Antena internă a unui telefon mobil și fractali. Antene fractale DIY

Antenele fractale de sârmă studiate în această teză au fost realizate prin îndoirea sârmei după un șablon de hârtie imprimat pe o imprimantă. Deoarece firul a fost îndoit manual cu ajutorul unei pensete, precizia de a face „îndoirea” antenei a fost de aproximativ 0,5 mm. Prin urmare, cele mai simple forme geometrice fractale au fost luate pentru cercetare: curba Koch și „salt bipolar” Minkowski.

Se știe că fractalii fac posibilă reducerea dimensiunii antenelor, în timp ce dimensiunile unei antene fractale sunt comparate cu dimensiunile unui dipol liniar simetric cu jumătate de undă. În cercetările ulterioare ale tezei, antenele fractale cu sârmă vor fi comparate cu un dipol liniar cu /4-brațe egal cu 78 mm cu o frecvență de rezonanță de 900 MHz.

Antene fractale cu fir bazate pe curba Koch

Lucrarea oferă formule pentru calcularea antenelor fractale pe baza curbei Koch (Figura 24).

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

Figura 24 - Curba Koch a diferitelor iterații n

Dimensiune D fractalul Koch generalizat se calculează prin formula:

Dacă înlocuim unghiul de îndoire standard al curbei Koch = 60 în formula (35), obținem D = 1,262.

Dependența primei frecvențe de rezonanță a dipolului Koch f K din dimensiunea fractală D, numere de iterație nși frecvența de rezonanță a unui dipol drept f D de aceeași înălțime ca și linia întreruptă Koch (în punctele extreme) este determinată de formula:

Pentru Figura 24, b la n= 1 și D= 1,262 din formula (36) obținem:

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

Pentru Figura 24, c cu n = 2 și D = 1,262 din formula (36) obținem:

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

Formulele (37) și (38) ne permit să rezolvăm problema inversă - dacă dorim ca antenele fractale să funcționeze la o frecvență f K = 900 MHz, atunci dipolii drepti trebuie să funcționeze la următoarele frecvențe:

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

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

Folosind graficul din Figura 22, determinăm lungimile brațelor /4 ale unui dipol rectiliniu. Acestea vor fi egale cu 63,5 mm (pentru 1102 MHz) și 55 mm (pentru 1293 MHz).

Astfel, s-au realizat 4 antene fractale pe baza curbei Koch: două cu dimensiuni cu 4 brațe de 78 mm, și două cu dimensiuni mai mici. Figurile 25-28 prezintă imagini ale ecranului RK2-47, din care frecvențele de rezonanță pot fi determinate experimental.

Tabelul 2 rezumă datele calculate și experimentale, din care reiese clar că frecvențele teoretice f T diferă de cele experimentale f E nu mai mult de 4-9%, iar acesta este un rezultat destul de bun.

Figura 25 - Ecran RK2-47 la măsurarea unei antene cu o curbă Koch de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 78 mm. Frecventa de rezonanta 767 MHz

Figura 26 - Ecran RK2-47 la măsurarea unei antene cu o curbă Koch de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 63,5 mm. Frecventa de rezonanta 945 MHz

Figura 27 - Ecran RK2-47 la măsurarea unei antene cu o curbă Koch de iterație n = 2 cu /4-brațe egal cu 78 mm. Frecventa de rezonanta 658 MHz

Figura 28 - Ecran RK2-47 la măsurarea unei antene cu o curbă Koch de iterație n = 2 cu /4-brațe egale cu 55 mm. Frecventa de rezonanta 980 MHz

Tabelul 2 - Comparația frecvențelor de rezonanță fE calculate (teoretice) și experimentale ale antenelor fractale pe baza curbei Koch

Antene fractale cu fir bazate pe un „salt bipolar”. Model direcțional

Liniile fractale de tip „salt bipolar” sunt descrise în lucrare, cu toate acestea, în lucrare nu sunt date formule pentru calcularea frecvenței de rezonanță în funcție de dimensiunea antenei. Prin urmare, s-a decis să se determine experimental frecvențele de rezonanță. Pentru liniile fractale simple din prima iterație (Figura 29, b), au fost realizate 4 antene - cu o lungime de /4-braț egală cu 78 mm, cu jumătate din lungime și două lungimi intermediare. Pentru liniile fractale dificil de fabricat din a 2-a iterație (Figura 29, c), au fost fabricate 2 antene cu lungimi de 4 brațe de 78 și 39 mm.

Figura 30 prezintă toate antenele fractale fabricate. Figura 31 arată aspectul configurației experimentale cu antena fractală „salt bipolar” de a doua iterație. Figurile 32-37 arată determinarea experimentală a frecvenţelor de rezonanţă.

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

Figura 29 - Curba Minkowski „salt bipolar” a diferitelor iterații n

Figura 30 - Aspectul tuturor antenelor fractale de sârmă fabricate (diametre de sârmă 1 și 0,7 mm)

Figura 31 - Configurare experimentală: VSWR panoramic și contor de atenuare RK2-47 cu o antenă fractală de tip „salt bipolar”, a 2-a iterație

Figura 32 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 78 mm.

Frecventa de rezonanta 553 MHz

Figura 33 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 58,5 mm.

Frecventa de rezonanta 722 MHz

Figura 34 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 48 mm. Frecventa de rezonanta 1012 MHz

Figura 35 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 1 cu /4-brațe egal cu 39 mm. Frecventa de rezonanta 1200 MHz

Figura 36 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 2 cu /4-brațe egal cu 78 mm.

Prima frecvență de rezonanță este de 445 MHz, a doua este de 1143 MHz

Figura 37 - Ecran RK2-47 când se măsoară o antenă „salt bipolar” de iterație n = 2 cu /4-brațe egal cu 39 mm.

Frecventa de rezonanta 954 MHz

După cum au arătat studiile experimentale, dacă luăm un dipol liniar cu jumătate de undă simetric și o antenă fractală de aceeași lungime (Figura 38), atunci antenele fractale de tip „salt bipolar” vor funcționa la o frecvență mai mică (cu 50 și 61). %), iar antenele fractale sub forma unei curbe Koch funcționează la frecvențe cu 73 și 85% mai mici decât cele ale unui dipol liniar. Prin urmare, într-adevăr, antenele fractale pot fi realizate în dimensiuni mai mici. Figura 39 prezintă dimensiunile antenelor fractale pentru aceleași frecvențe de rezonanță (900-1000 MHz) în comparație cu brațul unui dipol convențional cu semi-undă.

Figura 38 - Antene „convenționale” și fractale de aceeași lungime

Figura 39 - Dimensiunile antenei pentru aceleași frecvențe de rezonanță

5. Măsurarea modelelor de radiație ale antenelor fractale

Modelele de radiație ale antenei sunt de obicei măsurate în camere „anecoice”, ai căror pereți absorb radiația incidentă asupra lor. În această teză, măsurătorile au fost efectuate într-un laborator obișnuit al Facultății de Fizică și Tehnologie, iar semnalul reflectat din carcasele metalice ale instrumentelor și suporturilor de fier a introdus unele erori în măsurători.

Generatorul propriu al VSWR panoramic și contorul de atenuare RK2-47 a fost folosit ca sursă a semnalului cu microunde. Un contor de nivel al câmpului electromagnetic ATT-2592 a fost folosit ca receptor de radiație de la antena fractală, permițând să se facă măsurători în intervalul de frecvență de la 50 MHz la 3,5 GHz.

Măsurătorile preliminare au arătat că modelul de radiație al unui dipol liniar simetric cu jumătate de undă distorsionează semnificativ radiația din exteriorul cablului coaxial, care a fost conectat direct (fără dispozitive potrivite) la dipol. Una dintre modalitățile de a suprima radiația liniei de transmisie este utilizarea unui monopol în loc de dipol împreună cu patru „contragreutăți” reciproc perpendiculare /4 care joacă rolul de „sol” (Figura 40).

Figura 40 - /4 antenă monopol și fractal cu „contragreutăți”

Figurile 41 - 45 arată modelele de radiație măsurate experimental ale antenelor studiate cu „contragreutăți” (frecvența de rezonanță a radiației practic nu se modifică la trecerea de la un dipol la un monopol). Măsurătorile densității fluxului de putere a radiației cu microunde în microwați pe metru pătrat au fost efectuate în planurile orizontale și verticale la intervale de 10. Măsurătorile au fost efectuate în zona „departe” a antenei la o distanță de 2.

Prima antenă care a fost studiată a fost un vibrator rectiliniu /4. Din diagrama de radiație a acestei antene este clar (Figura 41) că aceasta diferă de cea teoretică. Acest lucru se datorează erorilor de măsurare.

Erorile de măsurare pentru toate antenele studiate pot fi după cum urmează:

Reflectarea radiațiilor de la obiectele metalice din interiorul laboratorului;

Lipsa perpendicularității reciproce stricte între antenă și contragreutăți;

Suprimarea necompletă a radiațiilor din carcasa exterioară a cablului coaxial;

Citirea incorectă a valorilor unghiulare;

„Tirecționare” inexactă a contorului ATT-2592 la antenă;

Interferențe de la telefoanele mobile.

În matematică, fractalii sunt mulțimi formate din elemente similare mulțimii ca întreg. Cel mai bun exemplu: dacă te uiți cu atenție la linia unei elipse, aceasta va deveni dreaptă. Un fractal – indiferent cât de aproape ai mări – imaginea va rămâne complexă și similară cu vederea generală. Elementele sunt aranjate într-un mod bizar. În consecință, considerăm cercurile concentrice ca fiind cel mai simplu exemplu de fractal. Indiferent cât de aproape te-ai apropia, apar cercuri noi. Există multe exemple de fractali. De exemplu, Wikipedia oferă un desen cu varza Romanesco, unde capul de varză este format din conuri care seamănă exact cu capul de varză desenat. Cititorii înțeleg acum că realizarea de antene fractale nu este ușoară. Dar este interesant.

De ce sunt necesare antene fractale?

Scopul unei antene fractale este de a prinde mai mult cu mai puțin. În videoclipurile occidentale, este posibil să găsiți un paraboloid, unde emițătorul va fi o bucată de bandă fractală. Ei fac deja elemente ale dispozitivelor cu microunde din folie care sunt mai eficiente decât cele obișnuite. Vă vom arăta cum să finalizați o antenă fractală și să vă ocupați singur de potrivirea cu contorul SWR. Să menționăm că există un întreg site, străin desigur, în care produsul corespunzător este promovat în scop comercial nu există desene; Antena noastră fractală de casă este mai simplă, principalul avantaj este că puteți realiza designul cu propriile mâini.

Primele antene fractale – biconice – au apărut, conform unui videoclip de pe site-ul fractenna.com, în 1897 de Oliver Lodge. Nu te uita pe Wikipedia. În comparație cu un dipol convențional, o pereche de triunghiuri în loc de un vibrator oferă o extindere a benzii de 20%. Prin crearea unor structuri periodice care se repetă, a fost posibilă asamblarea antenelor miniaturale nu mai proaste decât omologii lor mai mari. Veți găsi adesea o antenă biconică sub formă de două rame sau plăci cu forme ciudate.

În cele din urmă, acest lucru va permite recepționarea mai multor canale de televiziune.

Dacă introduceți o solicitare pe YouTube, apare un videoclip despre realizarea antenelor fractale. Veți înțelege mai bine cum funcționează dacă vă imaginați steaua cu șase colțuri a drapelului israelian, al cărui colț a fost tăiat împreună cu umerii. S-a dovedit că au rămas trei colțuri, două aveau o latură pe loc, cealaltă nu. Al șaselea colț este complet absent. Acum vom plasa două stele similare pe verticală, cu unghiuri centrale unul față de celălalt, fante la stânga și la dreapta, iar deasupra lor - o pereche similară. Rezultatul a fost o matrice de antene - cea mai simplă antenă fractală.

Stelele sunt conectate la colțuri printr-un alimentator. În perechi pe coloane. Semnalul este preluat de pe linie, exact în mijlocul fiecărui fir. Structura este asamblată cu șuruburi pe un substrat dielectric (plastic) de dimensiunea corespunzătoare. Partea stelei este exact un inch, distanța dintre colțurile stelelor pe verticală (lungimea alimentatorului) este de patru inci, iar distanța orizontală (distanța dintre cele două fire ale alimentatorului) este un inch. Stelele au unghiuri de 60 de grade la vârfurile lor, acum cititorul va desena ceva asemănător sub formă de șablon, pentru ca ulterior să poată realiza el însuși o antenă fractală. Am făcut o schiță de lucru, dar scara nu a fost îndeplinită. Nu putem garanta că stelele au ieșit exact, Microsoft Paint nu are capacități mari de a realiza desene precise. Uită-te la imagine pentru ca structura antenei fractale să devină evidentă:

1. Dreptunghiul maro arată substratul dielectric. Antena fractală prezentată în figură are un model de radiație simetric. Dacă emițătorul este protejat de interferențe, ecranul este plasat pe patru stâlpi în spatele substratului, la o distanță de un inch. La frecvențe nu este nevoie să plasați o foaie solidă de metal, va fi suficientă o plasă cu o latură de un sfert de inch, nu uitați să conectați ecranul la împletitura cablului.
2. Un alimentator cu o impedanță caracteristică de 75 ohmi necesită coordonare. Găsiți sau creați un transformator care transformă 300 ohmi la 75 ohmi. Este mai bine să vă aprovizionați cu un contor SWR și să selectați parametrii necesari nu prin atingere, ci folosind dispozitivul.
3. Patru stele, îndoiți din sârmă de cupru. Vom curăța izolația cu lac la joncțiunea cu alimentatorul (dacă există). Alimentarea internă a antenei constă din două bucăți paralele de sârmă. Este o idee bună să plasați antena într-o cutie pentru a o proteja de vreme rea.

Asamblarea unei antene fractale pentru televiziune digitală

După ce a citit această recenzie până la sfârșit, oricine poate face antene fractale. Am intrat atât de adânc în design, încât am uitat să vorbim despre polarizare. Presupunem că este liniară și orizontală. Aceasta decurge din considerente:

• Videoclipul este evident de origine americană, conversația este despre HDTV. Prin urmare, putem adopta moda țării specificate.
• După cum știți, puține țări de pe planetă transmit de la sateliți folosind polarizare circulară, printre care Federația Rusă și Statele Unite. Prin urmare, credem că alte tehnologii de transmitere a informațiilor sunt similare. De ce? A fost un Război Rece, credem că ambele țări au ales strategic ce și cum să transfere, alte țări au pornit din considerente pur practice. Polarizarea circulară a fost introdusă special pentru sateliții spion (în mișcare constantă în raport cu observatorul). Prin urmare, există motive să credem că există asemănări în televiziunea și radiodifuziunea.
• Structura antenei spune că este liniară. Pur și simplu nu există unde să obțineți polarizare circulară sau eliptică. Prin urmare - dacă printre cititorii noștri nu există profesioniști care dețin MMANA - dacă antena nu se prinde în poziția acceptată, rotiți cu 90 de grade în planul emițătorului. Polarizarea se va schimba în verticală. Apropo, mulți vor putea prinde FM dacă dimensiunile sunt setate de 4 ori mai mari. Este mai bine să luați un fir mai gros (de exemplu, 10 mm).

Sperăm că le-am explicat cititorilor cum să folosești o antenă fractală. Câteva sfaturi pentru o asamblare ușoară. Deci, încercați să găsiți sârmă cu protecție lăcuită. Îndoiți formele așa cum se arată în imagine. Atunci designerii diverg, vă recomandăm să faceți acest lucru:

1. Dezlipiți stelele și firele de alimentare în punctele de joncțiune. Fixați firele de alimentare de urechi cu șuruburi pe suportul din părțile din mijloc. Pentru a efectua acțiunea corect, măsurați un centimetru în avans și trageți două linii paralele cu un creion. Ar trebui să existe fire de-a lungul lor.
2. Lipiți o singură structură, verificând cu atenție distanțele. Autorii videoclipului recomandă realizarea emițătorului astfel încât stelele să se așeze plat pe alimentatoare cu colțurile lor și să se odihnească cu capetele opuse pe marginea substratului (fiecare în două locuri). Pentru o stea aproximativă, locațiile sunt marcate cu albastru.
3. Pentru a îndeplini condiția, strângeți fiecare stea într-un singur loc cu un șurub cu o clemă dielectrică (de exemplu, fire PVA din cambric și altele asemenea). În figură, locațiile de montare sunt afișate cu roșu pentru o stea. Șurubul este desenat schematic cu un cerc.

Cablul de alimentare trece (opțional) din spate. Faceți găuri în loc. SWR este ajustat prin modificarea distanței dintre firele de alimentare, dar în acest design aceasta este o metodă sadică. Vă recomandăm să măsurați pur și simplu impedanța antenei. Să vă reamintim cum se face acest lucru. Veți avea nevoie de un generator la frecvența programului pe care îl vizionați, de exemplu, 500 MHz și, în plus, de un voltmetru de înaltă frecvență care nu va renunța la semnal.

Apoi se măsoară tensiunea produsă de generator, pentru care acesta este conectat la un voltmetru (în paralel). Asamblam un divizor rezistiv dintr-o rezistenta variabila cu o autoinductanta extrem de mai mica si o antena (o conectam in serie dupa generator, mai intai rezistenta, apoi antena). Măsurăm tensiunea rezistenței variabile cu un voltmetru, în timp ce ajustăm simultan valoarea până când citirile generatorului fără sarcină (vezi punctul de mai sus) devin de două ori mai mari decât cele curente. Aceasta înseamnă că valoarea rezistenței variabile a devenit egală cu impedanța undei a antenei la o frecvență de 500 MHz.

Acum este posibil să fabricați transformatorul după cum este necesar. Este dificil să găsești ceea ce ai nevoie pe Internet pentru cei cărora le place să prindă emisiuni radio, am găsit un răspuns gata http://www.cqham.ru/tr.htm. Este scris și desenat pe site cum să potriviți sarcina cu un cablu de 50 ohmi. Vă rugăm să rețineți că frecvențele corespund domeniului HF, SW se potrivește parțial aici. Impedanța caracteristică a antenei este menținută în intervalul 50 – 200 Ohmi. Este greu de spus cât de mult va oferi vedeta. Dacă aveți în ferma dumneavoastră un dispozitiv pentru măsurarea impedanței de undă a unei linii, permiteți-ne să vă reamintim: dacă lungimea alimentatorului este un multiplu al unui sfert din lungimea de undă, impedanța antenei este transmisă la ieșire fără modificări. Este imposibil să se asigure astfel de condiții pentru o rază mică și mare (rețineți că gama extinsă este inclusă și în caracteristicile antenelor fractale), dar în scopuri de măsurare faptul menționat este folosit peste tot.

Acum, cititorii știu totul despre aceste dispozitive uimitoare transceiver. O astfel de formă neobișnuită sugerează că diversitatea Universului nu se încadrează în limitele tipice.

Lumea nu este lipsită de oameni buni :-)
Valery UR3CAH: "Bună ziua, Egor. Cred că acest articol (și anume secțiunea "Antene fractale: mai puțin este mai mult") corespunde tematicii site-ului dvs. și vă va interesa:) 73!"
Da, desigur, este interesant. Am atins deja acest subiect într-o oarecare măsură când discutăm despre geometria hexabimurilor. Și acolo a fost o dilemă cu „împachetarea” lungimii electrice în dimensiuni geometrice :-). Deci, mulțumesc, Valery, pentru că ai trimis materialul.
Antene fractale: mai puțin înseamnă mai mult
În ultima jumătate de secol, viața a început să se schimbe rapid. Majoritatea dintre noi considerăm progresele tehnologiei moderne de la sine înțeles. Te obișnuiești foarte repede cu tot ceea ce face viața mai confortabilă. Rareori cineva pune întrebările „De unde a venit asta?” și „Cum funcționează?” Un cuptor cu microunde încălzește micul dejun - grozav, un smartphone vă oferă posibilitatea de a vorbi cu o altă persoană - grozav. Aceasta ni se pare o posibilitate evidentă.
Dar viața ar fi putut fi complet diferită dacă o persoană nu ar fi căutat o explicație pentru evenimentele care au loc. Luați telefoanele mobile, de exemplu. Îți amintești de antenele retractabile de pe primele modele? Au intervenit, au mărit dimensiunea dispozitivului și, în cele din urmă, s-au rupt adesea. Credem că s-au scufundat în uitare pentru totdeauna și o parte din motivul acestui lucru sunt... fractalii.
Modelele fractale fascinează cu modelele lor. Cu siguranță seamănă cu imagini ale obiectelor cosmice - nebuloase, grupuri de galaxii și așa mai departe. Prin urmare, este destul de firesc ca atunci când Mandelbrot și-a exprimat teoria fractalilor, cercetările sale au trezit un interes sporit în rândul celor care au studiat astronomia. Unul dintre acești amatori pe nume Nathan Cohen, după ce a participat la o prelegere a lui Benoit Mandelbrot la Budapesta, a fost inspirat de ideea aplicării practice a cunoștințelor dobândite. Adevărat, a făcut acest lucru intuitiv, iar întâmplarea a jucat un rol important în descoperirea sa. Ca radioamator, Nathan a căutat să creeze o antenă cu cea mai mare sensibilitate posibilă.
Singura modalitate de a îmbunătăți parametrii antenei, care era cunoscută la acea vreme, era creșterea dimensiunilor geometrice ale acesteia. Cu toate acestea, proprietarul proprietății din centrul orașului Boston pe care Nathan a închiriat-o era categoric împotriva instalării de dispozitive mari pe acoperiș. Apoi Nathan a început să experimenteze cu diferite forme de antene, încercând să obțină rezultatul maxim cu dimensiunea minimă. Inspirat de ideea formelor fractale, Cohen, după cum se spune, a făcut aleatoriu unul dintre cei mai faimoși fractali din sârmă - „fulgul de zăpadă Koch”. Matematicianul suedez Helge von Koch a venit cu această curbă în 1904. Se obține prin împărțirea unui segment în trei părți și înlocuirea segmentului din mijloc cu un triunghi echilateral fără ca o latură să coincidă cu acest segment. Definiția este puțin greu de înțeles, dar în figură totul este clar și simplu.
Există și alte variații ale curbei Koch, dar forma aproximativă a curbei rămâne similară.

Când Nathan a conectat antena la receptorul radio, a fost foarte surprins - sensibilitatea a crescut dramatic. După o serie de experimente, viitorul profesor de la Universitatea din Boston și-a dat seama că o antenă realizată după un model fractal are o eficiență ridicată și acoperă o gamă de frecvență mult mai largă în comparație cu soluțiile clasice. În plus, forma antenei sub forma unei curbe fractale face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor geometrice. Nathan Cohen a venit chiar cu o teoremă care să demonstreze că pentru a crea o antenă de bandă largă, este suficient să-i dea forma unei curbe fractale auto-similare.

Autorul și-a patentat descoperirea și a înființat o companie de dezvoltare și proiectare de antene fractale, Fractal Antenna Systems, crezând pe bună dreptate că în viitor, datorită descoperirii sale, telefoanele mobile vor putea scăpa de antenele voluminoase și vor deveni mai compacte. În principiu, asta s-a întâmplat. Adevărat, până astăzi Nathan este angajat într-o bătălie juridică cu mari corporații care folosesc ilegal descoperirea sa pentru a produce dispozitive de comunicații compacte. Unii producători cunoscuți de dispozitive mobile, precum Motorola, au ajuns deja la un acord amiabil cu inventatorul antenei fractale. Sursa originală

După cum am discutat în articolele anterioare, sa constatat că eficiența antenelor fractale este cu aproximativ 20% mai mare decât a antenelor convenționale.Acest lucru poate fi foarte util de aplicat. Mai ales dacă doriți ca propria antenă TV să accepte semnal digital sau video HD, să mărească gama de telefoane mobile, Wi-Fibandă, radio FM sau AM și așa mai departe.

Majoritatea telefoanelor mobile au deja antene fractale încorporate. Daca ati observat in ultimii ani, telefoanele mobile nu mai au antene la exterior. Acest lucru se datorează faptului că au antene fractale interne gravate în placa de circuit, ceea ce le permite să obțină o recepție mai bună și să capteze mai multe frecvențe, cum ar fi Bluetooth, semnal celular și Wi-Fi, toate de la o antenă în același timp!

Informații de la Wikipedia: „O antenă fractală diferă semnificativ de o antenă proiectată în mod tradițional prin faptul că poate funcționa cu performanțe bune la o mare varietate de frecvențe simultan. De obicei, antenele standard trebuie „tăiate” la frecvența pentru care urmează să fie utilizate. Astfel, o antenă standard funcționează bine doar la această frecvență, făcând antenele fractale o soluție excelentă pentru aplicații cu bandă largă și multibandă.”

Trucul este să-ți creezi propria antenă fractală care va rezona la frecvența dorită. Aceasta înseamnă că va arăta diferit și poate fi calculat diferit în funcție de ceea ce doriți să realizați. Un pic de matematică și va deveni clar cum să faci asta. (Puteți să vă limitați la un calculator online)

În exemplul nostru, vom face o antenă simplă, dar puteți face antene mai complexe. Cu cât este mai complex, cu atât mai bine. Vom folosi o bobină de sârmă solidă de calibrul 18 necesară pentru a construi antena ca exemplu, dar puteți merge mai departe folosind propriile plăci de gravare pentru a realiza o antenă mai mică sau mai complexă, cu rezoluție și rezonanță mai mari.

(filă=antenă TV)

În acest tutorial vom încerca să creăm o antenă de televiziune pentru un semnal digital sau de înaltă rezoluție transmis pe un canal radio. Aceste frecvențe sunt mai ușor de lucrat, lungimile de undă la aceste frecvențe variază de la jumătate de picior la câțiva metri lungime pentru jumătate din lungimea de undă a semnalului. Pentru circuitele UHF (undă decitimetru), puteți adăuga un director (director) sau un reflector (reflector) care va face antena mai dependentă de direcție. Antenele VHF (unde ultrascurte) depind, de asemenea, de direcție, dar în loc să îndrepte direct către postul TV, „urechile” antenelor dipol VHF trebuie să fie perpendiculare pe lungimea de undă a postului TV care transmite semnalul.

Mai întâi, găsiți frecvențele pe care doriți să le primiți sau să le difuzați. Pentru TV, iată un link către diagrama de frecvență: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

Și pentru a calcula dimensiunea antenei vom folosi un calculator online: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

Iată un PDF bun despre design și teorie:Descarca

Cum să găsiți lungimea de undă a unui semnal: lungimea de undă în picioare = (raportul vitezei luminii în picioare) / (frecvența în herți)

1) Coeficientul vitezei luminii în picioare = +983571056.43045

2) Coeficientul vitezei luminii în metri = 299792458

3) Coeficientul vitezei luminii în inci = 11802852700

De unde să începem: (matrice de dipol VHF/UHF cu reflector care funcționează bine pentru gama largă de frecvență a DB2):

(350 MHz este un sfert dintr-o undă de 8 inchi - o jumătate de undă de 16 inci, care se încadrează în intervalul de frecvență ultra-înaltă - între canalele 13 și 14 și care este frecvența centrală între gama VHF-UHF pentru mai bine rezonanţă). Aceste cerințe pot fi modificate pentru a funcționa mai bine în zona dvs., deoarece canalul dvs. de distribuție poate fi mai scăzut sau mai ridicat în grup.

Pe baza materialelor din linkurile de mai jos ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ și http://current .org/ptv/ptv0821make.pdf) , doar modelele fractale vă permit să fiți mai compact și mai flexibil și vom folosi modelul DB2, care are un câștig mare și este deja destul de compact și popular pentru instalarea în interior și exterior.

Costuri de bază (cost aproximativ 15 USD):

1. Suprafață de montare, cum ar fi carcasa din plastic (8"x6"x3"). http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062285
2. 6 șuruburi. Am folosit șuruburi autofiletante pentru oțel și tablă.
3. Transformator potrivit de la 300 Ohm la 75 Ohm. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062049
4. Un fir solid de calibrul 18. http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036274
5. RG-6 coaxial cu terminatoare - limitatoare (și o manta de cauciuc dacă este instalată în exterior).
6. Aluminiu atunci când utilizați un reflector.
7. Un sharpie sau echivalent, de preferință cu vârf fin.
8. Două perechi de clești mici - ace.
9. Ghidul are cel puțin 8 inci.
10. Raportor pentru măsurarea unghiurilor.
11. Un burghiu și un burghiu care este mai mic în diametru decât șuruburile tale.
12. Cleste mici.
13. Șurubelniță sau șurubelniță.

NOTĂ: editarea HDTV/DTV în PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

Primul pas:

Asamblați carcasa cu reflectorul sub capacul din plastic:

Pasul doi:

Faceți găuri mici filetate pe partea opusă a reflectorului în următoarele poziții și plasați un șurub conductiv.

Pasul trei:

Tăiați patru bucăți de 8" de sârmă solidă și expuneți-le.

Pasul patru:

Folosind un marker, marcați fiecare centimetru de pe fir. (Acestea sunt locurile în care vom face curbe)

Pasul cinci:

Trebuie să repetați acest pas pentru fiecare fir. Fiecare îndoire a firului va fi egală cu 60 de grade, creând astfel un fractal. Seamănă cu un triunghi echilateral. Am folosit două perechi de clești și un raportor. Fiecare cotitură va fi la 1" crestătură. Asigurați-vă că vizualizați direcția fiecărei viraj înainte de a face acest lucru! Folosiți diagrama de mai jos pentru ajutor.

Pasul șase:

Tăiați încă 2 bucăți de sârmă de cel puțin 6 cm lungime și expuneți-le. Îndoiți aceste fire în jurul șuruburilor de sus și de jos și legați-le de centrul șurubului. Astfel, toți trei vin în contact. Utilizați tăietoare de sârmă pentru a tăia părțile nedorite ale sârmei.

Pasul șapte:

Așezați și înșurubați toți fractalii dvs. cu colțuri

Pasul opt:

Atașați transformatorul potrivit prin cele două șuruburi din centru și strângeți-le.

Gata! Acum îți poți testa designul!

După cum puteți vedea în fotografia de mai jos, de fiecare dată când împărțiți fiecare secțiune și creați un nou triunghi cu aceeași lungime de sârmă, acesta se poate încadra într-un spațiu mai mic, ocupând spațiu într-o direcție diferită.

Traducere: Dmitri Şahhov

Mai jos puteți viziona un videoclip despre crearea antenelor fractale:

(filă=antenă Wi-Fi)

Auzisem anterior despre antene fractale și după un timp am vrut să încerc să-mi fac propria antenă fractală pentru a încerca acest concept, ca să spun așa. Unele dintre avantajele antenelor fractale descrise în lucrările de cercetare privind antenele fractale sunt capacitatea lor de a recepționa eficient semnale RF multi-bandă, în timp ce sunt relativ mici. Am decis să creez un prototip de antenă fractală bazată pe covorul Sierpinski.

Mi-am proiectat antena fractală pentru a avea un conector compatibil cu a mea router Linksys WRT54GS 802.11g. Antena are un design de câștig cu profil redus și la testarea preliminară la o distanță de 1/2 km de un punct de întrerupere WiFi Link cu mai mulți arbori în cale, a arătat rezultate destul de bune și stabilitate a semnalului.

Puteți descărca o versiune PDF a șablonului de antenă de covor Sierpinski pe care l-am folosit, precum și altă documentație, de la aceste link-uri:

Realizarea unui prototip

Aceasta este o fotografie cu un prototip gata făcut al unei antene fractale:

Am atașat conectorul Linksys WRT54GS RP-TNC - la antena fractală pentru testare

Când proiectam primul meu prototip de antenă fractală, eram îngrijorat că procesul de gravare pe PCB ar putea izola triunghiurile unul de celălalt, așa că am extins puțin conexiunile dintre ele. Notă: Deoarece tranziția finală a tonerului s-a terminat mai precis decât mă așteptam, următoarea versiune a prototipului de antenă fractală va fi redată cu puncte de contact fine între fiecare dintre iterațiile fractale ale triunghiului Sierpinski. Este important să vă asigurați că elementele covorului Sierpinski (triunghiuri) sunt în contact unele cu altele și că punctele de legătură trebuie să fie cât mai subțiri posibil:

Designul antenei a fost imprimat pe o imprimantă laser Pulsar Pro FX. Acest proces mi-a permis să copiez designul antenei pe material PCB placat cu cupru:

Structura antenei imprimată cu laser este apoi transferată pe foaia de cupru PCB printr-un proces termic folosind un laminator modificat:

Acesta este materialul PCB de cupru după primul pas al procesului de transfer al tonerului:

Următorul pas necesar a fost utilizarea laminatorului Pulsar Pro FX „Green TRF Foil” pe PCB. Folia verde este folosită pentru a umple orice goluri de toner sau acoperiri neuniform îngroșate în transferul de toner:

Aceasta este o placă curățată cu design de antenă. Placa este gata pentru gravare:

Aici am mascat partea din spate a PCB-ului folosind bandă electrică:

Am folosit metoda de gravare directă cu clorură ferică pentru a grava placa în 10 minute. Metoda de gravare directă se efectuează folosind un burete: este necesar să ștergeți lent întreaga placă cu clorură ferică. Din cauza pericolelor pentru sănătate ale utilizării clorurii ferice, am purtat ochelari de protecție și mănuși:

Aceasta este placa după gravare:

Am șters PCB-ul cu un tampon înmuiat în acetonă pentru a îndepărta straturile de transfer de toner. Am folosit mănuși la curățare, deoarece acetona va fi absorbită prin mănuși tipice de unică folosință din latex:

Am găurit gaura pentru conectorul antenei folosind un burghiu și un burghiu:

Pentru primul meu prototip am folosit conectorul RP-TNC de la antenele standard de router Linksys:

Prim-plan cu Linksys - conector de antenă compatibil RP-TNC:

Am aplicat puțină apă pe PCB în zona de lipit chiar înainte de lipire:

Următorul pas este să lipiți firul de la conectorul RP-TNC la baza antenei Sierpinski de pe placa de circuit imprimat:

Lipiți al doilea fir al conectorului antenei pe planul plăcii PCB:

Antena este gata de utilizare!

Primul lucru despre care aș dori să scriu este o mică introducere în istoria, teoria și utilizarea antenelor fractale. Recent au fost descoperite antene fractale. Ele au fost inventate pentru prima dată de Nathan Cohen în 1988, apoi și-a publicat cercetările despre cum să facă o antenă TV din fir și a brevetat-o ​​în 1995.

Antena fractală are câteva caracteristici unice, așa cum este scris pe Wikipedia:

„O antenă fractală este o antenă care utilizează un design fractal, care se repetă automat pentru a maximiza lungimea sau a mări perimetrul (pe zonele interne sau pe structura externă) a unui material care poate primi sau transmite semnale electromagnetice într-o anumită suprafață totală sau volum. .”

Ce înseamnă mai exact asta? Ei bine, trebuie să știi ce este un fractal. Tot de pe Wikipedia:

„Un fractal este de obicei o formă geometrică grosieră sau fragmentată care poate fi împărțită în părți, fiecare parte fiind o copie mai mică a întregului – o proprietate numită auto-asemănare.”

Astfel, un fractal este o formă geometrică care se repetă din nou și din nou, indiferent de dimensiunea părților individuale.

S-a descoperit că antenele fractale sunt cu aproximativ 20% mai eficiente decât antenele convenționale. Acest lucru poate fi util mai ales dacă doriți ca antena dvs. TV să primească video digital sau de înaltă definiție, să mărească raza celulară, raza Wi-Fi, recepția radio FM sau AM etc.

Majoritatea telefoanelor mobile au deja antene fractale. Poate ați observat acest lucru deoarece telefoanele mobile nu mai au antene la exterior. Acest lucru se datorează faptului că au în interior antene fractale gravate în placa de circuit, permițându-le să primească un semnal mai bun și să capteze mai multe frecvențe precum Bluetooth, Cellular și Wi-Fi de la o singură antenă.

Wikipedia:

„Răspunsul antenei fractale este considerabil diferit de modelele tradiționale de antenă prin faptul că este capabilă să funcționeze cu performanțe bune la frecvențe diferite simultan. Frecvența antenelor standard trebuie tăiată pentru a putea recepționa doar acea frecvență. Prin urmare, o antenă fractală, spre deosebire de antena convențională, este un design excelent pentru aplicații de bandă largă și multi-bandă.”

Trucul este să vă proiectați antena fractală pentru a rezona la frecvența centrală specifică pe care o doriți. Aceasta înseamnă că antena va arăta diferit în funcție de ceea ce doriți să realizați. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați matematica (sau un calculator online).

În exemplul meu, voi face o antenă simplă, dar puteți face una mai complexă. Cu cât este mai complex, cu atât mai bine. Voi folosi o bobină de sârmă solidă cu 18 fire pentru a face antena, dar vă puteți personaliza propriile plăci de circuite pentru a se potrivi cu estetica dvs., o face mai mică sau mai complexă, cu rezoluție și rezonanță mai mari.

Am de gând să fac o antenă TV pentru a recepționa TV digital sau TV de înaltă definiție. Aceste frecvențe sunt mai ușor de lucrat și variază în lungime de la aproximativ 15 cm până la 150 cm pentru jumătate de lungime de undă. Pentru simplitate și cost redus al pieselor, o voi plasa pe o antenă dipol comună, va prinde unde în intervalul 136-174 MHz (VHF).

Pentru a recepționa unde UHF (400-512 MHz), puteți adăuga un director sau reflector, dar acest lucru va face recepția mai dependentă de direcția antenei. VHF este, de asemenea, direcțional, dar în loc să îndreptați direct către postul TV într-o instalație UHF, va trebui să montați urechile VHF perpendicular pe postul TV. Acest lucru va necesita un pic mai mult efort. Vreau să fac designul cât mai simplu posibil, pentru că acesta este deja un lucru destul de complex.

Componentele principale:

• Suprafață de montare, cum ar fi o carcasă din plastic (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 șuruburi. Am folosit șuruburi pentru tablă de oțel
• Transformator cu rezistență de la 300 Ohm la 75 Ohm.
• Sârmă de montare 18 AWG (0,8 mm).
• Cablu coaxial RG-6 cu terminatoare (și cu manta de cauciuc dacă instalarea va fi în aer liber)
• Aluminiu atunci când utilizați un reflector. A fost unul în atașamentul de mai sus.
• Marker fin
• Două perechi de clești mici
• Rigla nu este mai scurtă de 20 cm.
• Transportor pentru măsurarea unghiurilor
• Două burghie, una puțin mai mică în diametru decât șuruburile tale
• Cuțit mic de sârmă
• Șurubelniță sau șurubelniță

Notă: Partea de jos a antenei din sârmă de aluminiu se află în partea dreaptă a imaginii, unde iese transformatorul.

Pasul 1: Adăugarea unui reflector

Asamblați carcasa cu reflectorul sub capacul din plastic

Pasul 2: Forarea găurilor și instalarea punctelor de montare

Găuriți mici găuri de ieșire pe partea opusă a reflectorului în aceste poziții și plasați un șurub conductiv.

Pasul 3: Măsurați, tăiați și îndepărtați firele

Tăiați patru bucăți de sârmă de 20 cm și așezați-le pe corp.

Pasul 4: Măsurarea și marcarea firelor

Folosind un marker, marcați la fiecare 2,5 cm pe fir (vor fi îndoituri în aceste puncte)

Pasul 5: Crearea fractalilor

Acest pas trebuie repetat pentru fiecare bucată de sârmă. Fiecare îndoire ar trebui să aibă exact 60 de grade, deoarece vom face triunghiuri echilaterale pentru fractal. Am folosit două perechi de clești și un raportor. Fiecare îndoire este făcută pe un semn. Înainte de a face pliuri, vizualizați direcția fiecăruia dintre ele. Vă rugăm să utilizați diagrama atașată pentru aceasta.

Pasul 6: Crearea dipolilor

Tăiați încă două bucăți de sârmă care au cel puțin 6 inci lungime Înfășurați aceste fire în jurul șuruburilor de sus și de jos de-a lungul părții lungi, apoi înfășurați-le în jurul șuruburilor centrale. Apoi tăiați lungimea în exces.

Pasul 7: Instalarea dipolilor și instalarea transformatorului

Fixați fiecare dintre fractali pe șuruburile de colț.

Atașați un transformator cu impedanța corespunzătoare la cele două șuruburi centrale și strângeți-le.

Asamblare finalizată! Verificați-l și bucurați-vă!

Pasul 8: Mai multe iterații/experimente

Am realizat câteva elemente noi folosind un șablon de hârtie de la GIMP. Am folosit un mic fir telefonic solid. Era mic, puternic și suficient de flexibil pentru a se îndoi în formele complexe necesare pentru frecvența centrală (554 MHz). Acesta este semnalul digital mediu UHF pentru canalele TV terestre din zona mea.

Fotografie atașată. Poate fi dificil să vezi firele de cupru la lumină slabă pe carton și cu bandă de deasupra, dar ai înțeles ideea.

La această dimensiune, elementele sunt destul de fragile, așa că trebuie manipulate cu grijă.

Am adăugat și un șablon în format png. Pentru a imprima dimensiunea dorită, va trebui să o deschideți într-un editor foto precum GIMP. Șablonul nu este perfect pentru că l-am făcut manual folosind un mouse, dar este suficient de confortabil pentru mâinile omului.