Фрактальные антенны своими руками

Проектирование СШП шестиугольной фрактальной микрополосковой НЕантенны, или будь бдителен

Фрактальные антенны своими руками

В последние несколько лет я регулярно сталкиваюсь с задачами по разработке СШП (сверхширокополосных) СВЧ-модулей и функциональных узлов.

И как ни грустно мне об этом говорить, но почти всю информацию по теме я черпаю из зарубежных источников.

Однако некоторое время назад, в поисках нужной мне информации, я наткнулся на очень интересную статью, сулившую решение всех моих проблем. О том, как решения проблем не получилось, я и хочу рассказать.

Одной из постоянных «головных болей» в области разработки СШП СВЧ-устройств является разработка СШП-антенн, которые должны обладать набором определенных свойств. Среди этих свойств можно выделить следующие: 1. Согласование в рабочей полосе частот (например, от 1 до 4 ГГц). Однако бывает, когда согласоваться надо в диапазоне частот от 0,5 ГГц до 5 ГГц. И вот тут возникает проблема опуститься по частоте ниже 1 ГГц. У меня вообще сложилось впечатление, что частота 1 ГГц обладает какой-то мистической силой – к ней можно приблизиться, но очень сложно преодолеть, т.к. при этом нарушается другое требование, предъявляемое к антенне, а именно 2. Компактность. Ведь ни для кого не секрет, что сейчас мало кому нужна волноводная рупорная антенна огромадных размеров. Все хотят, чтобы антенна была маленькой, легкой и компактной, чтобы ее можно было засунуть в корпус портативного устройства. Но при компактификации антенны становится очень трудно соблюсти п. 1 требований, предъявляемых к антенне, т.к. минимальная частота рабочего диапазона тесно связана с максимальным габаритом антенны. Кто-то скажет, что можно делать антенну на диэлектрике с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости… И будет прав, но это противоречит следующему пункту нашего списка, который гласит, что 3. Антенна должна быть максимально дешевой и изготавливаться на основе самых доступных и недорогих материалов (например, FR-4). Потому как никто не захочет платить много-много денег за антенну, будь она даже трижды гениальной. Все хотят, чтобы стоимость антенны на этапе изготовления печатной платы стремилась к нулю. Ибо таков наш мир… 4. Есть еще одно требование, возникающее при решении различных задач, связанных, например, с локацией ближнего действия, а так же с созданием различных датчиков, применяющих СШП-технологию (тут надо уточнить, что речь идет о приложениях с малой мощностью, где каждый дБм на счету). И это требование гласит, что диаграмма направленности (ДН) проектируемой антенны должна формироваться только в одной полусфере. Для чего это нужно? Для того, чтобы антенна «светила» только в одном направлении, не рассеивая драгоценную мощность в «обратку». Так же это позволяет улучшить ряд показателей системы, в которой такая антенна применяется. Для чего я все это пишу..? Для того, чтобы пытливый читатель понял, что разработчик подобной антенны сталкивается с массой ограничений и запретов, которые ему нужно героически или остроумно преодолеть.

И вдруг, как откровение проявляется статья «UWB Hexagonal Fractal Microstrip Antenna Design», которая сулит решение всех вышеозначенных проблем (а так же и тех, которые упомянуты не были).

Прочтение этой статьи вызывает легкое чувство эйфории. Хотя с первого раза полного осознания написанного не происходит, но волшебное слово «fractal» звучит очень многообещающе, т.к.

евклидова геометрия свои аргументы уже исчерпала.

Беремся за дело смело и скармливаем структуру, предлагаемую автором статьи, симулятору. Симулятор утробно рычит кулером компьютера, пережевывая гигабайты цифр, и выплевывает переваренный результат… Глядя на результаты моделирования, чувствуешь себя маленьким обманутым мальчиком. Слезы наворачиваются на глаза, т.к. опять твои детские воздушные мечты натолкнулись на чугунную…реальность. Нет никакого согласования в диапазоне частот 0,1 ГГц – 24 ГГц. Даже в диапазоне 0,5 ГГц – 5 ГГц ничего похожего нет. Тут еще остается робкая надежда, что ты чего-то не понял, что-то сделал не так… Начинаются поиски точки включения, различные вариации с топологией, но все тщетно – она мертва!

Самое печальное в этой ситуации то, что до последнего момента ищешь причину неудачи в себе. Спасибо товарищам по цеху, которые объяснили, что все правильно – не должно оно работать.

P.S. Надеюсь, что мой пятничный пост вызвал у вас улыбку. Мораль же сего изложения такова – будь бдителен!

(А еще мне очень хотелось написать по этому поводу АНТИстатью, т.к. обманули).

Источник: https://habr.com/post/239989/

Делаем фрактальную антенну

Как мы рассматривали в предыдущих статьях – было установлено, что эффективность фрактальных антенн примерно на 20% больше, чем обычные антенны. Это может быть очень полезным для применения.

Особенно, если вы хотите, чтобы ваша собственная телевизионная антенна воспринимала цифровой сигнал или видео высокой четкости, для увеличения диапазона сотовых телефонов, Wi-Fi диапазона, FM или AM радиоприемника, и так далее.

Большинство сотовых телефонов уже имеют встроенные фрактальные антенны. Если вы заметили, в последние несколько лет, мобильные телефоны уже не имеют антенн на внешней стороне.

Обратите внимание

Это потому, что у них есть внутренние фрактальные антенны выгравированные на печатной плате, что позволяет им получить более качественный прием и воспринимать больше частот, таких как Bluetooth, сотовый сигнал и Wi-Fi все от одной антенны одновременно!

Информация  из Wikipedia: “Фрактальная антенна заметно отличается от антенны с традиционной конструкции, тем, что она может работать с хорошей  производительности на самых разных частотах одновременно.

Обычно стандартные антенны должны быть” вырезаны “на частоте, для которой они должны быть использоваться и, таким образом, стандартная антенна хорошо работает только на этой частоте.

Это делает фрактальные антенны отличным решением для широкополосных и многополосный приложений».

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

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

{tab=Телевизионная антенна}

В этом руководстве мы попробуем создать телевизионную антенну для цифрового сигнала или сигнала высокого разрешения передаваемого по радиоканалу. С этими частотами легче работать, длины волн на этих частотах составляют от половины фута до нескольких метров в длину для половины длины волны сигнала.

Для ДМВ (децитиметровые волны) схемы вы можете добавить директор (director) или отражатель (рефлектор) которые сделают антенну более зависящей  от направления.

Важно

УКВ (ультракороткие волны) антенны также зависит от направления, но, вместо того чтобы указывать непосредственно на ТВ станции, “уши” дипольных УКВ антенн, дожны быть перпендикулярны к волне телевизионной станции, передающей сигнал.

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

Также есть отличный сайт, чтобы помочь выбрать антенну, найти канал – направление по компасу, тип антенны (направленная / всенаправленный), номера каналов для цифровых и аналоговых, и так далее: http://antennaweb.org/

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

Вот хороший PDF по проектированию и теории: скачать

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

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

2) Коэффициент скорости света в метрах = 299792458

3) Коэффициент скорости света в дюймах = 11802852700

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

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

На основании материалов по нижеперечисленным ссылкам (http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/  http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ и http://current.org/ptv/ptv0821make.

pdf), только фрактальные конструкции позволяют быть более компактными  и гибкими и мы будем использовать DB2 модель, которая имеет высокий коэффициент усиления и уже довольно компактна  и популярной для внутренней и наружной установки.

Основные затраты  (стоило около $ 15):

Совет

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

Шаг первый:

Соберите корпус с отражателем под пластиковой крышкой:

Шаг второй:

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

Шаг третий:

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

Шаг четвертый:

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

Шаг пятый:

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

Шаг шестой:

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

Шаг седьмой:

Читайте также:  Термоусадочная трубка

Поместите  и заверните все ваши фракталы  углами в винты

Шаг восьмой:

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

Готово! Теперь вы можете проверить свою конструкцию!

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

Источник: http://www.ruckman.net/home/news-archives#FEATURED

Источник: https://m-rush.ru/theory/item/220-making-of-fract-antenns.html

Анатолий Беляев (aka Mr.ALB). Персональный сайт

По необходимости сделал фрактальную телевизионную антенну. Изделие оказалось очень хорошим, решил поделиться и с вами, вдруг пригодится. Описал её изготовление в небольшом занимательном рассказе.

Кто не знает что это такое и где используется, то могу сказать, что посмотрите видео фильмы про фракталы. А используются такие антенны в наше время повсеместно, к примеру, в каждом сотовом телефоне.

Итак, в конце 2013 года к нам зашли в гости тесть с тёщей, то да сё и тут тёща в преддверии праздника Нового года попросила у нас антенну для своего небольшого телевизора. Тесть смотрит телевизор через спутниковую тарелку и обычно что-то своё, а тёще захотело посмотреть новогодние программы спокойно не дёргая тестя.

Обратите внимание

Ок, отдали мы ей нашу рамочную антенну (квадрат 330х330 мм), через которую иногда смотрела телек жена.

А тут приближалось время открытия Зимней Олимпиады в Сочи и жена говорит: Сделай антенну.

Мне сделать очередную антенну проблем не составляет, только была бы цель и смысл. Пообещал сделать. И вот пришло время…

но мне подумалось, что лепить очередную рамочную антенну как-то скучновато, всё же 21 век на дворе и тут я вспомнил, что самое прогрессивное в построении антенн — это ЕН-антенны, HZ-антенны и фрактальные-антенны.

Прикинув, что более всего подходит к моему делу — остановился на фрактальной антенне. Благо про фракталы я фильмов всяких насмотрелся и фоток всяких с Интернета надёргал ещё давно. Вот и захотелось идею воплотить в материальную реальность.

Одно дело фотки, другое — конкретная реализация некоего устройства. Заморачиваться долго не стал и решил построить антенну по прямоугольному фракталу.

Достал медную проволоку где-то диаметром 1 мм, взял плоскогубцы и стал мастерить… первый проект был полномасштабный с использованием многих фракталов.

Делал, с непривычки, долго, холодными зимними вечерами в итоге сделал, приклеил всю фрактальную поверхность к ДВП с помощью жидкого полиэтелена, подпаял напрямую кабель, около 1 м длины, стал пробовать… Опа! А эта антенна принимала телеканалы гораздо чётче чем рамочная..

. порадовал меня такой результат, значит не зря корячился и натирал мозоли, пока гнул проволоку в фрактальную форму.

Важно

Прошла где-то неделя и возникла у меня идея, что по размерам новая антенна практически как и рамочная, особой выгоды нет, если не учитывать небольшое улучшение в приёме. И вот решил смонтировать новую фрактальную антенну, используя меньше фракталов, соответственно и по габаритам меньше.

Фрактальная антенна. Первый вариант

В субботу 08.02.2014 г. достал небольшой кусок медной проволоки, что осталась от первой фрактальной антенны и довольно быстро, около полу часа, смонтировал новую антенну…

Фрактальная антенна. Второй вариант

…потом подпаял кабель от первой и получилось уже законченное устройство. Фрактальная антенна. Второй вариант с кабелем

Приступил к проверке работоспособности…

Ух ты блин! Да эта ещё лучше работает и принимает в цвете аж 10 каналов, чего раньше нельзя было достигнуть с помощью рамочной антенны.

Выигрыш существенный! Если ещё обратить внимание, что условия приёма у меня совсем неважнецкие: второй этаж, наш дом полностью перекрыт от телецентра многоэтажками, никакой прямой видимости, то выигрыш впечатляет как по приёму, так и по размерам.

В Интернете есть фрактальные антенны выполненные травлением на фольгированном стеклотекстолите… думаю без разницы на чём делать, да и размеры слишком сильно не стоит точно соблюдать для телевизионной антенны, в пределах работы на коленке .

Фрактальная антенна из фольгированного текстолита Фрактальная антенна в сотовом телефоне

Ниже привожу видео про фрактальные антенны. Можете посмотреть и расширить свои познания в теме фрактальных антенн… про то, как они были открыты, и как они используются в современной технике.

2016-11-15

Кому понравилась идея, можете сами попробовать смастерить подобную антенну, мы же используем её с тех пор, как была Зимняя Олимпиада в Сочи 2014 г. .

Источник: http://mralb.ru/sections/material/science_technique/fractal_antenna.php

Самодельная фрактальная Wi-Fi антенна

Всем Привет! Продолжаем мастерить антенны для интернета. Не так давно, в одной из публикаций, я рассказывал о фрактальных антеннах, это была теория.

На западе давно уже практикуют подобные конструкции, я наслышан о чудесной работе таких антенн, об их эффективности, компактности и простоте. Эта тема меня всегда интересовала, хотелось самому собрать фрактальную антенну и проверить ее работу.

Недавно мне это удалось, и сегодня я хочу поделиться с вами одной конструкцией фрактальной Wi-Fi антенны, которую я собрал и проверил в действии.

Совет

Скажу сразу, антенна превзошла все ожидания, и хотя она получилась у меня с третьего раза, результат того стоил. Отличная работа на расстоянии 1000 м от точки доступа, думаю говорит о многом.

Как и все антенны о которых я стараюсь рассказать вам на моем блоге, эту антенну мы так же будем собирать своими руками, из подручных средств, не прикладывая больших усилий, и что самое главное денег.

Вся инструкция по изготовлению фрактальной Wi-Fi антенны будет проиллюстрирована фотографиями, сам процесс я подробно опишу, поэтому проблем возникнуть не должно, но появившиеся вопросы вы можете задавать в комментариях.

Основная часть процесса изготовления заключается в травлении платы с рисунком самоподобного треугольника, который наносится на пластину фольгированного текстолита, методом перевода с помощью специальной бумаги. У кого есть опыт в травлении плат, тому будет проще, для тех же, у кого этого опыта нет, не отчаивайтесь – это весьма не сложное занятие.

Все начинается с размеров, самое главное это соблюсти размеры, которые указаны на рисунке:

Рисунок скачиваем здесь: Fraktal’naya_wi-fi_antenna.pdf.

Если размеры рисунка не совпадают с теми, что я указал, их можно подкорректировать при помощи любого графического редактора, главное чтобы при распечатке пропорции были соблюдены.

Этот рисунок необходимо отобразить на текстолите, для этого его нужно распечатать на принтере. Я это делал при помощи обычного черно-белого лазерного принтера, только бумага для печати должна быть особенной.

Печатать нужно на подложке от самоклеящейся бумаги. Такую бумагу можно найти в канцелярских магазинах или как я нашел ее в магазине обоев, а именно это были самоклеящиеся обои цвета дерева, ими обычно столы обклеивают или другую мебель.

Обратите внимание

Нам понадобится не та сторона которую используют для обклейки, а обратная, которую обычно выбрасывают, эта бумага имеет специфическую глянцевую поверхность, свойства которой нам и понадобятся. Вырезаем бумагу под формат А4 или А5, что бы принтер прокрутил ее, и распечатываем на ней подготовленный для печати, с выдержанными размерами рисунок.

Перед печатью настраиваем принтер под максимальный расход тонера, что бы слой краски не был слишком тонким.

Далее, на заранее вырезанную пластину 2-х миллиметрового фольгированного стеклотекстолита, с помощью утюга, мы переводим рисунок нашей антенны.

Для этого, накладываем его на одну из фольгированных сторон пластины, заранее обезжиренную ацетоном или бензином, и разогретым утюгом, слегка надавив, водим по бумаге. Эта процедура занимает не более минуты, пластина должна хорошо прогреться.

После этого даем пластине остыть и плавно удаляем бумагу, рисунок  должен остаться на плате.

Травление платы.

Есть много разных способов травления плат, лично я предпочитаю травление в растворе хлорного железа. Хлорное железо можно купить там же где и текстолит, в любом радиотехническом магазине, или как я нашел его в строительном магазине, емкость 250 грамм мне досталась за 50 р.

Хлорное железо разводится в теплой, желательно кипяченой воде (50-60 0С) в пропорции 1:2, например я разводил 100 г. хлорного железа в 250 мл. воды (в стакане воды). Раствор можно приготовить в ненужной чистой пластиковой ёмкости.

Растворить порошок нужно хорошо, для этого в воду его нужно добавлять постепенно, постоянно помешивая.

Важно

В готовый теплый раствор, окунаем плату с рисунком, (предварительно защитив сторону без рисунка, если она не заклеена пленкой) и оставляем на некоторое время, у меня весь процесс травления занял 12 минут, чем свежее раствор, тем быстрее происходит травление. В процессе травления можно периодически покачивать плату в растворе при помощи пинцета, удаляя таким образом остатки разъеденной меди.

Протравленную плату следует промыть под струёй теплой воды, после чего удалить при помощи ацетона краску с меди, и защитную пленку или краску с обратной стороны платы. У вас должен получиться четкий рисунок самоподобного треугольника со всеми выдержанными размерами, все маленькие треугольники должны иметь контакт друг с другом.

Припаивание разъём.

Антенна практически готова, теперь нам нужно припаять подходящий разъём для согласования wi-fi антенны с устройством, если к антенне будет подведен обычный 50 Ом кабель, можно припаять коннектор BNC. Так как я проверял антенну с помощью ноутбука, я припаял ее с помощью тонкого кабеля RG-59 к адаптеру ноутбука.

Как паять видно на фото ниже, кабель лучше подвести с тыльной стороны платы, просверлив в ней отверстие. Центральная жила продевается в отверстие и припаивается к нижнему маленькому треугольничку, а оплетка кабеля паяется к не тронутой второй стороне текстолита.

Читайте также:  Гибкие вставки для вентилятора

Сам рисунок на плате можно залудить, для лучшего контакта всех фрактальных треугольников, но у меня отлично работал и не луженный экземпляр.

Теперь подробнее о результатах. Антенна тестировалась в стандарте 802.11g, но как мне известно, такие антенны отлично работают во всем районе 2.4 ГГц. В США и Южной Корее подобные антенны используют на базовых станциях беспроводных сетей LTI (4G).

Хочу проверить на 3G, размеры конечно нужно пересчитать. Для wi-fi антенна, именно я этими размерами работает просто отлично.

На расстоянии в 1 км ноутбук с такой антенной отлично подключается к точке доступа работающей в режиме «access point» и раздающей автоматически IP адреса, условия прямой видимости присутствуют частично, много помех в виде деревьев и зданий.

Совет

На точке доступа в качестве антенны используется MMDS зеркало с облучателем в фокусе, коэффициент усиления 24 Дб. На ноутбуке показывает «три палки», подключается без проблем. Ниже диаграмма RSSI.

В следующем месяце хочу собрать на таких антеннах «линк», и проверить дальность на прямой видимости. В качестве внутренней wi-fi антенны фрактальная антенна тоже работает отлично, пока не совсем понятна её работа, не ясна диаграмма направленности. Если кто-то знаком с подобными антеннами прошу отписаться в комментариях, на вопросы отвечу там же.

Источник: https://bloganten.ru/fraktalnaya-wifi-antenna/

Фрактальные антенны

Ответы на вопросы из форума, гостевой и почты.

 Мир не без добрых людей 🙂  
Валерий UR3CAH: “Добрый день, Егор. Я думаю данная статья (а именно раздел “Фрактальные антенны: лучше меньше, да лучше”)  соответствует тематики Вашего сайта и будет Вам интересна 🙂 А правда ли это? 73!”
Да, конечно интересна.

Мы в какой-то степени уже касались этой темы при обсуждении геометрии гексабимов. Там тоже была дилема с “уложением” электрической длины в геометрические размеры :-). Так что спасибо, Валерий, большое за присланный материал.

“Фрактальные антенны: лучше меньше, да лучше За последние полвека жизнь стремительно стала меняться. Большинство из нас принимает достижения современных технологий как должное. Ко всему, что делает жизнь более комфортной, привыкаешь очень быстро.

Редко кто задается вопросами «Откуда это взялось?» и «Как оно работает?». Микроволновая печь разогревает завтрак — ну и прекрасно, смартфон дает возможность поговорить с другим человеком — отлично. Это кажется нам очевидной возможностью.

        Но жизнь могла бы быть совершенно иной, если бы человек не искал объяснения происходящим событиям. Взять, например, сотовые телефоны. Помните выдвижные антенны на первых моделях? Они мешали, увеличивали размеры устройства, в конце концов, часто ломались. Полагаем, они навсегда канули в Лету, и отчасти виной тому… фракталы.

        Фрактальные рисунки завораживают своими узорами. Они определенно напоминают изображения космических объектов — туманностей, скопления галактик и так далее. Поэтому вполне закономерно, что, когда Мандельброт озвучил свою теорию фракталов, его исследования вызвали повышенный интерес у тех, кто занимался изучением астрономии.

Один из таких любителей по имени Натан Коэн (Nathan Cohen) после посещения лекции Бенуа Мандельброта в Будапеште загорелся идеей практического применения полученных знаний. Правда, сделал он это интуитивно, и не последнюю роль в его открытии сыграл случай.

Будучи радиолюбителем, Натан стремился создать антенну, обладающую как можно более высокой чувствительностью.    Единственный способ улучшить параметры антенны, который был известен на то время, заключался в увеличении ее геометрических размеров.

Однако владелец жилья в центре Бостона, которое арендовал Натан, был категорически против установки больших устройств на крыше. Тогда Натан стал экспериментировать с различными формами антенн, стараясь получить максимальный результат при минимальных размерах.

Обратите внимание

Загоревшись идеей фрактальных форм, Коэн, что называется, наобум сделал из проволоки один из самых известных фракталов — «снежинку Коха». Шведский математик Хельге фон Кох (Helge von Koch) придумал эту кривую еще в 1904 году.

Она получается путем деления отрезка на три части и замещения среднего сегмента равносторонним треугольником без стороны, совпадающей с этим сегментом. Определение немного сложное для восприятия, но на рисунке все ясно и просто. Существуют также другие разновидности «кривой Коха», но примерная форма кривой остается похожей.

    Когда Натан подключил антенну к радиоприемному устройству, он был очень удивлен — чувствительность резко увеличилась. После серии экспериментов будущий профессор Бостонского университета понял, что антенна, сделанная по фрактальному рисунку, имеет высокий КПД и покрывает гораздо более широкий частотный диапазон по сравнению с классическими решениями.

Кроме того, форма антенны в виде кривой фрактала позволяет существенно уменьшить геометрические размеры. Натан Коэн даже вывел теорему, доказывающую, что для создания широкополосной антенны достаточно придать ей форму самоподобной фрактальной кривой.


    Автор запатентовал свое открытие и основал фирму по разработке и проектированию фрактальных антенн Fractal Antenna Systems, справедливо полагая, что в будущем благодаря его открытию сотовые телефоны смогут избавиться от громоздких антенн и станут более компактными.  В принципе, так и произошло. Правда, и по сей день Натан ведет судебную тяжбу с крупными корпорациями, которые незаконно используют его открытие для производства компактных устройств связи. Некоторые известные производители мобильных устройств, как, например, Motorola, уже пришли к мирному соглашению с изобретателем фрактальной антенны.”    

При кажущейся “нереальной и фантастической” ситуация с приростом полезного сигнала абсолютно реальна и прагматична.  Не надо быть семи пядей во лбу чтобы догадатся откуда появляются лишние микровольты.

 При очень большом увеличении электрической длинны антенны все её ломанные участки располагаются в пространстве синфазно предыдущим.  А мы уже знаем откуда берётся усиление в многоэлементных антеннах: за счёт сложения в одном элементе энергии переизлучённой другими элементами.

Понятно, что в качестве направленных их использовать по той же причине 🙂 нельзя, но факт остаётся фактом: фрактальная антенна реально эффективнее прямого провода.

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

Источник: https://hammania.net/index.php/181-fraktalnye-antenny

Фрактальные антенны своими руками: применение и сборка

В математике фрактальными называются множества, состоящие из элементов, подобных множеству в целом. Лучший пример: если рассмотреть близко-близко линию эллипса, она станет прямой. Фрактал – сколько не приближай – картинка останется по-прежнему сложной и похожей на общий вид. Элементы расположены причудливым образом.

Следовательно, простейшим примером фрактала считаем концентрические окружности. Сколько ни приближай, появляются новые круги. Примеров фракталам множество. К примеру, в Википедии дан рисунок капусты Романеско, где кочан состоит из шишек, в точности напоминающих нарисованный кочан.

Теперь читатели понимают, что изготовить фрактальные антенны непросто. Зато интересно.

Важно

Назначение фрактальной антенны — поймать больше меньшими жертвами. В западных видео — возможно найти параболоид, где излучателем послужит отрезок фрактальной ленты. Там уже делают из фольги элементы устройств СВЧ, более эффективные, нежели обыкновенные.

Покажем, как сделать фрактальную антенну до конца, а согласованием занимайтесь наедине с КСВ метром. Упомянем, что имеется целый сайт, разумеется, зарубежный, где продвигают в коммерческих целях соответствующий продукт, чертежей нет.

Наша самодельная фрактальная антенна проще, главное достоинство — конструкцию удастся сделать собственными руками.

Первые фрактальные антенны — биконические — появились, если верить видео с сайта fractenna.com, в 1897 году Оливером Лоджем. Не ищите в Википедии.

В сравнении с обычным диполем пара треугольников вместо вибратора дает расширение полосы на 20%. Создавая периодические повторяющиеся структуры, удалось собрать миниатюрные антенны не хуже больших собратьев.

Часто встретите биконическую антенну в виде двух рамок или причудливой формы пластин.

В конечном итоге это позволит принимать больше телевизионных каналов.

Если набрать запрос на Ютуб, появляется видео по изготовлению фрактальных антенн. Лучше поймете, как устроено, если представите шестиконечную звезду израильского флага, у которой угол срезали вместе с плечами.

Получилось, три угла остались, у двух одна сторона на месте, второй нет. Шестой угол отсутствует вовсе. Теперь расположим две подобные звезды вертикально, центральными углами друг к другу, прорезями влево и вправо, над ними – аналогичную пару.

Получилась антенная решетка – простейшая фрактальная антенна.

Совет

Звезды за углы соединяются фидером. Попарно столбцами. Снимается сигнал с линии, ровно посередине каждого провода. Конструкция собирается на болты на диэлектрической (пластиковой) подложке соответствующего размера. Сторона звезды составляет ровно дюйм, расстояние между углами звезд по вертикали (длина фидера) четыре дюйма, по горизонтали (расстояние между двумя проводами фидера) – дюйм.

Звезды имеют при вершинах углы 60 градусов, теперь читатель нарисует подобное в виде шаблона, чтобы потом сделать фрактальную антенну самостоятельно. Сделали рабочий эскиз, масштаб не соблюден. Не ручаемся, что звезды вышли ровно, Microsoft Paint без больших возможностей для изготовления точных чертежей.

Хватит взглянуть на картинку, чтобы устройство фрактальной антенны стало очевидным:

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

Собираем фрактальную антенну для цифрового телевидения

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

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

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

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

Питающий кабель проходит (необязательно) с обратной стороны. Сверлите дыры по месту. Настройка КСВ ведется изменением расстояния между проводами фидера, но в данной конструкции это садистский метод.

Рекомендуем просто измерить волновое сопротивление антенны. Напомним, как это делается.

Понадобится генератор на частоту просматриваемой программы, к примеру, 500 МГц, дополнительно — высокочастотный вольтметр, который не спасует перед сигналом.

Потом измеряется напряжение, выдаваемое генератором, для чего он замыкается на вольтметр (параллельно).

Из переменного сопротивления с предельно меньшей собственной индуктивностью и антенны собираем резистивный делитель (подключаем последовательно вслед за генератором, сперва сопротивление, потом антенну).

Вольтметром измеряем напряжение переменного резистора, одновременно регулируя номинал, пока показания генератора без нагрузки (см. пунктом выше) не станут вдвое превышать текущие. Значит, номинал переменного резистора стал равен волновому сопротивлению антенны на частоте 500 МГц.

Теперь возможно изготовить трансформатор нужным образом. В сети сложно найти нужное, для любителей ловить радиовещание нашли готовый ответ http://www.cqham.ru/tr.htm. На сайте написано и нарисовано, как согласовать нагрузку с 50-Омным кабелем.

Обратите внимание

Обратите внимание, частоты соответствуют КВ диапазону, СВ умещается сюда частично. Волновое сопротивление антенны поддерживается в диапазоне 50 — 200 Ом. Сколько даст звезда, сказать сложно.

Если найдется в хозяйстве прибор для измерения волнового сопротивления линии, напомним: если длина фидера кратна четверти длины волны, сопротивление антенны передается на выход без изменений.

Для небольшого и большого диапазона подобные условия обеспечить невозможно (напомним, что в особенности фрактальных антенн входит и расширенный диапазон), но для целей измерений упомянутый факт используется повсеместно.

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

Источник: http://lyubimyj.ru/bytovaya-texnika/fraktalnye-antenny-svoimi-rukami-primenenie-i-sborka

Фрактальная антенна

Фрактальная антенна относится к области радиотехники, а именно, к радиолокации, и может найти применение в современных телекоммуникациях, шумовой радиолокации, нелинейной радиолокации, системах поиска, локализации и трассировки мобильных объектов, пеленгации в сложных городских условиях. Фрактальная антенна содержит фидер 1, согласующий элемент 2, излучатель 3, диэлектрическую подложку 4, металлический экран 5. Достигаемый технический результат заключается в увеличении полосы излучения путем суперпозиции поверхностных волн с различными фазовыми скоростями, а также лучшего согласования фрактальной антенны с окружающим пространством. Моделирование фрактальной антенны показало, что полоса излучения по уровню |S11|=-12дБ может быть увеличена в 5,33 раза при сохранении габаритных размеров.

Фрактальная антенна относится к области радиотехники, а именно, к радиолокации и может найти применение в современных телекоммуникациях, шумовой радиолокации, нелинейной радиолокации, системах поиска, локализации и трассировки мобильных объектов, пеленгации в сложных городских условиях.

Наиболее распространенной антенной является антенна, содержащая фидер, согласующий элемент и группу излучателей элементарной формы. Полоса излучения определяется ее конструкцией [статья « 60GHz patch antennas and arrays on LTCC with embedded- cavity substrates», A. E. I. Lamminen, J Saily: IEEE Trans.

Antennas Propag., vol.56, no.9, pp.2865-2874, sept. 2008]. При этом можно получить высокочастотное излучение с центральной частотой 56 ГГц.

Однако существенными недостатками являются узкая полоса излучения, равная 1,5 ГГц по уровню – 12 дБ коэффициента отражения |S11|, а также большие габаритные размеры антенны 35х35 мм.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является антенна, описанная в статье «Влияние протяженности границы излучения фрактальной микрополосковой антенны на ее характеристики.

часть I» СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2010 г Бабичев Д.А., Тупик В.А.

Прямоугольная микрополосковая антенна, описанная в статье, содержит фидер, согласующий элемент и излучатель прямоугольной формы, размерами 4,15х4,15 мм.

Недостатком данной антенны является узкая полоса частот излучения – 6,1 ГГц по уровню |S11| – 12 дБ.

Важно

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в разработке такой антенны, которая без увеличения ее габаритов позволяет существенно увеличить полосу частот излучения. Причем, предлагаемое решение может быть использовано и для широкополосных средств передачи информации.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой полезной модели так же, как и в известном решении, фрактальная антенна содержит фидер, согласующий элемент и излучатель.

Но, в отличие от известного, фронтальная сторона излучателя выполнена в форме меандра с равными сторонами, причем каждая из трех параллельных сторон выполнена также в форме меандра с равными сторонами, параллельные стороны которого также выполнены в форме меандра с равными сторонами.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении полосы излучения путем лучшего согласования фрактальной антенны с окружающим пространством. Моделирование фрактальной антенны показало, что полоса излучения по уровню |S11|=-12 дБ может достигать 32 ГГц с центральной частотой 60 ГГц, что больше, чем у прототипа в 5,33 раза.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, представленным на фиг.1.

Предлагаемая фрактальная антенна содержит фидер 1, согласующий элемент 2, излучатель 3, диэлектрическую подложку 4, металлический экран 5.

Рассмотрим пример выполнения фрактальной антенны.

Параметры антенны:

– диэлектрическая подложка, толщиной h1=1 мм, материал Rogers Ultralam, относительная диэлектрическая проницаемость =2,17, геометрические размеры 12х12 мм.;

– излучатель, согласующий элемент – пленка меди, толщиной h 2=5 мкм;

– ширина излучателя l=4,15 мм.;

– ширина согласующего элемента w=1.5 мм.;

– волновое сопротивление подводящего фидера Z=75 Ом.;

– металлический экран – медная пластина, толщиной

Процесс введения фрактальности в фронтальную сторону излучателя описывается следующими выражениями:

L2=L1+2/3L1=5/3L1

L3=L2+2/3L1=7/3L1

где LI, L2, L3 – длины фронтальной стороны излучателя соответственно на 1-ой, 2-ой и 3-ей итерациях. Схематично эти результаты этих итераций представлены на фиг.2, где 1, 2 и 3 – соответственно последовательно введенные фрактальности.

Совет

При каждой итерации фрактальность вводится только по горизонтальной оси. При каждом шаге длина кривой L увеличивается на 2/3.

Протяженность фронтальной границы излучателя в общем виде описывается выражением L=1+2(n-1)/3, где n – номер итерации.

Рассмотрим пример работы фрактальной антенны. От фидера электромагнитная волна передается через согласующий элемент на излучатель. Согласующий элемент выполнен в виде копланарной полосковой линии передачи, что обеспечивает хорошее согласование антенны с фидером в широкой полосе частот.

Далее электромагнитная волна передается от излучателя в окружающее пространство. Фрактальность фронтальной стороны позволяет получить высшие типы волн, образующие при суперпозиции широкополосное излучение.

Дополнительно фрактальность улучшает согласование излучателя антенны с окружающим пространством, что обеспечивает хорошую передачу полученной результирующей волны в окружающее пространство.

Принцип работы заключается в том, что за счет введения фрактальности в излучателе образуются несколько поверхностных типов волн, имеющих различные фазовые скорости.

Суперпозиция излучения поверхностных волн с различными фазовыми скоростями в дальней зоне приводит к формированию узкого направленного излучения с широким диапазоном частот.

Кроме того, введение фрактальности во фронтальную сторону излучателя обеспечивает более плавное согласование излучателя с окружающим пространством.

Обратите внимание

Фрактальная антенна, содержащая фидер, согласующей элемент, излучатель, отличающаяся тем, что фронтальная сторона излучателя выполнена в форме меандра с равными сторонами, причем каждая из трех параллельных сторон выполнена также в форме меандра с равными сторонами, параллельные стороны которого также выполнены в форме меандра с равными сторонами.

Источник: https://poleznayamodel.ru/model/12/125396.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector