Fraktál antennát készítünk. Fraktál ultraszéles sávú antenna kör alakú monopóluson A fraktálantennák gyártásának nyomtatott képe

Aki nem tudja, mi ez és hol használják, azt mondhatom, hogy nézzen meg videofilmeket a fraktálokról. És az ilyen antennákat korunkban mindenhol használják, például minden mobiltelefonban.

Szóval 2013 végén bejött hozzánk apósom és anyósom, ezt-azt, és itt kért tőlünk az anyós a szilveszteri ünnep előestéjén, hogy egy antennát a kis tévéjéhez. Az após végig nézi a tévét parabolaantennaés általában valami saját, de az anyós nyugodtan akarta nézni az újévi programokat anélkül, hogy megrángatta volna az apósát.

Rendben, odaadtuk neki a hurokantennánkat (négyzet 330x330 mm), amelyen keresztül a feleségem néha tévét nézett.

És akkor közeledett a szocsi téli olimpia nyitánya, és a feleség azt mondta: Készítsen antennát.

Nem probléma, hogy csináljak egy másik antennát, csak célja és értelme lenne. Megígérte, hogy megteszi. És most eljött az idő... de azt hittem, hogy egy újabb hurokantennát faragni valahogy unalmas, mégis a 21. század az udvaron van, aztán eszembe jutott, hogy az antennák építésében a legfejlettebbek az EH antennák, a HZ antennák és a fraktálantennák. . Miután felmértem, mi a legmegfelelőbb az esetemben, egy fraktálantenna mellett döntöttem. Szerencsére eleget láttam mindenféle fraktálokról szóló filmet, és már régen lehúztam mindenféle képet az internetről. Tehát az ötletet anyagi valósággá akartam lefordítani.

A képek egy dolog, egy eszköz konkrét megvalósítása más. Sokáig nem zavartattam magam, és úgy döntöttem, hogy egy téglalap alakú fraktál mentén építek egy antennát.

Kivettem egy körülbelül 1 mm átmérőjű rézhuzalt, fogót vettem és elkezdtem bütykölni... az első projekt teljes körű volt, sok fraktál felhasználásával. Megszokásból, sokáig csináltam, hideg téli estéken, ennek eredményeként megcsináltam, a teljes fraktál felületet a farostlemezre ragasztottam folyékony polietilénnel, közvetlenül forrasztottam a kábelt, kb 1 m hosszú, elkezdtem próbálkozni. ... Hoppá! Ez az antenna pedig sokkal tisztábban vette a tévécsatornákat, mint a keretes... Örültem egy ilyen eredménynek, ami azt jelenti, hogy nem hiába vergettem és dörzsöltem a tyúkszemet, miközben a vezetéket fraktál alakúra hajlítottam.

Körülbelül egy hét telt el és eszembe jutott, hogy az új antenna mérete majdnem megegyezik a keretantennával, nincs különösebb előnye, ha nem számolunk egy kis vételi javulással. Ezért úgy döntöttem, hogy felszerelek egy új fraktálantennát, kevesebb fraktál felhasználásával és kisebb méretű.

2014.08.02-án szombaton kivettem egy kis darabot rézdrót, ami az első fraktálantennából megmaradt és elég gyorsan, úgy fél óra alatt új antennát szerelt...

Aztán az elsőről leforrasztottam a kábelt és kész készülék lett belőle. fraktál antenna. Második verzió kábellel

Elkezdődött a teljesítmény ellenőrzése ... Wow! Igen, ez még jobban működik, és akár 10 színes csatornát is fogad, amit korábban hurokantennával nem lehetett elérni. A győzelem jelentős! Ha arra is figyelsz, hogy a vételkörülményeim teljesen lényegtelenek: a második emeletet, a házunkat teljesen elzárják a televízióközponttól toronyházak, nincs közvetlen rálátás, akkor a nyereség mind a tekintetben lenyűgöző. fogadás és méret.

Az interneten vannak olyan fraktál antennák, amelyek fóliával bevont üvegszálra maratással készültek... Szerintem nem mindegy, hogy mit csináljunk, és a méreteket sem kell szigorúan betartani televíziós antenna, belül a munka a térd .

A matematikában a halmazokat fraktáloknak nevezik, amelyek a halmaz egészéhez hasonló elemekből állnak. A legjobb példa: ha alaposan megnézzük az ellipszis vonalát, egyenes vonallá válik. Fraktál - bármilyen közel is - a kép összetett és hasonló marad általános forma. Az elemek bizarr módon vannak elrendezve. Ezért a koncentrikus köröket tekintjük a fraktál legegyszerűbb példájának. Nem számít, milyen közel van, új körök jelennek meg. Sok példa van a fraktálokra. Például a Wikipédia ad egy képet a romanesco káposztáról, ahol a káposztafej tobozokból áll, pontosan hasonlít egy festett káposztafejre. Az olvasók most már megértik, hogy nem könnyű fraktálantennákat készíteni. De érdekes.

Miért van szükség fraktálantennákra?

A fraktálantenna célja, hogy kevesebb áldozattal többet fogjon meg. A nyugati videókban - lehet találni egy paraboloidot, ahol egy fraktálszalag szegmense kibocsátóként fog szolgálni. Már fóliából készítik a mikrohullámú készülékek elemeit, hatékonyabbak, mint a hagyományosak. Megmutatjuk, hogyan készítsünk fraktálantennát a végére, és egy SWR-mérővel egyedül kezeljük a koordinációt. Megemlítjük, hogy van egy egész oldal, természetesen külföldi, ahol a megfelelő terméket reklámozzák kereskedelmi céllal, rajzok nincsenek. Házi készítésű fraktálantennánk egyszerűbb, fő előnye, hogy saját kezűleg is elkészítheti a dizájnt.

Az első - bikónikus - fraktálantennák a fractenna.com webhelyről származó videó szerint 1897-ben jelentek meg Oliver Lodge által. Ne keress a Wikipédiában. A hagyományos dipólushoz képest a vibrátor helyett egy háromszögpár 20%-os sávhosszabbítást ad. Periodikusan ismétlődő struktúrák létrehozásával lehetőség nyílt miniatűr antennák összeállítására, amelyek nem rosszabbak, mint a nagy társaik. Gyakran talál egy bikónikus antennát két keret vagy furcsa alakú lemez formájában.

Ez idővel több TV-csatorna vételét teszi lehetővé.

Ha beír egy kérést a YouTube-on, megjelenik egy videó a fraktálantennák gyártásáról. Jobban megérti, hogyan működik, ha elképzeli az izraeli zászló hatágú csillagát, amelyben a sarkot a vállával együtt levágták. Kiderült, hogy három sarok maradt, kettőnek az egyik oldala a helyén volt, a másodikon nem. A hatodik sarok teljesen hiányzik. Most helyezzünk el két hasonló csillagot függőlegesen, egymáshoz képest középső szögekkel, résekkel balra és jobbra, föléjük - egy hasonló pár. Kiderült antenna tömb a legegyszerűbb fraktálantenna.

A sarkok körüli csillagokat egy adagoló köti össze. Páronkénti oszlopok. A jelet a vonalról veszik, pontosan az egyes vezetékek közepén. A szerkezetet csavarokra szerelik fel megfelelő méretű dielektromos (műanyag) hordozóra. A csillag oldala pontosan egy hüvelyk, a csillagok sarkai közötti távolság függőlegesen (az adagoló hossza) négy hüvelyk, vízszintesen (az adagoló két vezetéke közötti távolság) egy hüvelyk. A csillagok csúcsaiban 60 fokos szögek vannak, most egy hasonlót rajzol az olvasó sablon formájában, hogy később önállóan készíthessen fraktálantennát. Készítettünk egy munkavázlatot, a léptéket nem tartják be. Nem tudjuk garantálni, hogy a csillagok pontosan jöttek ki, a Microsoft Paint nagy lehetőségek nélkül a pontos rajzok készítésére. Elég ránézni a képre, hogy nyilvánvalóvá váljon a fraktálantenna eszköze:

1. A barna téglalap a dielektromos hordozót mutatja. Az ábrán látható fraktálantenna szimmetrikus sugárzási mintázatú. Ha védi az adót az interferencia ellen, a képernyő négy oszlopra kerül a hordozó mögött, egy hüvelyk távolságra. Frekvenciákon nem kell tömör fémlapot elhelyezni, elég egy negyed hüvelykes háló, ne felejtsük el az árnyékolást a kábelköpenyhez csatlakoztatni.
2. A 75 ohm karakterisztikus impedanciájú adagoló jóváhagyást igényel. Keressen vagy készítsen olyan transzformátort, amely 300 ohmot 75 ohmra alakít át. Inkább készletezzen fel egy SWR mérőt, és ne érintéssel válassza ki a kívánt paramétereket, hanem a készülék segítségével.
3. Négy csillag, hajlítsa ki a rézhuzalból. Az adagolóval (ha van) a dokkolás helyén megtisztítjuk a lakkszigetelést. Az antenna belső adagolója két párhuzamos huzaldarabból áll. Célszerű az antennát egy dobozba helyezni a rossz időjárás elleni védelem érdekében.

Fraktálantenna összeszerelése digitális televíziózáshoz

A recenzió végéig elolvasva fraktálantennákat bárki készíthet. Olyan gyorsan beleásták magukat a tervezésbe, hogy elfelejtettek beszélni a polarizációról. Úgy gondoljuk, hogy lineáris és vízszintes. Ez a következő megfontolásokból adódik:

• A videó nyilván amerikai eredetű, HDTV-ről beszélünk. Ezért el tudjuk fogadni a megadott ország divatját.
• Mint tudják, a bolygón néhány állam sugároz körkörös polarizációt alkalmazó műholdakat, köztük az Orosz Föderáció és az Egyesült Államok. Ezért úgy gondoljuk, hogy más információátviteli technológiák hasonlóak. Miért? Hidegháború volt, úgy gondoljuk, mindkét ország stratégiailag választotta meg, hogy mit és hogyan ad át, a többi ország pusztán gyakorlati megfontolásokból indult ki. Körkörös polarizáció kifejezetten kémműholdakhoz valósítottuk meg (a megfigyelőhöz képest folyamatosan mozognak). Ezért van okunk azt hinni, hogy van hasonlóság a televíziós és rádiós műsorszórásban.
• Az antenna szerkezete szerint lineáris. Egyszerűen nincs hova venni a körkörös vagy elliptikus polarizációt. Ezért - hacsak olvasóink nem az MMÁNÁ-t ismerő szakemberek - ha az antenna nem fog az elfogadott helyzetben, forgassa el 90 fokkal a radiátor síkjában. A polarizáció függőlegesre változik. Amúgy sokan tudják majd fogni az FM-et is, ha több mint 4-szeresre van beállítva a méret.Jobb vastagabb vezetéket venni (pl. 10 mm).

Reméljük, hogy elmagyaráztuk az olvasóknak, hogyan kell használni a fraktálantennát. Néhány tipp a könnyű összeszereléshez. Tehát próbáljon meg lakkozott védelemmel ellátott vezetéket találni. Hajlítsa meg a formákat a képen látható módon. Ezután a kivitelezők eltérnek, ezt javasoljuk:

1. Csupaszítsa le a csillagokat és az adagolóhuzalokat a dokkolópontokon. Rögzítse az adagolóhuzalokat a füleknél csavarokkal a középső részeken lévő hordozóra. A művelet helyes végrehajtásához mérjen előre egy hüvelyket, és rajzoljon két párhuzamos vonalat ceruzával. A vezetékeknek végig kell feküdniük.
2. Egyetlen szerkezetet forraszt, gondosan ellenőrizze a távolságokat. A videó készítői azt javasolják, hogy készítsenek emittert úgy, hogy a csillagok sarkaikkal laposan feküdjenek az adagolókon, a szemközti végek pedig az aljzat szélén feküdjenek (mindegyik két helyen). Egy példaértékű csillag esetében kékkel jelölték a helyeket.
3. A feltétel teljesítéséhez húzza meg az egyes csillagokat egy helyen egy dielektromos bilinccsel ellátott csavarral (például PVA vezetékek kambriumból és hasonlókból). Az ábrán a rögzítési pontok egy csillagnál pirossal vannak feltüntetve. A csavar sematikusan kör alakban van megrajzolva.

A tápkábel (opcionálisan) hátulról fut. Fúrjon lyukakat a helyére. Az SWR beállítása az adagolóhuzalok közötti távolság változtatásával történik, de ebben a kialakításban ez egy szadista módszer. Javasoljuk, hogy egyszerűen mérje meg az antenna impedanciáját. Emlékezzen vissza, hogyan történik ez. Szüksége lesz egy generátorra a nézett műsor frekvenciájára, például 500 MHz-re, ezen kívül egy nagyfrekvenciás voltmérőre, amely nem spórol a jel előtt.

Ezután megmérik a generátor által termelt feszültséget, amelyre az egy voltmérőre zár (párhuzamosan). Változó ellenállásból, rendkívül alacsony öninduktivitással és antennákkal szerelünk össze rezisztív osztó(a generátor után sorba kötjük, először az ellenállást, majd az antennát). A változtatható ellenállás feszültségét voltmérővel mérjük, miközben az értéket egyidejűleg állítjuk, amíg a generátor terhelés nélküli leolvasása (lásd a fenti bekezdést) az áram kétszeresére nem válik. Ez azt jelenti, hogy a változó ellenállás értéke egyenlővé vált az antenna hullámimpedanciájával 500 MHz frekvencián.

Most már lehetséges a transzformátort a kívánt módon elkészíteni. Nehéz megtalálni a megfelelőt a neten, aki szereti a rádiózást, annak kész választ talált http://www.cqham.ru/tr.htm. A webhely leírja és lerajzolja, hogyan kell a terhelést 50 ohmos kábellel egyeztetni. Felhívjuk figyelmét, hogy a frekvenciák a HF sávnak felelnek meg, az MW részben ide illik. Az antenna karakterisztikus impedanciája 50-200 ohm tartományban marad. Nehéz megmondani, mennyit ad egy csillag. Ha van a tanyán a vezeték hullámimpedanciájának mérésére alkalmas készülék, felidézzük: ha a betápláló hossza a hullámhossz negyedének többszöröse, az antenna impedanciája változatlan formában kerül a kimenetre. Kis és nagy választékhoz hasonló feltételek Lehetetlen megadni (emlékezzünk rá, hogy a fraktálantennák jellemzői közé tartozik a kiterjesztett hatótáv is), de a mérések szempontjából az említett tényt mindenhol felhasználják.

Az olvasók már mindent tudnak ezekről a csodálatos adó-vevőkről. Egy ilyen szokatlan forma arra utal, hogy az univerzum sokfélesége nem illeszkedik a tipikus keretek közé.

Drótfraktál antennákat vizsgáltak ebben tézis, drót hajlításával készültek nyomtatóra nyomtatott papírminta szerint. Mivel a vezetéket kézzel, csipesszel hajlították meg, az antenna "hajlításainak" elkészítésének pontossága körülbelül 0,5 mm volt. Ezért a legegyszerűbb geometriai fraktál formákat vettük a kutatáshoz: a Koch-görbét és a Minkowski-féle "bipoláris ugrást".

Ismeretes, hogy a fraktálok lehetővé teszik az antennák méretének csökkentését, míg a fraktálantenna méreteit egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus méreteihez hasonlítják. A dolgozat további vizsgálatai során a drótfraktál antennákat egy 78 mm-es /4 karú lineáris dipólussal hasonlítjuk össze, 900 MHz rezonanciafrekvenciával.

Drótfraktál antennák a Koch-görbe alapján

A dolgozat képleteket ad a fraktálantennák Koch-görbe alapján történő kiszámításához (24. ábra).

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

24. ábra - Különféle iterációk Koch-görbéje n

Dimenzió D Az általánosított Koch-fraktál kiszámítása a következő képlettel történik:

Ha a (35) képletben behelyettesítjük a Koch-görbe standard hajlítási szögét = 60, akkor azt kapjuk, hogy D = 1,262.

A Koch-dipólus első rezonanciafrekvenciájának függősége f K a fraktál dimenzióján D, iterációs számok nés egy egyenes vonalú dipólus rezonanciafrekvenciája f A Koch szaggatott vonallal azonos magasságú D-t (a szélső pontokon) a következő képlet határozza meg:

A 24. ábra esetében b with n= 1 és D= 1,262 a (36) képletből kapjuk:

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

A 24. ábrán c, ahol n = 2 és D = 1,262, a (36) képletből kapjuk:

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

A (37) és (38) képlet lehetővé teszi az inverz probléma megoldását is - ha azt akarjuk, hogy a fraktálantennák frekvencián működjenek f K = 900 MHz, akkor az egyenes dipólusoknak a következő frekvenciákon kell működniük:

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

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

A 22. ábra grafikonja szerint egy egyenes dipólus /4 karjainak hosszát határozzuk meg. Ezek 63,5 mm (1102 MHz esetén) és 55 mm (1293 MHz esetén) lesznek.

Így a Koch-görbe alapján 4 fraktálantennát készítettek: kettő 78 mm-es /4-karú, kettő pedig kisebb méretű. A 25-28. ábrákon a PK2-47 képernyő képei láthatók, amelyek segítségével kísérletileg meg lehet határozni a rezonanciafrekvenciákat.

A 2. táblázat foglalja össze a számított és kísérleti adatokat, amelyekből látható, hogy az elméleti gyakoriságok f T különbözik a kísérletitől f E nem több, mint 4-9%, és ez elég jó eredmény.

25. ábra – A PK2-47 képernyője az antenna mérésekor az n = 1 iterációs Koch-görbével, 78 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 767 MHz

26. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 1 iterációs Koch-görbével mérjük, 63,5 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 945 MHz

27. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 2 iterációs Koch-görbével mérjük, 78 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 658 MHz

28. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az antennát az n = 2 iterációs Koch-görbével mérjük, 55 mm-es /4 váll mellett. Rezonancia frekvencia 980 MHz

2. táblázat - Fraktálantennák számított (elméleti fT) és kísérleti fE rezonanciafrekvenciáinak összehasonlítása a Koch-görbe alapján

Drótfraktál antennák "bipoláris ugrás" alapján. sugárzási minta

A munka leírja a "bipoláris ugrás" típusú fraktálvonalakat, azonban az antenna méretétől függő rezonanciafrekvencia kiszámítására szolgáló képleteket a munka nem adja meg. Ezért úgy döntöttek, hogy kísérleti úton határozzák meg a rezonanciafrekvenciákat. Az 1. iteráció egyszerű fraktálvonalaihoz (29. ábra, b) 4 db antenna készült - 78 mm /4-karos hosszúsággal, felével és két közbenső hosszúsággal. A 2. iteráció nehezen gyártható fraktálvonalaihoz (29. ábra, c) 2 db 78 és 39 mm hosszú /4 karú antenna készült.

A 30. ábra az összes gyártott fraktálantennát mutatja. A 31. ábra a kísérleti elrendezés megjelenését mutatja a 2. iteráció "bipoláris ugrásos" fraktálantennájával. A 32-37. ábrák a rezonanciafrekvenciák kísérleti meghatározását mutatják be.

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

29. ábra – Minkowski-görbe „bipoláris ugrása” különböző iterációkból n

30. ábra - Kinézet minden gyártott huzalfraktál antenna (1 és 0,7 mm-es huzalátmérő)

31. ábra - Kísérleti beállítás: panoráma VSWR és RK2-47 csillapításmérő a 2. iteráció "bipoláris ugrás" típusú fraktálantennájával

32. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 78 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 553 MHz

33. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 58,5 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 722 MHz

34. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 48 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1012 MHz

35. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 1 mérésekor 39 mm /4 karral. Rezonancia frekvencia 1200 MHz

36. ábra – A PK2-47 képernyő az antenna „bipoláris ugrás” iterációjának n = 2 mérésekor 78 mm /4 karral.

Első rezonancia frekvencia 445 MHz, a második - 1143 MHz

37. ábra – PK2-47 képernyő, amikor az n = 2 iterációjú "bipoláris ugró" antennát mérik, 39 mm /4 karral.

Rezonancia frekvencia 954 MHz

Amint azt a kísérleti vizsgálatok kimutatták, ha egy szimmetrikus félhullámú lineáris dipólust és egy azonos hosszúságú fraktálantennát veszünk (38. ábra), akkor a „bipoláris ugrás” típusú fraktálantennák alacsonyabb frekvencián (50 ill. 61%), és a Koch görbe formájú fraktálantennák 73 és 85%-kal alacsonyabb frekvenciákon működnek, mint a lineáris dipólusoké. Ezért valóban lehet fraktálantennákat készíteni kisebb méretek. A 39. ábra a fraktálantennák méreteit mutatja azonos rezonanciafrekvenciákhoz (900-1000 MHz), összehasonlítva a hagyományos félhullámú dipólus karjával.

38. ábra - Azonos hosszúságú "szabályos" és fraktálantennák

39. ábra - Antenna méretei azonos rezonanciafrekvenciákhoz

5. Fraktálantennák sugárzási mintázatának mérése

Az antennamintázatokat általában "visszhangmentes" kamrákban mérik, amelyek falai elnyelik a rájuk eső sugárzást. A dolgozatban a méréseket a Fizikai és Műszaki Kar egy közönséges laboratóriumában végeztem, és a műszerek fémházairól és a vasállványokról visszavert jel némi hibát vitt be a mérésekbe.

Mikrohullámú jelforrásként saját generátort, panoráma VSWR-t és RK2-47 csillapításmérőt használtunk. A fraktálantenna sugárzási vevőjeként ATT-2592 elektromágneses térszintmérőt használtak, amely 50 MHz-től 3,5 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban tesz lehetővé méréseket.

Az előzetes mérések kimutatták, hogy a szimmetrikus félhullámú lineáris dipólus sugárzási mintája jelentősen torzítja a dipólushoz közvetlenül (illesztő eszközök nélkül) csatlakoztatott koaxiális kábel külső oldaláról érkező sugárzást. A távvezetéki sugárzás visszaszorításának egyik módja, ha dipólus helyett monopólust használunk négy egymásra merőleges /4 "ellensúllyal", amelyek "föld" szerepét töltik be (40. ábra).

40. ábra - /4 monopólus és fraktál antenna "ellensúlyokkal"

A 41 - 45. ábrákon a vizsgált antennák kísérletileg mért sugárzási mintázata látható "ellensúllyal" (a sugárzás rezonanciafrekvenciája gyakorlatilag nem változik a dipólusból monopólusba kerülve). A mikrohullámú sugárzás teljesítmény-fluxussűrűségének mérése mikrowatt/négyzetméterben vízszintes és függőleges síkban 10-ig történt. A méréseket az antenna "távoli" zónájában, 2-es távolságban végeztük.

Először egy egyenes vonalú /4-es vibrátor formájú antennát tanulmányoztak. Ennek az antennának a sugárzási mintázatából (41. ábra) látható, hogy eltér az elméletitől. Ennek oka a mérési hibák.

Az összes vizsgált antenna mérési hibái a következők lehetnek:

A laboratóriumon belüli fémtárgyak sugárzásának visszaverődése;

Az antenna és az ellensúlyok közötti szigorú kölcsönös merőlegesség hiánya;

Nem teljesen elnyomja a koaxiális kábel külső köpenyének sugárzását;

A szögértékek pontatlan leolvasása;

Az ATT-2592 mérő pontatlan „célzása” az antennára;

Interferencia a mobiltelefonok.

Az elmúlt fél évszázadban az élet gyorsan megváltozott. A legtöbben elfogadjuk a sikereket modern technológiák magától értetődőnek. Mindent, ami kényelmesebbé teszi az életet, nagyon gyorsan meg lehet szokni. Ritkán teszi fel valaki a kérdést: „Honnan jött ez?” és "Hogyan működik?". A mikrohullámú sütő felmelegíti a reggelit – nos, nagyszerű, az okostelefon lehetővé teszi, hogy beszélgessünk egy másik személlyel – nagyszerű. Ez nyilvánvaló lehetőségnek tűnik számunkra.

De az élet egészen más lehet, ha az ember nem keresne magyarázatot a megtörtént eseményekre. Vegyük például a mobiltelefonokat. Emlékszel az első modellek visszahúzható antennáira? Beavatkoztak, megnövelték a készülék méretét, a végén gyakran elromlott. Úgy gondoljuk, hogy örökre a feledés homályába merültek, és részben emiatt ... fraktálok.

A fraktálrajzok mintáikkal lenyűgöznek. Határozottan hasonlítanak az űrobjektumok képeire – ködök, galaxishalmazok stb. Ezért teljesen természetes, hogy amikor Mandelbrot hangot adott a fraktálok elméletének, kutatásai fokozott érdeklődést váltottak ki a csillagászattal foglalkozók körében.

Az egyik ilyen amatőr, Nathan Cohen, miután részt vett Benoit Mandelbrot budapesti előadásán, megihlette a megszerzett tudás gyakorlati alkalmazásának gondolatát. Igaz, intuitív módon tette, és a véletlennek fontos szerepe volt felfedezésében. Rádióamatőrként Nathan a lehető legnagyobb érzékenységű antenna létrehozására törekedett.
Az antenna akkoriban ismert paramétereinek javításának egyetlen módja a geometriai méretek növelése volt. A Boston belvárosában található lakás tulajdonosa azonban, amelyet Nathan bérelt, kategorikusan ellenezte a telepítést nagyméretű készülékek a tetőn.

Aztán Nathan kísérletezni kezdett az antennák különféle formáival, és megpróbálta a maximális eredményt elérni a minimális mérettel. A fraktálformák gondolatától felpörgetett Cohen, mint mondják, véletlenszerűen drótból készítette el az egyik leghíresebb fraktált - a „Koch hópehelyet”.

A svéd matematikus Helge von Koch 1904-ben találta ki ezt a görbét. Ezt úgy kapjuk meg, hogy a szakaszt három részre osztjuk, és a középső szakaszt egy egyenlő oldalú háromszöggel helyettesítjük, amelynek oldala nem esik egybe ezzel a szegmenssel. A meghatározás kissé nehezen érthető, de az ábra világos és egyszerű.

A "Koch-görbének" vannak más fajtái is, de a görbe hozzávetőleges alakja hasonló marad.
Amikor Nathan csatlakoztatta az antennát a rádióvevőhöz, nagyon meglepődött - az érzékenység drámaian megnőtt. A Boston Egyetem leendő professzora kísérletsorozat után rájött, hogy egy fraktálminta szerint készült antenna nagy hatásfokú és sokkal szélesebb területet fed le. frekvenciatartomány a klasszikus megoldásokhoz képest. Ezenkívül az antenna alakja fraktálgörbe formájában jelentősen csökkentheti a geometriai méreteket.

Nathan Cohen előállt egy tétellel is, amely ezt bizonyítja, hogy alkosson szélessávú antenna elegendő egy önhasonló fraktálgörbe formáját adni neki. A szerző szabadalmaztatta felfedezését, és céget alapított a Fractal Antenna Systems fraktálantennák fejlesztésére és tervezésére, joggal gondolva, hogy felfedezésének köszönhetően a jövőben a mobiltelefonok megszabadulhatnak a terjedelmes antennáktól, és kompaktabbak lesznek.

Lényegében ez történt. Igaz, Nathan a mai napig perben áll olyan nagyvállalatokkal, amelyek illegálisan használják fel felfedezését kompakt kommunikációs eszközök gyártására. Néhány ismert gyártó mobil eszközök, mint például a Motorola, már békemegállapodást kötött a fraktálantenna feltalálójával.

PS: Megelőlegezve a témában felmerülő kérdéseket, feltételezem, hogy nem így van hatékony munkavégzés ilyen antennák. A fizikát és a természetet nem lehet megtéveszteni. Az antennák bármilyen csavarása és méretének csökkentése hatékonyságának csökkenését okozza. Az ilyen antennák és rendszereik kellően magas frekvencián használhatók, és kívánt esetben miniatürizálhatók. Ez már utat talál a mobiltelefonokba, chiprezonátorokba, nyomtatott áramkörök stb.
Nagy hatásfok itt nem várható, de szűk körülmények között működnek és már dolgoznak.

Az első dolog, amiről szeretnék írni, egy kis bevezetés a fraktálantennák történetébe, elméletébe és használatába. Nemrég fedezték fel a fraktálantennákat. Először Nathan Cohen találta fel 1988-ban, majd publikálta kutatásait arról, hogyan lehet vezetékből TV-antennát készíteni, és 1995-ben szabadalmaztatta.

A fraktálantennának számos egyedi tulajdonsága van, ahogyan a Wikipédián is meg van írva:

"A fraktálantenna olyan antenna, amely fraktál, önismétlődő kialakítást használ annak érdekében, hogy maximalizálja vagy megnövelje egy olyan anyag hosszát vagy kerületét (belső helyeken vagy külső szerkezetben), amely képes elektromágneses jeleket fogadni vagy továbbítani egy adott teljes felületen vagy térfogaton belül. ."

Ez pontosan mit jelent? Nos, tudnod kell, mi az a fraktál. Szintén a Wikipédiából:

"A fraktál jellemzően egy durva vagy töredezett geometriai alakzat, amely darabokra osztható, és mindegyik darab az egész kicsinyített méretű másolata - ezt a tulajdonságot önhasonlóságnak nevezik."

Így a fraktál egy geometriai alakzat, amely újra és újra ismétlődik, függetlenül az egyes részek méretétől.

A fraktálantennákról azt találták, hogy körülbelül 20%-kal hatékonyabbak, mint a hagyományos antennák. Ez különösen akkor lehet hasznos, ha azt szeretné, hogy TV-antennája digitális vagy videó vételt biztosítson Nagy felbontású, megnövelt mobilhálózat, Wi-Fi hatótáv, FM vagy AM rádióvétel stb.

A legtöbb mobiltelefon már rendelkezik fraktálantennával. Talán észrevetted ezt, mert Mobiltelefonok már nincs kint antenna. Ennek az az oka, hogy fraktálantennákat véstek a bennük lévő áramköri lapba, ami lehetővé teszi számukra, hogy jobb jelet vegyenek és több frekvenciát vegyenek fel, mint például a Bluetooth, sejtesés Wi-Fi egy antennáról.

Wikipédia:

„A fraktálantenna válaszideje markánsan eltér a hagyományos antennakialakításoktól abban, hogy jó teljesítménnyel tud működni egyidejűleg különböző frekvenciákon. A szabványos antennák frekvenciáját le kell vágni, hogy csak ezt a frekvenciát tudják venni. Ezért a fraktálantenna a hagyományostól eltérően kiválóan alkalmas szélessávú és többsávos alkalmazásokhoz.”

A trükk az, hogy a fraktálantennát úgy kell megtervezni, hogy az a kívánt középfrekvencián rezonáljon. Ez azt jelenti, hogy az antenna másképp fog kinézni attól függően, hogy mit szeretne venni. Ehhez matematikát (vagy online számológépet) kell alkalmaznia.

A példámban ezt fogom tenni egy egyszerű antenna, de összetettebbé teheti. Minél nehezebb, annál jobb. Az antenna elkészítéséhez egy 18 szálú tömör maghuzalból álló tekercset fogok használni, de testreszabhatja saját áramköri lapjait, hogy megfeleljen esztétikájának, kisebbre vagy összetettebbé teheti, nagyobb felbontással és rezonanciával.

Készítek egy TV-antennát a digitális TV vagy TV vételéhez Nagy felbontású. Ezekkel a frekvenciákkal könnyebb dolgozni, és fél hullámhosszon körülbelül 15 cm-től 150 cm-ig terjednek. Az egyszerűség és az alkatrész olcsóság kedvéért egy közös dipól antennára fogom tenni, 136-174 MHz (VHF) tartományban fogja a hullámokat.

Az UHF-hullámok (400-512 MHz) vételéhez hozzáadhat egy irányítót vagy reflektort, de így a vétel jobban függ az antenna irányától. A VHF az iránytól is függ, de UHF telepítés esetén ahelyett, hogy közvetlenül a TV-állomásra mutasson, a VHF füleket a TV-állomásra merőlegesen kell beállítania. Itt egy kicsit több erőfeszítést kell tennie. A kivitelezést szeretném minél egyszerűbbé tenni, mert ez már elég bonyolult dolog.

Fő összetevők:

• Rögzítési felület, pl. műanyag ház (20 cm x 15 cm x 8 cm)
• 6 csavar. Acéllemez csavarokat használtam
• Transzformátor 300 ohm és 75 ohm közötti ellenállással.
• Szerelőhuzal 18 AWG (0,8 mm)
• RG-6 koaxiális kábel lezárókkal (és gumiköpennyel, ha a telepítés kültéri)
• Alumínium reflektor használatakor. A fenti mellékletben volt egy.
• Finom marker
• Két pár kis fogó
• A vonalzó nem rövidebb 20 cm-nél.
• Szállítószalag szögméréshez
• Két fúró, az egyik valamivel kisebb, mint a csavarok
• Kis huzalvágó
• Csavarhúzó vagy csavarhúzó

Jegyzet: Alsó rész az alumínium huzalantenna a kép jobb oldalán van, ahol a transzformátor kilóg.

1. lépés: Reflektor hozzáadása

Szerelje össze a házat a reflektorral a műanyag burkolat alatt

2. lépés: Lyukak fúrása és rögzítési pontok felszerelése

Fúrjon kis lyukakat a reflektor ellenkező oldalára ezekben a pozíciókban, és helyezzen be egy vezető csavart.

3. lépés: Mérje meg, vágja le és csupaszítsa le a vezetékeket

Vágjon négy darab 20 cm-es drótdarabot, és helyezze a tokra.

4. lépés: A vezetékek mérése és jelölése

Jelölővel jelölje meg 2,5 cm-enként a vezetéket (ezeken a helyeken hajlítások lesznek)

5. lépés: Fraktálok létrehozása

Ezt a lépést minden vezetékdarabnál meg kell ismételni. Minden hajlításnak pontosan 60 fokosnak kell lennie, mivel a fraktálhoz egyenlő oldalú háromszögeket készítünk. Két fogót és egy szögmérőt használtam. Minden hajlítás egy címkén történik. A hajtások elkészítése előtt képzelje el mindegyik irányát. Ehhez használja a mellékelt diagramot.

6. lépés: Dipólusok létrehozása

Vágjon le még két darab legalább 15 cm hosszú vezetéket. Tekerje körbe ezeket a huzalokat a felső és alsó csavarok köré, amelyek a hosszú oldalon futnak, majd tekerje be őket középre. Ezután vágja le a felesleges hosszt.

7. lépés: A dipólusok felszerelése és a transzformátor felszerelése

Rögzítse a fraktálokat a sarokcsavarokhoz.

Csatlakoztasson egy megfelelő impedanciájú transzformátort a két középső csavarhoz, és húzza meg őket.

Összeszerelés kész! Nézze meg és élvezze!

8. lépés: További iterációk/kísérletek

Néhány új elemet készítettem a GIMP papírsablonjával. Kis tömör telefonvezetéket használtam. Elég kicsi volt, erős és képlékeny ahhoz, hogy a középfrekvenciához (554 MHz) megkívánt összetett formákba hajoljon. Ez az átlag digitális jel UHF csatornákhoz sugárzott televízió az én területemen.

Fénykép csatolva. Lehet, hogy nehéz látni rézhuzalok gyenge fényben kartonpapírhoz és ragasztószalaggal, de már érted.

Ennél a méretnél az elemek meglehetősen törékenyek, ezért óvatosan kell bánni velük.

Hozzáadtam egy png sablont is. A kívánt méret nyomtatásához meg kell nyitnia egy fotószerkesztőben, például a GIMP-ben. A sablon nem tökéletes, mert kézzel, egérrel készítettem, de emberi kéznek elég kényelmes.