 2
Slika 24 - Kochova kriva raznih iteracija n
Dimenzija D generalizirani Koch fraktal se izračunava po formuli:
Ako standardni ugao savijanja Kochove krive = 60 zamijenimo u formulu (35), dobićemo D = 1,262.
Zavisnost prve rezonantne frekvencije Kochovog dipola f K iz fraktalne dimenzije D, brojevi iteracija n i rezonantna frekvencija pravog dipola f D iste visine kao i Kochova izlomljena linija (u krajnjim tačkama) određuje se formulom:
Za sliku 24, b at n= 1 i D= 1.262 iz formule (36) dobijamo:
f K= f D 0.816, f K = 900 MHz 0,816 = 734 MHz. (37)
Za sliku 24, c sa n = 2 i D = 1.262, iz formule (36) dobijamo:
f K= f D 0.696, f K = 900 MHz 0,696 = 626 MHz. (38)
Formule (37) i (38) nam omogućavaju da riješimo inverzni problem - ako želimo da fraktalne antene rade na frekvenciji f K = 900 MHz, tada pravi dipoli moraju raditi na sljedećim frekvencijama:
za n = 1 f D = f K / 0,816 = 900 MHz / 0,816 = 1102 MHz, (39)
za n = 2 f D = f K / 0,696 = 900 MHz / 0,696 = 1293 MHz. (40)
Koristeći graf na slici 22, određujemo dužine /4-kraka pravolinijskog dipola. Oni će biti jednaki 63,5 mm (za 1102 MHz) i 55 mm (za 1293 MHz).
Tako su napravljene 4 fraktalne antene na osnovu Kochove krive: dvije sa 4-krakom dimenzija 78 mm i dvije sa manjim dimenzijama. Na slikama 25-28 prikazane su slike ekrana RK2-47, iz kojih se mogu eksperimentalno odrediti rezonantne frekvencije.
Tabela 2 sumira proračunske i eksperimentalne podatke iz kojih je jasno da su teorijske frekvencije f T se razlikuju od eksperimentalnih f E ne više od 4-9%, a ovo je sasvim dobar rezultat.
Slika 25 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa Koch krivom iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 78 mm. Rezonantna frekvencija 767 MHz
Slika 26 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa Koch krivom iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 63,5 mm. Rezonantna frekvencija 945 MHz
Slika 27 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa Koch krivom iteracije n = 2 sa /4-krakom jednakim 78 mm. Rezonantna frekvencija 658 MHz
Slika 28 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa Koch krivom iteracije n = 2 sa /4-krakom jednakim 55 mm. Rezonantna frekvencija 980 MHz
Tabela 2 - Poređenje izračunatih (teorijskih fT) i eksperimentalnih fE rezonantnih frekvencija fraktalnih antena na osnovu Kochove krive
Žičane fraktalne antene zasnovane na "bipolarnom skoku". Smjerni obrazac
U radu su opisane fraktalne linije tipa „bipolarni skok“, međutim, formule za izračunavanje rezonantne frekvencije u zavisnosti od veličine antene nisu date u radu. Stoga je odlučeno da se rezonantne frekvencije odrede eksperimentalno. Za jednostavne fraktalne linije 1. iteracije (slika 29, b) napravljene su 4 antene - dužine /4-kraka jednake 78 mm, sa polovinom dužine i dvije srednje dužine. Za teške za proizvodnju fraktalne linije 2. iteracije (Slika 29, c), proizvedene su 2 antene sa 4-krakom dužine 78 i 39 mm.
Slika 30 prikazuje sve proizvedene fraktalne antene. Slika 31 prikazuje izgled eksperimentalne postavke sa fraktalnom antenom 2. iteracije “bipolarni skok”. Slike 32-37 prikazuju eksperimentalno određivanje rezonantnih frekvencija.
A) n= 0 b) n= 1 c) n = 2
Slika 29 - kriva Minkowskog “bipolarni skok” različitih iteracija n
Slika 30 - Izgled svih proizvedenih žičanih fraktalnih antena (prečnici žice 1 i 0,7 mm)
Slika 31 - Eksperimentalna postavka: panoramski VSWR i mjerač slabljenja RK2-47 sa fraktalnom antenom tipa “bipolarni skok”, 2. iteracija
Slika 32 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 78 mm.
Rezonantna frekvencija 553 MHz
Slika 33 – Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 58,5 mm.
Rezonantna frekvencija 722 MHz
Slika 34 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 48 mm. Rezonantna frekvencija 1012 MHz
Slika 35 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 1 sa /4-krakom jednakim 39 mm. Rezonantna frekvencija 1200 MHz
Slika 36 - Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 2 sa /4-krakom jednakim 78 mm.
Prva rezonantna frekvencija je 445 MHz, druga 1143 MHz
Slika 37 – Ekran RK2-47 pri mjerenju antene sa “bipolarnim skokom” iteracije n = 2 sa /4-krakom jednakim 39 mm.
Rezonantna frekvencija 954 MHz
Kao što su eksperimentalne studije pokazale, ako uzmemo simetrični polutalasni linearni dipol i fraktalnu antenu istih dužina (slika 38), tada će fraktalne antene tipa "bipolarni skok" raditi na nižoj frekvenciji (za 50 i 61). %), a fraktalne antene u obliku Kochove krive rade na frekvencijama 73 i 85% nižim od onih kod linearnog dipola. Stoga se fraktalne antene zaista mogu napraviti u manjim veličinama. Slika 39 prikazuje dimenzije fraktalnih antena za iste rezonantne frekvencije (900-1000 MHz) u poređenju sa krakom konvencionalnog polutalasnog dipola.
Slika 38 – “Konvencionalne” i fraktalne antene iste dužine
Slika 39 - Veličine antena za iste rezonantne frekvencije
5. Mjerenje dijagrama zračenja fraktalnih antena
Obrasci zračenja antene obično se mjere u "bezhojnim" komorama čiji zidovi apsorbiraju zračenje koje pada na njih. U ovom radu mjerenja su obavljena u redovnoj laboratoriji Fizičko-tehnološkog fakulteta, a reflektirani signal od metalnih kućišta instrumenata i željeznih postolja unio je određenu grešku u mjerenja.
Kao izvor mikrovalnog signala korišten je vlastiti generator panoramskog VSWR-a i mjerača slabljenja RK2-47. Kao prijemnik zračenja fraktalne antene korišćen je merač nivoa elektromagnetnog polja ATT-2592, koji je omogućavao merenja u opsegu frekvencija od 50 MHz do 3,5 GHz.
Preliminarna mjerenja su pokazala da dijagram zračenja simetričnog polutalasnog linearnog dipola značajno iskrivljuje zračenje s vanjske strane koaksijalnog kabla, koji je bio direktno (bez odgovarajućih uređaja) spojen na dipol. Jedan od načina suzbijanja zračenja dalekovoda je korištenje monopola umjesto dipola zajedno sa četiri međusobno okomite /4 „protivteže“ koje igraju ulogu „zemlje“ (slika 40).
Slika 40 - /4 monopolna i fraktalna antena sa „protutegovima“
Na slikama 41 - 45 prikazani su eksperimentalno izmjereni dijagrami zračenja ispitivanih antena sa „protutegovima“ (rezonantna frekvencija zračenja se praktički ne mijenja pri prelasku sa dipola na monopol). Mjerenja gustine toka snage mikrotalasnog zračenja u mikrovatima po kvadratnom metru vršena su u horizontalnoj i vertikalnoj ravni u intervalima od 10. Mjerenja su vršena u „daljoj“ zoni antene na udaljenosti od 2.
Prva antena koja je proučavana bila je pravolinijski /4-vibrator. Iz dijagrama zračenja ove antene jasno je (slika 41) da se razlikuje od teorijske. To je zbog grešaka u mjerenju.
Greške mjerenja za sve antene koje se proučavaju mogu biti sljedeće:
Refleksija zračenja od metalnih predmeta unutar laboratorija;
Nedostatak striktne međusobne okomitosti između antene i protivtega;
Nepotpuno potiskivanje zračenja iz vanjske školjke koaksijalnog kabela;
Netačno očitavanje uglovnih vrijednosti;
Netačno „ciljanje“ mjerača ATT-2592 na anteni;
Smetnje od mobilnih telefona.
U matematici, fraktali su skupovi koji se sastoje od elemenata sličnih skupu u cjelini. Najbolji primjer: ako pažljivo pogledate liniju elipse, ona će postati ravna. Fraktal – bez obzira koliko brzo zumirate – slika će ostati složena i slična općem prikazu. Elementi su raspoređeni na bizaran način. Prema tome, smatramo da su koncentrični krugovi najjednostavniji primjer fraktala. Bez obzira koliko se približite, pojavljuju se novi krugovi. Postoji mnogo primjera fraktala. Na primjer, Wikipedia daje crtež romanesco kupusa, gdje se glavica kupusa sastoji od čunjeva koji tačno podsjećaju na nacrtanu glavicu kupusa. Čitaoci sada razumiju da pravljenje fraktalnih antena nije lako. Ali zanimljivo je.
Zašto su potrebne fraktalne antene?
Svrha fraktalne antene je uhvatiti više sa manje. U zapadnim video snimcima moguće je pronaći paraboloid, gdje će emiter biti komad fraktalne trake. Od folije već prave elemente mikrotalasnih uređaja koji su efikasniji od običnih. Pokazat ćemo vam kako da dovršite fraktalnu antenu i da se nosite s uparivanja sami pomoću SWR mjerača. Spomenimo da postoji cijela web stranica, naravno strana, na kojoj se odgovarajući proizvod promovira u komercijalne svrhe, nema crteža. Naša domaća fraktalna antena je jednostavnija, glavna prednost je što možete napraviti dizajn vlastitim rukama.
Prve fraktalne antene - bikonične - pojavile su se, prema videu sa web stranice fractenna.com, 1897. godine od strane Olivera Lodgea. Ne gledaj na Wikipediji. U poređenju sa konvencionalnim dipolom, par trouglova umesto vibratora daje proširenje pojasa od 20%. Stvaranjem periodičnih ponavljajućih struktura, bilo je moguće sastaviti minijaturne antene koje nisu gore od njihovih većih kolega. Često ćete naći bikonične antene u obliku dva okvira ili ploča neobičnog oblika.
Na kraju, ovo će omogućiti prijem više televizijskih kanala.
Ako ukucate zahtjev na YouTube-u, pojavljuje se video o izradi fraktalnih antena. Kako to funkcionira, bolje ćete razumjeti ako zamislite šestokraku zvijezdu izraelske zastave čiji je ugao odsječen zajedno s ramenima. Ispostavilo se da su ostala tri ugla, dva su imala jednu stranu, a drugu ne. Šesti ugao je potpuno odsutan. Sada ćemo postaviti dvije slične zvijezde okomito, sa središnjim uglovima jedna prema drugoj, prorezima lijevo i desno, a iznad njih - sličan par. Rezultat je bio antenski niz - najjednostavnija fraktalna antena.
Zvijezde su povezane na uglovima pomoću hranilice. U parovima po kolonama. Signal se uzima sa linije, tačno na sredini svake žice. Konstrukcija se montira vijcima na dielektričnu (plastičnu) podlogu odgovarajuće veličine. Strana zvijezde je točno jedan inč, razmak između uglova zvijezda okomito (dužina ulagača) je četiri inča, a horizontalna udaljenost (razmak između dvije žice ulagača) je inč. Zvijezde imaju uglove od 60 stepeni na svojim vrhovima, sada će čitalac nacrtati nešto slično u obliku šablona, kako bi kasnije mogao sam napraviti fraktalnu antenu. Napravili smo radnu skicu, ali razmjer nije ispoštovan. Ne možemo garantovati da su zvezde ispale tačno, Microsoft Paint nema velike mogućnosti za pravljenje tačnih crteža. Samo pogledajte sliku kako bi struktura fraktalne antene postala očigledna:
- Smeđi pravougaonik prikazuje dielektričnu podlogu. Fraktalna antena prikazana na slici ima simetričan dijagram zračenja. Ako je emiter zaštićen od smetnji, ekran se postavlja na četiri stupa iza podloge na udaljenosti od jednog inča. Na frekvencijama nema potrebe za postavljanjem čvrstog lima, bit će dovoljna mreža sa stranom od četvrt inča, ne zaboravite spojiti ekran na pletenicu kabela.
- Fider sa karakterističnom impedancijom od 75 Ohma zahtijeva koordinaciju. Pronađite ili napravite transformator koji pretvara 300 oma u 75 oma. Bolje je nabaviti SWR mjerač i odabrati potrebne parametre ne dodirom, već pomoću uređaja.
- Četiri zvjezdice, savijanje od bakarne žice. Očistit ćemo izolaciju od laka na spoju s dovodom (ako postoji). Unutrašnje napajanje antene sastoji se od dva paralelna komada žice. Dobro je staviti antenu u kutiju radi zaštite od lošeg vremena.
Sastavljanje fraktalne antene za digitalnu televiziju
Nakon što pročitate ovu recenziju do kraja, svako može napraviti fraktalne antene. Toliko smo ušli u dizajn da smo zaboravili govoriti o polarizaciji. Pretpostavljamo da je linearan i horizontalan. Ovo proizilazi iz razmatranja:
- Video je očigledno američkog porijekla, razgovor je o HDTV-u. Stoga možemo usvojiti modu navedene zemlje.
- Kao što znate, nekoliko zemalja na planeti emituje sa satelita koristeći kružnu polarizaciju, među njima Ruska Federacija i Sjedinjene Američke Države. Stoga vjerujemo da su i druge tehnologije prijenosa informacija slične. Zašto? Bio je Hladni rat, smatramo da su obje zemlje strateški birale šta i kako će prenijeti, druge zemlje su pošle iz čisto praktičnih razmatranja. Kružna polarizacija je uvedena posebno za špijunske satelite (koji se stalno kreću u odnosu na posmatrača). Stoga postoji razlog za vjerovanje da postoje sličnosti u televizijskom i radijskom emitiranju.
- Struktura antene kaže da je linearna. Jednostavno nema gdje dobiti kružnu ili eliptičnu polarizaciju. Stoga - osim ako među našim čitaocima nema profesionalaca koji posjeduju MMANA - ako se antena ne uhvati u prihvaćenom položaju, zarotirajte za 90 stepeni u ravni emitera. Polarizacija će se promijeniti u vertikalnu. Usput, mnogi će moći uhvatiti FM ako su dimenzije postavljene 4 puta veće. Bolje je uzeti deblju žicu (na primjer, 10 mm).
Nadamo se da smo čitateljima objasnili kako se koristi fraktalna antena. Nekoliko savjeta za jednostavnu montažu. Dakle, pokušajte pronaći žicu sa lakiranom zaštitom. Savijte oblike kao što je prikazano na slici. Tada se dizajneri razilaze, preporučujemo da to učinite:
- Skinite zvijezde i dovodne žice na mjestima spajanja. Pričvrstite dovodne žice za uši vijcima za podlogu u srednjim dijelovima. Da biste ispravno izvršili radnju, izmjerite jedan inč unaprijed i nacrtajte dvije paralelne linije olovkom. Duž njih bi trebale biti žice.
- Zalemite jednu strukturu, pažljivo provjeravajući udaljenosti. Autori videa preporučuju da se emiter napravi tako da zvijezde svojim uglovima leže ravno na hranilicama, a da se suprotnim krajevima naslanjaju na ivicu podloge (svaka na dva mjesta). Za približnu zvjezdicu, lokacije su označene plavom bojom.
- Da biste ispunili uvjet, zategnite svaku zvijezdu na jednom mjestu vijkom sa dielektričnim stezaljkom (na primjer, PVA žice od kambrika i slično). Na slici su mjesta ugradnje prikazana crvenom bojom za jednu zvjezdicu. Vijak je shematski nacrtan krugom.
Kabl za napajanje vodi (opciono) sa poleđine. Izbušite rupe na mestu. SWR se podešava promjenom udaljenosti između dovodnih žica, ali u ovom dizajnu ovo je sadistička metoda. Preporučujemo jednostavno mjerenje impedancije antene. Podsjetimo kako se to radi. Trebat će vam generator na frekvenciji programa koji gledate, na primjer, 500 MHz, a dodatno i visokofrekventni voltmetar koji neće odustati od signala.
Zatim se mjeri napon koji proizvodi generator, za koji je spojen na voltmetar (paralelno). Otporni razdjelnik sastavljamo od promjenjivog otpora s ekstremno niskom samoinduktivnošću i antene (srijski spajamo nakon generatora, prvo otpor, pa antenu). Voltmetrom mjerimo napon promjenljivog otpornika, dok istovremeno podešavamo nazivnu vrijednost sve dok očitanja generatora bez opterećenja (vidi točku iznad) ne postanu dvostruko veća od trenutnih. To znači da je vrijednost varijabilnog otpornika postala jednaka valovnoj impedanciji antene na frekvenciji od 500 MHz.
Sada je moguće proizvesti transformator po potrebi. Na internetu je teško pronaći ono što vam je potrebno za one koji vole da gledaju radio emisije, našli smo gotov odgovor http://www.cqham.ru/tr.htm. Na web stranici je napisano i nacrtano kako uskladiti opterećenje sa kablom od 50 Ohma. Imajte na umu da frekvencije odgovaraju HF opsegu, SW se djelimično uklapa ovdje. Karakteristična impedansa antene održava se u rasponu od 50 – 200 Ohma. Teško je reći koliko će zvezda dati. Ako na svojoj farmi imate uređaj za mjerenje valne impedanse linije, podsjetimo vas: ako je dužina fidera višestruka od četvrtine valne dužine, impedansa antene se prenosi na izlaz bez promjena. Nemoguće je obezbediti takve uslove za mali i veliki domet (podsetimo da je prošireni domet takođe uključen u karakteristike fraktalnih antena), ali se za potrebe merenja svuda koristi pomenuta činjenica.
Sada čitaoci znaju sve o ovim neverovatnim primopredajnim uređajima. Takav neobičan oblik sugerira da se raznolikost Univerzuma ne uklapa u tipične granice.
Svet nije bez dobrih ljudi :-)
Valery UR3CAH: "Dobar dan, Egor. Mislim da ovaj članak (naime odeljak "Fraktalne antene: manje je više") odgovara temi vašeg sajta i da će vas zanimati:) 73!"
Da, naravno da je zanimljivo. Već smo se u određenoj mjeri dotakli ove teme kada smo raspravljali o geometriji heksabima. I tu je bila dilema oko "pakovanja" električne dužine u geometrijske dimenzije :-). Hvala vam, Valery, puno što ste poslali materijal.
Fraktalne antene: manje je više
U poslednjih pola veka život se ubrzano počeo menjati. Većina nas napredak moderne tehnologije uzima zdravo za gotovo. Vrlo brzo se naviknete na sve što čini život ugodnijim. Rijetko ko postavlja pitanja „Odakle je ovo došlo?“ i "Kako to funkcionira?" Mikrovalna pećnica zagrijava doručak - odlično, pametni telefon vam daje priliku da razgovarate s drugom osobom - odlično. Ovo nam se čini kao očigledna mogućnost.
Ali život je mogao biti potpuno drugačiji da osoba nije tražila objašnjenje za događaje koji se dešavaju. Uzmimo, na primjer, mobilne telefone. Sjećate li se antena na uvlačenje na prvim modelima? Ometali su se, povećavali veličinu uređaja i na kraju često lomili. Vjerujemo da su zauvijek potonuli u zaborav, a dio razloga za to su... fraktali.
Fraktalni obrasci fasciniraju svojim šarama. Definitivno podsjećaju na slike kosmičkih objekata - magline, jata galaksija i tako dalje. Stoga je sasvim prirodno da kada je Mandelbrot iznio svoju teoriju fraktala, njegovo istraživanje je izazvalo povećan interes među onima koji su proučavali astronomiju. Jedan od ovih amatera po imenu Nathan Cohen, nakon što je prisustvovao predavanju Benoita Mandelbrota u Budimpešti, bio je inspiriran idejom praktične primjene stečenog znanja. Istina, učinio je to intuitivno, a slučaj je odigrao važnu ulogu u njegovom otkriću. Kao radio-amater, Nathan je nastojao stvoriti antenu sa najvećom mogućom osjetljivošću.
Jedini način da se poboljšaju parametri antene, koji je tada bio poznat, bio je povećanje njenih geometrijskih dimenzija. Međutim, vlasnik nekretnine u centru Bostona koju je Nathan iznajmio bio je kategorički protiv postavljanja velikih uređaja na krov. Tada je Nathan počeo eksperimentirati s različitim oblicima antena, pokušavajući postići maksimalni rezultat uz minimalnu veličinu. Inspiriran idejom fraktalnih formi, Cohen je, kako kažu, nasumično napravio jedan od najpoznatijih fraktala od žice - "Koch pahuljicu". Švedski matematičar Helge von Koch smislio je ovu krivu još 1904. godine. Dobiva se podjelom segmenta na tri dijela i zamjenom srednjeg segmenta jednakostraničnim trouglom bez stranice koja se poklapa s tim segmentom. Definiciju je malo teško razumjeti, ali na slici je sve jasno i jednostavno.
Postoje i druge varijacije Kochove krive, ali približan oblik krive ostaje sličan.
Kada je Nathan spojio antenu na radio prijemnik, bio je veoma iznenađen - osjetljivost se dramatično povećala. Nakon niza eksperimenata, budući profesor na Univerzitetu u Bostonu shvatio je da antena napravljena po fraktalnom uzorku ima visoku efikasnost i pokriva mnogo širi frekventni opseg u odnosu na klasična rješenja. Osim toga, oblik antene u obliku fraktalne krivulje omogućava značajno smanjenje geometrijskih dimenzija. Nathan Cohen je čak smislio teoremu koja dokazuje da je za stvaranje širokopojasne antene dovoljno dati joj oblik samoslične fraktalne krive.
Autor je patentirao svoje otkriće i osnovao kompaniju za razvoj i dizajn fraktalnih antena, Fractal Antenna Systems, s pravom vjerujući da će se u budućnosti, zahvaljujući njegovom otkriću, mobiteli moći riješiti glomaznih antena i postati kompaktniji. U principu, to se dogodilo. Istina, Nathan je do danas u pravnoj bitci s velikim korporacijama koje nezakonito koriste njegovo otkriće za proizvodnju kompaktnih komunikacijskih uređaja. Neki poznati proizvođači mobilnih uređaja, kao što je Motorola, već su postigli prijateljski sporazum sa izumiteljem fraktalne antene. Originalni izvor
Kao što smo raspravljali u prethodnim člancima, otkriveno je da je efikasnost fraktalnih antena približno 20% veća od konvencionalnih antena.Ovo može biti vrlo korisno za primjenu. Pogotovo ako želite da vaša vlastita TV antena prihvata digitalni signal ili HD video, da povećate domet mobitela, Wi-Fiopseg, FM ili AM radio i tako dalje.
Većina mobilnih telefona već ima ugrađene fraktalne antene. Ako ste primijetili u posljednjih nekoliko godina, mobilni telefoni više nemaju antene sa vanjske strane. To je zato što imaju interne fraktalne antene urezane u ploču, što im omogućava da ostvare bolji prijem i pokupe više frekvencija kao što su Bluetooth, mobilni signal i Wi-Fi, sve sa jedne antene u isto vrijeme!
Informacije sa Wikipedije: "Fraktalna antena se značajno razlikuje od tradicionalno dizajnirane antene po tome što može raditi s dobrim performansama na širokom rasponu frekvencija istovremeno. Obično se standardne antene moraju "rezati" na frekvenciji za koju će se koristiti i stoga standardna antena dobro radi samo na ovoj frekvenciji, što fraktalne antene čini odličnim rješenjem za širokopojasne i višepojasne aplikacije.”
Trik je u stvaranju vlastite fraktalne antene koja će rezonirati na frekvenciji koju želite. To znači da će izgledati drugačije i može se drugačije izračunati ovisno o tome šta želite postići. Malo matematike i bit će jasno kako se to radi. (Možete se ograničiti na online kalkulator)
U našem primjeru napravit ćemo jednostavnu antenu, ali možete napraviti složenije antene. Što kompleksnije to bolje. Kao primjer ćemo koristiti kalem pune žice 18 kalibra koja je potrebna za izradu antene, ali možete ići dalje koristeći svoje vlastite ploče za graviranje kako biste napravili manju ili složeniju antenu s većom rezolucijom i rezonancijom.
(tab=TV antena)
U ovom tutorijalu pokušaćemo da kreiramo televizijsku antenu za digitalni signal ili signal visoke rezolucije koji se prenosi preko radio kanala. Sa ovim frekvencijama je lakše raditi, talasne dužine na tim frekvencijama se kreću od pola stope do nekoliko metara dužine za polovinu talasne dužine signala. Za UHF (decitimetarski val) kola, možete dodati direktor (direktor) ili reflektor (reflektor) koji će antenu učiniti više ovisnom o smjeru. VHF (ultra kratki talasi) antene takođe zavise od smera, ali umesto da budu usmerene direktno na TV stanicu, "uši" VHF dipolnih antena moraju biti okomite na talasnu dužinu TV stanice koja emituje signal.
Prvo pronađite frekvencije koje želite da primate ili emitujete. Za TV, evo linka do dijagrama frekvencija: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html
A za izračunavanje veličine antene koristit ćemo online kalkulator: http://www.kwarc.org/ant-calc.html
Evo dobrog PDF-a o dizajnu i teoriji:skinuti
Kako pronaći talasnu dužinu signala: talasna dužina u stopama = (brzina svetlosti u stopama) / (frekvencija u hercima)
1) Koeficijent brzine svjetlosti u stopama = +983571056.43045
2) Koeficijent brzine svjetlosti u metrima = 299792458
3) Koeficijent brzine svjetlosti u inčima = 11802852700
Odakle početi: (VHF/UHF dipolni niz sa reflektorom koji dobro radi za široki raspon frekvencija DB2):
(350 MHz je četvrtina vala od 8 inča - poluval od 16 inča, koji spada u ultra-visoki frekventni opseg - između kanala 13 i 14, i koji je središnja frekvencija između VHF-UHF opsega za bolje rezonancija). Ovi zahtjevi se mogu modificirati kako bi bolje funkcionirali u vašem području, jer vaš kanal distribucije može biti niži ili viši u grupi.
Na osnovu materijala sa linkova ispod ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ i http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , samo fraktalni dizajni nam omogućavaju da budemo kompaktniji i fleksibilniji te ćemo koristiti DB2 model, koji ima visoko pojačanje i već je prilično kompaktan i popularan za unutarnju i vanjsku instalaciju.
Osnovni troškovi (košta oko 15 USD):
- Montažna površina kao što je plastično kućište (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
- 6 šrafova. Koristio sam samorezne vijke za čelik i lim.
- Odgovarajući transformator 300 Ohm do 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
- Neka čvrsta žica kalibra 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
- Koaksijalni RG-6 sa terminatorima - limiterima (i gumenim omotačem ako se postavlja spolja).
- Aluminij kada koristite reflektor.
- Oštrica ili ekvivalent, po mogućnosti sa finim vrhom.
- Dva para malih kliješta - igle.
- Vodič je najmanje 8 inča.
- Uglomjer za mjerenje uglova.
- Bušilica i svrdlo manjeg prečnika od vaših vijaka.
- Male kliješta.
- Odvijač ili šrafciger.
NAPOMENA: HDTV/DTV uređivanje u PDF-u http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE
Prvi korak:
Sastavite kućište sa reflektorom ispod plastičnog poklopca:
Drugi korak:
Izbušite male rupe s navojem na suprotnoj strani reflektora na sljedećim pozicijama i postavite provodljivi vijak.
Treći korak:
Izrežite četiri 8" komada žice sa čvrstim jezgrom i otkrijte je.
Četvrti korak:
Pomoću markera označite svaki centimetar na žici. (Ovo su mjesta na kojima ćemo praviti krivine)
peti korak:
Morate ponoviti ovaj korak za svaku žicu. Svaki zavoj na žici će biti jednak 60 stepeni, stvarajući tako fraktal. Podsjeća na jednakostranični trokut. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svaka krivina će biti na zarezu od 1". Provjerite jeste li vizualizirali smjer svakog skretanja prije nego što to učinite! Koristite dijagram ispod za pomoć.
Šesti korak:
Izrežite još 2 komada žice dužine najmanje 6 cm i otkrijte ih. Savijte ove žice oko gornjih i donjih vijaka i zavežite ih za sredinu vijka. Tako sva tri dolaze u kontakt. Koristite rezače žice da odvojite neželjene dijelove žice.
Korak sedam:
Postavite i zašrafite sve svoje fraktale uglovima
Korak osam:
Pričvrstite odgovarajući transformator kroz dva zavrtnja u sredini i zategnite ih.
Spremni! Sada možete testirati svoj dizajn!
Kao što možete vidjeti na fotografiji ispod, svaki put kada podijelite svaki dio i kreirate novi trokut sa istom dužinom žice, on može stati u manji prostor, zauzimajući prostor u drugom smjeru.
Prevod: Dmitrij Šahov
U nastavku možete pogledati video o stvaranju fraktalnih antena:
(tab=Wi-Fi antena)
Ranije sam čuo za fraktalne antene i nakon nekog vremena poželeo sam da pokušam da napravim sopstvenu fraktalnu antenu da isprobam ovaj koncept, da tako kažem. Neke od prednosti fraktalnih antena opisanih u istraživačkim radovima o fraktalnim antenama su njihova sposobnost da efikasno primaju višepojasni RF signale dok su relativno male. Odlučio sam da napravim prototip fraktalne antene na osnovu tepiha Sierpinskog.
Dizajnirao sam svoju fraktalnu antenu tako da ima konektor kompatibilan sa mojom ruter Linksys WRT54GS 802.11g. Antena ima niskoprofilni dizajn pojačanja i u preliminarnom testiranju na udaljenosti od 1/2 km od tačke prekida WiFi Linka sa nekoliko stabala na putu, pokazala je prilično dobre rezultate i stabilnost signala.
Možete preuzeti PDF verziju predloška Sierpinski tepih antene koji sam koristio, kao i drugu dokumentaciju, sa ovih linkova:
Izrada prototipa
Ovo je fotografija sa gotovim prototipom fraktalne antene:
Povezao sam Linksys WRT54GS RP-TNC - konektor na fraktalnu antenu radi testiranja
Kada sam dizajnirao svoj prvi prototip fraktalne antene, bio sam zabrinut da bi proces graviranja na PCB-u mogao izolovati trouglove jedan od drugog, pa sam malo proširio veze između njih. Napomena: Budući da je konačni prijelaz tonera završio preciznije nego što sam očekivao, sljedeća verzija prototipa fraktalne antene će biti prikazana sa finim kontaktnim tačkama između svake od fraktalnih iteracija Sierpinskog trougla. Važno je osigurati da elementi Sierpinskog tepiha (trokuti) budu u kontaktu jedni s drugima, a spojne točke trebaju biti što je moguće tanje:
Dizajn antene je štampan na Pulsar Pro FX laserskom štampaču. Ovaj proces mi je omogućio da kopiram dizajn antene na bakar presvučen PCB materijal:
Laserski štampana antenska struktura se zatim prenosi na PCB bakreni lim termičkim procesom koristeći modifikovani laminator:
Ovo je bakarni PCB materijal nakon prvog koraka procesa prijenosa tonera:
Sljedeći neophodan korak bio je korištenje Pulsar Pro FX "Green TRF Foil" laminatora na PCB-u. Zelena folija se koristi za popunjavanje praznina ili neravnomjerno zadebljanih premaza u prijenosu tonera:
Ovo je očišćena ploča sa antenskim dizajnom. Ploča je spremna za graviranje:
Ovdje sam maskirao stražnju stranu PCB-a pomoću električne trake:
Koristio sam direktnu metodu jetkanja željeznim hloridom da bih nagrizao ploču za 10 minuta. Direktna metoda jetkanja provodi se spužvom: potrebno je polako obrisati cijelu ploču željeznim kloridom. Zbog opasnosti po zdravlje od upotrebe željeznog hlorida, nosio sam zaštitne naočale i rukavice:
Ovo je ploča nakon graviranja:
Obrisao sam PCB štapićem umočenim u aceton da uklonim slojeve za prijenos tonera. Prilikom čišćenja koristio sam rukavice jer će se aceton apsorbirati kroz tipične rukavice od lateksa za jednokratnu upotrebu:
Probušio sam rupu za konektor antene koristeći bušilicu i svrdlo:
Za svoj prvi prototip koristio sam RP-TNC konektor sa standardnih Linksys antena rutera:
Krupni plan Linksys - kompatibilnog RP-TNC antenskog konektora:
Nanio sam malo vode na PCB u području lemljenja neposredno prije lemljenja:
Sljedeći korak je lemljenje žice od RP-TNC konektora na bazu Sierpinski antene na štampanoj ploči:
Zalemite drugu žicu antenskog konektora na ravan PCB ploče:
Antena je spremna za upotrebu!
Prvo o čemu bih želeo da pišem je mali uvod u istoriju, teoriju i upotrebu fraktalnih antena. Nedavno su otkrivene fraktalne antene. Prvi ih je izumio Nathan Cohen 1988. godine, a zatim je objavio svoje istraživanje o tome kako napraviti TV antenu od žice i patentirao je 1995. godine.
Fraktalna antena ima nekoliko jedinstvenih karakteristika, kao što je napisano na Wikipediji:
„Fraktalna antena je antena koja koristi fraktalni, samoponavljajući dizajn kako bi maksimizirala dužinu ili povećala obim (na unutrašnjim područjima ili vanjskoj strukturi) materijala koji može primati ili prenositi elektromagnetne signale unutar date ukupne površine ili volumena. .”
Šta to tačno znači? Pa, morate znati šta je fraktal. Također sa Wikipedije:
“Fraktal je obično grub ili fragmentiran geometrijski oblik koji se može podijeliti na dijelove, pri čemu je svaki dio manja kopija cjeline – svojstvo koje se naziva samosličnost.”
Dakle, fraktal je geometrijski oblik koji se ponavlja iznova, bez obzira na veličinu pojedinačnih dijelova.
Utvrđeno je da su fraktalne antene približno 20% efikasnije od konvencionalnih antena. Ovo može biti korisno posebno ako želite da vaša TV antena prima digitalni video ili video visoke definicije, povećava domet mobilne mreže, Wi-Fi domet, FM ili AM radio prijem itd.
Većina mobilnih telefona već ima fraktalne antene. Možda ste to primijetili jer mobilni telefoni više nemaju antene na vanjskoj strani. To je zato što imaju fraktalne antene unutar sebe urezane u ploču, omogućavajući im da primaju bolji signal i pokupe više frekvencija kao što su Bluetooth, Cellular i Wi-Fi sa jedne antene.
Wikipedija:
„Odziv fraktalne antene je primetno drugačiji od tradicionalnih dizajna antena po tome što je sposobna da radi sa dobrim performansama na različitim frekvencijama istovremeno. Frekvencija standardnih antena se mora smanjiti da bi se mogla primati samo ta frekvencija. Stoga je fraktalna antena, za razliku od konvencionalne antene, odličan dizajn za širokopojasne i višepojasne aplikacije.”
Trik je u tome da dizajnirate svoju fraktalnu antenu tako da rezonira na specifičnoj središnjoj frekvenciji koju želite. To znači da će antena izgledati drugačije u zavisnosti od toga šta želite da postignete. Da biste to učinili, trebate koristiti matematiku (ili online kalkulator).
U mom primjeru napravit ću jednostavnu antenu, ali vi možete napraviti i složeniju. Što kompleksnije to bolje. Za izradu antene koristit ću zavojnicu od 18-žilne žice s čvrstim jezgrom, ali vi možete prilagoditi vlastite ploče da odgovaraju vašoj estetici, učiniti ih manjim ili složenijim s većom rezolucijom i rezonancijom.
Napravit ću TV antenu za prijem digitalne televizije ili televizije visoke definicije. Sa ovim frekvencijama je lakše raditi i kreću se u dužini od oko 15 cm do 150 cm za pola talasne dužine. Radi jednostavnosti i niske cijene dijelova, stavit ću ga na uobičajenu dipolnu antenu, ona će hvatati valove u opsegu 136-174 MHz (VHF).
Za prijem UHF talasa (400-512 MHz), možete dodati režiser ili reflektor, ali to će učiniti prijem više zavisnim od smjera antene. VHF je također usmjeren, ali umjesto da usmjeravate direktno na TV stanicu u UHF instalaciji, morat ćete montirati VHF uši okomito na TV stanicu. Ovo će zahtijevati malo više truda. Želim da dizajn učinim što jednostavnijim, jer je to već prilično složena stvar.
Glavne komponente:
- Površina za montažu, kao što je plastično kućište (20 cm x 15 cm x 8 cm)
- 6 šrafova. Koristio sam vijke za čelični lim
- Transformator sa otporom od 300 Ohm do 75 Ohm.
- 18 AWG (0,8 mm) Montažna žica
- RG-6 koaksijalni kabl sa terminatorima (i sa gumenim omotačem ako će instalacija biti na otvorenom)
- Aluminij kada koristite reflektor. Bio je jedan u prilogu iznad.
- Fini marker
- Dva para malih kliješta
- Lenjir nije kraći od 20 cm.
- Transporter za merenje ugla
- Dvije burgije, jedno malo manjeg prečnika od vaših vijaka
- Mali rezač žice
- Odvijač ili šrafciger
Napomena: Donji deo antene od aluminijumske žice je na desnoj strani slike gde transformator viri.
Korak 1: Dodavanje reflektora
Sastavite kućište sa reflektorom ispod plastičnog poklopca
Korak 2: Bušenje rupa i postavljanje tačaka za montažu
Izbušite male izlazne rupe na suprotnoj strani reflektora u ovim položajima i postavite provodljivi vijak.
Korak 3: Izmjerite, izrežite i skinite žice
Izrežite četiri komada žice od 20 cm i stavite ih na tijelo.
Korak 4: Mjerenje i obilježavanje žica
Pomoću markera označite svakih 2,5 cm na žici (na ovim tačkama će biti savijanja)
Korak 5: Kreiranje fraktala
Ovaj korak se mora ponoviti za svaki komad žice. Svaki zavoj treba da bude tačno 60 stepeni, pošto ćemo za fraktal praviti jednakostranične trouglove. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svaki zavoj je napravljen na oznaci. Prije nego što napravite nabore, vizualizirajte smjer svakog od njih. Za ovo koristite priloženi dijagram.
Korak 6: Kreiranje dipola
Izrežite još dva komada žice koja su dugačka najmanje 6 inča Omotajte ove žice oko gornjih i donjih vijaka duž duge strane, a zatim ih omotajte oko središnjih vijaka. Zatim odrežite višak dužine.
Korak 7: Ugradnja dipola i ugradnja transformatora
Učvrstite svaki od fraktala na ugaone vijke.
Pričvrstite transformator odgovarajuće impedanse na dva središnja zavrtnja i zategnite ih.
Montaža završena! Pogledajte i uživajte!
Korak 8: Više iteracija/eksperimenata
Napravio sam neke nove elemente koristeći papirni šablon iz GIMP-a. Koristio sam malu čvrstu telefonsku žicu. Bio je mali, jak i dovoljno savitljiv da se savije u složene oblike potrebne za središnju frekvenciju (554 MHz). Ovo je prosječan UHF digitalni signal za zemaljske TV kanale u mom području.
Fotografija u prilogu. Možda će biti teško vidjeti bakarne žice pri slabom svjetlu na kartonu i zalijepljenoj na vrhu, ali shvatili ste.
Pri ovoj veličini elementi su prilično krhki, pa se njima treba pažljivo rukovati.
Dodao sam i šablon u png formatu. Da biste ispisali veličinu koju želite, morat ćete je otvoriti u uređivaču fotografija kao što je GIMP. Šablon nije savršen jer sam ga napravio ručno pomoću miša, ali je dovoljno udoban za ljudske ruke.
