Unutarnja antena mobilnog telefona i fraktali. DIY fraktalne antene

Žičane fraktalne antene proučavane u ovom diplomskom radu izrađene su savijanjem žice prema otisnutom papirnatom predlošku. Budući da je žica ručno savijana pincetom, točnost izrade "zavoja" antene bila je oko 0,5 mm. Stoga su za istraživanje uzeti najjednostavniji geometrijski fraktalni oblici: Kochova krivulja i Minkowskijev “bipolarni skok”.

Poznato je da fraktali omogućuju smanjenje veličine antena, dok se dimenzije fraktalne antene uspoređuju s dimenzijama simetričnog poluvalnog linearnog dipola. U daljnjem istraživanju u diplomskom radu žičane fraktalne antene uspoređivat će se s linearnim dipolom s /4 kraka od 78 mm s rezonantnom frekvencijom od 900 MHz.

Žičane fraktalne antene temeljene na Kochovoj krivulji

U radu su dane formule za izračun fraktalnih antena na temelju Kochove krivulje (Slika 24).

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

Slika 24 - Kochova krivulja raznih iteracija n

Dimenzija D generalizirani Kochov fraktal izračunava se po formuli:

Ako standardni kut savijanja Kochove krivulje = 60 zamijenimo formulom (35), dobit ćemo D = 1,262.

Ovisnost prve rezonantne frekvencije Kochovog dipola f K iz fraktalne dimenzije D, brojevi ponavljanja n a rezonantna frekvencija ravnog dipola f D iste visine kao Kochova izlomljena linija (u ekstremnim točkama) određuje se formulom:

Za sliku 24, b na n= 1 i D= 1.262 iz formule (36) dobivamo:

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

Za sliku 24, c s n = 2 i D = 1,262, iz formule (36) dobivamo:

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

Formule (37) i (38) omogućuju nam rješavanje obrnutog problema - ako želimo da fraktalne antene rade na frekvenciji f K = 900 MHz, tada ravni 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)

Pomoću grafa na slici 22. odredimo duljine /4-krakova ravnog dipola. Oni će biti jednaki 63,5 mm (za 1102 MHz) i 55 mm (za 1293 MHz).

Tako su na temelju Kochove krivulje izrađene 4 fraktalne antene: dvije s 4 kraka dimenzija 78 mm i dvije manjih dimenzija. Slike 25-28 prikazuju slike ekrana RK2-47, iz kojih se mogu eksperimentalno odrediti rezonantne frekvencije.

U tablici 2 sažeti su izračunati i eksperimentalni podaci iz kojih je jasno da su teorijske frekvencije f T se razlikuju od eksperimentalnih f E ne više od 4-9%, a to je prilično dobar rezultat.

Slika 25 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s Kochovom krivuljom iteracije n = 1 s /4-kracima jednakim 78 mm. Rezonantna frekvencija 767 MHz

Slika 26 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s Kochovom krivuljom iteracije n = 1 s /4-kracima jednakim 63,5 mm. Rezonantna frekvencija 945 MHz

Slika 27 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s Kochovom krivuljom iteracije n = 2 s /4-kracima jednakim 78 mm. Rezonantna frekvencija 658 MHz

Slika 28 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s Kochovom krivuljom iteracije n = 2 s /4-kracima jednakim 55 mm. Rezonantna frekvencija 980 MHz

Tablica 2 - Usporedba izračunatih (teoretskih fT) i eksperimentalnih fE rezonantnih frekvencija fraktalnih antena na temelju Kochove krivulje

Žičane fraktalne antene temeljene na “bipolarnom skoku”. Usmjereni uzorak

U radu su opisane fraktalne linije tipa “bipolarnog skoka”, međutim u radu nisu date formule za izračunavanje rezonantne frekvencije ovisno o veličini antene. Stoga je odlučeno rezonantne frekvencije odrediti eksperimentalno. Za jednostavne fraktalne linije 1. iteracije (Slika 29, b) izrađene su 4 antene - s duljinom /4-kraka jednakom 78 mm, s polovicom duljine i dvije srednje duljine. Za teške za proizvodnju fraktalne linije 2. iteracije (Slika 29, c) proizvedene su 2 antene s 4 kraka duljine 78 i 39 mm.

Slika 30 prikazuje sve proizvedene fraktalne antene. Slika 31 prikazuje izgled eksperimentalne postavke s fraktalnom antenom 2. iteracije “bipolarnog skoka”. Na slikama 32-37 prikazano je eksperimentalno određivanje rezonantnih frekvencija.

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

Slika 29 - Minkowskijeva krivulja “bipolarni skok” različitih iteracija n

Slika 30 - Izgled svih proizvedenih žičanih fraktalnih antena (promjera žice 1 i 0,7 mm)

Slika 31 - Eksperimentalna postavka: panoramski VSWR i mjerač prigušenja RK2-47 s fraktalnom antenom tipa "bipolarni skok", 2. iteracija

Slika 32 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s "bipolarnim skokom" iteracije n = 1 s /4 kraka jednakim 78 mm.

Rezonantna frekvencija 553 MHz

Slika 33 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s "bipolarnim skokom" iteracije n = 1 s /4 kraka jednakim 58,5 mm.

Rezonantna frekvencija 722 MHz

Slika 34 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju "bipolarne skokovite" antene iteracije n = 1 s /4 kraka jednakim 48 mm. Rezonantna frekvencija 1012 MHz

Slika 35 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju antene s "bipolarnim skokom" iteracije n = 1 s /4 kraka jednakim 39 mm. Rezonantna frekvencija 1200 MHz

Slika 36 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju "bipolarne skokovite" antene iteracije n = 2 s /4-kracima jednakim 78 mm.

Prva rezonantna frekvencija je 445 MHz, druga 1143 MHz

Slika 37 - Zaslon RK2-47 pri mjerenju "bipolarne skok" antene iteracije n = 2 s /4-kracima jednakim 39 mm.

Rezonantna frekvencija 954 MHz

Kao što su eksperimentalne studije pokazale, ako uzmemo simetrični poluvalni linearni dipol i fraktalnu antenu istih duljina (slika 38), tada će fraktalne antene tipa "bipolarnog skoka" raditi na nižoj frekvenciji (za 50 i 61 %), a fraktalne antene u obliku Kochove krivulje rade na frekvencijama 73 i 85% nižim od frekvencija linearnog dipola. Stoga se doista fraktalne antene mogu izraditi u manjim veličinama. Slika 39 prikazuje dimenzije fraktalnih antena za iste rezonantne frekvencije (900-1000 MHz) u usporedbi s krakom konvencionalnog poluvalnog dipola.

Slika 38 - “Konvencionalne” i fraktalne antene iste duljine

Slika 39 - Veličine antena za iste rezonantne frekvencije

5. Mjerenje dijagrama zračenja fraktalnih antena

Uzorci zračenja antene obično se mjere u "neehoičnim" komorama, čije stijenke apsorbiraju zračenje koje pada na njih. U ovom diplomskom radu mjerenja su obavljena u redovnom laboratoriju Fizičko-tehnološkog fakulteta, a reflektirani signal od metalnih kućišta instrumenata i željeznih stalaka unosio je pogrešku u mjerenja.

Kao izvor mikrovalnog signala korišten je vlastiti generator panoramskog VSWR-a i mjerač atenuacije RK2-47. Kao prijemnik zračenja fraktalne antene korišten je mjerač razine elektromagnetskog polja ATT-2592 koji je omogućio mjerenje u frekvencijskom području od 50 MHz do 3,5 GHz.

Preliminarna mjerenja su pokazala da dijagram zračenja simetričnog poluvalnog linearnog dipola značajno iskrivljuje zračenje s vanjske strane koaksijalnog kabela, koji je bio izravno (bez uređaja za usklađivanje) spojen na dipol. Jedan od načina suzbijanja zračenja dalekovoda je korištenje monopola umjesto dipola zajedno s četiri međusobno okomita /4 “protuutega” koji igraju ulogu “uzemljenja” (slika 40).

Slika 40 - /4 monopolna i fraktalna antena s “protutežama”

Slike 41 - 45 prikazuju eksperimentalno izmjerene uzorke zračenja antena koje se proučavaju s "protuutezima" (rezonantna frekvencija zračenja praktički se ne mijenja kada se kreće od dipola do monopola). Mjerenja gustoće toka snage mikrovalnog zračenja u mikrovatima po kvadratnom metru provedena su u vodoravnoj i okomitoj ravnini u intervalima od 10. Mjerenja su provedena u „dalekoj“ zoni antene na udaljenosti od 2.

Prva antena koja je proučavana bio je pravocrtni /4-vibrator. Iz dijagrama zračenja ove antene vidljivo je (slika 41) da se razlikuje od teorijskog. To je zbog pogrešaka u mjerenju.

Pogreške mjerenja za sve antene koje se proučavaju mogu biti sljedeće:

Refleksija zračenja od metalnih predmeta unutar laboratorija;

Nedostatak stroge međusobne okomitosti između antene i protuutega;

Nije potpuno potiskivanje zračenja iz vanjskog omotača koaksijalnog kabela;

Netočno očitavanje kutnih vrijednosti;

Netočno "ciljanje" mjerača ATT-2592 na antenu;

Smetnje od mobitela.

U matematici, fraktali su skupovi koji se sastoje od elemenata sličnih skupu kao cjelini. Najbolji primjer: ako pažljivo pogledate liniju elipse, ona će postati ravna. Fraktal – koliko god zumirali – slika će ostati složena i slična općem prikazu. Elementi su raspoređeni na bizaran način. Prema tome, koncentrične kružnice smatramo najjednostavnijim primjerom fraktala. Koliko god se približili, pojavljuju se novi krugovi. Postoji mnogo primjera fraktala. Na primjer, Wikipedia daje crtež romanesco kupusa, gdje se glavica kupusa sastoji od češera koji potpuno podsjećaju na nacrtanu glavicu kupusa. Čitatelji sada razumiju da izrada fraktalnih antena nije laka. Ali je zanimljivo.

Zašto su potrebne fraktalne antene?

Svrha fraktalne antene je uhvatiti više s manje. U zapadnim videima moguće je pronaći paraboloid, gdje će emiter biti komad fraktalne trake. Od folije već izrađuju elemente mikrovalnih uređaja koji su učinkovitiji od običnih. Pokazat ćemo vam kako dovršiti fraktalnu antenu i baviti se usklađivanjem samo s SWR metrom. Spomenimo da postoji cijela web stranica, naravno strana, na kojoj se reklamira odgovarajući proizvod u komercijalne svrhe; crteža nema. Naša domaća fraktalna antena je jednostavnija, glavna prednost je što možete napraviti dizajn vlastitim rukama.

Prve fraktalne antene - bikonične - pojavile su se, prema videu s web stranice fractenna.com, 1897. godine od strane Olivera Lodgea. Ne gledaj Wikipediju. U usporedbi s konvencionalnim dipolom, par trokuta umjesto vibratora daje širenje pojasa od 20%. Stvaranjem periodičnih ponavljajućih struktura, bilo je moguće sastaviti minijaturne antene ništa gore od njihovih većih kolega. Često ćete naći bikonične antene u obliku dvaju okvira ili neobično oblikovanih ploča.

U konačnici, to će omogućiti prijem više televizijskih kanala.

Ako upišete zahtjev na YouTube, pojavit će se video o izradi fraktalnih antena. Bolje ćete razumjeti kako to funkcionira ako zamislite šestokraku zvijezdu izraelske zastave, čiji je kut odrezan zajedno s ramenima. Ispostavilo se da su ostala tri ugla, dva su imala jednu stranu na mjestu, a druga nije. Šesti kut potpuno je odsutan. Sada ćemo okomito postaviti dvije slične zvijezde, sa središnjim kutovima jedna prema drugoj, prorezima lijevo i desno, a iznad njih - sličan par. Rezultat je bio antenski niz - najjednostavnija fraktalna antena.

Zvjezdice su na uglovima spojene hranilicom. U parovima po kolonama. Signal se uzima iz linije, točno na sredini svake žice. Konstrukcija se montira vijcima na dielektričnu (plastičnu) podlogu odgovarajuće veličine. Strana zvijezde je točno jedan inč, udaljenost između uglova zvijezda okomito (duljina hranilice) je četiri inča, a vodoravna udaljenost (udaljenost između dvije žice hranilice) je inč. Zvijezde imaju kut od 60 stupnjeva na svojim vrhovima; sada će čitatelj nacrtati nešto slično u obliku predloška, ​​kako bi kasnije mogao sam napraviti fraktalnu antenu. Napravili smo radnu skicu, ali mjerilo nije ispoštovano. Ne možemo jamčiti da su zvijezde točno ispale, Microsoft Paint nema velike mogućnosti za pravljenje točnih crteža. Samo pogledajte sliku da struktura fraktalne antene postane očigledna:

1. Smeđi pravokutnik 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 inča. Na frekvencijama nema potrebe postavljati čvrsti metalni lim, dovoljna je mreža sa stranom od četvrtine inča, ne zaboravite spojiti zaslon na pletenicu kabela.
2. Napojnik s karakterističnom impedancijom od 75 Ohma zahtijeva koordinaciju. Pronađite ili napravite transformator koji pretvara 300 ohma u 75 ohma. Bolje je nabaviti SWR mjerač i odabrati potrebne parametre ne dodirom, već pomoću uređaja.
3. Četiri zvjezdice, savijene od bakrene žice. Očistit ćemo izolaciju od laka na spoju s ulagačem (ako postoji). Unutarnji dovod antene sastoji se od dva paralelna komada žice. Dobro je staviti antenu u kutiju kako biste je zaštitili od lošeg vremena.

Sastavljanje fraktalne antene za digitalnu televiziju

Nakon čitanja ove recenzije do kraja, svatko može napraviti fraktalne antene. Toliko smo duboko ušli u dizajn da smo zaboravili govoriti o polarizaciji. Pretpostavljamo da je linearan i horizontalan. Ovo proizlazi iz razmatranja:

• Video je očito američkog podrijetla, razgovor je o HDTV-u. Stoga možemo usvojiti modu navedene zemlje.
• Kao što znate, nekoliko zemalja na planetu emitira sa satelita pomoću kružne polarizacije, među njima Ruska Federacija i Sjedinjene Države. Stoga vjerujemo da su druge tehnologije prijenosa informacija slične. Zašto? Bio je hladni rat, smatramo da su obje zemlje strateški birale što će i kako prenijeti, druge su zemlje polazile iz čisto praktičnih razloga. Kružna polarizacija uvedena je posebno za špijunske satelite (stalno se kreću u odnosu na promatrača). 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 čitateljima nema profesionalaca koji posjeduju MMANA - ako antena ne hvata u prihvaćenom položaju, zakrenite je za 90 stupnjeva u ravnini odašiljača. Polarizacija će se promijeniti u okomitu. 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 koristiti fraktalnu antenu. Nekoliko savjeta za jednostavno sastavljanje. Dakle, pokušajte pronaći žicu s lakiranom zaštitom. Savijte oblike kao što je prikazano na slici. Tada se dizajneri razilaze, preporučujemo da učinite ovo:

1. Skinite zvjezdice i napojne žice na mjestima spajanja. Pričvrstite napojne žice za ušice vijcima na podlogu u središnjim dijelovima. Da biste ispravno izvršili radnju, izmjerite jedan inč unaprijed i nacrtajte dvije paralelne crte olovkom. Uz njih bi trebale biti žice.
2. Lemite jednu strukturu, pažljivo provjeravajući udaljenosti. Autori videa preporučuju izradu emitera tako da zvijezde svojim uglovima leže ravno na hranilice, a suprotnim krajevima se oslanjaju na rub podloge (svaka na dva mjesta). Za približnu zvjezdicu, lokacije su označene plavom bojom.
3. Da biste ispunili uvjet, zategnite svaku zvijezdu na jednom mjestu vijkom s dielektričnom 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.

Kabel za napajanje vodi (opcionalno) sa stražnje strane. Izbušite rupe na mjestu. SWR se podešava promjenom udaljenosti između napojnih žica, ali u ovom dizajnu to je sadistička metoda. Preporučamo jednostavno mjerenje impedancije antene. Podsjetimo vas kako se to radi. Trebat će vam generator na frekvenciji programa koji gledate, npr. 500 MHz, a uz to i visokofrekventni voltmetar koji neće odustati od signala.

Zatim se mjeri napon koji proizvodi generator, za što se spaja na voltmetar (paralelno). Otporni razdjelnik sastavljamo od promjenjivog otpora s izrazito malom vlastitom induktivnošću i antene (spojimo ga u seriju nakon generatora, prvo otpor, zatim antenu). Mjerimo napon promjenjivog otpornika voltmetrom, dok istovremeno podešavamo nazivnu vrijednost dok očitanja generatora bez opterećenja (vidi gornju točku) ne postanu dvostruko veća od trenutnih. To znači da je vrijednost promjenjivog otpornika postala jednaka valnoj impedanciji antene na frekvenciji od 500 MHz.

Sada je moguće proizvesti transformator prema potrebi. Teško je pronaći ono što vam treba na internetu; za one koji vole pratiti radio emisije, pronašli smo gotov odgovor http://www.cqham.ru/tr.htm. Na web stranici je napisano i nacrtano kako uskladiti opterećenje s kabelom od 50 Ohma. Imajte na umu da frekvencije odgovaraju HF rasponu, SW se ovdje djelomično uklapa. Karakteristična impedancija antene održava se u rasponu od 50 – 200 Ohma. Teško je reći koliko će zvijezda dati. Ako na farmi imate uređaj za mjerenje valne impedancije voda, podsjetimo vas: ako je duljina fidera višekratnik četvrtine valne duljine, impedancija antene se prenosi na izlaz bez promjena. Za male i velike domete nemoguće je osigurati takve uvjete (sjetimo se da posebno fraktalne antene imaju i prošireni domet), ali za potrebe mjerenja navedena činjenica se svugdje koristi.

Sada čitatelji znaju sve o ovim nevjerojatnim primopredajnim uređajima. Takav neobičan oblik sugerira da se raznolikost Svemira ne uklapa u tipične granice.

Svijet nije bez dobrih ljudi :-)
Valery UR3CAH: "Dobar dan, Egore. Mislim da ovaj članak (odnosno odjeljak "Fraktalne antene: manje je više") odgovara temi vaše stranice i da će vas zanimati :) 73!"
Da, naravno da je zanimljivo. Ovu smo temu već donekle dotakli kada smo raspravljali o geometriji heksabima. I tu je bila dilema oko “pakiranja” električne duljine u geometrijske dimenzije :-). Pa hvala ti, Valery, puno što si poslao materijal.
Fraktalne antene: manje je više
Tijekom proteklih pola stoljeća život se ubrzano počeo mijenjati. Većina nas napredak moderne tehnologije uzima zdravo za gotovo. Vrlo brzo se navikneš na sve što čini život ugodnijim. Rijetko tko postavlja pitanje "Odakle ovo?" i "Kako to radi?" Mikrovalna grije doručak - odlično, pametni telefon vam daje priliku razgovarati s drugom osobom - odlično. Ovo nam se čini kao očita mogućnost.
Ali život je mogao biti sasvim drugačiji da čovjek nije tražio objašnjenje za događaje koji su se zbili. Uzmimo mobitele, na primjer. Sjećate se uvlačivih antena na prvim modelima? Smetali su, povećavali veličinu uređaja i na kraju se često kvarili. Vjerujemo da su zauvijek potonuli u zaborav, a dio razloga za to su... fraktali.
Fraktalni uzorci fasciniraju svojim uzorcima. Definitivno nalikuju slikama kozmičkih objekata - maglica, jata galaksija i tako dalje. Stoga je sasvim prirodno da je Mandelbrot, kada je iznio svoju teoriju fraktala, pobudio povećani interes među onima koji su proučavali astronomiju. Jedan od tih amatera po imenu Nathan Cohen, nakon slušanja predavanja 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 radioamater, Nathan je nastojao stvoriti antenu s najvećom mogućom osjetljivošću.
Jedini način poboljšanja parametara antene, koji je bio poznat u to vrijeme, bio je povećanje njezinih geometrijskih dimenzija. Međutim, vlasnik imanja u središtu Bostona koje je Nathan unajmio bio je kategorički protiv postavljanja velikih uređaja na krov. Zatim je Nathan počeo eksperimentirati s različitim oblicima antena, pokušavajući dobiti maksimalni rezultat uz minimalnu veličinu. Inspiriran idejom fraktalnih oblika, Cohen je, kako kažu, od žice nasumično napravio jedan od najpoznatijih fraktala - “Kochovu pahulju”. Švedski matematičar Helge von Koch osmislio je ovu krivulju još 1904. godine. Dobiva se dijeljenjem segmenta na tri dijela i zamjenom srednjeg segmenta s jednakostraničnim trokutom bez stranice koja se podudara s tim segmentom. Definicija je malo teška za razumijevanje, ali na slici je sve jasno i jednostavno.
Postoje i druge varijacije Kochove krivulje, ali približni oblik krivulje ostaje sličan.

Kada je Nathan spojio antenu na radio prijemnik, bio je vrlo iznenađen - osjetljivost se dramatično povećala. Nakon niza eksperimenata, budući profesor na bostonskom sveučilištu shvatio je da antena izrađena prema fraktalnom uzorku ima visoku učinkovitost i pokriva puno širi frekvencijski raspon u odnosu na klasična rješenja. Osim toga, oblik antene u obliku fraktalne krivulje omogućuje značajno smanjenje geometrijskih dimenzija. Nathan Cohen je čak došao do teorema koji dokazuje da je za stvaranje širokopojasne antene dovoljno dati joj oblik samoslične fraktalne krivulje.

Autor je svoje otkriće patentirao i osnovao tvrtku 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 se tako i dogodilo. Istina, do danas Nathan vodi pravnu bitku s velikim korporacijama koje nezakonito koriste njegovo otkriće za proizvodnju kompaktnih komunikacijskih uređaja. Neki poznati proizvođači mobilnih uređaja, poput Motorole, već su postigli prijateljski dogovor s izumiteljem fraktalne antene. Izvorni izvor

Kao što smo raspravljali u prethodnim člancima, otkriveno je da je učinkovitost fraktalnih antena približno 20% veća od konvencionalnih antena.Ovo može biti vrlo korisno za primjenu. Pogotovo ako želite da vlastita TV antena prihvati digitalni signal ili HD video, da povećate domet mobitela, Wi-Fibend, FM ili AM radio, i tako dalje.

Većina mobitela već ima ugrađene fraktalne antene. Ako ste primijetili u posljednjih nekoliko godina, mobiteli više nemaju antene izvana. To je zato što imaju unutarnje fraktalne antene urezane u tiskanu ploču, što im omogućuje bolji prijem i primanje više frekvencija kao što su Bluetooth, mobilni signal i Wi-Fi, sve s jedne antene u isto vrijeme!

Informacije iz Wikipedije: "Fraktalna antena značajno se razlikuje od tradicionalno dizajnirane antene po tome što može raditi s dobrim performansama na velikom broju frekvencija istovremeno. Tipično, standardne antene moraju biti "odrezane" na frekvenciji za koju će se koristiti Stoga, standardna antena dobro radi samo na ovoj frekvenciji, čineći fraktalne antene izvrsnim rješenjem za širokopojasne i višepojasne aplikacije.”

Trik je u tome da napravite vlastitu fraktalnu antenu koja će rezonirati na frekvenciji koju želite. To znači da će izgledati drugačije i može se drugačije izračunati ovisno o tome što želite postići. Malo matematike i postat će jasno kako to učiniti. (Možete se ograničiti na online kalkulator)

U našem primjeru napravit ćemo jednostavnu antenu, ali možete napraviti složenije antene. Što složenije to bolje. Kao primjer ćemo koristiti kalem pune žice promjera 18 koji je potreban za izradu antene, ali možete ići i dalje korištenjem vlastitih ploča za graviranje kako biste napravili manju ili složeniju antenu s većom rezolucijom i rezonancijom.

(kartica=TV antena)

U ovom vodiču pokušat ćemo stvoriti televizijsku antenu za digitalni signal ili signal visoke razlučivosti koji se prenosi putem radijskog kanala. S tim je frekvencijama lakše raditi, valne duljine na tim frekvencijama kreću se od pola stope do nekoliko metara za polovicu valne duljine signala. Za UHF (decitimeter wave) krugove, možete dodati usmjerivač (usmjerivač) ili reflektor (reflektor) što će učiniti antenu ovisnom o smjeru. VHF (ultra short wave) antene također ovise o smjeru, ali umjesto da budu usmjerene izravno prema TV postaji, "uši" VHF dipol antena moraju biti okomite na valnu duljinu TV postaje koja emitira signal.

Najprije pronađite frekvencije koje želite primati ili emitirati. Za TV, ovdje je poveznica na dijagram učestalosti: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

A za izračun veličine antene koristit ćemo online kalkulator: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Evo dobrog PDF-a o dizajnu i teoriji:preuzimanje datoteka

Kako pronaći valnu duljinu signala: valna duljina u stopama = (omjer brzine svjetlosti 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 započeti: (VHF/UHF dipolni niz s reflektorom koji dobro radi za široki frekvencijski raspon DB2):

(350 MHz je četvrtina vala od 8 inča - poluval od 16 inča, koji spada u ultravisoki frekvencijski raspon - između kanala 13 i 14, i koji je središnja frekvencija između VHF-UHF raspona radi boljeg rezonancija). Ovi se zahtjevi mogu modificirati kako bi bolje funkcionirali u vašem području, jer vaš distribucijski kanal može biti niži ili viši u grupi.

Na temelju materijala s donjih poveznica ( 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 omogućuju nam da budemo kompaktniji i fleksibilniji, a mi ćemo koristiti DB2 model, koji ima visok dobitak i već je prilično kompaktan i popularan za unutarnju i vanjsku instalaciju.

Osnovni troškovi (koštaju oko 15 USD):

1. Montažna površina kao što je plastično kućište (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 vijaka. Koristio sam samorezne vijke za čelik i lim.
3. Odgovarajući transformator 300 Ohm na 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Neka puna žica kalibra 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. Koaksijalni RG-6 s terminatorima - limiterima (i gumenim omotačem ako je postavljen izvana).
6. Aluminij kada se koristi reflektor.
7. Oštri marker ili sličan, po mogućnosti s finim vrhom.
8. Dva para malih kliješta - igala.
9. Vodilica je najmanje 8 inča.
10. Kutomjer za mjerenje kutova.
11. Svrdlo i svrdlo manjeg promjera od vaših vijaka.
12. Male štipaljke.
13. Odvijač ili odvijač.

NAPOMENA: HDTV/DTV uređivanje u PDF-u http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Prvi korak:

Sastavite kućište s reflektorom ispod plastičnog poklopca:

Drugi korak:

Izbušite male rupe s navojem na suprotnoj strani reflektora na sljedećim mjestima i postavite vodljivi vijak.

Treći korak:

Izrežite četiri komada pune žice od 8" i izložite je.

Četvrti korak:

Pomoću markera označite svaki centimetar na žici. (Ovo su mjesta gdje ćemo napraviti zavoje)

Peti korak:

Ovaj korak morate ponoviti za svaku žicu. Svaki zavoj na žici bit će jednak 60 stupnjeva, stvarajući tako fraktal. Nalik na jednakostranični trokut. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svaki zavoj bit će u usjeku od 1". Svakako predočite smjer svakog zavoja prije nego to učinite! Za pomoć upotrijebite dijagram u nastavku.

Šesti korak:

Odrežite još 2 komada žice duljine najmanje 6 cm i izložite ih. Savijte ove žice oko gornjeg i donjeg vijka i zavežite ih za središte vijka. Tako sva trojica dolaze u kontakt. Rezačima žice odvojite neželjene dijelove žice.

Sedmi korak:

Postavite i pričvrstite sve svoje fraktale s uglovima

Osmi korak:

Pričvrstite odgovarajući transformator kroz dva vijka u sredini i zategnite ih.

Spreman! Sada možete testirati svoj dizajn!

Kao što možete vidjeti na slici ispod, svaki put kada podijelite svaki dio i stvorite novi trokut s istom duljinom žice, on može stati u manji prostor, zauzimajući prostor u drugom smjeru.

Prijevod: Dmitrij Šahov

U nastavku možete pogledati video o izradi fraktalnih antena:

(kartica=Wi-Fi antena)

Prethodno sam čuo za fraktalne antene i nakon nekog vremena htio sam pokušati napraviti vlastitu fraktalnu antenu kako bih isprobao ovaj koncept, da tako kažem. Neke od prednosti fraktalnih antena opisanih u istraživačkim radovima o fraktalnim antenama su njihova sposobnost učinkovitog primanja višepojasnih RF signala dok su relativno male. Odlučio sam napraviti prototip fraktalne antene na temelju tepiha Sierpinski.

Dizajnirao sam svoju fraktalnu antenu da ima konektor kompatibilan s mojim ruter Linksys WRT54GS 802.11g. Antena ima niskoprofilni dizajn pojačanja i u preliminarnom testiranju na udaljenosti od 1/2 km od točke prekida WiFi veze s nekoliko stabala na putu, pokazala je prilično dobre rezultate i stabilnost signala.

Možete preuzeti PDF verziju Sierpinski tepih antenskog predloška koji sam koristio, kao i drugu dokumentaciju, s ovih poveznica:

Izrada prototipa

Ovo je fotografija s gotovim prototipom fraktalne antene:

Priključio sam Linksys WRT54GS RP-TNC - konektor na fraktalnu antenu za testiranje

Kad sam dizajnirao svoj prvi prototip fraktalne antene, bio sam zabrinut da bi postupak graviranja na PCB-u mogao izolirati trokute jedan od drugog, pa sam malo proširio veze između njih. Napomena: Budući da je konačni prijelaz tonera završio točnije nego što sam očekivao, sljedeća verzija prototipa fraktalne antene bit će prikazana s finim kontaktnim točkama između svake od fraktalnih iteracija trokuta Sierpinski. Važno je osigurati da elementi Sierpinski tepiha (trokutići) budu u kontaktu jedan s drugim, a spojne točke trebaju biti što tanje:

Dizajn antene otisnut je na laserskom pisaču Pulsar Pro FX. Ovaj mi je postupak omogućio kopiranje dizajna antene na PCB materijal obložen bakrom:

Laserski ispisana struktura antene zatim se prenosi na PCB bakreni lim toplinskim postupkom pomoću modificiranog laminatora:

Ovo je bakreni 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 tonera ili neravnomjerno zadebljanih premaza u prijenosu tonera:

Ovo je očišćena ploča s dizajnom antene. Ploča je spremna za jetkanje:

Ovdje sam maskirao stražnju stranu PCB-a pomoću električne trake:

Koristio sam izravnu metodu jetkanja željeznim kloridom za jetkanje ploče u 10 minuta. Metoda izravnog jetkanja provodi se pomoću spužve: potrebno je polako obrisati cijelu ploču željeznim kloridom. Zbog zdravstvenih opasnosti od korištenja željeznog klorida, nosio sam zaštitne naočale i rukavice:

Ovo je ploča nakon jetkanja:

Obrisao sam PCB tamponom umočenim u aceton kako bih uklonio slojeve za prijenos tonera. Koristio sam rukavice prilikom čišćenja jer će se aceton apsorbirati kroz tipične jednokratne rukavice od lateksa:

Probušio sam rupu za konektor antene pomoću bušilice i svrdla:

Za svoj prvi prototip koristio sam RP-TNC konektor sa standardne Linksys antene rutera:

Izbliza Linksys - kompatibilni RP-TNC antenski konektor:

Nanio sam malo vode na PCB na području lemljenja neposredno prije lemljenja:

Sljedeći korak je lemljenje žice od RP-TNC konektora na bazu Sierpinski antene na tiskanoj pločici:

Zalemite drugu žicu antenskog konektora na ravninu PCB ploče:

Antena je spremna za korištenje!

Prvo o čemu bih želio pisati je mali uvod u povijest, 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 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 duljinu ili povećala opseg (na unutarnjim područjima ili vanjskoj strukturi) materijala koji može primati ili odašiljati elektromagnetske signale unutar dane ukupne površine ili volumena .”

Što to točno znači? Pa, morate znati što je fraktal. Također iz Wikipedije:

"Fraktal je obično grubi ili fragmentirani 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 uvijek iznova ponavlja, bez obzira na veličinu pojedinih dijelova.

Utvrđeno je da su fraktalne antene približno 20% učinkovitije od konvencionalnih antena. Ovo može biti korisno posebno ako želite da vaša TV antena prima digitalni video ili video visoke razlučivosti, poveća domet mobilne mreže, Wi-Fi domet, FM ili AM radio prijem itd.

Većina mobitela već ima fraktalne antene. Možda ste to primijetili jer mobiteli više nemaju antene izvana. To je zato što unutar sebe imaju fraktalne antene urezane u tiskanu ploču, što im omogućuje da prime bolji signal i uhvate više frekvencija kao što su Bluetooth, mobilna mreža i Wi-Fi s jedne antene.

Wikipedia:

“Odziv fraktalne antene primjetno se razlikuje od tradicionalnog dizajna antene po tome što može raditi s dobrim performansama na različitim frekvencijama istovremeno. Frekvencija standardnih antena mora biti srezana da bi mogli primati samo tu frekvenciju. Stoga je fraktalna antena, za razliku od konvencionalne antene, izvrstan dizajn za širokopojasne i višepojasne aplikacije.”

Trik je u tome da svoju fraktalnu antenu dizajnirate tako da rezonira na određenoj središnjoj frekvenciji koju želite. To znači da će antena izgledati drugačije ovisno o tome što želite postići. Da biste to učinili, morate koristiti matematiku (ili online kalkulator).

U svom primjeru napravit ću jednostavnu antenu, ali vi možete napraviti složeniju. Što složenije to bolje. Koristit ću zavojnicu od 18-žilne pune jezgrene žice za izradu antene, ali možete prilagoditi svoje vlastite strujne ploče tako 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 razlučivosti. S tim je frekvencijama lakše raditi, a duljina im je u rasponu od oko 15 cm do 150 cm za polovicu valne duljine. Zbog jednostavnosti i niske cijene dijelova, postavit ću ga na običnu dipolnu antenu, uhvatit će valove u rasponu 136-174 MHz (VHF).

Za primanje UHF valova (400-512 MHz), možete dodati usmjerivač ili reflektor, ali to će učiniti prijam više ovisnim o smjeru antene. VHF je također usmjeren, ali umjesto usmjeravanja izravno na TV postaju u UHF instalaciji, morat ćete montirati VHF uši okomito na TV postaju. Ovo će zahtijevati malo više truda. Želim dizajn učiniti što jednostavnijim, jer ovo je već prilično složena stvar.

Glavne komponente:

• Montažna površina, poput plastičnog kućišta (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 vijaka. Koristio sam vijke za čelični lim
• Transformator s otporom od 300 Ohma do 75 Ohma.
• 18 AWG (0,8 mm) montažna žica
• RG-6 koaksijalni kabel s terminatorima (i s gumenim omotačem ako će instalacija biti na otvorenom)
• Aluminij kada se koristi reflektor. Bio je jedan u gornjem prilogu.
• Fini marker
• Dva para malih kliješta
• Ravnalo nije kraće od 20 cm.
• Transporter za mjerenje kutova
• Dva svrdla, jedno nešto manjeg promjera od vaših vijaka
• Mali rezač žice
• Odvijač ili odvijač

Napomena: Donji dio antene od aluminijske žice nalazi se na desnoj strani slike gdje transformator strši.

Korak 1: Dodavanje reflektora

Sastavite kućište s reflektorom ispod plastičnog poklopca

Korak 2: Bušenje rupa i postavljanje točaka za pričvršćivanje

Izbušite male izlazne rupe na suprotnoj strani reflektora na ovim mjestima i postavite vodljivi vijak.

Korak 3: Izmjerite, izrežite i skinite žice

Izrežite četiri komada žice od 20 cm i stavite ih na tijelo.

Korak 4: Mjerenje i označavanje žica

Markerom označite svaka 2,5 cm na žici (na tim mjestima će biti zavoja)

Korak 5: Stvaranje fraktala

Ovaj korak se mora ponoviti za svaki komad žice. Svaki zavoj treba biti točno 60 stupnjeva, budući da ćemo za fraktal praviti jednakostranične trokute. Koristio sam dva para kliješta i kutomjer. Svaki zavoj je napravljen na oznaci. Prije nego napravite nabore, zamislite smjer svakog od njih. Za to koristite priloženi dijagram.

Korak 6: Stvaranje dipola

Odrežite još dva komada žice duge najmanje 6 inča. Omotajte te žice oko gornjih i donjih vijaka duž duge strane, a zatim ih omotajte oko središnjih vijaka. Zatim odrežite višak duljine.

Korak 7: Ugradnja dipola i ugradnja transformatora

Pričvrstite svaki od fraktala na kutne vijke.

Pričvrstite transformator odgovarajuće impedancije na dva središnja vijka i zategnite ih.

Montaža završena! Provjerite i uživajte!

Korak 8: Više ponavljanja/eksperimenata

Napravio sam neke nove elemente pomoću papirnatog predloška iz GIMP-a. Koristio sam malu čvrstu telefonsku žicu. Bio je malen, jak i dovoljno savitljiv da se savio u složene oblike potrebne za središnju frekvenciju (554 MHz). Ovo je prosječni UHF digitalni signal za zemaljske TV kanale u mom području.

Fotografija u prilogu. Možda će biti teško vidjeti bakrene žice pri slabom svjetlu naspram kartona i trake na vrhu, ali shvaćate.

U ovoj veličini, elementi su prilično krhki, pa se s njima treba pažljivo rukovati.

Dodao sam i predložak u png formatu. Da biste ispisali veličinu koju želite, morat ćete je otvoriti u uređivaču fotografija kao što je GIMP. Predložak nije savršen jer sam ga napravio ručno pomoću miša, ali je dovoljno udoban za ljudske ruke.