كما راجعنا في المقالات السابقة ، وُجد أن الهوائيات الكسورية أكثر كفاءة بنسبة 20٪ من الهوائيات التقليدية.يمكن أن يكون هذا مفيدًا جدًا للتطبيق. خاصة إذا كنت تريد أن يستقبل هوائي التلفزيون الخاص بك إشارة رقمية أو فيديو عالي الدقة ، لزيادة نطاق الهواتف المحمولة ، Wi-Fiالنطاق ، راديو FM أو AM ، وما إلى ذلك.

تحتوي معظم الهواتف المحمولة بالفعل على هوائيات كسورية مدمجة. إذا لاحظت في السنوات القليلة الماضية ، لم تعد الهواتف المحمولة بها هوائيات في الخارج. هذا لأن لديهم هوائيات كسورية داخلية محفورة في PCB ، مما يسمح لهم بالحصول على استقبال أفضل والتقاط المزيد من الترددات مثل Bluetooth والإشارة الخلوية و Wi-Fi ، كل ذلك من هوائي واحد في نفس الوقت!

معلومات من ويكيبيديا: "يختلف الهوائي النمطي هندسيًا بشكل ملحوظ عن تصميمات الهوائي التقليدية من حيث أنه يمكن أن يعمل بأداء جيد على مجموعة متنوعة من الترددات في وقت واحد. عادةً ، يجب" قطع "الهوائيات القياسية عند التردد الذي سيتم استخدامها من أجله وبالتالي ، فإن الهوائي القياسي يعمل بشكل جيد فقط في هذا التردد ، مما يجعل الهوائيات الكسورية حلاً ممتازًا لتطبيقات النطاق العريض وتطبيقات النطاقات المتعددة. "

الحيلة هي إنشاء هوائي فركتلي خاص بك يتردد صدى بالتردد الذي تريد استقباله. هذا يعني أنه سيبدو مختلفًا ويمكن حسابه بشكل مختلف اعتمادًا على ما تريد الحصول عليه. القليل من الرياضيات وسيتضح كيفية القيام بذلك. (يمكنك أيضًا استخدام الآلة الحاسبة عبر الإنترنت)

في مثالنا ، سنصنع هوائيًا بسيطًا ، لكن يمكنك صنع هوائيات أكثر تعقيدًا. كلما زادت صعوبة كان ذلك أفضل. سنستخدم بكرة سلك صلبة قياس 18 اللازمة لبناء الهوائي كمثال ، ولكن يمكنك الذهاب إلى أبعد من ذلك باستخدام لوحات الحفر الخاصة بك لجعل الهوائي أصغر ، أو أكثر تعقيدًا بمزيد من الدقة والرنين.

(علامة التبويب = هوائي التلفزيون)

في هذا الدليل ، سنحاول إنشاء هوائي تلفزيون للإشارة الرقمية أو إشارة عالية الوضوح يتم إرسالها عبر قناة راديو. هذه الترددات أسهل في العمل معها ، حيث تتراوح أطوال الموجات في هذه الترددات من نصف قدم إلى عدة أمتار لنصف الطول الموجي للإشارة. بالنسبة لدارات الموجة الديسيمترية UHF ، يمكنك إضافة مخرج (مخرج) أو عاكس (عاكس) مما يجعل الهوائي أكثر اعتمادًا على الاتجاه. تعتمد الهوائيات VHF (الموجة القصيرة جدًا) أيضًا على الاتجاه ، ولكن بدلاً من التوجيه مباشرة إلى محطة التلفزيون ، يجب أن تكون "آذان" الهوائيات ثنائية القطب VHF متعامدة مع الشكل الموجي لمحطة التلفزيون التي ترسل الإشارة.

أولاً ، ابحث عن الترددات التي تريد استقبالها أو بثها. بالنسبة إلى التلفزيون ، يوجد رابط إلى الرسم البياني للترددات: http://www.csgnetwork.com/tvfreqtable.html

ولحساب حجم الهوائي ، سنستخدم آلة حاسبة على الإنترنت: http://www.kwarc.org/ant-calc.html

هنا ملف PDF جيد عن التصميم والنظرية:تحميل

كيفية إيجاد الطول الموجي للإشارة: الطول الموجي بالأقدام = (معامل سرعة الضوء بالأقدام) / (التردد بالهرتز)

1) سرعة عامل الضوء بالأقدام = +983571056.43045

2) مُعامل سرعة الضوء بالمتر = 299792458

3) سرعة عامل الضوء بالبوصة = 11802852700

من أين تبدأ: (مجموعة عاكس ثنائي القطب VHF / UHF تعمل بشكل جيد مع نطاق التردد الواسع لـ DB2):

(350 ميجاهرتز عبارة عن موجة ربع قطرها 8 بوصات - موجة نصف قطرها 16 بوصة تقع في نطاق الميكروويف - بين القناتين 13 و 14 ، وهو التردد المركزي بين نطاق MW-UHF للحصول على صدى أفضل). يمكن تعديل هذه المتطلبات للعمل بشكل أفضل في منطقتك ، حيث قد تكون قناة التوزيع الخاصة بك أقل أو أعلى في المجموعة.

بناءً على المواد الموجودة في الروابط أدناه ( http://uhfhdtvantenna.blogspot.com/ http://budgetiq.wordpress.com/2008/07/29/diy-hd-antenna/ http://members.shaw.ca/hdtvantenna/ و http: // current .org / ptv / ptv0821make.pdf) ، تسمح التصميمات الفركتالية فقط بتصميمات أكثر إحكاما ومرونة وسنستخدم نموذج DB2 ، الذي يتمتع بمكاسب عالية وهو بالفعل مضغوط للغاية وشائع في كل من التركيبات الداخلية والخارجية.

التكاليف الأساسية (تكلف حوالي 15 دولارًا):

1. سطح تركيب مثل العلبة البلاستيكية (8 × 6 × 3 بوصات). http://www.radioshack.com/product/index.jsp؟productId=2062285
2. 6 مسامير. لقد استخدمت براغي للصلب والصفائح المعدنية.
3. محول من 300 اوم الى 75 اوم. http://www.radioshack.com/product/index.jsp؟productId=2062049
4. حوالي 18 سلك صلب قياس. http://www.radioshack.com/product/index.jsp؟productId=2036274
5. متحد المحور RG-6 مع أجهزة إنهاء - محددات (وغمد مطاطي إذا تم التثبيت بالخارج).
6. الألومنيوم عند استخدام العاكس.
7. قلم ماركر شولر أو ما يعادله ، ويفضل أن يكون برأس جيد.
8. زوجان من الزردية الصغيرة - الإبر.
9. توجيه 8 بوصات على الأقل.
10. منقلة لقياس الزاوية.
11. حفر وحفر بقطر أصغر من البراغي.
12. قواطع صغيرة.
13. مفك البراغي أو مفك البراغي.

ملاحظة: تحرير HDTV / DTV في PDF http://www.ruckman.net/downloads-1#FRACTALTEMPLATE

الخطوةالاولى:

قم بتجميع السكن مع العاكس أسفل الغطاء البلاستيكي:

الخطوة الثانية:

قم بحفر ثقوب صغيرة ملولبة على الجانب الآخر من العاكس في المواضع التالية وضع المسمار الموصل.

الخطوة الثالثة:

قطع أربعة 8 "قطع من الأسلاك الأساسية ونزعها.

الخطوة الرابعة:

باستخدام علامة ، حدد كل بوصة من السلك. (هذه هي الأماكن التي سنقوم فيها بالانحناءات)

الخطوة الخامسة:

يجب عليك تكرار هذه الخطوة لكل سلك. سيساوي كل انحناء على السلك 60 درجة ، وبالتالي يتضح أنه كسوري. يشبه مثلث متساوي الأضلاع. لقد استخدمت زوجين من الزردية ومنقلة. سيكون كل منعطف على بعد 1 بوصة. تأكد من تصور اتجاه كل منعطف قبل القيام بذلك! استخدم الرسم التخطيطي أدناه للمساعدة.

الخطوة السادسة:

اقطع قطعتين أخريين من الأسلاك بطول 6 سم على الأقل وقم بتجريدهما. قم بثني هذه الأسلاك حول البراغي العلوية والسفلية ، واربطها بمركز المسمار. وهكذا ، يتلامس الثلاثة. استخدم قواطع الأسلاك لقطع الأجزاء غير المرغوب فيها من السلك.

الخطوة السابعة:

ضع كل ما تبذلونه من الفركتلات ولفها في الزوايا

الخطوة الثامنة:

قم بتوصيل المحول المطابق من خلال المسمارين الموجودين في المركز وشدهما لأسفل.

مستعد! الآن يمكنك اختبار التصميم الخاص بك!

كما ترى في الصورة أدناه ، في كل مرة تقوم فيها بتقسيم كل قسم وإنشاء مثلث جديد بنفس طول السلك ، يمكن أن يتناسب مع مساحة أصغر بينما يشغل مساحة في الاتجاه الآخر.

ترجمة: ديمتري شاخوف

أدناه يمكنك مشاهدة مقطع فيديو حول إنشاء هوائيات كسورية (باللغة الإنجليزية):

(علامة التبويب = هوائي Wi-Fi)

لقد سمعت عن الهوائيات الفركتالية قبل وبعد فترة من الوقت أردت أن أحاول صنع هوائي كسوري خاص بي لتجربة المفهوم ، إذا جاز التعبير. تتمثل بعض مزايا الهوائيات الكسورية ، الموصوفة في الأوراق البحثية حول الهوائيات الكسورية ، في قدرتها على استقبال إشارات RF متعددة النطاقات بكفاءة ، بحجمها الصغير نسبيًا. قررت أن أصمم نموذجًا أوليًا لهوائي فركتلي يعتمد على سجادة Sierpinski.

لقد صممت الهوائي النمطي هندسيًا مع موصل متوافق مع جهاز جهاز التوجيه Linksys WRT54GS 802.11g. يحتوي الهوائي على تصميم كسب منخفض المستوى وفي الاختبار الأولي على مسافة 1/2 كم من نقطة وصول WiFi Link مع العديد من الأشجار على طول الطريق ، أظهر نتائج جيدة واستقرارًا للإشارة.

يمكنك تنزيل نسخة PDF من قالب هوائي السجاد Sierpinski الذي استخدمته ، بالإضافة إلى وثائق أخرى من هذه الروابط:

صنع نموذج أولي

هذه صورة بنموذج أولي جاهز للهوائي الفركتلي:

لقد قمت بإرفاق موصل Linksys WRT54GS RP-TNC بهوائي كسوري للاختبار

عندما كنت أصمم أول نموذج أولي للهوائي الكسوري ، شعرت بالقلق من أن المثلثات على PCB ستصبح معزولة عن بعضها البعض أثناء عملية الحفر ، لذلك قمت بتوسيع الاتصالات بينهما قليلاً. ملاحظة: نظرًا لأن الانتقال النهائي للحبر انتهى بشكل أكثر دقة مما توقعت ، فسيتم تقديم الإصدار التالي من النموذج الأولي للهوائي الفركتلي بنقاط اتصال دقيقة بين كل من التكرارات الكسورية لمثلث Sierpinski. من المهم التأكد من أن عناصر سجادة Sierpinski (مثلثات) على اتصال ببعضها البعض ويجب أن تكون نقاط الاتصال رفيعة قدر الإمكان:

تمت طباعة تصميم الهوائي على طابعة ليزر Pulsar Pro FX. سمحت لي هذه العملية بتكرار تصميم الهوائي على مادة PCB المطلية بالنحاس:

يتم بعد ذلك نقل تصميم الهوائي المطبوع بالليزر إلى لوح نحاسي ثنائي الفينيل متعدد الكلور عن طريق عملية حرارية باستخدام آلة تغليف معدلة:

هذه هي مادة لوحة الدوائر النحاسية بعد الخطوة الأولى من عملية نقل الحبر:

كانت الخطوة الضرورية التالية هي استخدام Pulsar Pro FX Laminator مع "Green TRF Foil" على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تُستخدم الرقاقة الخضراء لملء أي فجوات مسحوق حبر أو طبقات سميكة غير متساوية في نقل الحبر:

هذه لوحة مقشرة بتصميم هوائي. اللوحة جاهزة للحفر:

هنا قمت بإخفاء الجانب الخلفي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور بشريط لاصق:

لقد استخدمت طريقة الحفر المباشر لكلوريد الحديديك لحفر اللوحة في 10 دقائق. يتم إجراء طريقة الحفر المباشر باستخدام إسفنجة: من الضروري مسح اللوحة بأكملها ببطء باستخدام كلوريد الحديديك. بسبب المخاطر الصحية لاستخدام كلوريد الحديديك ، أرتدي نظارات وقفازات واقية:

هذا هو اللوح بعد النقش:

لقد مسحت لوحة الدائرة بقطعة مغموسة في الأسيتون لإزالة طلاء نقل الحبر. لقد استخدمت القفازات عند التنظيف لأن الأسيتون سوف يمتص من خلال قفازات اللاتكس النموذجية التي تستخدم لمرة واحدة:

لقد قمت بحفر فتحة لموصل الهوائي باستخدام مثقاب وحفر:

بالنسبة للنموذج الأولي الخاص بي ، استخدمت موصل RP-TNC من هوائيات جهاز التوجيه القياسي من Linksys:

لقطة مقربة لموصل هوائي RP-TNC متوافق من Linksys:

أضع بعض الماء على PCB عند نقطة اللحام قبل اللحام:

تتمثل الخطوة التالية في لحام السلك من موصل RP-TNC إلى قاعدة هوائي Sierpinski على PCB:

نقوم بلحام السلك الثاني لموصل الهوائي بمستوى لوحة PCB:

الهوائي جاهز للاستخدام!

من لا يعرف ما هو وأين يتم استخدامه ، أستطيع أن أقول إنه شاهد أفلام فيديو عن الفركتلات. وتستخدم مثل هذه الهوائيات في كل مكان في عصرنا ، على سبيل المثال ، في كل هاتف خلوي.

لذلك ، في نهاية عام 2013 ، جاء والد زوجتي وحماتي لزيارتنا ، هذا وذاك ، وهنا طلبت منا حماتنا ، عشية عطلة رأس السنة الجديدة ، هوائي لتلفازها الصغير. يشاهد والد الزوج التلفزيون من خلال طبق القمر الصناعي وعادة ما يكون شيئًا خاصًا به ، لكن حماتها أرادت مشاهدة برامج السنة الجديدة بهدوء دون سحب والد الزوج.

حسنًا ، أعطيناها الهوائي الحلقي (مربع 330 × 330 مم) ، والذي من خلاله كانت زوجتي تشاهد التلفاز أحيانًا.

ثم اقترب موعد افتتاح دورة الألعاب الأولمبية الشتوية في سوتشي فقالت الزوجة: اصنعوا هوائيًا.

ليست مشكلة بالنسبة لي أن أصنع هوائيًا آخر ، فقط سيكون هناك هدف ومعنى. لقد وعد أن يفعل ذلك. والآن حان الوقت ... لكنني اعتقدت أن نحت هوائي حلقي آخر أمر ممل إلى حد ما ، لكن القرن الحادي والعشرين في الساحة ، ثم تذكرت أن الهوائيات الأكثر تقدمًا في البناء هي هوائيات EH وهوائيات HZ وهوائيات فركتلية . بعد أن قدرت ما هو الأنسب لحالتي ، استقرت على هوائي كسوري. لحسن الحظ ، لقد رأيت ما يكفي من جميع أنواع الأفلام عن الفركتلات وسحبت كل أنواع الصور من الإنترنت منذ زمن بعيد. لذلك أردت ترجمة الفكرة إلى واقع مادي.

الصور شيء ، والتنفيذ المحدد للجهاز شيء آخر. لم أزعج نفسي لفترة طويلة وقررت بناء هوائي على طول كسورية مستطيلة.

أخرجت سلكًا نحاسيًا يبلغ قطره حوالي 1 مم ، وأخذت كماشة وبدأت في العبث ... كان المشروع الأول واسع النطاق باستخدام العديد من الفركتلات. لقد فعلت ذلك ، بدافع العادة ، لفترة طويلة ، في أمسيات الشتاء الباردة ، ونتيجة لذلك فعلت ذلك ، قمت بلصق السطح الفركتلي بالكامل على اللوح الليفي باستخدام البولي إيثيلين السائل ، ولحوم الكابل مباشرة ، بطول حوالي متر واحد ، وبدأت في المحاولة ... أُووبس! وقد استقبل هذا الهوائي قنوات تلفزيونية أكثر وضوحًا من الإطار الأول ... لقد سررت بهذه النتيجة ، مما يعني أنه لم يكن عبثًا أن أقوم بتلويث الذرة وفركها أثناء ثني السلك في شكل كسوري.

مر أسبوع تقريبًا وكان لدي فكرة أن حجم الهوائي الجديد هو تقريبًا نفس حجم هوائي الإطار ، ولا توجد فائدة خاصة ، إذا لم تأخذ في الاعتبار تحسنًا طفيفًا في الاستقبال. ولذا قررت تركيب هوائي كسوري جديد ، باستخدام عدد أقل من الفركتلات ، على التوالي ، وأصغر في الحجم.

هوائي كسوري. الخيار الأول

في يوم السبت الموافق 2/8/2014 ، قمت بإخراج قطعة صغيرة من الأسلاك النحاسية التي تركت من أول هوائي فركتلي وبسرعة ، حوالي نصف ساعة ، قمت بتركيب هوائي جديد ...

هوائي كسوري. الخيار الثاني

ثم قمت بلحام الكابل من الأول واتضح أنه جهاز مكتمل. هوائي كسوري. الإصدار الثاني مع الكابل

بدأت في التحقق من الأداء ... نجاح باهر! نعم ، هذا يعمل بشكل أفضل ويستقبل ما يصل إلى 10 قنوات ملونة ، وهو ما لم يكن من الممكن تحقيقه في السابق باستخدام هوائي حلقي. الفوز مهم! إذا انتبهت أيضًا إلى حقيقة أن ظروف استقبالي غير مهمة تمامًا: الطابق الثاني ، منزلنا محجوب تمامًا من مركز التلفزيون من قبل المباني الشاهقة ، ولا توجد رؤية مباشرة ، فإن المكسب مثير للإعجاب من حيث الاستقبال والحجم.

يوجد على الإنترنت هوائيات كسورية مصنوعة من النقش على الألياف الزجاجية المطلية بالرقائق ... أعتقد أنه لا يهم ما يجب فعله ، ولا يجب مراعاة الأبعاد بدقة بالنسبة لهوائي التلفزيون ، في حدود العمل على الركبة .

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

استضافت في http://www.allbest.ru/

مقدمة

الهوائي هو جهاز لاسلكي مصمم لإصدار أو استقبال موجات كهرومغناطيسية. يعتبر الهوائي من أهم عناصر أي نظام هندسة راديوية مرتبط بانبعاث أو استقبال موجات الراديو. تشمل هذه الأنظمة: أنظمة الاتصالات الراديوية ، والبث ، والتلفزيون ، والتحكم اللاسلكي ، واتصالات الترحيل الراديوي ، والرادار ، وعلم الفلك الراديوي ، والملاحة الراديوية ، وما إلى ذلك.

من الناحية الهيكلية ، يتكون الهوائي من الأسلاك والأسطح المعدنية والمواد العازلة والكهرباء المغناطيسية. يتم شرح الغرض من الهوائي من خلال رسم تخطيطي مبسط للوصلة الراديوية. يتم تحويل التذبذبات الكهرومغناطيسية عالية التردد التي يتم تشكيلها بواسطة إشارة مفيدة ويتم إنشاؤها بواسطة مولد بواسطة هوائي إرسال إلى موجات كهرومغناطيسية وتشع في الفضاء. عادة ، يتم إحضار التذبذبات الكهرومغناطيسية من جهاز الإرسال إلى الهوائي ليس بشكل مباشر ، ولكن بمساعدة خط كهرباء (خط نقل الموجة الكهرومغناطيسية ، وحدة التغذية).

في هذه الحالة ، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية المرتبطة بها على طول وحدة التغذية ، والتي يتم تحويلها بواسطة الهوائي إلى موجات كهرومغناطيسية متباعدة من الفضاء الحر.

يلتقط هوائي الاستقبال موجات الراديو الحرة ويحولها إلى موجات مقترنة يتم تغذيتها إلى جهاز الاستقبال عبر وحدة تغذية. وفقًا لمبدأ انعكاس الهوائي ، لا تتغير خصائص الهوائي الذي يعمل في وضع الإرسال عند تشغيل هذا الهوائي في وضع الاستقبال.

تستخدم الأجهزة المشابهة للهوائيات أيضًا لإثارة التذبذبات الكهرومغناطيسية في أنواع مختلفة من الموجهات الموجية والرنان التجويفي.

1. الخصائص الرئيسية للهوائيات

1.1 معلومات موجزة عن المعلمات الرئيسية للهوائيات

عند اختيار الهوائيات ، تتم مقارنة خصائصها الرئيسية: مدى تردد التشغيل (عرض النطاق) ، والكسب ، ومخطط الإشعاع ، ومقاومة الدخل ، والاستقطاب. من الناحية الكمية ، يُظهر كسب الهوائي Ga عدد المرات التي تكون فيها قدرة الإشارة التي يستقبلها هوائي معين أكبر من قدرة الإشارة التي يتلقاها أبسط هوائي - هزاز نصف موجة (مشع متناح) يتم وضعه في نفس النقطة في الفضاء. يتم التعبير عن الكسب بالديسيبل ديسيبل أو ديسيبل. يجب التمييز بين الكسب المحدد أعلاه ، والمشار إليه ديسيبل أو ديسيبل (بالنسبة إلى هزاز ثنائي القطب أو نصف موجة) ، والكسب بالنسبة إلى مشع متناح ، يُشار إليه بـ dBi أو dB ISO. في أي حال ، من الضروري مقارنة القيم من نفس النوع. من المستحسن أن يكون لديك هوائي بكسب مرتفع ، ومع ذلك ، فإن زيادة الكسب تتطلب ، كقاعدة عامة ، تعقيد تصميمه وأبعاده. لا توجد هوائيات صغيرة بسيطة ذات مكاسب عالية. يوضح مخطط الإشعاع (RP) للهوائي كيف يستقبل الهوائي إشارات من اتجاهات مختلفة. في هذه الحالة ، من الضروري مراعاة مخطط الهوائي في المستويين الأفقي والعمودي. تحتوي الهوائيات متعددة الاتجاهات في أي مستوى على مخطط على شكل دائرة ، أي أن الهوائي يمكنه استقبال الإشارات من جميع الجوانب بنفس الطريقة ، على سبيل المثال ، مخطط إشعاع دبوس رأسي في مستوى أفقي. يتميز الهوائي الاتجاهي بوجود فص اتجاهي واحد أو أكثر ، أكبرها يسمى الرئيسي. عادة ، بالإضافة إلى الفص الرئيسي ، هناك فصوص خلفية وجانبية ، يكون مستواها أقل بكثير من الفص الرئيسي ، مما يؤدي مع ذلك إلى تفاقم تشغيل الهوائي ، ولهذا السبب يسعون جاهدين لتقليل مستواهم قدر الإمكان .

إن معاوقة الدخل للهوائي هي نسبة قيم الجهد اللحظي إلى تيار الإشارة عند نقاط تغذية الهوائي. إذا كان الجهد والتيار للإشارة في طور ، تكون النسبة قيمة حقيقية وتكون مقاومة الإدخال نشطة تمامًا. مع تحول الطور ، بالإضافة إلى المكون النشط ، يظهر مكون تفاعلي - حثي أو سعوي ، اعتمادًا على ما إذا كان التيار يتخلف عن الجهد في الطور أو يقودها. تعتمد مقاومة الإدخال على تردد الإشارة المستقبلة. بالإضافة إلى الخصائص الأساسية المذكورة أعلاه ، تحتوي الهوائيات على عدد من المعلمات المهمة الأخرى ، مثل نسبة الموجة الدائمة SWR (SWR - نسبة الموجة الدائمة) ، ومستوى الاستقطاب المتقاطع ، ونطاق درجة حرارة التشغيل ، وأحمال الرياح ، إلخ.

1.2 تصنيف الهوائي

يمكن تصنيف الهوائيات وفقًا لمعايير مختلفة: وفقًا لمبدأ LH-groove ، وفقًا لطبيعة العناصر المشعة (الهوائيات ذات التيارات الخطية ، أو الهوائيات الهزازة ، والهوائيات التي تشع من خلال الهوائيات الفتحة - الفتحة ، هوائيات الإرادة السطحية) ؛ حسب نوع نظام الهندسة الراديوية الذي يستخدم فيه الهوائي (هوائيات للاتصالات الراديوية ، للبث ، والتلفزيون ، وما إلى ذلك). سوف نلتزم بتصنيف النطاق. على الرغم من أن الهوائيات التي تحتوي على نفس العناصر المشعة (حسب النوع) غالبًا ما تستخدم في نطاقات أطوال موجية مختلفة ، إلا أن تصميمها مختلف ؛ تختلف أيضًا معلمات هذه الهوائيات ومتطلباتها اختلافًا كبيرًا.

يتم النظر في هوائيات نطاقات الموجات التالية (ترد أسماء النطاقات وفقًا لتوصيات لوائح الراديو ؛ يشار إلى الأسماء المستخدمة على نطاق واسع في الأدبيات الخاصة بأجهزة تغذية الهوائي بين قوسين): ميريامتر موجات (طويلة جدًا) () ؛ كيلومتر (طويل) موجات () ؛ موجات هكتومترية (متوسطة) () ؛ موجات ديكامتر (قصيرة) () ؛ موجات مترية () ؛ موجات ديسيمتر () ؛ موجات السنتيمتر () ؛ موجات ملليمتر (). يتم أحيانًا دمج النطاقات الأربعة الأخيرة تحت الاسم العام "الموجات فائقة القصر" (VHF).

1.2.1 نطاقات الهوائي

في السنوات الأخيرة ، ظهر عدد كبير من أنظمة الاتصالات الجديدة لأغراض مختلفة بخصائص مختلفة في سوق الاتصالات والبث الإذاعي. من وجهة نظر المستخدمين ، عند اختيار نظام اتصال لاسلكي أو نظام إذاعي ، أولاً وقبل كل شيء ، يتم الاهتمام بجودة الاتصال (البث) ، وكذلك راحة استخدام هذا النظام (محطة المستخدم) ، والتي يتم تحديده من خلال الأبعاد والوزن وسهولة التشغيل وقائمة الوظائف الإضافية. يتم تحديد جميع هذه المعلمات بشكل أساسي من خلال نوع وتصميم أجهزة الهوائي وعناصر مسار تغذية الهوائي للنظام قيد الدراسة ، والتي بدونها لا يمكن التفكير في الاتصالات الراديوية. في المقابل ، فإن العامل المحدد في تصميم وكفاءة الهوائيات هو مدى تردداتها التشغيلية.

وفقًا لتصنيف نطاقات التردد المقبول ، يتم تمييز عدة فئات (مجموعات) كبيرة من الهوائيات ، والتي تختلف اختلافًا جوهريًا عن بعضها البعض: هوائيات نطاقات الموجات الطويلة جدًا (VLF) ونطاقات الموجة الطويلة (LW) ؛ هوائيات نطاق الموجة المتوسطة (MW) ؛ هوائيات الموجة القصيرة (HF) ؛ هوائيات نطاق الموجة القصيرة جدًا (VHF) ؛ هوائيات الميكروويف.

في السنوات الأخيرة ، الأكثر شيوعًا من حيث توفير خدمات الاتصالات الشخصية والبث الإذاعي والتلفزيوني هي أنظمة الراديو HF و VHF والميكروويف ، وستتم مناقشة أجهزة الهوائي الخاصة بها أدناه. في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من استحالة اختراع شيء جديد في صناعة الهوائي ، في السنوات الأخيرة ، بناءً على التقنيات والمبادئ الجديدة ، تم إجراء تحسينات كبيرة على الهوائيات الكلاسيكية وتم تطوير هوائيات جديدة تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الموجودة سابقًا في التصميم والأبعاد والخصائص الرئيسية وما إلى ذلك مما أدى إلى زيادة كبيرة في عدد أنواع أجهزة الهوائي المستخدمة في الأنظمة الراديوية الحديثة.

في أي نظام اتصال لاسلكي ، قد تكون هناك ترتيبات هوائي إما للإرسال فقط أو للإرسال والاستقبال أو للاستقبال فقط.

لكل من نطاقات التردد ، من الضروري أيضًا التمييز بين أنظمة الهوائي للأجهزة الراديوية ذات الإجراء الاتجاهي وغير الاتجاهي (شامل الاتجاهات) ، والذي يتم تحديده بدوره حسب الغرض من الجهاز (الاتصال ، البث ، إلخ.) ، المهام التي يحلها الجهاز (تنبيه ، اتصال ، إذاعة ، إلخ). د.). في الحالة العامة ، لزيادة اتجاهية الهوائيات (لتضييق مخطط الإشعاع) ، يمكن استخدام صفائف الهوائي ، التي تتكون من مشعات أولية (هوائيات) ، والتي ، في ظل ظروف معينة من مراحلها ، يمكن أن توفر التغييرات اللازمة في الاتجاه لحزمة الهوائي في الفضاء (يوفر التحكم في موضع مخطط إشعاع الهوائي). داخل كل نطاق ، يمكن للمرء أيضًا التمييز بين أجهزة الهوائي التي تعمل فقط عند تردد معين (تردد واحد أو نطاق ضيق) ، والهوائيات التي تعمل على نطاق تردد واسع إلى حد ما (النطاق العريض أو النطاق العريض).

1.3 الإشعاع من صفائف الهوائي

للحصول على اتجاهية عالية للإشعاع ، وغالبًا ما تكون مطلوبة من الناحية العملية ، يمكنك استخدام نظام من الهوائيات ذات الاتجاه الضعيف ، مثل الهزازات ، والفتحات ، والنهايات المفتوحة من أدلة الموجات ، وغيرها ، الموجودة في الفضاء بطريقة معينة ومثيرة للتيارات مع المطلوب نسبة الاتساع والمراحل. في هذه الحالة ، يتم تحديد الاتجاهية الإجمالية ، خاصة مع وجود عدد كبير من المشعات ، بشكل أساسي من خلال الأبعاد الكلية للنظام بأكمله ، وبدرجة أقل ، من خلال الخصائص الاتجاهية الفردية للمشعات الفردية.

ومن بين هذه الأنظمة صفائف الهوائي (AR). عادةً ما يكون AR عبارة عن نظام من العناصر المشعة المتطابقة ، الموجهة بالتساوي في الفضاء وتقع وفقًا لقانون معين. اعتمادًا على موقع العناصر ، يتم تمييز الشبكات الشبكية الخطية والسطحية والحجمية ، ومن بينها المصفوفات المستقيمة والمسطحة الأكثر شيوعًا. في بعض الأحيان توجد العناصر المشعة على طول قوس دائري أو على أسطح منحنية تتطابق مع شكل الكائن الذي يوجد عليه AR (التوافق AR).

أبسطها هو المصفوفة الخطية ، حيث توجد العناصر المشعة على طول خط مستقيم ، يسمى محور المصفوفة ، على مسافات متساوية من بعضها البعض (صفيف متساوي البعد). المسافة d بين مراكز الطور للبواعث تسمى درجة الحزوز. غالبًا ما يكون الواقع المعزز الخطي ، بالإضافة إلى قيمته المستقلة ، أساس تحليل أنواع أخرى من الواقع المعزز.

2 . تحليل هياكل الهوائي المنظور

2.1 هوائيات HF و VHF

الشكل 1 - محطات قاعدة الهوائي

يعمل عدد كبير من أنظمة الراديو لأغراض مختلفة حاليًا في نطاقات التردد العالي والموجات المترية (VHF): الاتصالات (مرحل الراديو ، الخلوي ، الكابلات ، الأقمار الصناعية ، إلخ) ، البث ، والبث التلفزيوني. حسب التصميم والخصائص ، يمكن تقسيم جميع أجهزة الهوائي لهذه الأنظمة إلى مجموعتين رئيسيتين - هوائيات ثابتة وهوائيات الأجهزة المحمولة. تشمل الهوائيات الثابتة هوائيات محطات الاتصالات الأساسية ، وهوائيات التلفزيون المستقبلة ، وهوائيات خطوط اتصال مرحل الراديو ، والهوائيات المتنقلة - هوائيات محطات الاتصالات الشخصية للمستخدم ، وهوائيات السيارة ، وهوائيات محطات الراديو (المحمولة) القابلة للارتداء.

هوائيات المحطة الأساسية غير اتجاهية بشكل أساسي في المستوى الأفقي ، لأنها توفر الاتصال بشكل أساسي بالأجسام المتحركة. الهوائيات السوطية الأكثر انتشارًا للاستقطاب الرأسي من النوع "Ground Plane" ("GP") بسبب بساطة تصميمها وكفاءتها الكافية. مثل هذا الهوائي عبارة عن قضيب عمودي بطول L ، يتم اختياره وفقًا لطول موجة التشغيل l ، مع ثلاثة أو أكثر من الأوزان الموازنة ، تُركب عادةً على صاري (الشكل 1).

طول المسامير L هو l / 4 ، l / 2 و 5/8 l ، وأثقال الموازنة في النطاق من 0.25 لتر إلى 0.1 لتر. تعتمد ممانعة إدخال الهوائي على الزاوية بين ثقل الموازنة والصاري: كلما كانت هذه الزاوية أصغر (كلما زاد ضغط الأثقال الموازنة على الصاري) ، زادت المقاومة. على وجه الخصوص ، بالنسبة للهوائي L = l / 4 ، تتحقق مقاومة دخل قدرها 50 أوم بزاوية تساوي 30º ... 45º. يبلغ الحد الأقصى لمخطط إشعاع مثل هذا الهوائي في المستوي العمودي بزاوية 30 في الأفق. ربح الهوائيات يساوي ربح نصف موجة رأسي ثنائي القطب. ومع ذلك ، في هذا التصميم ، لا يوجد اتصال بين الدبوس والصاري ، الأمر الذي يتطلب استخدامًا إضافيًا لحلقة قصيرة الدائرة من كبل l / 4 لحماية الهوائي من البرق والكهرباء الساكنة.

لا يحتاج الهوائي الذي يبلغ طوله L = l / 2 إلى ثقل موازن ، يلعب دوره الصاري ، ويتم ضغط DN الخاص به في المستوى الرأسي بقوة أكبر في الأفق ، مما يزيد من نطاقه. في هذه الحالة ، يتم استخدام محول عالي التردد لخفض مقاومة الإدخال ، ويتم توصيل قاعدة الدبوس بالصاري الأرضي من خلال محول مطابق ، والذي يحل تلقائيًا مشكلة الحماية من الصواعق والكهرباء الساكنة. يبلغ كسب الهوائي مقارنةً بنصف موجة ثنائي القطب حوالي 4 ديسيبل.

الهوائي الأكثر فاعلية من بين الهوائيات "GP" للاتصالات بعيدة المدى هو الهوائي L = 5 / 8l. إنه أطول إلى حد ما من هوائي نصف موجة ، وكابل التغذية متصل بمحث مطابق يقع في قاعدة الهزاز. توجد أثقال الموازنة (3 على الأقل) في مستوى أفقي. كسب مثل هذا الهوائي هو 5-6 ديسيبل ، والحد الأقصى DN يقع بزاوية 15 درجة في الأفق ، والدبوس نفسه مؤرض على الصاري من خلال ملف مطابق. هذه الهوائيات أضيق من الهوائيات نصف الموجية ، وبالتالي تتطلب ضبطًا أكثر دقة.

الشكل 2 - هزاز نصف الموجة الهوائي

الشكل 3 - هوائي هزاز نصف موجي معيني

يتم تثبيت معظم الهوائيات الأساسية على أسطح المنازل ، مما قد يؤثر بشكل كبير على أدائها ، لذلك يجب مراعاة ما يلي:

يُنصح بوضع قاعدة الهوائي على بعد 3 أمتار على الأقل من مستوى السطح ؛

يجب ألا يكون هناك أي أجسام وهياكل معدنية بالقرب من الهوائي (هوائيات التلفزيون ، والأسلاك ، وما إلى ذلك) ؛

من المستحسن تثبيت الهوائيات على أعلى مستوى ممكن ؛

يجب ألا يتداخل تشغيل الهوائي مع المحطات القاعدية الأخرى.

يلعب استقطاب الإشارة المستقبلة (المشعة) دورًا أساسيًا في إنشاء اتصال لاسلكي ثابت ؛ نظرًا لأن الموجة السطحية ، أثناء الانتشار بعيد المدى ، تواجه توهينًا أقل بشكل ملحوظ مع الاستقطاب الأفقي ، تُستخدم الهوائيات ذات الاستقطاب الأفقي للاتصالات الراديوية بعيدة المدى ، وكذلك للإرسال التلفزيوني (توجد الهزازات أفقيًا).

أبسط الهوائيات الاتجاهية هو الهزاز نصف الموجي. في هزاز نصف موجي متماثل ، يكون الطول الإجمالي لذراعيه المتماثلتين تقريبًا يساوي l / 2 (0.95 لتر / 2) ، ويكون نمط الإشعاع على شكل رقم ثمانية في المستوى الأفقي ودائرة في عمودي. عامل التضخيم ، كما هو موضح أعلاه ، يؤخذ كوحدة قياس.

إذا كانت الزاوية بين هزازات هذا الهوائي ب<180є, то получают антенну типа V, у которой ДН складывается из ДН составных её частей, причём угол раскрыва зависит от длины вибратора (рисунок 2). Так, например, при L =л получаем б=100є, а при L = 2л, б =70є, а усиление равно 3,5 дБ и 4,5 дБ, входное сопротивление - 100 и 120 Ом соответственно.

عندما يتم توصيل هوائيين من النوع V بطريقة تلخص RPs الخاصة بهم ، يتم الحصول على هوائي معيني ، يكون الاتجاه فيه أكثر وضوحًا (الشكل 3).

عند توصيله بأعلى المعين ، مقابل نقاط الطاقة ، فإن مقاومة الحمل Rn ، التي تبدد طاقة تساوي نصف قوة المرسل ، تكبح الفص الخلفي لـ RP بمقدار 15 ... 20 ديسيبل. يتطابق اتجاه الفص الرئيسي في المستوى الأفقي مع القطر أ. في المستوى العمودي ، يتم توجيه الفص الرئيسي أفقيًا.

أحد أفضل الهوائيات الاتجاهية البسيطة نسبيًا هو هوائي حلقي "مزدوج المربع" بكسب 8 ... 9 ديسيبل ، كبت الفص الخلفي لـ AP - لا يقل عن 20 ديسيبل ، الاستقطاب - عمودي.

الشكل 4 - "قناة موجة" الهوائي

الأكثر استخدامًا ، لا سيما في نطاق الموجات المترية (VHF) ، هي الهوائيات من نوع "القناة الموجية" (في الأدبيات الأجنبية - هوائيات Uda-Yaga) ، لأنها مدمجة تمامًا وتوفر قيم Ga كبيرة ذات أبعاد صغيرة نسبيًا. الهوائيات من هذا النوع عبارة عن مجموعة من العناصر: نشطة - هزاز وسلبي - عاكس والعديد من المخرجين مثبتين على ذراع واحد مشترك (الشكل 4). تتطلب هذه الهوائيات ، خاصة مع وجود عدد كبير من العناصر ، ضبطًا دقيقًا أثناء التصنيع. بالنسبة لهوائي ثلاثي العناصر (هزاز وعاكس ومخرج واحد) ، يمكن تحقيق الخصائص الأساسية دون ضبط إضافي.

يكمن تعقيد الهوائيات من هذا النوع أيضًا في حقيقة أن مقاومة الإدخال للهوائي تعتمد على عدد العناصر المنفعلة وتعتمد بشكل كبير على ضبط الهوائي ، وهذا هو السبب في أن القيمة الدقيقة لمقاومة الإدخال لهذه الهوائيات هي في كثير من الأحيان لا يشار إليها في الأدب. على وجه الخصوص ، عند استخدام هزاز حلقي Pistohlkors كهزاز ، والذي لديه مقاومة دخل تبلغ حوالي 300 أوم ، مع زيادة عدد العناصر السلبية ، تنخفض مقاومة دخل الهوائي وتصل إلى قيم 30-50 أوم ، مما يؤدي إلى عدم التوافق مع وحدة التغذية ويتطلب تنسيقًا إضافيًا. مع زيادة عدد العناصر المنفعلة ، يضيق مخطط الهوائي ، ويزداد الكسب ، على سبيل المثال ، بالنسبة لهوائيات ثلاثية وخمسة عناصر ، تكون المكاسب 5 ... 6 ديسيبل و 8 ...

هوائيات الموجة المتنقلة (TW) هي نطاق عريض أكثر مقارنة بهوائيات قناة الموجة ولا تحتاج إلى ضبط ، حيث تكون جميع الهزازات الموجودة على نفس المسافة من بعضها البعض نشطة ومتصلة بخط التجميع (الشكل 5). تضاف طاقة الإشارة التي يستقبلها في خط التجميع تقريبًا في الطور وتدخل في وحدة التغذية. يتم تحديد كسب هذه الهوائيات بطول خط التجميع ، ويتناسب مع نسبة هذا الطول إلى الطول الموجي للإشارة المستقبلة ، ويعتمد على الخصائص الاتجاهية للهزازات. على وجه الخصوص ، بالنسبة إلى ABV مع ستة هزازات بأطوال مختلفة تتوافق مع نطاق التردد المطلوب وتقع بزاوية 60 درجة لخط التجميع ، يختلف الكسب من 4 ديسيبل إلى 9 ديسيبل ضمن نطاق التشغيل ، ومستوى الإشعاع الخلفي هو أقل بمقدار 14 ديسيبل.

الشكل 5 - هوائي موجة متنقلة

الشكل 6 - هوائي بهيكل دوري لوغاريتمي أو هوائي لوغاريتمي دوري

تتغير الخصائص الاتجاهية للهوائيات المدروسة اعتمادًا على الطول الموجي للإشارة المستقبلة. أحد أكثر أنواع الهوائيات شيوعًا مع شكل RP ثابت في نطاق تردد واسع هي الهوائيات ذات التواتر اللوغاريتمي للهيكل أو الهوائيات الدورية اللوغاريتمية (LPA). تتميز بنطاق واسع: الطول الموجي الأقصى للإشارة المستقبلة يتجاوز الحد الأدنى بأكثر من 10 مرات. في الوقت نفسه ، يتم ضمان التوافق الجيد بين الهوائي والمغذي على نطاق التشغيل بأكمله ، ويظل الكسب دون تغيير عمليًا. يتكون خط التجميع لـ LPA عادةً من موصلين يقع أحدهما فوق الآخر ، حيث يتم ربط أذرع الهزازات أفقياً بالتناوب من خلال أحدهما (الشكل 6 ، المنظر العلوي).

تتحول هزازات LPA إلى مثلث متساوي الساقين بزاوية عند الرأس ب وقاعدة تساوي أكبر هزاز. يتم تحديد عرض النطاق الترددي للهوائي من خلال أبعاد أطول وأقصر الهزازات. بالنسبة للبنية اللوغاريتمية لشبكة الهوائي ، يجب استيفاء نسبة معينة بين أطوال الهزازات المجاورة ، وكذلك بين المسافات منها إلى قمة الهيكل. تسمى هذه العلاقة بفترة الهيكل φ:

B2؟ B1 = B3؟ B2 = A2؟ A1 = A3؟ A2 =… = و

وبالتالي ، فإن أبعاد الهزازات والمسافة بينها وبين قمة المثلث تتناقص أضعافا مضاعفة. تحدد خصائص الهوائي بقيمة f و b. كلما كانت الزاوية b أصغر وأكبر b (دائمًا أقل من 1) ، زاد كسب الهوائي وانخفض مستوى الفصوص الخلفية والجانبية لـ AP. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يزداد عدد الهزازات ، ويزداد حجم ووزن الهوائي. اختر قيم الزاوية b بشكل مثالي ضمن 3є ... 60є و f - 0.7 ... 0.9.

اعتمادًا على الطول الموجي للإشارة المستقبلة ، يتم إثارة العديد من الهزازات في هيكل الهوائي ، والتي تكون أبعادها أقرب إلى نصف طول موجة الإشارة ، وبالتالي فإن LPA يشبه من حيث المبدأ عدة هوائيات "قناة موجة" متصلة ببعضها البعض ، كل منها يحتوي على هزاز وعاكس ومخرج. عند طول موجة إشارة معينة ، يتم تحفيز ثلاثي واحد فقط من الهزازات ، ويتم فصل البقية بحيث لا تؤثر على تشغيل الهوائي. لذلك ، تبين أن كسب LPA أقل من كسب هوائي "قناة الموجة" بنفس عدد العناصر ، ولكن اتضح أن عرض النطاق الترددي لـ LPA أوسع بكثير. لذلك ، بالنسبة لـ LPA المكون من عشرة هزازات والقيم b = 45º ، f = 0.84 ، يكون الكسب المحسوب 6 ديسيبل ، والذي لا يتغير عمليًا خلال نطاق تردد التشغيل بأكمله.

بالنسبة لخطوط اتصال المرحلات الراديوية ، من المهم جدًا أن يكون لديك نمط إشعاع ضيق حتى لا تتداخل مع الوسائل الإلكترونية الأخرى ولضمان اتصال عالي الجودة. لتضييق المخطط ، تُستخدم صفائف الهوائي (ARs) على نطاق واسع ، مما يضيق المخطط في مستويات مختلفة ويوفر قيمًا مختلفة لعرض الفص الرئيسي. من الواضح تمامًا أن الأبعاد الهندسية لصفيف الهوائي وخصائص مخطط الإشعاع تعتمد بشكل كبير على نطاق التردد التشغيلي - فكلما زاد التردد ، زاد ضغط صفيف الهوائي وكان مخطط الإشعاع أضيق ، وبالتالي ، كلما زاد الربح. بالنسبة إلى نفس الترددات ، مع زيادة حجم المصفوفة (عدد البواعث الأولية) ، سيضيق النمط.

بالنسبة لنطاق الموجات المترية (VHF) ، غالبًا ما يتم استخدام المصفوفات ، التي تتكون من هوائيات هزازة (هزازات حلقة) ، يمكن أن يصل عددها إلى عدة عشرات ، ويزيد الكسب إلى 15 ديسيبل أو أكثر ، ويمكن أن يكون عرض النموذج في أي من المستويات ضيقة إلى 10º ، على سبيل المثال ، لـ 16 هزاز حلقي عمودي في نطاق تردد 395 ... يضيق 535 ميغاهرتز DN في المستوى الرأسي إلى 10º.

النوع الرئيسي من الهوائيات المستخدمة في مطاريف المستخدم هو هوائيات سوطية مستقطبة رأسياً بنمط دائري في المستوى الأفقي. كفاءة هذه الهوائيات منخفضة إلى حد ما بسبب قيم الكسب المنخفضة ، وكذلك بسبب تأثير الأجسام المحيطة على مخطط الإشعاع ، فضلاً عن عدم وجود أرضية كاملة ومحدودية الأبعاد الهندسية للهوائيات. يتطلب الأخير مطابقة عالية الجودة للهوائي مع دوائر الإدخال لجهاز الراديو. خيارات التصميم النموذجية للمطابقة هي الحث الموزع على طول ومحاثة قاعدة الهوائي. لزيادة نطاق الاتصال اللاسلكي ، يتم استخدام هوائيات ممدودة خاصة بطول عدة أمتار ، مما يحقق زيادة كبيرة في مستوى الإشارة المستقبلة.

يوجد حاليًا العديد من أنواع هوائيات السيارات ، تختلف في المظهر والتصميم والسعر. تخضع هذه الهوائيات لمتطلبات ميكانيكية وكهربائية وأداء وجمالية صارمة. أفضل النتائج من حيث مدى الاتصال لها هوائي كامل الحجم بطول l / 4 ، ومع ذلك ، فإن الأبعاد الهندسية الكبيرة ليست ملائمة دائمًا ، لذلك ، يتم استخدام طرق مختلفة لتقصير الهوائيات دون حدوث تدهور كبير في خصائصها. لتوفير الاتصال الخلوي في السيارات ، يمكن استخدام هوائيات رنانة microstrip (أحادية وثنائية وثلاثية الموجات) ، والتي لا تتطلب تركيب أجزاء خارجية ، لأنها متصلة بالجزء الداخلي من زجاج السيارة. توفر هذه الهوائيات استقبال وإرسال إشارات مستقطبة رأسياً في نطاق التردد 450 ... 1900 ميغاهيرتز ، ولها كسب يصل إلى 2 ديسيبل.

2.1.1 الخصائص العامة لهوائيات الميكروويف

في نطاق الموجات الدقيقة في السنوات الأخيرة ، كانت هناك أيضًا زيادة في عدد أنظمة الاتصال والبث ، سواء الموجودة سابقًا أو المطورة حديثًا. بالنسبة للأنظمة الأرضية ، هذه هي أنظمة اتصالات الترحيل الإذاعي ، والبث الإذاعي والتلفزيوني ، وأنظمة التلفزيون الخلوي ، وما إلى ذلك ، لأنظمة الأقمار الصناعية - البث التلفزيوني المباشر ، والهاتف ، والفاكس ، والترحيل ، ومؤتمرات الفيديو ، والوصول إلى الإنترنت ، إلخ. تتوافق نطاقات التردد المستخدمة لأنواع محددة من الاتصالات والإذاعة مع أقسام الطيف الترددي المخصص لهذه الأغراض ، وأهمها: 3.4 ... 4.2 جيجا هرتز ؛ 5.6 ... 6.5 جيجاهرتز ؛ 10.7 ... 11.7 جيجاهرتز ؛ 13.7 ... 14.5 جيجاهرتز ؛ 17.7 ... 19.7 جيجا هرتز ؛ 21.2 ... 23.6 جيجاهرتز ؛ 24.5 ... 26.5 جيجاهرتز ؛ 27.5 ... 28.5 جيجا هرتز ؛ 36 ... 40 جيجاهرتز. في بعض الأحيان في الأدبيات الفنية ، يشمل نطاق الميكروويف أنظمة تعمل بترددات أعلى من 1 جيجاهرتز ، على الرغم من أن هذا النطاق يبدأ من 3 جيجاهرتز.

بالنسبة لأنظمة الميكروويف الأرضية ، فإن أجهزة الهوائي عبارة عن هوائيات عاكس صغير الحجم ، وهوائيات بوق ، وعدسة قرن مثبتة على صواري ومحمية من التأثيرات الجوية الضارة. الهوائيات الاتجاهية ، اعتمادًا على الغرض والتصميم ومدى التردد ، لها مجموعة واسعة من الخصائص ، وهي: من حيث الكسب - من 12 إلى 50 ديسيبل ، من حيث عرض المخطط (المستوى - 3 ديسيبل) - من 3.5 إلى 120 درجة. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم أنظمة التلفزيون الخلوي هوائيات ثنائية الاتجاه (في المستوى الأفقي) ، تتكون من مخروطين معدنيين يشيران إلى بعضهما البعض ، وعدسة عازلة للكهرباء مثبتة بين الأقماع ، وجهاز إثارة. هذه الهوائيات لها ربح قدره 7 ... 10 ديسيبل ، وعرض الفص الرئيسي في المستوى الرأسي هو 8 ... 15 درجة ، ومستوى الفصوص الجانبية ليس أسوأ من 14 ديسيبل ناقص.

3. تحليل الطرق الممكنة لتركيب هياكل كسورية الهوائي

3.1 هوائيات كسورية

الهوائيات الكسورية هي فئة جديدة نسبيًا من الهوائيات الكهربائية الصغيرة (ESA) ، تختلف اختلافًا جوهريًا في هندستها عن الحلول المعروفة. في الواقع ، كان التطور التقليدي للهوائيات قائمًا على الهندسة الإقليدية ، حيث تعمل بأجسام ذات أبعاد صحيحة (خط ، دائرة ، قطع ناقص ، مكافئ ، إلخ). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الأشكال الهندسية الكسورية في البعد الكسري ، والذي يتجلى خارجيًا في التكرار العودي على نطاق متزايد أو متناقص للأنماط الأصلية الحتمية أو العشوائية. أصبحت تقنيات الفركتل منتشرة على نطاق واسع في تشكيل أدوات تصفية الإشارة ، وتوليف نماذج الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد للمناظر الطبيعية ، وضغط الصور. من الطبيعي أن "الموضة" الفركتالية لم تتجاوز نظرية الهوائيات. علاوة على ذلك ، كان النموذج الأولي لتقنيات الفركتلات الحديثة في تكنولوجيا الهوائي هو الإنشاءات اللوغاريتمية الدورية واللولبية المقترحة في منتصف الستينيات من القرن الماضي. صحيح ، بالمعنى الرياضي الصارم ، لم تكن مثل هذه الإنشاءات في وقت التطوير مرتبطة بالهندسة الكسورية ، بل كانت في الواقع مجرد كسريات من النوع الأول. يحاول الباحثون الآن ، عن طريق التجربة والخطأ بشكل أساسي ، استخدام الفركتلات المعروفة في الهندسة في حلول الهوائي. نتيجة لنمذجة المحاكاة والتجارب ، وجد أن الهوائيات الفركتالية تجعل من الممكن الحصول على نفس الكسب تقريبًا مثل تلك التقليدية ، ولكن بأبعاد أصغر ، وهو أمر مهم لتطبيقات الهاتف المحمول. دعونا نفكر في النتائج التي تم الحصول عليها في مجال إنشاء هوائيات كسورية من أنواع مختلفة.

نشر كوهين نتائج دراسات خصائص تصميم الهوائي الجديد التي جذبت انتباه المتخصصين. بفضل جهود العديد من الباحثين ، أصبحت نظرية الهوائيات الكسورية اليوم جهازًا مستقلاً ومتطورًا إلى حد ما لتركيب وتحليل EMA.

3.2 الخصائصهوائيات كسورية

يمكن استخدام SFCs كقوالب لتصنيع أذرع أحادية القطب وثنائية الأقطاب ، وطوبولوجيا الهوائيات المطبوعة ، وأسطح اختيار التردد (FSS) أو أغطية عاكسات عاكسة ، وتحديد الهوائيات الحلقية وملامح فتحات البوق ، فضلاً عن فتحات الطحن في الهوائيات ذات الفتحات.

البيانات التجريبية التي حصلت عليها شركة Cushcraft لمنحنى Koch وأربعة تكرارات للهوائي الحلزوني والتعرج تجعل من الممكن مقارنة الخصائص الكهربائية لهوائي Koch مع المشعات الأخرى بهيكل دوري. جميع المشعات المقارنة لها خصائص متعددة التردد ، والتي تتجلى في وجود صدى دوري في الرسوم البيانية للمقاومة. ومع ذلك ، بالنسبة للتطبيقات متعددة النطاقات ، فإن فركتل كوخ هو الأنسب ، حيث تنخفض قيم الذروة للمقاومات التفاعلية والنشطة ، مع زيادة التردد ، بينما تزداد مع التعرج واللولب.

بشكل عام ، تجدر الإشارة إلى أنه من الصعب تقديم آلية التفاعل نظريًا بين هوائي استقبال فركتلي والموجات الكهرومغناطيسية التي تحدث عليه بسبب عدم وجود وصف تحليلي لعمليات الموجة في موصل له هيكل معقد. في مثل هذه الحالة ، يُنصح بتحديد المعلمات الرئيسية للهوائيات الكسورية عن طريق النمذجة الرياضية.

تم توضيح مثال على بناء أول منحنى كسوري متماثل ذاتيًا في عام 1890 من قبل عالم الرياضيات الإيطالي جوزيبي بينو. الخط الذي اقترحه في الحد يملأ المربع تمامًا ، ويدور حول جميع نقاطه (الشكل 9). في وقت لاحق ، تم العثور على أشياء أخرى مماثلة ، والتي حصلت على الاسم العام "منحنيات Peano" بعد اسم مكتشف عائلتها. صحيح ، بسبب الوصف التحليلي البحت للمنحنى الذي اقترحه Peano ، نشأ بعض الالتباس في تصنيف خطوط SFC. في الواقع ، يجب إعطاء اسم "منحنيات Peano" فقط للمنحنيات الأصلية ، والتي يتوافق تركيبها مع التحليل الذي نشرته Peano (الشكل 10).

الشكل 9 - تكرارات منحنى Peano: أ) خط الأساس ، ب) الأول ، ج) الثاني و د) التكرارات الثالثة

الشكل 10 - تكرارات الخط المتقطع التي اقترحها هيلبرت عام 1891

غالبًا ما يتم تفسيره على أنه منحنى Peano العودي

لذلك ، من أجل تجسيد كائنات تقنية الهوائي قيد الدراسة ، عند وصف شكل أو آخر من أشكال الهوائي الفركتلي ، من الضروري ، إن أمكن ، ذكر أسماء المؤلفين الذين اقترحوا التعديل المقابل لـ SFC. هذا هو الأهم لأنه ، وفقًا للتقديرات ، يقترب عدد الأصناف المعروفة من SFC يقترب من ثلاثمائة ، وهذا الرقم ليس الحد الأقصى.

وتجدر الإشارة إلى أن منحنى Peano (الشكل 9) في شكله الأصلي مناسب تمامًا لعمل فتحات في جدران الدليل الموجي ، والهوائيات المطبوعة وغيرها من الهوائيات النقطية ذات الفتحة ، ولكنه غير مقبول لبناء هوائي سلكي ، لأنه مجاور أقسام. لذلك ، اقترح أخصائيو Fractus تعديله ، المسمى "Peanodec" (الشكل 11).

الشكل 11 - خيار تعديل منحنى Peano ("Peanodec"): أ) أولاً ، ب) ثانيًا ج) التكرار الثالث

من التطبيقات الواعدة للهوائيات مع طوبولوجيا كوخ أنظمة اتصالات MIMO (أنظمة اتصالات مع العديد من المدخلات والمخرجات). لتصغير صفائف الهوائي لمحطات المشتركين في وسائل الاتصال هذه ، اقترح متخصصون من مختبر الكهرومغناطيسية بجامعة باتراس (اليونان) تشابهًا فركتليًا مع هوائي L مقلوب (ILA). يتمثل جوهر الفكرة في ثني هزاز Koch بمقدار 90 درجة عند النقطة التي تقسمها إلى شرائح بنسبة طول 2: 1. بالنسبة لاتصالات الهاتف المحمول بتردد ناقل يبلغ 2.4 هرتز ، تبلغ أبعاد هذا الهوائي المطبوع 12.33 × 10.16 مم (~ لتر / 10 × لتر / 12) ، وعرض النطاق الترددي ~ 20٪ ، والكفاءة 93٪ .

الشكل 12 - مثال على صفيف هوائي مزدوج النطاق (2.45 و 5.25 جيجاهرتز)

يكون مخطط الاتجاهية في السمت منتظمًا تقريبًا ، ويكون الكسب من حيث إدخال وحدة التغذية ~ 3.4 ديسيبل. صحيح ، كما هو مذكور في المقالة ، فإن تشغيل هذه العناصر المطبوعة كجزء من شبكة (الشكل 12) يرافقه انخفاض في كفاءتها مقارنة بعنصر واحد. وهكذا ، عند تردد 2.4 جيجاهرتز ، تنخفض كفاءة عازمة كوخ أحادية القطب بمقدار 90 درجة من 93 إلى 72٪ ، وبتردد 5.2 جيجاهرتز ، من 90 إلى 80٪. الوضع أفضل إلى حد ما مع التأثير المتبادل لهوائيات النطاق عالي التردد: عند تردد 5.25 جيجاهرتز ، تكون العزلة بين العناصر التي تشكل الزوج المركزي للهوائيات 10 ديسيبل. بالنسبة للتأثير المتبادل في زوج من العناصر المجاورة من نطاقات مختلفة ، اعتمادًا على تردد الإشارة ، تتراوح العزلة من 11 ديسيبل (عند 2.45 جيجاهرتز) إلى 15 ديسيبل (بتردد 5.25 جيجاهرتز). سبب تدهور كفاءة الهوائيات هو التأثير المتبادل للعناصر المطبوعة.

وبالتالي ، فإن إمكانية اختيار مجموعة متنوعة من معلمات نظام الهوائي بناءً على خط Koch المكسور يسمح للتصميم بتلبية المتطلبات المختلفة لقيمة المقاومة الداخلية وتوزيع ترددات الرنين. ومع ذلك ، نظرًا لأنه لا يمكن الحصول على الترابط بين البعد التكراري وخصائص الهوائي إلا من أجل هندسة معينة ، فإن صلاحية الخصائص المدروسة للتشكيلات العودية الأخرى تحتاج إلى دراسة إضافية.

3.3 خصائص الهوائيات كسورية

هوائي Koch النمطي هندسي متكرر الموضح في الشكل 13 أو 20 هو مجرد واحد من الخيارات المنفذة باستخدام مثلث تكراري متساوي الأضلاع ، أي الزاوية وقاعدتها (زاوية المسافة البادئة أو "الزاوية العميقة") 60 درجة. يسمى هذا الإصدار من كسورية كوخ بالإصدار القياسي. من الطبيعي أن نتساءل عما إذا كان من الممكن استخدام تعديلات على الفراكتل بقيم أخرى لهذه الزاوية. اقترح Vinoy النظر في الزاوية عند قاعدة مثلث البدء كمعلمة تميز تصميم الهوائي. من خلال تغيير هذه الزاوية ، من الممكن الحصول على منحنيات متكررة مماثلة بأبعاد مختلفة (الشكل 13). تحتفظ المنحنيات بخاصية التشابه الذاتي ، ولكن يمكن أن يكون طول الخط الناتج مختلفًا ، مما يؤثر على خصائص الهوائي. كان Vinoy أول من بحث في الارتباط بين خصائص الهوائي وأبعاد Koch fractal D المعمم ، والذي يتم تحديده في الحالة العامة من خلال الاعتماد

(1)

تبين أنه كلما زادت الزاوية ، تزداد u أيضًا في البعد الكسري ، وتقترب من 2 لـ u> 90 درجة. كائنات متكررة.

الشكل 13 - بناء منحنى كوخ بزاوية و أ) 30 درجة و ب) 70 درجة عند قاعدة المثلث في المولد النمطي هندسي متكرر

مع زيادة البعد ، يزيد الطول الإجمالي للخط المكسور أيضًا بشكل غير خطي ، والذي يتم تحديده من خلال العلاقة:

(2)

حيث L0 هو طول ثنائي القطب الخطي ، والمسافة بين نهايته هي نفس المسافة من خط Koch المكسور ، n هو رقم التكرار. الانتقال من u = 60 ° إلى u = 80 ° عند التكرار السادس يجعل من الممكن زيادة الطول الإجمالي لـ Prefractal بأكثر من أربع مرات. كما قد تتوقع ، هناك علاقة مباشرة بين البعد التكراري وخصائص الهوائي مثل تردد الطنين الأساسي ومقاومة الرنين الداخلي وأداء النطاقات المتعددة. على أساس حسابات الكمبيوتر ، حصل Vinoy على اعتماد تردد الرنين الأول لـ Koch dipole fk على بُعد بريفركتال D ، ورقم التكرار n ، وتردد الطنين لثنائي أقطاب مستقيم fD بنفس ارتفاع Koch خط متقطع (في أقصى النقاط):

(3)

الشكل 14 - تأثير "التسرب" لموجة كهرومغناطيسية

في الحالة العامة ، بالنسبة للمقاومة الداخلية لثنائي أقطاب كوخ عند تردد الطنين الأول ، تكون العلاقة التقريبية التالية صحيحة:

(4)

حيث R0 هي المقاومة الداخلية لثنائي القطب الخطي (D = 1) ، والتي في هذه الحالة تساوي 72 أوم. يمكن استخدام التعبيرات (3) و (4) لتحديد المعلمات الهندسية للهوائي بالقيم المطلوبة لتردد الرنين والمقاومة الداخلية. خصائص النطاقات المتعددة لثنائي أقطاب Koch حساسة جدًا أيضًا لقيمة الزاوية u. مع زيادة وقيمة ترددات الرنين تقترب من بعضها البعض ، وبالتالي ، ينمو عددها في نطاق طيفي معين (الشكل 15). في الوقت نفسه ، كلما زاد رقم التكرار ، كان هذا التقارب أقوى.

الشكل 15 - تأثير تضييق الفاصل الزمني بين ترددات الرنين

تمت دراسة جانب آخر مهم من ثنائي القطب كوخ في جامعة ولاية بنسلفانيا - تأثير عدم تناسق مصدر الطاقة على الدرجة التي تقترب فيها المقاومة الداخلية للهوائي من 50 أوم. في ثنائيات الأقطاب الخطية ، غالبًا ما توجد نقطة التغذية بشكل غير متماثل. يمكن استخدام نفس الطريقة مع هوائي فركتلي على شكل منحنى كوخ ، حيث تكون مقاومته الداخلية أقل من القيم القياسية. لذلك ، في التكرار الثالث ، المقاومة الداخلية لثنائي أقطاب كوخ القياسي (u = 60 درجة) دون مراعاة الخسائر عند توصيل وحدة التغذية في المركز هي 28 أوم. عند تحريك وحدة التغذية إلى أحد طرفي الهوائي ، يمكنك الحصول على مقاومة 50 أوم.

تم تصنيع جميع تكوينات خط Koch المكسور التي تم النظر فيها حتى الآن بشكل متكرر. ومع ذلك ، وفقًا لـ Vina ، إذا تم انتهاك هذه القاعدة ، على وجه الخصوص ، من خلال تحديد زوايا مختلفة و؟ في كل تكرار جديد ، يمكن تغيير خصائص الهوائي بمرونة أكبر. للحفاظ على التشابه ، يُنصح باختيار مخطط منتظم لتغيير الزاوية u. على سبيل المثال ، لتغييره وفقًا لقانون خطي و n \ u003d و n-1 - Di n ، أين n هو رقم التكرار ، Di؟ - زيادة الزاوية عند قاعدة المثلث. أحد أشكال هذا المبدأ لبناء خط متقطع هو التسلسل التالي للزوايا: u1 = 20 ° للتكرار الأول ، u2 = 10 ° للثانية ، وهكذا. لن يكون تكوين الهزاز في هذه الحالة متكررًا بشكل صارم ، ومع ذلك ، فإن جميع شرائحه المركبة في تكرار واحد سيكون لها نفس الحجم والشكل. لذلك ، يُنظر إلى هندسة مثل هذا الخط المكسور المختلط على أنها متشابهة ذاتيًا. مع عدد صغير من التكرارات ، جنبًا إلى جنب مع الزيادة السالبة ، يمكن استخدام تغيير تربيعي أو غير خطي آخر في الزاوية n.

يتيح النهج المدروس إمكانية ضبط توزيع ترددات الرنين للهوائي وقيم مقاومته الداخلية. ومع ذلك ، فإن إعادة ترتيب ترتيب تغيير قيم الزوايا والتكرارات لا يعطي نتيجة مكافئة. لنفس ارتفاع متعدد الخطوط ، مجموعات مختلفة من نفس الزوايا ، على سبيل المثال ، u1 = 20 درجة ، u2 = 60 درجة و u1 = 60 درجة ، u2 = 20 درجة (الشكل 16) ، تعطي نفس طول ما قبل الطي. ولكن ، على عكس التوقعات ، لا توفر المصادفة الكاملة للمعلمات هوية ترددات الطنين وهوية الخصائص متعددة النطاقات للهوائيات. السبب هو التغيير في المقاومة الداخلية لمقاطع الخطوط المتعددة ، أي يتم لعب الدور الرئيسي من خلال تكوين الموصل ، وليس أبعاده.

الشكل 16 - بادئات كوخ المعممة للتكرار الثاني مع زيادة سالبة Dq (a) وزيادة موجبة Dq (b) والتكرار الثالث مع زيادة سالبة Dq = 40 ° ، 30 ° ، 20 ° (c)

4. أمثلة على الهوائيات كسورية

4.1 نظرة عامة على الهوائيات

تعد موضوعات الهوائيات من أكثر الموضوعات الواعدة وذات الاهتمام الكبير في النظرية الحديثة لنقل المعلومات. ترتبط هذه الرغبة في تطوير هذا المجال المحدد من التطور العلمي بالمتطلبات المتزايدة باستمرار لسرعة وأساليب نقل المعلومات في عالم التكنولوجيا الحديثة. كل يوم ، بالتواصل مع بعضنا البعض ، ننقل المعلومات بطريقة طبيعية بالنسبة لنا - عبر الهواء. بالطريقة نفسها تمامًا ، توصل العلماء إلى فكرة لتعليم كيفية التواصل والعديد من شبكات الكمبيوتر.

وكانت النتيجة ظهور تطورات جديدة في هذا المجال ، وموافقتها على سوق أجهزة الكمبيوتر ، ثم اعتماد معايير لنقل المعلومات لاسلكيًا. حتى الآن ، تمت الموافقة بالفعل على تقنيات الإرسال مثل BlueTooth و WiFi ومقبولة بشكل عام. لكن التطور لا يتوقف عند هذا الحد ولا يتوقف ، فهناك متطلبات جديدة ورغبات جديدة للسوق.

سرعات النقل ، السريعة بشكل مذهل في وقت تطوير التقنيات ، اليوم لم تعد تلبي متطلبات ورغبات مستخدمي هذه التطورات. بدأت العديد من مراكز التطوير الرائدة مشروع WiMAX جديدًا لتحسين السرعة بناءً على توسيع القناة في معيار WiFi الموجود بالفعل. ما المكان الذي يحتله موضوع الهوائي في كل هذا؟

يمكن حل مشكلة توسيع قناة الإرسال جزئيًا عن طريق إدخال ضغط أكبر من الضغط الموجود. سيسمح استخدام الهوائيات الكسورية بحل هذه المشكلة بطريقة أكثر جودة وفعالية. والسبب في ذلك هو أن الهوائيات الكسورية والأسطح والأحجام التي تعتمد على التردد الانتقائي لها خصائص ديناميكية كهروديناميكية فريدة ، وهي: النطاق العريض ، وتكرار عرض النطاق الترددي في نطاق التردد ، وما إلى ذلك.

4.1.1 بناء شجرة كايلي

شجرة كايلي هي واحدة من الأمثلة الكلاسيكية للمجموعات الكسورية. تكرارها الصفري هو مجرد قطعة مستقيمة بطول معين l. أول وكل تكرار فردي لاحق عبارة عن جزأين لهما نفس الطول تمامًا مثل التكرار السابق ، ويقعان بشكل عمودي على مقطع التكرار السابق بحيث تكون نهاياته متصلة بمنتصف المقاطع.

الثاني وكل تكرار متساوٍ لاحق للفركتلي عبارة عن جزأين l / 2 نصف طول التكرار السابق ، ويقعان ، كما كان من قبل ، عموديًا على التكرار السابق.

تظهر نتائج بناء شجرة كايلي في الشكل 17. يبلغ إجمالي ارتفاع الهوائي 15 / 8l والعرض 7 / 4l.

الشكل 17 - بناء شجرة كايلي

تم إجراء حسابات وتحليل نوع الهوائي "كايلي تري" الحسابات النظرية للهوائي الفركتلي على شكل شجرة كايلي من الرتبة السادسة. لحل هذه المشكلة العملية ، تم استخدام أداة قوية إلى حد ما لإجراء حساب صارم للخصائص الكهروديناميكية للعناصر الموصلة - برنامج EDEM. الأدوات القوية والواجهة سهلة الاستخدام لهذا البرنامج تجعله لا غنى عنه لهذا المستوى من الحسابات.

واجه المؤلفون مهمة تصميم هوائي ، وتقدير القيم النظرية للترددات الرنانة لاستقبال الإشارة وإرسالها ، وعرض المشكلة في واجهة لغة برنامج EDEM. يظهر الهوائي الفركتلي المصمم على أساس شجرة كايلي في الشكل 18.

بعد ذلك ، تم توجيه موجة كهرومغناطيسية مستوية إلى الهوائي الفركتلي المصمم ، وقام البرنامج بحساب انتشار المجال قبل الهوائي وبعده ، وحساب الخصائص الديناميكية الكهربية للهوائي الفركتلي.

أتاحت نتائج الحسابات التي أجراها مؤلفو هوائي كايلي تري كسورية استخلاص الاستنتاجات التالية. يتضح أن سلسلة من ترددات الطنين تتكرر تقريبًا بقيمة مزدوجة من التردد السابق. تم تحديد التوزيعات الحالية على سطح الهوائي. تمت دراسة مناطق الإرسال الكلي والانعكاس الكلي للمجال الكهرومغناطيسي.

الشكل 18 - شجرة كايلي من الرتبة السادسة

4 .1.2 هوائي الوسائط المتعددة

التصغير يجتاح الكوكب بسرعة فائقة. إن ظهور أجهزة الكمبيوتر بحجم حبة الفول ليس بعيدًا ، ولكن في الوقت الحالي ، يلفت Fractus انتباهنا إلى هوائي ، أبعاده أصغر من حبة الأرز (الشكل 19).

الشكل 19 - هوائي كسورية

يعمل المنتج الجديد ، المسمى Micro Reach Xtend ، بتردد 2.4 جيجا هرتز ويدعم تقنيات Wi-Fi و Bluetooth اللاسلكية ، بالإضافة إلى بعض المعايير الأخرى الأقل شيوعًا. يعتمد الجهاز على تقنية الهوائي الفركتلي الحاصلة على براءة اختراع ، وتبلغ مساحته 3.7 × 2 مم فقط. وفقًا للمطورين ، فإن الهوائي الصغير سيقلل من حجم منتجات الوسائط المتعددة التي سيجد استخدامها في المستقبل القريب ، أو حشر المزيد من الميزات في جهاز واحد.

ترسل محطات التليفزيون إشارات في نطاق 50-900 ميجاهرتز ، والتي يتم استقبالها بثقة على مسافة عدة كيلومترات من هوائي الإرسال. من المعروف أن اهتزازات الترددات الأعلى تمر عبر المباني وعوائق مختلفة أسوأ من الترددات المنخفضة ، والتي تدور حولها ببساطة. لذلك ، فإن تقنية Wi-Fi المستخدمة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية التقليدية والتي تعمل على ترددات أعلى من 2.4 جيجا هرتز توفر استقبال إشارة فقط على مسافة لا تزيد عن 100 متر ، وهذا الظلم تجاه تقنية Wi-Fi المتقدمة سينتهي قريبًا بالطبع. ، دون الإضرار بمستهلكي التلفزيون. في المستقبل ، ستعمل الأجهزة التي تعتمد على تقنية Wi-Fi على الترددات بين القنوات التلفزيونية النشطة ، مما يزيد من نطاق الاستقبال الموثوق. من أجل عدم التدخل في تشغيل التلفزيون ، سيقوم كل من أنظمة Wi-Fi (المرسل والمستقبل) بمسح الترددات القريبة باستمرار ، مما يمنع الاصطدامات في الهواء. عند التبديل إلى نطاق تردد أوسع ، يصبح من الضروري أن يكون لديك هوائي يستقبل إشارات الترددات العالية والمنخفضة بشكل جيد. الهوائيات السوطية العادية لا تلبي هذه المتطلبات ، لأن. يستقبلون انتقائيًا ترددات ذات طول موجي معين وفقًا لطولهم. أصبح الهوائي المناسب لاستقبال الإشارات في نطاق تردد واسع يسمى الهوائي الفركتلي ، والذي له شكل كسورية - وهي بنية تبدو متشابهة بغض النظر عن مدى تكبيرها. يتصرف الهوائي النمطي هندسيًا كما يتصرف هيكل للعديد من الهوائيات الدبوسية ذات الأطوال المختلفة الملتوية معًا.

4.1.3 هوائي "مكسور"

قرر المهندس الأمريكي ناثان كوهين قبل عشر سنوات تجميع محطة إذاعية هواة في المنزل ، لكنه واجه صعوبة غير متوقعة. كانت شقته في وسط مدينة بوسطن ، وحظر مسؤولو المدينة بشدة وضع هوائي خارج المبنى. تم العثور على المخرج بشكل غير متوقع ، مما أدى إلى قلب الحياة اللاحقة لهواة الراديو.

بدلاً من صنع هوائي تقليدي الشكل ، أخذ كوهين قطعة من ورق الألمنيوم وقطعها إلى شكل على شكل جسم رياضي يُعرف باسم منحنى كوخ. تم اكتشاف هذا المنحنى عام 1904 من قبل عالم الرياضيات الألماني هيلجا فون كوخ ، وهو عبارة عن خط مكسور يشبه سلسلة من المثلثات المتناقصة التي تنمو من بعضها البعض مثل سقف باغودة صينية متعددة المراحل. مثل كل الفركتلات ، فإن هذا المنحنى "متماثل ذاتيًا" ، أي على أي جزء أصغر ، يكون له نفس الشكل ، ويعيد نفسه. يتم إنشاء هذه المنحنيات من خلال تكرار عملية بسيطة إلى ما لا نهاية. ينقسم الخط إلى مقاطع متساوية ، وفي كل منها ينقسم على شكل مثلث (طريقة فون كوخ) أو مربع (طريقة هيرمان مينكوفسكي). ثم ، على جميع جوانب الشكل الناتج ، يتم ثني المربعات أو المثلثات المتشابهة ، ولكن بحجم أصغر. مع استمرار البناء إلى ما لا نهاية ، يمكنك الحصول على منحنى "مكسور" عند كل نقطة (الشكل 20).

الشكل 20 - بناء منحنى كوخ ومينكوفسكي

بناء منحنى كوخ - أحد أولى الأجسام الكسورية. يتم تمييز أجزاء الطول l على الخط اللانهائي. كل جزء مقسم إلى ثلاثة أجزاء متساوية ، ومثلث متساوي الأضلاع ضلع l / 3 مبني على الجزء الأوسط. علاوة على ذلك ، تتكرر العملية: المثلثات ذات الجوانب l / 9 مبنية على مقاطع l / 3 ، والمثلثات ذات الجوانب l / 27 مبنية عليها ، وهكذا. هذا المنحنى له تشابه ذاتي ، أو ثبات مقياس: كل عنصر من عناصره يكرر المنحنى نفسه في شكل مختزل.

تم إنشاء فراكتل مينكوفسكي بشكل مشابه لمنحنى كوخ وله نفس الخصائص. عندما يتم بناؤها ، بدلاً من نظام المثلثات ، يتم بناء التعرجات على خط مستقيم - "موجات مستطيلة" ذات أحجام متناقصة بشكل لا نهائي.

بناء منحنى كوخ ، اقتصر كوهين على خطوتين أو ثلاث خطوات فقط. ثم قام بلصق الشكل على ورقة صغيرة ، وربطه بجهاز الاستقبال ، وتفاجأ عندما وجد أنه يعمل مثل الهوائيات العادية. كما اتضح لاحقًا ، أصبح اختراعه سلفًا لنوع جديد تمامًا من الهوائي ، يُنتج الآن بكميات كبيرة.

هذه الهوائيات مضغوطة للغاية: الهوائي المدمج في الهاتف المحمول بحجم شريحة عادية (24 × 36 مم). بالإضافة إلى ذلك ، فهي تعمل على نطاق تردد واسع. كل هذا تم اكتشافه تجريبيا. نظرية الهوائيات الكسورية غير موجودة بعد.

تتغير معلمات الهوائي النمطي هندسيًا بواسطة سلسلة من الخطوات المتتالية وفقًا لخوارزمية Minkowski بطريقة مثيرة جدًا للاهتمام. إذا كان الهوائي المستقيم منحنيًا على شكل "موجة مربعة" - تعرج ، سيزداد كسبه. لا تتغير جميع التعرجات اللاحقة لكسب الهوائي ، ولكن يتم توسيع نطاق الترددات التي يستقبلها ، ويصبح الهوائي نفسه أكثر إحكاما. صحيح أن الخطوات الخمس أو الست الأولى فقط فعالة: من أجل ثني الموصل أكثر ، سيتعين عليك تقليل قطره ، وهذا سيزيد من مقاومة الهوائي ويؤدي إلى فقدان الكسب.

بينما يحير البعض حول المشكلات النظرية ، يقوم البعض الآخر بوضع الاختراع موضع التنفيذ. وفقًا لما قاله ناثان كوهين ، الأستاذ الحالي في جامعة بوسطن ورئيس المفتشين التقنيين لأنظمة الهوائيات الفركتالية ، "في غضون سنوات قليلة ، ستصبح الهوائيات الفركتالية جزءًا لا يتجزأ من الهواتف الخلوية واللاسلكية والعديد من الأجهزة اللاسلكية الأخرى."

صفيف الهوائي كسورية

4.2 تطبيق الهوائيات كسورية

من بين العديد من تصميمات الهوائيات المستخدمة اليوم في الاتصالات ، يعد نوع الهوائيات الموجود في عنوان المقالة جديدًا نسبيًا ويختلف اختلافًا جوهريًا عن الحلول المعروفة. ظهرت المنشورات الأولى التي نظرت في الديناميكا الكهربائية للهياكل الكسورية في وقت مبكر من الثمانينيات. تم وضع بداية الاستخدام العملي للاتجاه الفركتلي في تكنولوجيا الهوائي منذ أكثر من 10 سنوات من قبل المهندس الأمريكي ناثان كوهين ، وهو الآن أستاذ في جامعة بواون وكبير المفتشين التقنيين لأنظمة الهوائي الفركتلي. يعيش في وسط مدينة بوسطن ، من أجل الالتفاف على حظر حكومة المدينة لتركيب الهوائيات الخارجية ، قرر إخفاء هوائي محطة راديو للهواة كشخصية زخرفية مصنوعة من رقائق الألومنيوم. كأساس ، اتخذ منحنى كوخ المعروف في الهندسة (الشكل 20) ، والذي وصفه عالم الرياضيات السويدي نيلز فابيان هيلج فون كوخ (1870-1924) عام 1904.

وثائق مماثلة

مفهوم ومبدأ تشغيل هوائيات الإرسال وأنماط إشعاعها. حساب الأحجام وترددات الرنين للهوائيات الكسورية. تصميم هوائي microstrip مطبوع على أساس تخطيطات Koch fractal و 10 هوائي من نوع سلك.

أطروحة ، تمت إضافتها في 02/02/2015


تطوير هوائيات كسورية. طرق بناء ومبدأ تشغيل هوائي كسوري. بناء منحنى بينو. تشكيل هوائي كسوري مستطيل الشكل مكسور. صفيف هوائي مزدوج النطاق. أسطح انتقائية التردد الكسورية.

أطروحة تمت إضافة 06/26/2015


رسم تخطيطي للوحدة النمطية لمصفوفات هوائي الاستقبال المرحلي النشط. حساب الحد من الإثارة النسبية على حافة الهوائي. إمكانات الطاقة لاستقبال صفائف الهوائي على مراحل. دقة محاذاة الشعاع. اختيار وحساب الباعث.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 11/08/2014


التعرف على أنشطة شركة "Antenn-Service" ذات المسؤولية المحدودة: تركيب وتشغيل مجمعات الهوائيات الأرضية والأقمار الصناعية ، وتصميم شبكات الاتصالات. الخصائص العامة للخصائص الرئيسية ونطاق هوائيات الأقمار الصناعية.

أطروحة تمت إضافة 05/18/2014


أنواع وتصنيف هوائيات أنظمة الاتصالات الخلوية. الخصائص التقنية للهوائي KP9-900. الخسارة الرئيسية لكفاءة الهوائي في موضع تشغيل الجهاز. طرق حساب الهوائيات لأنظمة الاتصالات الخلوية. خصائص مصمم الهوائي MMANA.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 10/17/2014


أنواع أجهزة الميكروويف في مخططات مسارات توزيع صفائف الهوائي. تصميم أجهزة الميكروويف على أساس طريقة التحلل. العمل مع برنامج "Model-C" للأنواع الآلية والبارامترية لتركيب أجهزة الميكروويف متعددة العناصر.

التحكم في العمل ، تمت إضافة 10/15/2011


المهام الرئيسية لنظرية الهوائيات وخصائص هذا الجهاز. معادلات ماكسويل. مجال كهربائي ثنائي القطب في مساحة غير محدودة. السمات المميزة للهوائيات الهزازة والفتحة. طرق للتحكم في اتساع الشبكات.

البرنامج التعليمي ، تمت إضافة 04/27/2013


صفيف خطي بهوائي حلزوني أسطواني كمبرد. استخدام صفائف الهوائي لضمان جودة الهوائي. تصميم مجموعة هوائي مسح في مستوى عمودي. حساب باعث واحد.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 11/28/2010


طرق إنشاء هوائيات فعالة. مجموعة الهوائي الخطي. هوائي موجة السفر الأمثل. معامل العمل الاتجاهي. صفائف الهوائي المسطحة. مقاومة المدخلات للعنصر المشع. ميزة وتطبيق المشابك غير متساوية البعد.

ورقة المصطلح ، تمت إضافتها في 08/14/2015


استخدام الهوائيات لكل من إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. وجود مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهوائيات المختلفة. تصميم مصفوفة خطية من هوائيات القضيب العازل ، والتي يتم تجميعها من هوائيات عازلة للقضيب.

UDC 621.396.006

هوائي فركتلي عريض النطاق يعتمد على أحادي القطب دائري

ج.اولا عبد الرحمنوفا

جامعة أوفا الحكومية التقنية للطيران ،

Universita degli studi di Trento

حاشية. ملاحظة.تتناول المقالة مشكلة تصميم هوائي فائق النطاق يعتمد على تقنية الفركتال. يتم عرض نتائج دراسات التغيرات في خصائص الإشعاع اعتمادًا على قيمة عامل المقياس.ومستوى التكرار. تم إجراء تحسين معلمي لهندسة الهوائي للامتثال لمتطلبات معامل الانعكاس. تبلغ أبعاد الهوائي المطور 34 × 28 مم 2 ، ومدى تردد التشغيل هو 3.09 × 15 جيجاهرتز.

الكلمات الدالة:اتصالات لاسلكية فائقة النطاق ، تقنية كسورية ، هوائيات ، معامل انعكاس.

نبذة مختصرة:تم وصف تطوير هوائي جديد واسع النطاق على أساس تقنية الفركتال في الورقة. يتم عرض نتائج البحث على خصائص الإشعاع تبعا لقيمة عامل المقياس ومستوى التكرار. تم تطبيق التحسين البارامترى لهندسة الهوائي لتلبية متطلبات معامل الانعكاس. يبلغ حجم الهوائي المطور 28 × 34 مم 2 وعرض النطاق الترددي 3.09 × 15 جيجاهرتز.

الكلمات الدالة:اتصالات لاسلكية فائقة النطاق ، تقنية كسورية ، هوائيات ، معامل انعكاس.

1 المقدمة

تحظى أنظمة الاتصالات فائقة الاتساع (UWB) اليوم باهتمام كبير لمطوري ومصنعي معدات الاتصالات ، لأنها تسمح بنقل تدفقات البيانات الضخمة بسرعة عالية في نطاق تردد عريض للغاية على أساس بدون ترخيص. تشير ميزات الإشارات المرسلة إلى عدم وجود مضخمات قوية ومكونات معالجة إشارة معقدة كجزء من مجمعات الإرسال والاستقبال ، ولكنها تحد من النطاق (5-10 م).

يؤدي عدم وجود قاعدة عنصر مناسبة قادرة على العمل بفعالية مع النبضات فائقة القصر إلى إعاقة الإدخال الشامل لتكنولوجيا UWB.

هوائيات جهاز الإرسال والاستقبال هي أحد العناصر الرئيسية التي تؤثر على جودة إرسال / استقبال الإشارة. الاتجاه الرئيسي لبراءات الاختراع والأبحاث في مجال تصميم تكنولوجيا الهوائي لأجهزة UWB هو التصغير وخفض تكاليف الإنتاج مع ضمان التردد المطلوب وخصائص الطاقة ، فضلاً عن استخدام أشكال وهياكل جديدة.

وبالتالي ، فإن هندسة الهوائي مبنية على أساس شريحة ذات فتحة مستطيلة على شكل حرف U في المنتصف ، مما يجعل من الممكن العمل في نطاق UWB بوظيفة الحجبشبكة WLAN النطاق ، أبعاد الهوائي - 45.6 × 29 مم 2. تم اختيار شكل غير متماثل على شكل حرف E بقياس 28 × 10 مم 2 يقع على ارتفاع 7 مم بالنسبة للمستوى الموصل (50 × 50 مم 2) كعنصر إشعاع في. يتم تقديم هوائي أحادي القطب مستوٍ (22 × 22 مم 2) مصمم على أساس عنصر إشعاع مستطيل وبنية سلم رنانة على الجانب الخلفي.

2 بيان المشكلة

نظرًا لحقيقة أن الهياكل الدائرية يمكن أن توفر نطاقًا تردديًا عريضًا إلى حد ما ، وتبسيط التصميم وصغر الحجم وتقليل تكاليف الإنتاج ، تقترح هذه الورقة تطوير هوائي UWB على أساس أحادي القطب الدائري. نطاق تردد التشغيل المطلوب - 3.1 10.6 جيجاهرتز عند مستوى معامل انعكاس -10 ديسيبلق 11 (الشكل 1).

أرز. 1. مطلوب قناع للانعكاسق 11

لغرض التصغير ، ستتم ترقية هندسة الهوائي من خلال استخدام تقنية الفركتال ، والتي ستجعل من الممكن أيضًا دراسة اعتماد خصائص الإشعاع على قيمة عامل المقياس δ ومستوى التكرار للفركتل.

بعد ذلك ، تم تعيين مهمة تحسين الهوائي المتطور من أجل توسيع نطاق التشغيل عن طريق تغيير المعلمات التالية: طول الموصل المركزي (CPU) للدليل الموجي المستوي (HF) ، وطول المستوى الأرضي (GZ). ) KV ، المسافة "GZ KV - عنصر مشع (IE)".

إجراء نماذج الهوائيات والتجارب العددية في البيئة "استوديو الميكروويف CST.

3 اختيار هندسة الهوائي

كعنصر أساسي ، يتم اختيار أحادي القطب دائري ، تكون أبعاده ربع الطول الموجي للمدى المطلوب:

أين L arهو طول عنصر الإشعاع للهوائي ، باستثناء وحدة المعالجة المركزية ؛و ل- تردد القطع المنخفض ،و ل = F دقيقة uwb = 3.1 10 9 هرتز ؛ معهي سرعة الضوء ، مع = 3 10 8 م / ث 2.

نحن نحصل L ar= 24.19 ملم ≈ 24 ملم. معتبرا أن دائرة نصف قطرهاص = L ar / 2 = 12 مم ، وبافتراض طول وحدة المعالجة المركزية الأصليلام ومتساوية أيضا ص، نحصل على التكرار الصفري (الشكل 2).

أرز. 2. صفر التكرار للهوائي

سمك الركيزة العازلةتسومع قيم المعلماتεs = 3.38 ، tg δ = 0.0025 يستخدم كقاعدة ، على الجانب الأمامي منها IE ووحدة المعالجة المركزية وذاكرة القراءة فقط . في نفس الوقت المسافات PZ-CPU " ض تو "PZ-IE" ض ح تؤخذ 0.76 ملم. يتم عرض قيم المعلمات الأخرى المستخدمة في عملية المحاكاة في الجدول 1.

الجدول 1. معلمات الهوائي ( δ = 2)

اسم	وصف	معادلة	المعنى
ل أ	طول الهوائي	2 ∙ ص + لام و	36 ملم
وا	عرض الهوائي	2 ∙ ص	24 ملم
لام و	طول وحدة المعالجة المركزية	ص + 0,1	12.1 ملم
Wf	عرض وحدة المعالجة المركزية		1.66 ملم
إل جي	طول PZ	r-Ts	11.24 ملم
إل إس	طول الركيزة	ل أ + ش	37 ملم
دبليو اس	عرض الدعم	وا+ 2 ∙ ش	26 ملم
G ق 1	الفجوة الرأسية الركيزة		1 ملم
ع 2	فجوة دعم أفقية		1 ملم
تم	سماكة المعدن		0.035 ملم
تس	سمك الركيزة		0.76 ملم
ص	دائرة نصف قطرها 0 التكرار		12 ملم
ص 1	نصف قطر الدائرة للتكرار الأول	ص /2	6 ملم
ص 2	دائرة نصف قطرها التكرار الثاني	ص 1 /2	3 ملم
ص 3	دائرة نصف قطرها 3 تكرارات	ص 2 /2	1.5 ملم
εs	ثابت العزل		3,38

يتم تشغيل الهوائي بواسطة دليل موجي متحد المستوى يتكون من موصل مركزي ومستوى أرضي ، SMA - موصل ومنفذ الدليل الموجي متحد المستوى (CWP) يقع بشكل عمودي عليه (الشكل 3).

أين إيف هي السماحية الفعالة:

ك – التكامل البيضاوي الكامل من النوع الأول ؛

	(5)

تتكون الانكسارية في بناء الهوائي من طريقة خاصة لعناصر التعبئة: تتشكل التكرارات اللاحقة للهوائي بوضع دوائر ذات نصف قطر أصغر في عناصر التكرار السابق. في هذه الحالة ، عامل القياس δ يحدد عدد المرات التي ستختلف فيها أحجام التكرارات المجاورة. هذه العملية للقضية δ = 2 يظهر في الشكل. أربعة.

أرز. 4. التكرارات الأولى والثانية والثالثة للهوائي ( δ = 2)

إذن ، يتم الحصول على التكرار الأول بطرح دائرتين بنصف قطرص 1 من العنصر الأصلي. يتم تشكيل التكرار الثاني عن طريق وضع دوائر معدنية مخفضة بمقدار النصف بنصف قطرص 2 في كل دائرة من التكرار الأول. التكرار الثالث مشابه للأول ، لكن نصف القطر هوص 3 . تعتبر الورقة الترتيب الرأسي والأفقي للدوائر.

3.1 الترتيب الأفقي للعناصر

ديناميات التغيير في معامل الانعكاس حسب مستوى التكرار مبينة في الشكل. 5 من أجل δ = 2 وفي الشكل. 6 من أجل δ = 3. كل ترتيب جديد يتوافق مع تردد طنين إضافي. وبالتالي ، فإن التكرار الصفري في النطاق المدروس من 0 إلى 15 جيجاهرتز يتوافق مع 4 صدى ، التكرار الأول - 5 ، إلخ. في هذه الحالة ، بدءًا من التكرار الثاني ، تصبح التغييرات في سلوك الخصائص أقل وضوحًا.

أرز. 5. اعتماد معامل الانعكاس على ترتيب التكرار ( δ = 2)

يكمن جوهر النمذجة في حقيقة أنه في كل مرحلة ، من الخصائص المدروسة ، يتم تحديد أكثر الصفات الواعدة. ونتيجة لذلك ، تم تقديم القاعدة التالية:

إذا كان الفائض (الاختلاف) في النطاق الذي تكون فيه الأرفف أعلى من -10 ديسيبل صغيرًا ، فيجب عليك اختيار الخاصية التي تحتوي على رف سفلي في نطاق التشغيل (أقل من -10 ديسيبل) ، لأنه نتيجة للتحسين ، سيتم القضاء على الأول ، وسينخفض ​​الثاني بدرجة أقل.

أرز. 6. اعتماد معامل الانعكاس على ترتيب التكرار ( δ = 3)

بناءً على البيانات الواردة ووفقًا لهذه القاعدة لـ δ = 2 تم اختيار المنحنى المقابل للتكرار الأول δ = 3 - التكرار الثاني.

بعد ذلك ، يُقترح التحقيق في اعتماد معامل الانعكاس على قيمة عامل القياس. ضع في اعتبارك التغيير δ في النطاق 2 6 مع الخطوة 1 ضمن التكرارات الأولى والثانية (الشكل 7 ، 8).

السلوك المثير للاهتمام للرسوم البيانية هو أن تبدأ من δ = 3 ، تصبح الخصائص أكثر تسطحًا وسلاسة ، ويظل عدد الأصداء ثابتًا ، والنمو δ يرافقه زيادة فيق 11 في نطاقات زوجية وانخفاض في النطاقات الفردية.

أرز. 7- اعتماد معامل الانعكاس على عامل القياس للتكرار الأول ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

في هذه الحالة ، لكلا التكرارات ، القيمة δ = 6.

أرز. 8. اعتماد معامل الانعكاس على عامل القياس للتكرار الثاني ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

δ = 6 ، لأنها تتميز بأدنى أرفف وأصداء عميقة (الشكل 9).

أرز. 9. مقارنة S 11

3.2 الترتيب الرأسي للعناصر

ديناميات التغيير في معامل الانعكاس اعتمادًا على مستوى التكرار في حالة الترتيب الرأسي للدوائر موضحة في الشكل. 10 من أجل δ = 2 وفي الشكل. 11 من أجل δ = 3.

أرز. 10. اعتماد معامل الانعكاس على ترتيب التكرار ( δ = 2)

بناءً على البيانات الواردة ووفقًا لقاعدة δ = 2 و δ = 3 يتم اختيار المنحنى المقابل للتكرار الثالث.

أرز. 11. اعتماد معامل الانعكاس على ترتيب التكرار ( δ = 3)

يكشف النظر في اعتماد معامل الانعكاس على قيمة عامل القياس في التكرارات الأولى والثانية (الشكل 12 ، 13) عن القيمة المثلى δ = 6 ، كما في حالة الترتيب الأفقي.

أرز. 12- اعتماد معامل الانعكاس على عامل القياس للتكرار الأول ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

في هذه الحالة ، لكلا التكرارات ، القيمة δ = 6 ، والذي يمثل أيضًان- كسورية متعددة ، وبالتالي ، ربما ، يجب أن تجمع بين الميزات δ = 2 و δ = 3.

أرز. 13. اعتماد معامل الانعكاس على عامل القياس للتكرار الثاني ( δ = 2; 3; 4; 5; 6)

وهكذا ، من بين الخيارات الأربعة المقارنة ، تم اختيار المنحنى المقابل للتكرار الثاني ، δ = 6 كما في الحالة السابقة (الشكل 14).

أرز. 14. المقارنةق 11 للهوائيات الأربعة قيد الدراسة

3.3 المقارنة

بالنظر إلى أفضل الخيارات للهندسة الرأسية والأفقية التي تم الحصول عليها في القسمين الفرعيين السابقين ، يتم الاختيار في القسم الأول (الشكل 15) ، على الرغم من أن الاختلاف بين هذه الخيارات في هذه الحالة ليس كبيرًا جدًا. نطاقات تردد التشغيل: 3.825 × 4.242 جيجاهرتز و 6.969 × 13.2 جيجاهرتز. علاوة على ذلك ، ستتم ترقية التصميم من أجل تطوير هوائي يعمل في نطاق UWB بأكمله.

أرز. 15. المقارنةق 11 لتحديد الخيار النهائي

4 التحسين

يناقش هذا القسم تحسين الهوائي بناءً على التكرار الثاني للفركتلي بقيمة المعامل δ = 6. يتم تقديم المعلمات المتغيرة ، ونطاقات تغييراتها في الجدول 2.

أرز. 20. ظهور الهوائي: أ) الجانب الأمامي. ب) الجانب العكسي

على التين. يوضح الشكل 20 الخصائص التي تعكس ديناميكيات التغييرق 11 خطوة بخطوة وإثبات صحة كل إجراء لاحق. يوضح الجدول 4 ترددات الطنين والقطع المستخدمة أدناه لحساب التيارات السطحية ومخطط الإشعاع.

الطاولة 3. معلمات الهوائي المحسوبة

اسم	القيمة الأولية ، مم	القيمة النهائية ، مم
∆ لام و
ض ح	الطاولة 13,133208
6,195	27,910472
8,85	21,613615
10,6	12,503542
12,87	47,745235

يوضح الشكل توزيع التيارات السطحية للهوائي عند ترددات الطنين والترددات الحدودية لمدى UWB. 21 ، وأنماط الإشعاع - في الشكل. 22.

أ) 3.09 جيجاهرتز ب) 3.6 جيجاهرتز

ج) 6.195 جيجاهرتز د) 8.85 جيجاهرتز

ه) 10.6 جيجاهرتز و) 12.87 جيجاهرتز

أرز. 21. توزيع التيارات السطحية

أ) F(φ ), θ = 0 درجة ب) F(φ ), θ = 90 درجة

في) F(θ ), φ = 0 د) F(θ ), φ = 90 درجة

أرز. 22- أنماط الإشعاع في نظام الإحداثيات القطبية

5 استنتاج

يقدم هذا البحث طريقة جديدة لتصميم هوائيات UWB بناءً على استخدام تقنية الفركتال. تتضمن هذه العملية مرحلتين. في البداية ، يتم تحديد هندسة الهوائي باختيار عامل التدرج المناسب ومستوى التكرار الكسري. بعد ذلك ، يتم تطبيق أمثلية بارامترية على الشكل الناتج بناءً على دراسة تأثير أبعاد المكونات الرئيسية للهوائي على خصائص الإشعاع.

لقد ثبت أنه مع زيادة ترتيب التكرار ، يزداد عدد الترددات الرنانة ، وتتميز الزيادة في عامل القياس خلال تكرار واحد بسلوك أكثر انبساطًاق 11 وثبات الرنين (بدءًا من δ = 3).

يوفر الهوائي المطور استقبالًا عالي الجودة للإشارات في نطاق التردد 3.09 15 جيجاهرتز من حيثق 11 < -10 дБ. Помимо этого антенна характеризуется малыми размерами 34×28 мм 2 , а следовательно может быть успешно применена в СШП приложениях.

6 شكر وتقدير

وقد تم دعم الدراسة بمنحة من الاتحاد الأوروبي ".ايراسموس موندوس أكشن 2 "، وكذلك أ.باولو روكا لمناقشة مفيدة.

المؤلفات

1. إل . ليزي ، ج. أوليفيري ، ب.روكا ، إيه ماسا. هوائي UWB أحادي القطب مستوٍ بخصائص محززة في النطاق WLAN / UNII1 / UNII2. التقدم في بحوث الكهرومغناطيسية ب ، المجلد. 25 ، 2010. - 277-292 ص.

2. مالكبور ، س. جام. هوائيات التصحيح ذات النطاق العريض للغاية التي يتم تغذيتها بواسطة رقعة مطوية مع صدى متعدد. التقدم في بحوث الكهرومغناطيسية ب ، المجلد. 44 ، 2012. - 309-326 ص.

3-ر. صادق زادن شيخان ، م. ناصر- مغداسي ، إ. عباد الله ، هـ. روستا ، م. كاتولي ، ب. فيردي. هوائي مستو أحادي القطب يستخدم بنية رنينية على شكل سلم خلفي لأداء النطاق العريض للغاية. أجهزة الميكروويف والهوائيات والانتشار IET ، المجلد. 4 ، العدد. 9 ، 2010. - 1327-1335 ص.

4. مراجعة الجزء 15 من قواعد اللجنة فيما يتعلق بأنظمة الإرسال فائقة النطاق ، لجنة الاتصالات الفيدرالية ، FCC 02-48 ، 2002. - 118 ص.

أول شيء أود أن أكتب عنه هو مقدمة صغيرة لتاريخ ونظرية واستخدام الهوائيات الكسورية. تم اكتشاف هوائيات كسورية مؤخرًا. اخترعها ناثان كوهين لأول مرة في عام 1988 ، ثم نشر بحثه حول كيفية صنع هوائي تلفزيون من الأسلاك وحصل على براءة اختراعه في عام 1995.

يحتوي الهوائي الفركتلي على العديد من الخصائص الفريدة ، كما هو مكتوب في ويكيبيديا:

"الهوائي الفركتلي هو هوائي يستخدم تصميمًا فركتليًا ذاتي التكرار لزيادة طول أو زيادة المحيط (في المواقع الداخلية أو الهيكل الخارجي) للمادة التي يمكنها استقبال أو نقل الإشارات الكهرومغناطيسية داخل مساحة سطح أو حجم إجمالي معين . "

ماذا يعني حقا هذا؟ حسنًا ، عليك أن تعرف ما هو الفراكتل. أيضا من ويكيبيديا:

"الفركتل هو شكل هندسي خشن أو مجزأ يمكن تقسيمه إلى أجزاء ، كل قطعة عبارة عن نسخة مصغرة الحجم من الكل - خاصية تسمى التشابه الذاتي."

وهكذا ، فإن الفركتل هو شكل هندسي يكرر نفسه مرارًا وتكرارًا ، بغض النظر عن حجم الأجزاء الفردية.

تم العثور على الهوائيات الكسورية لتكون أكثر كفاءة بنسبة 20٪ من الهوائيات التقليدية. يمكن أن يكون هذا مفيدًا خاصةً إذا كنت تريد أن يستقبل هوائي التلفزيون الخاص بك فيديو رقميًا أو عالي الدقة ، أو يزيد من النطاق الخلوي ، أو نطاق Wi-Fi ، أو استقبال راديو FM أو AM ، وما إلى ذلك.

تحتوي معظم الهواتف المحمولة بالفعل على هوائيات كسورية. ربما لاحظت هذا لأن الهواتف المحمولة لم تعد تحتوي على هوائيات في الخارج. هذا لأن لديهم هوائيات كسورية محفورة في لوحة الدائرة بداخلها ، مما يسمح لهم بتلقي إشارة أفضل والتقاط المزيد من الترددات مثل البلوتوث والخلوي والواي فاي من هوائي واحد.

ويكيبيديا:

"تختلف استجابة الهوائي النمطي هندسي متكرر بشكل ملحوظ عن تصميمات الهوائي التقليدية من حيث أنه قادر على العمل بأداء جيد عند ترددات مختلفة في نفس الوقت. يجب قطع تردد الهوائيات القياسية لتتمكن من استقبال هذا التردد فقط. لذلك ، فإن الهوائي النمطي هندسي متكرر ، بخلاف الهوائي التقليدي ، هو تصميم ممتاز لتطبيقات النطاق العريض وتطبيقات النطاقات المتعددة. "

الحيلة هي تصميم الهوائي الفركتلي الخاص بك بحيث يصدر صدى عند التردد المركزي المحدد الذي تريده. هذا يعني أن الهوائي سيبدو مختلفًا اعتمادًا على ما تريد استلامه. للقيام بذلك ، تحتاج إلى تطبيق الرياضيات (أو آلة حاسبة عبر الإنترنت).

في المثال الخاص بي ، سأصنع هوائيًا بسيطًا ، لكن يمكنك جعله أكثر تعقيدًا. كلما زادت صعوبة كان ذلك أفضل. سأستخدم بكرة مكونة من 18 سلكًا صلبًا من حبلا لعمل الهوائي ، ولكن يمكنك تخصيص لوحات الدوائر الخاصة بك لتناسب جمالياتك ، وجعلها أصغر أو أكثر تعقيدًا بمزيد من الدقة والرنين.

سأقوم بعمل هوائي تلفزيون لاستقبال التلفزيون الرقمي أو التلفزيون عالي الدقة. هذه الترددات أسهل في العمل وتتراوح أطوالها من حوالي 15 سم إلى 150 سم لنصف طول موجي. من أجل بساطة الأجزاء ورخص ثمنها ، سأضعها على هوائي ثنائي القطب مشترك ، وسوف تلتقط موجات في نطاق 136-174 ميجاهرتز (VHF).

لاستقبال موجات UHF (400-512 ميجاهرتز) ، يمكنك إضافة مخرج أو عاكس ، ولكن بهذه الطريقة سيكون الاستقبال أكثر اعتمادًا على اتجاه الهوائي. يعتمد VHF أيضًا على الاتجاه ، ولكن بدلاً من الإشارة مباشرة إلى محطة التلفزيون في حالة تثبيت UHF ، ستحتاج إلى ضبط آذان VHF بشكل متعامد مع محطة التلفزيون. هذا هو المكان الذي تحتاج إلى بذل المزيد من الجهد فيه. أريد أن أبسط البناء قدر الإمكان ، لأنه أمر معقد بالفعل.

المكونات الرئيسية:

• سطح التركيب ، مثل الغلاف البلاستيكي (20 سم × 15 سم × 8 سم)
• 6 مسامير. لقد استخدمت مسامير من الصفائح المعدنية الفولاذية
• محول بمقاومة من 300 أوم إلى 75 أوم.
• سلك تركيب 18 AWG (0.8 مم)
• كابل RG-6 متحد المحور مزود بوحدات إنهاء (وبغلاف مطاطي إذا كان التثبيت بالخارج)
• الألومنيوم عند استخدام العاكس. كان هناك واحد في المرفق أعلاه.
• علامة جيدة
• زوجان من الكماشة الصغيرة
• لا يقل طول المسطرة عن 20 سم.
• ناقل لقياس الزاوية
• تمرينان ، أحدهما أصغر قليلاً من البراغي
• قطع الأسلاك الصغيرة
• مفك البراغي أو مفك البراغي

ملاحظة: يوجد الجزء السفلي من هوائي سلك الألمنيوم على الجانب الأيمن من الصورة حيث يبرز المحول.

الخطوة الأولى: إضافة عاكس

قم بتجميع السكن مع العاكس تحت الغطاء البلاستيكي

الخطوة الثانية: حفر الثقوب وتركيب نقاط التوصيل

حفر فتحات صنبور صغيرة على الجانب الآخر من العاكس في هذه المواقف ووضع المسمار موصل.

الخطوة 3: قم بقياس وقطع وقطع الأسلاك

قطع أربع قطع 20 سم من الأسلاك ووضعها على العلبة.

الخطوة 4: قياس الأسلاك وتمييزها

باستخدام علامة ، ضع علامة على كل 2.5 سم على السلك (سيكون هناك انحناءات في هذه الأماكن)

الخطوة 5: إنشاء الفركتلات

يجب تكرار هذه الخطوة لكل قطعة من الأسلاك. يجب أن يكون كل منعطف 60 درجة بالضبط ، لأننا سنصنع مثلثات متساوية الأضلاع للفركتل. لقد استخدمت زوجين من الزردية ومنقلة. كل منعطف مصنوع على ملصق. قبل عمل الطيات ، تخيل اتجاه كل منها. استخدم الرسم البياني المرفق لهذا الغرض.

الخطوة 6: تكوين ثنائيات الأقطاب

اقطع قطعتين أخريين من الأسلاك بطول 15 سم على الأقل ، ولف هذه الأسلاك حول البراغي العلوية والسفلية الممتدة على طول الجانب الطويل ، ثم لفها إلى المنتصف. ثم قطع الطول الزائد.

الخطوة 7: تركيب ثنائيات الأقطاب وتركيب المحول

اربط كل من الفركتلات بمسامير الزوايا.

قم بتوصيل محول المعاوقة الصحيحة بالبراغي المركزية وشدهما.

اكتمل التجميع! تحقق منها واستمتع!

الخطوة 8: المزيد من التكرارات / التجارب

لقد صنعت بعض العناصر الجديدة باستخدام القالب الورقي من GIMP. لقد استخدمت سلك هاتف صلبًا صغيرًا. كانت صغيرة بما يكفي وقوية ومرنة بما يكفي للانحناء إلى الأشكال المعقدة المطلوبة للتردد المركزي (554 ميجاهرتز). هذا هو متوسط ​​إشارة UHF الرقمية لقنوات التلفزيون الأرضية في منطقتي.

الصورة المرفقة. قد يكون من الصعب رؤية الأسلاك النحاسية في الإضاءة المنخفضة مقابل الورق المقوى والشريط اللاصق ، لكنك فهمت الفكرة.

في هذا الحجم ، تكون العناصر هشة للغاية ، لذا يجب التعامل معها بعناية.

لقد أضفت أيضًا نموذجًا بتنسيق png. لطباعة الحجم الذي تريده ، تحتاج إلى فتحه في محرر صور مثل GIMP. القالب ليس مثاليًا لأنني صنعته يدويًا بالماوس ، لكنه مريح بدرجة كافية للأيدي البشرية.