UA123735U - Фрактальна антена - Google Patents

Abstract

Фрактальна антена з отворами містить діелектричну підкладку, на одному боці якої розташована заземлена основа, а на іншому боці - провідниковий диск з отворами різних діаметрів. Отвори різного діаметра розташовані на різних відстанях від центру диска та симетрично відносно відповідного отвору більшого діаметра, при цьому діаметри отворів та відстані центрів отворів з меншими діаметрами по відношенню до центрів отворів з більшими діаметрами задаються алгоритмом третьої ітерації скейлінгу з масштабуючим множником (=3.

Description

Корисна модель належить до антенної техніки та може бути використана у сучасних телекомунікаціях, шумовій радіолокації, нелінійній радіолокації, системах пошуку, локалізації та трасування мобільних об'єктів, пеленгації у складних міських умовах.

Відома робота ||, в якій наведено дані щодо фрактальної антени для бездротових систем зв'язку. Технічних результат досягається за рахунок того, що в антені є антенне полотно, яке сформовано у вигляді неперіодичної кривої, яка заповнює простір полотна і складається зі з'єднаних непересічних сегментів прямокутної форми. Сегменти антенного полотна сформовано кривими Пеано-Гільберта першої або третьої або четвертої ітерації.

Недоліком відомого технічного рішення є суттєва залежність параметрів антени від характерних розмірів сегментів та відсутність елементів підстроювання. Зміна розмірів сегментів у реальній конструкції антени пов'язана з істотними технологічними та конструктивними труднощами.

Відома фрактальна антена |2), яка містить фідер, узгоджуючий елемент, випромінювач.

Фронтальну сторону випромінювача виконано у формі меандра з рівними сторонами, при чому кожна з трьох паралельних сторін виконана також у формі меандра з рівними сторонами.

Істотним недоліком такої конструкції є принципова залежність енергетичних показників антени від ефективності збудження сукупності поверхневих типів хвиль, а також ступеня узгодження зовнішніх ланцюгів з випромінювачем.

Відома конструкція кільцевої монопольної фрактальної антени ІЗ). Конструкція містить сукупність одного кільцевого монополя більшого діаметра та набір кільцевих монополів меншого діаметра, розміщених в просторі монополю більшого діаметра. Всі монополі мають гальванічний контакт один з одним.

Суттєвим недоліком є спосіб збудження антени. Збуджувач у вигляді відрізка коаксіального кабелю, який приєднується до зовнішнього кільця у довільній точці, не в змозі забезпечити гарантовану повторюваність результатів. Крім того, такий спосіб збудження не забезпечує довільне узгодження з зовнішніми ланцюгами.

Відома робота |4Ї, в який запропоновано конструкцію фрактальної антени на основі дискового монополю. За рахунок декількох ітерацій отримано фрактальну структуру з набором дисків і отворів, розміри котрих підкоряються скейлінгу з заданим масштабуючим коефіцієнтом.

Збудження здійснюється за допомогою відрізка компланарної лінії.

Недоліком даного технічного рішення є те, що в силу вибраного способу збудження, неможливо забезпечення узгодження як з боку дискового резонатора, так і з боку зовнішніх ланцюгів. Крім того, неможлива реалізація напрямленого випромінювання.

Найближчим до запропонованої корисної моделі аналогом за технічною суттю вибрана фрактальна антена на основі килима Серпінського (5.

Антену виконано на основі квадратного мікросмужкового резонатора, в якому виконані квадратні отвори різного розміру. Розміри кожного з цих отворів визначаються скейлінгом із заданим масштабуючим коефіцієнтом. В моделі використано четверту ітерацію.

Суттєвими недоліками наведеного зразка є те, що: по-перше, оскільки базовими елементами конструкції є фігури абсолютної симетрії (квадрати), то в спектри власних коливань буде спостерігатися двократне виродження, що буде призводити до нестійкості режиму роботи, по-друге, в загальному випадку не буде можливим створення кругової (або еліптичної) поляризації випромінювання, по-третє, наведені характеристики не дають можливості стверджувати, що антена має достатній рівень узгодження з зовнішніми ланцюгами. Крім того, є проблеми з реалізацією ефективного збудження такої структури.

В основу запропонованої корисної моделі поставлена технічна задача створити дискову мікросмужкову антену фрактального типу, яка би була широкосмуговою, мала високий рівень інтегральних характеристик при наявності простоти конструкції та зручності експлуатації.

Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в провідниковому диску виконані отвори різного діаметра на різних відстанях від центру диска і розташовані симетрично відносно відповідного отвору більшого діаметра. Використовується третя ітерація скейлінгу з масштабуючим множником 6-3. Збудження антени здійснюється за допомогою ступінчастого мікросмужкового провідника з безпосереднім гальванічним зв'язком з провідним диском.

Ступінчастість збуджуючого провідника забезпечує узгодження антени з зовнішніми ланцюгами.

Точка вводу НВЧ енергії вибрана симетричною відносно отворів другої ітерації.

Технічна суть запропонованого рішення пояснюється графічними зображеннями.

Фіг. 1. Схематичне зображення моделі.

Фіг. 2. Діаграми спрямованості в площині Е поблизу частоти 1-4 ГГц.

Фіг. 3. Діаграми спрямованості в площині Н поблизу частоти 1-4 ГГц. бо Фіг. 4. Діаграми спрямованості в площині Е поблизу частоти 1-7,89 ГГЦ.

Фіг. 5. Діаграми спрямованості в площині Н в діапазоні частот 1-8...10 ГГц.

На Фіг. 1 зазначені: 1 - діелектрична підкладка; 2 - провідниковий диск; З - отвір першої ітерації (1 шт.); 4 - отвори другої ітерації (8 шт.); 5 - отвори третьої ітерації (64 шт.) 6 - ступінчастий мікросмужковий провідник, що має гальванічний контакт з провідниковим мікросмужковим диском; 7 - заземлена основа.

Під час подачі енергії електромагнітного поля за допомогою ступінчастого мікросмужкового провідника - 6 в резонатор, утворений заземленою основою - 7 і провідниковим мікросмужковим диском - 2, в останньому збуджується певний спектр власних коливань. Кількість збуджених типів визначається співвідношенням робочої довжини хвилі (частоти генератора) і резонансними довжинами хвиль (резонансними частотами) власних типів коливань резонатора.

За умови, що товщина діелектричної підкладки - 1 менша Авас даного типу коливань, можливе збудження нижчих типів коливань: Ето, Его, Еото, Езіо (6). Кожен із цих типів коливань має своє місце розташування так званих "фазових центрів" - областей, де спостерігаються максимуми полів (електричних або магнітних). Місцеположення деяких отворів - 4, 5 можуть співпадати з положенням "фазових центрів" збуджених типів коливань та впливати на умови збудження.

Оскільки отвори мають різний діаметр, то і вплив на умови збудження того чи іншого типу коливань будуть різними за рахунок зміни структури струмів на поверхні дискового провідника.

Зміна умов для протікання струму дозволяє змінювати структуру збуджуваних полів, а отже, і енергетичні характеристики випромінюваних полів.

Було виготовлено та випробувано макет, який відповідає всім істотним ознакам запропонованої корисної моделі. Макет запропонованої фрактальної дискової мікросмужкової антени виконаний на основі фольгованого діелектрика ФЛАН-3.8 з діелектричною проникністю 3,8 і товщиною 0,5 мм, дисковий провідник мав діаметр 35 мм і був виконаний методом фотолітографії, відрізок ступінчастого мікросмужкового провідника забезпечував зміну хвильового опору з 50,28 Ом до 106,6 Ом при зміні ширини провідника від 1,15 мм до 0,25 мм, відповідно.

На Фіг. 2-5 наведено діаграми спрямованості в кутомісній площині поблизу резонансних частот канонічного дискового резонатора.

Зо Виходячи з наведених характеристик, можна стверджувати, що завдяки наявності фрактальної структури резонатора, при свіпуванні частоти можливі як зміни форми діаграм спрямованості, так і рівнів випромінюваної потужності.

Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє створити фрактальну дискову мікросмужкову антену з можливістю регулювання інтегральних характеристик, просту в конструкції та зручну в експлуатації.

Джерела інформації: 1. Патент Мо 2454761 ВО НО1ТО 1/36. Малогабаритная универсальная радио/телевизионная антенна. Грузинов Д.Б., Орлов О.В. Дата публикации патента: 27.06.2012. 2. Патент Мо 125396 ВО НОТО 13/00. Фрактальная антенна. Бабичев Д.А., Тупик В.А. Дата публикации патента: 27.02.2013.

З. Крупенин С.В., Колесов В.В., Потапов А.А, Матвеев Е.Н. Многодиапазоннье широкополоснье антенньії на основе фрактальньїх структур различньїх типов // Радиотехника. 2009. Мо 3. С. 70-83. 4. Фрактальная сверхширокополосная оантенна на основе кругового монополя /

Абдрахманова Г.Й. // Журнал радиозлектроники: злектронньй журнал. - 2013. - Мо 8;

ОВС: порог/лге.сріїгте.ги/Лге/ацд1 3З/бЛехі. пігпі 5. Ефремова А.С., Белоусов О.А., Калашников С.Н., Казарян О.А. Применение фрактальньх антенн для беспроводньїх широкополосньїх сетей четвертого поколения // Вопрось современной науки и практики. Тамбов: Тамбовский госуниверситет им. В.И. Вернадского, 2014. - Мо 3(5). - С. 56-60. б. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковьіїх устройств /под ред. В.И.

Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   Фрактальна антена з отворами, що містить діелектричну підкладку, на одному боці якої розташована заземлена основа, а на іншому боці - провідниковий диск з отворами різних діаметрів, яка відрізняється тим, що отвори різного діаметра розташовані на різних відстанях від центру диска та симетрично відносно відповідного отвору більшого діаметра, при цьому бо діаметри отворів та відстані центрів отворів з меншими діаметрами по відношенню до центрів