Исследование диаграмм направленности фрактальных антенн - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Исследование диаграмм направленности фрактальных антенн

Понятие и принцип работы передающих антенн и их диаграммы направленности. Расчет размеров и резонансных частот для фрактальных антенн. Проектирование печатной микрополосковой антенны на основании фрактала Коха и 10 макетов антенн проволочного типа.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Выпускная квалификационная работа бакалавра
Исследование диаграмм направленности фрактальных антенн
антенна фрактальный проволочный кох
Развитие мобильных телекоммуникационных технологий, радаров и СВЧ датчиков перемещений диктует необходимость разработки новых многоэлементных антенных систем, состоящих из излучателей, имеющих малые размеры и оптимальную конфигурацию. K наиболее распространенным типам таких излучателей относятся квадратные микрополосковые печатные антенны (МПА), преимуществами которых являются малый вес, легкость изготовления, интегрируемость в СВЧ цепи. Такие известные методы уменьшения размеров МПА, как применение подложек с высокой диэлектрической проницаемостью и сосредоточенных реактивных элементов, приводят к трудности широкополосного согласования МПА и ухудшению электродинамических параметров. Альтернативным путем является оптимизация геометрии МПА на основе фрактальных технологий. Моделирование «клаcсических» антенн по фрактальному типу так же дает положительные результаты в плане габаритов антенны.
Целью данной работы является экспериментальное измерение мощности излучения в различных направлениях для нескольких фрактальных антенн.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
- проведение теоретических расчетов характеристик фрактальных антенн;
- изготовление макета фрактальной антенны печатного типа;
- изготовление нескольких макетов фрактальных антенн проволочного типа;
- экспериментальное измерение диаграмм направленности изготовленных фрактальных антенн.
1 . Радиотехнические характеристики и параметры передающих антенн
1.1 Назначение предающих антенн и их функции
Антенна является неотъемлемой составной частью любого радиотехнического устройства, которое предназначено для передачи или приёма информации с помощью радиоволн через окружающее пространство. Передающая антенна предназначена для непосредственного излучения радиоволн.
Задачи, решаемые передающей антенной:
1 Преобразование энергии токов высокой частоты в энергию излучаемых радиоволн. Одним из основных требований, предъявляемых к антеннам, является сохранение закона модуляции (отсутствие искажения передаваемой информации).
2 Пространственное распределение энергии электромагнитного поля.
3 Формирование определённой поляризационной структуры поля.
2 По конструкции и принципу действия:
Антенны линейного типа характерны тем, что размеры поперечного сечения у них малы по сравнению с длиной волны. Обычно такие антенны выполняются из отрезка провода или нескольких проводов, либо в виде стержня.
Апертурные антенны имеют раскрыв (апертуру), через который проходит поток излучаемой (принимаемой) энергии. В свою очередь, линейные и апертурные антенны могут быть представлены как непрерывные системы, состоящие из элементарных излучателей: диполей (вибраторов) Герца, элементарных рамок или источников Гюйгенса. Антенная решётка - это совокупность идентичных излучающих (приёмных) элементов, расположенных в определённом порядке и питаемых от одного или нескольких когерентных источников.
? антенны с вращающейся поляризацией.
8 По назначению радиотехнических устройств:
1.2 Передающая антенна, как нагрузка для генератора, её энерг е тические параметры
Так как антенны обладают способностью преобразовывать энергию направляемых электромагнитных волн (ЭМВ) в энергию радиоволн (или наоборот), то существует ряд показателей, которые по своей сути для них являются энергетическими параметрами. К ним относятся следующие:
? коэффициент полезного действия (КПД) з;
? эффективная площадь раскрыва (ЭПР) А;
? коэффициент использования площади (КИП) q .
В режиме передачи (излучения) антенна является нагрузкой генератора токов высокой частоты. Как нагрузка, она характеризуется активной, реактивной и предельной мощностью, а также входным сопротивлением. Для получения наибольшей мощности излучения антенна должна быть согласована с линией передачи и с внутренним сопротивлением генератора. Эквивалентная схема передающей антенны представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема передающей антенны, где Rи Хактивная и реактивная составляющие входного сопротивления, соответственно
Входное сопротивление антенны - это комплексная величина, равная отношению комплексных амплитуд (или действующих значений) напряжения и тока на входе антенны:
Входное сопротивление антенны, как параметр, относится к антеннам только линейного типа, у которых комплексное напряжение и ток на входе антенны физически определены и могут быть непосредственно измерены. Для антенн апертурного типа понятие входного сопротивления неприемлемо, так как у них не существуют входные зажимы.
В общем случае на входное сопротивление антенны влияют: частота генератора, посторонние проводники и другие тела, расположенные вблизи антенны. Поэтому на практике входное сопротивление антенны определяют на заданных частотах с помощью измерительных приборов в специальных лабораториях, называемых безэховыми камерами.
Подводимая к антенне мощность генератора расходуется на излучение, потери в антенне и окружающих её телах и среде, а также на создание реактивных полей в ближней зоне, поэтому R характеризует мощность излучения антенны и мощность тепловых потерь в антенне и в окружающих её телах и среде:
Сопротивление излучения - это некоторое воображаемое активное сопротивление, на котором выделяется мощность, равная мощности излучения антенны
где I A - амплитуда тока на входных зажимах антенны.
Сопротивление излучения характеризует излучающие свойства передающей антенны.
Величина характеризует собой реактивную мощность в ближней зоне, которая не излучается.
Как сопротивление излучения, так и реактивное сопротивление антенны зависят от типа антенны, её конструктивного исполнения, а также от длины волны. Сопротивление потерь зависит от проводящих свойств металла, из которого изготовлена антенна, качества изоляторов, а также от окружающих антенну тел и среды.
Мощность излучения антенны - это та часть мощности, подводимой к антенне от генератора, которая преобразуется антенной в радиоволны и достигает дальней зоны.
Её можно определить путём интегрирования плотности потока мощности этой антенны по замкнутой поверхности S, охватывающей некоторый объём пространства, окружающего антенну:
где П = П (и, ц) - плотность потока мощности (или модуль среднего значения вектора Умова-Пойнтинга).
В этих выражениях (и, ц) - диаграмма направленности (ДН) антенны по мощности.
В качестве простейшей поверхности интегрирования удобно выбрать сферу с радиусом r (рисунок 2). Элемент площади на сферической поверхности (результат сечения поверхности сферы двумя меридиональными и двумя азимутальными плоскостями), как это видно из рисунка, равен
Подставляя в (4) выражения (5) и (6), можно получить:
Рисунок 2 - Элемент поверхности интегрирования
Таким образом, для определения мощности излучения необходимо знать нормированную ДН по мощности и напряжённость поля в направлении максимального излучения при заданном расстоянии r. Мощность излучения антенны зависит от мощности генератора, условий согласования, а также от излучающей способности антенны. Эта способность зависит от типа антенны, особенностей конструктивного исполнения, размеров антенны по отношению к длине волны.
Антенна, как любой преобразователь энергии, характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД).
Коэффициент полезного действия - это отношение мощности излучения ко всей активной мощности, получаемой антенной:
Отсюда следует, что для увеличения КПД антенны необходимо уменьшать сопротивление потерь и увеличивать сопротивление излучения антенны. КПД современных антенн различных диапазонов и типов весьма широк: от 25 до 95%.
Действующая длина передающей антенны - это коэффициент, имеющий размерность длины, который связывает между собой амплитуду напряжённости поля в точке, находящейся в дальней зоне в направлении максимума излучения передающей антенны, с максимальным напряжением на зажимах антенны:
Этот параметр относится только к антеннам линейного типа и характеризует их энергетическую эффективность по преобразованию энергии токов высокой частоты в линии передачи в энергию электромагнитного поля (ЭМП) излучаемой волны. Действующая длина передающей антенны зависит от её геометрической длины и от закона распределения амплитуды и фазы тока вдоль антенны :
Из данного выражения следует: при равномерном и синфазном законе распределения тока по антенне , действующая длина антенны совпадает с геометрической ; чем более неравномерно и несинфазно распределение тока вдоль антенны, тем меньший процент от геометрической длины антенны составляет действующая. Поэтому в общем случае действующая длина лежит в пределах от нуля до геометрической длины: . Физический смысл действующей длины передающей антенны - это такая геометрическая длина линейной антенны с равномерным и синфазным распределением тока вдоль неё, при котором эта антенна создаёт в точке, находящейся в дальней зоне по направлению максимума излучения, такую же напряжённость поля, как и реальная антенна с неравномерным и несинфазным распределением тока по длине.
В свою очередь, закон распределения тока вдоль передающей антенны зависит от типа антенны и её конструктивного исполнения.
Эффективная площадь раскрыва передающей антенны (ЭПР) - это коэффициент, имеющий размерность площади, который связывает между собой плотность потока мощности, создаваемой передающей антенной в точке пространства, находящейся в дальней зоне в направлении максимума излучения, и активную мощность, подводимую к антенне от генератора:
Этот параметр относится только к антеннам апертурного типа и характеризует их энергетическую эффективность по преобразованию энергии токов высокой частоты в линии передачи в энергию излучаемой волны. Эффективная площадь передающей антенны зависит от её геометрической площади и от закона распределения амплитуды и фазы поля по раскрыву антенны E(x, y):
? при равномерном и синфазном законе распределения поля в раскрыве апертурной антенны эффективная площадь раскрыва совпадает с его геометрической площадью;
? чем больше неравномерность и несинфазность в распределении поля по раскрыву, тем меньший процент от геометрической площади раскрыва антенны составляет эффективная. Поэтому в общем случае эффективная площадь лежит в пределах от нуля до геометрической площади раскрыва: 0 < < S. Физический смысл эффективной площади раскрыва передающей антенны - это такая геометрическая площадь раскрыва апертурной антенны с равномерным и синфазным распределением поля в её раскрыве, при котором эта антенна создаёт в точке, находящейся в дальней зоне по направлению максимума ДН такую же плотность потока мощности, как и реальная антенна с неравномерным и несинфазным распределением поля в её раскрыве.
Величина, равная отношению ЭПР к геометрической площади раcкрыва антенны, называется коэффициентом использования площади (КИП):
Этот коэффициент характеризует эффективность использования площади раскрыва апертурной антенны при излучении энергии электромагнитного поля и учитывает несинфазность и неравномерность возбуждения поверхности раскрыва.
1.3 Диапазонные и поляризационные свойства передающих антенн
Диапазоном рабочих частот (полосой пропускания) антенны называется интервал частот от f до f, в пределах которого все параметры антенны не выходят из заданных пределов:
Диапазон рабочих частот антенны чаще всего выражают в процентах к средней частоте диапазона
если ? / < 10%, то антенна - узкополосная;
если 10% < ?/ < 100%, то антенна - широкополосная;
если ? / > 100%, то антенна - широкодиапазонная.
Диапазон рабочих частот широкодиапазонных антенн оценивают специальным параметром - коэффициентом перекрытия диапазона
Под поляризацией ЭМВ понимают ориентацию в пространстве вектора напряжённости электрического поля относительно линии горизонта. При этом следует иметь в виду, что ЭМП в пространстве является разделённым, отсюда и термин - поляризация. Магнитная составляющая поля располагается всегда в плоскости, перпендикулярной электрической составляющей. Плоскость, проходящая через вектор Е и направление распространения волны (вектор П), называют плоскостью поляризации, а плоскость, проходящую через векторы Е и Н - картинной плоскостью (рисунок 3).
Различают следующие виды поляризации:
? линейная поляризация , если плоскость поляризации не меняет своего положения в пространстве. Линейная поляризация может быть вертикальной, горизонтальной и наклонной;
? вращающаяся поляризация , если плоскость поляризации вращается вместе с вектором Е с угловой скоростью щ = вокруг направления распространения, т.е. делает один оборот за период колебаний.
При этом проекция конца вектора Е на картинную плоскость будет описывать в ней эллипс (рисунок 4).
Рисунок 4 - Проекция вектора E на плоскость
Поляризационным эллипсом (ПЭ) называют геометрическое место точек, которые являются проекциями конца вектора Е на картинную плоскость за один его оборот, а поляризация поля называется эллиптической.
Поляризационный эллипс характеризуется следующими параметрами:
? коэффициентом эллиптичности, равным отношению малой оси эллипса к большой, . В общем случае коэффициент эллиптичности зависит от угловых координат точки наблюдения: = (и, ц); ? углом наклона поляризационного эллипса - т.е. углом между большой осью эллипса и вертикальной осью выбранной системы координат ;
? направлением вращения вектора Е, которое определяется, глядя вслед уходящей волне. При этом под поляризацией правого вращения подразумевают вращение вектора Е по часовой стрелке, тогда коэффициент эллиптичности принимает положительные значения, 0 < < 1. При поляризации левого вращения (вектор вращается против часовой стрелки) коэффициент эллиптичности отрицателен, -1 < < 0. При = 0 эллипс вырождается в прямую линию, и поле имеет линейную поляризацию.
Поляризационная характеристика (ПХ) - это зависимость ЭДС в приёмной антенне картинной плоскости. Таким образом, поляризационный эллипс вписан в поляризационную характеристику. На рисунке 5 представлены поляризационные характеристики антенн для различных видов поляризации.
а) ПХ антенны с эллиптической поляризацией, при этом 0 < <1,
б) ПХ антенны с линейной поляризацией, при этом = 0,
в) ПХ антенны с круговой поляризацией, при этом = 1
2 . Диаграммы направленности передающих антенн и их изображ е ния в различных системах координат
Любой антенне присуще свойство концентрации (фокусирования) энергии излучаемых ею ЭМВ в определённой области пространства. Для описания её направленных свойств используют специальные характеристики и параметры. К характеристикам относятся диаграммы направленности (ДН) передающей антенны по напряжённости поля и по плотности потока мощности, а к параметрам - ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков ДН, коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усиления (КУ). Различают ДН по напряжённости поля и по мощности.
ДН по напряжённости поля - это зависимость амплитуды напряжённости электромагнитного поля, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве при одинаковом расстоянии до неё. Причём выбор расстояния ограничен требованием нахождения измерителя в дальней зоне излучения антенны:
где - наибольший габаритный размер антенны.
Обозначается ненормированная ДН следующим образом:
E = E (и, ц) = (и, ц); H = H (и, ц) = H (и, ц) при r = const.
Здесь и, ц и r - координаты точки наблюдения в сферической системе координат (рисунок 6).
Рисунок 6 - Координаты точки в сферической системе координат
ДН по плотности потока мощности (по мощности) - это зависимость плотности потока мощности ЭМП, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве.
Ненормированная ДН по мощности обозначается следующим образом:
Плотность потока мощности - это поток электромагнитной энергии в единицу времени (1 с) через площадку в 1 м 2 . Ему соответствует физический смысл модуля вектора Умова-Пойнтинга:
Таким образом, ДН антенны по мощности равна квадрату её ДН по напряжённости поля.
При сравнении нескольких ДН между собой более удобно пользоваться не их абсолютными значениями, а относительными - нормированными. Тогда при графическом представлении все они будут иметь одну общую точку, соответствующую максимуму излучения и численно равную 1. Нормированная ДН по напряжённости обозначается следующим образом:
где или - напряжённости электрического или магнитного полей в направлении максимального излучения, соответственно.
2.2 Графическое изображение диаграммы направленности
Любая ДН в пространстве представляет собой замкнутую поверхность, расстояния до всех точек которой от начала выбранной системы координат пропорциональны значениям F (и, ц) или F(и, ц). На практике изображение пространственной ДН антенны на плоскости как в сферической, так и в прямоугольной системах координат затруднено, так как отдельные участки пространственной ДН затеняют друг друга. Поэтому на плоскости обычно изображают сечения объёмной ДН двумя взаимно перпендикулярными плоскостями: вертикальной (для которой ц = const) и горизонтальной (для которой и = р / 2), (рисунок 7).
Рисунок 7 - ДН в пространстве двух плоскостей
Для большей наглядности секущие плоскости проводят через направление главного максимума ДН. При этом систему координат целесообразно располагать относительно антенны так, чтобы одна из секущих плоскостей содержала бы в себе вектор Е излучаемого антенной электромагнитного поля. Тогда другая автоматически будет совпадать с положением вектора Н. В этом случае ДН будут при изображении соответственно называться:
? ДН в Е плоскости (и), если секущая плоскость содержит вектор E;
? ДН в H-плоскости (ц), если секущая плоскость содержит вектор H.
Такие плоские сечения пространственной ДН можно изображать в прямоугольной или в полярной системах координат. Выбор системы координат определяется пользователем, исходя из удобства и наглядности изображения ДН.
В полярной системе координат изображают, как правило, ДН сла-бонаправленных антенн. Преимуществом изображения ДН в этой системе является наглядное представление пространственного распределения излучаемой антенной электромагнитной энергии, а недостатком - малая наглядность при изображении ДН узконаправленных антенн (рисунок 8).
ДН реальных антенн имеет многолепестковый характер. Наибольший по величине лепесток называют главным. Меньшие - боковыми. Для изображения узконаправленных ДН целесообразно использовать прямоугольную систему координат. В этом случае можно выбрать только интересующий нас сектор углов и представить его на оси абсцисс в произвольном удобном масштабе. Это даёт возможность детально воспроизвести главный лепесток ДН и соседние с ним боковые (рисунок 9).
Рисунок 9 - Графическое изображение ДН
При изображении в прямоугольной системе координат ДН с узким основным лепестком и малым уровнем боковых лепестков часто применяют логарифмический масштаб по оси ординат (рисунок 10). ДН по напряжённости и по мощности при этом совпадают:
Таким образом, для изображения узконаправленных ДН целесообразно использовать прямоугольную систему координат. Масштаб графика может быть изменен при необходимости.
Рисунок 10 - Графическое изображение ДН в логарифмическом маcштабе
2.3 Ширина главного лепестка и уровень боковых лепестков
Ширина ДН (главного лепестка) определяет степень концентрации излучаемой электромагнитной энергии. Ширина ДН - это угол между двумя направлениями в пределах главного лепестка, в которых амплитуда напряжённости электромагнитного поля составляет уровень 0,707 от максимального значения (или уровень 0,5 от максимального значения по плотности мощности). Ширина ДН обозначается так:
-2и - это ширина ДН по мощности на уровне 0,5;
-2и - ширина ДН по напряжённости на уровне 0,707.
Индексом Е или Н обозначают ширину ДН в соответствующей плоскости: 2и, 2и. Уровню 0,5 по мощности соответствует уровень 0,707 по напряжённости поля или уровень - 3 дБ в логарифмическом масштабе:
Экспериментально ширину ДН удобно определять по графику, например, как это показано на рисунке 11.
Уровень боковых лепестков ДН определяет степень побочного излучения антенной электромагнитного поля. Он влияет на качество электромагнитной совместимости с ближайшими радиоэлектронными системами.
Относительный уровень бокового лепестка - это отношение амплитуды напряжённости поля в направлении максимума первого бокового лепестка к амплитуде напряжённости поля в направлении максимума главного лепестка (рисунок 12):
Выражается этот уровень в абсолютных единицах, либо в децибелах:
2.4 Коэффициент направленного действия и коэффициент усил е ния передающей антенны
Коэффициент направленного действия (КНД) количественно характеризует направленные свойства реальной антенны по сравнению с эталонной ненаправленной (изотропной) с ДН в виде сферы:
КНД - это число, показывающее, во сколько раз плотность потока мощности П (и, ц) реальной (направленной) антенны больше плотности потока мощности П(и, ц) эталонной (ненаправленной) антенны для этого же направления и на том же удалении при условии, что мощности излучения антенн одинаковы:
Коэффициент усиления (КУ) антенны - это параметр, который учитывает не только фокусирующие свойства антенны, но и её возможности по преобразованию одного вида энергии в другой.
КУ - это число, показывающее, во сколько раз плотность потока мощности П (и, ц) реальной (направленной) антенны больше плотности потока мощности ПЭ (и, ц) эталонной (ненаправленной) антенны для этого же направления и на том же удалении при условии, что мощности, подведённые к антеннам, одинаковы.
Коэффициент усиления можно выразить через КНД:
где - коэффициент полезного действия антенны. На практике используют - коэффициент усиления антенны в направлении максимального излучения.
2.5 Фазовая диаграмма направленности. Понятие о фазовом центре антенны
Фазовая диаграмма направленности - это зависимость фазы электромагнитного поля, излучаемого антенной, от угловых координат.
Так как в дальней зоне антенны векторы поля Е и Н синфазны, то и фазовая ДН в одинаковой степени относится к электрической и магнитной составляющей ЭМП, излучаемого антенной. Обозначается фазовая ДН следующим образом: Ш = Ш (и, ц) при r = const.
Если Ш (и, ц) = const при r = const, то это означает, что антенна формирует фазовый фронт волны в виде сферы. Центр этой сферы, в котором находится начало системы координат, называют фазовым центром антенны (ФЦА). Следует отметить, что фазовый центр имеют не все антенны.
У антенн, имеющих фазовый центр и многолепестковую амплитудную ДН с чёткими нулями между ними, фаза поля в соседних лепестках отличается на р (180°). Взаимосвязь между амплитудной и фазовой диаграммами направленности одной и той же антенны иллюстрируется на рисунке 13.
Рисунок 13 - Амплитудная и фазовая ДН
Направление распространения ЭМВ и положение её фазового фронта в каждой точке пространства взаимно перпендикулярны.
3 . Фрактальные антенны печатного типа
3.1 Теоретические основы моделирования микрополосковой фра к тальной антенны
Фракталы представляют собой геометрические фигуры, рекурсивно повторяющиеся по закону дробной размерности. Среди большого разнообразия фрактальных структур одной из наиболее удобных для микрополосковой печатной антенны (МПА) являются фракталы Минковского.
На рисунке 14 приведен пример первой итерации фрактального преобразования Минковского прямой дипольной антенны длиной L, которую можно принять за нулевую итерацию. Применяя подобное преобразование к каждому прямому отрезку, можно получить фрактальные диполи высших итераций.
Рисунок 14 - Нулевая (а) и первая (б) итерации Минковского
Поскольку резонансная частота диполя определяется его длиной, для сохранения ее неизменной при фрактальном преобразовании примем:
где - общая длина фрактального диполя n-й итерации [5]. При условии
высота фрактального диполя составит:
Т.е. с повышением порядка итерации высота диполя сокращается, что и является основным преимуществом фрактальных антенн. На рисунке 15 приведен пример фрактального преобразования Минковского квадратной МПА.
Рисунок 15 - Квадратная (а), первая (б) и вторая (в) итерации фрактального преобразования Минковского
Как видно из рисунка 15, размер МПА существенно сокращается уже при первых итерациях. Для проверки условия (29) неизменности резонансной частоты проведено моделирование фрактальной и квадратной МПА, результаты которого приведены на рисунке 16 [6].
Рисунок 16 - Зависимость резонансных частот нулевой, первой и второй итераций фрактального преобразования Минковского от ломаной кривой
Как видно, при соблюдении условия (29) резонансные частоты фрактальной антенны первой и второй итераций совпадают и превышают соответствующие значения для квадратной МПА на 20%. Резонансная частота квадратных МПА определяется условием:
- эффективная диэлектрическая проницаемость среды между МПА и земляной плоскостью.
Так же формула (32) может использоваться и для других МПФА с поправкой на свойства платы.
3.2 Расчет, моделирование и исследование МПФА
В качестве геометрической основы для МПФА был взят фрактал Коха с интерацией n = 2 замкнутого типа, все сегменты данного фрактал имеют одинаковую длину, равную 0,004 м. Количество сегментов n = 160. Следовательно, периметр всего фрактала L = 0,64 м. Подставляя L и =2,2 в (32) получим рабочую длину волны =0,94 для данной антенны. Из известного соотношения , где скорость света, находим теоретическую частоту для данной антенны = 0,32 ГГц.
В графическом редакторе «google sketchup» был создан искомый фрактал Коха (рисунок 17).
Рисунок 17 - Моделирование фрактала Коха в программе «google sketchup»
После чего данный фрактал перенесли «утюжно-лазерным» методом на одну из сторон двустороннего фольгированного стеклотекстолита (рисунок 18).
Рисунок 18 - Шаблон фрактала и печатная плата
Фольгированный стеклотекстолит с переведенным на него рисунком фрактала поместили в ванночку с раствором медного купороса для последующего «вытравливания» рисунка, заизолировав при этом обратную сторону от раствора, получили МПФА (рисунок 19).
К полученной МПФА коаксиальный кабель был припаян следующим образом: центральная жила к рисунку фрактала, обмотка к сплошной невытравленной стороне.
Получившуюся антенну подключали к панорамному измерителю КСВН и отражения РК2-47, от которого на антенну подавался переменный ток в диапазоне от 50 МГц до 1,2 ГГц (рисунок 20). Панорамный измеритель РК2-47 был настроен на измерение коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН). Из рисунка 20 видно, что антенна не излучает, поскольку измеренная характеристика КСВН антенны близка к линии электронного визира установленного на уровень КСВН = (полное отражение). Небольшие резонансные явления, наблюдаемые на рисунке 20, соответствуют незначительным стоячим волнам при отражении в кабеле.
Рисунок 20 - Показания индикатора РК2-47
Из отрицательных результатов опыта можно сделать вывод, что изготовленное устройство фрактальной антенной не является, в самом деле: рабочая частота, рассчитанная при проектировании антенны, входит в диапазон частот подаваемых токов. Следовательно, причина состоит не в неправильно подобранной частоте, а в том, что поле, излучаемое данным устройством, находится внутри текстолита (как в микрополосковой плате). Хотя в Интернете имеются сообщения о подобных работоспособных антеннах, но к таким сообщениям необходимо относиться с сомнением. Данный опыт опровергает свойства той МПФА, по типу которой был сделан опытный образец.
4 . Экспериментальные исследования проволочных антенн
4.1 Симметричный полуволновый линейный диполь
В качестве эталонной антенны, свойства которой хорошо известны, был выбран симметричный полуволновый диполь. С его геометрическими размерами и параметрами будут в дальнейшем сравниваться изготовленные фрактальные антенны.
В качестве рабочей (резонансной) частоты для полуволнового диполя была выбрана частота 900 МГц. Этот выбор был сделан по двум причинам:
- удобство исследования характеристик антенны на панорамном измерителе КСВН и ослабления РК2-47, для которого частота 900 МГц приходится на середину одного из измерительных диапазонов (600-1200 МГц);
- удобство изготовления антенны из проволоки (когда антенна не очень большая и не очень маленькая).
Из теории антенн известно [1], что точная резонансная длина вибратора должна быть несколько меньше /2. Это объясняется некоторым изменением распределения стоячих волн в вибраторе по сравнению с линией передачи, не имеющей потерь на излучение. Вследствие этого у антенны, длина которой равна целому числу полуволн, появляется индуктивная составляющая входного сопротивления, для компенсации которой нужно несколько укоротить вибратор. Кроме того, резонансные свойства антенны существенно зависят от диаметра вибратора. Для обычных однопроводных антенн укорочение составляет около 5% длины антенны. В работе [1, С. 94] резонансную длину полуволнового вибратора предлагают рассчитывать по формуле:
где L - длина в метрах, f - частота в мегагерцах.
Рассчитаем эту резонансную длину для частоты 900 МГц:
Для экспериментального определения резонансной частоты был поставлен следующий опыт. Полуволновый диполь состоял из двух одинаковых плеч длиной /4. Учитывая диапазон работы измерителя РК2-47 теоретически были посчитаны длины плеч по формуле = с / f Т , где с - скорость света. Для расчетов брались «круглые» значения частот, а между ними - «круглые» (по возможности) длины /4-плеч диполя. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Из одножильного провода диаметром 1 мм были отрезаны два куска длиной по 12 см, которые были припаяны на разъем для СВЧ кабеля: один - к центральной жиле, а другой - к проволочной петле, прижатой винтом к корпусу («земле») (рисунок 21). Изготовленная антенна подключалась к панорамному измерителю КСВН и ослабления РК2-47, который находился в режиме измерения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН). Исследовались «излучательные»
Исследование диаграмм направленности фрактальных антенн дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Россия
Реферат по теме Израиль и народы мира
Курсовая работа по теме Интеллектуальный продукт в системе интеллектуальной собственности
Применение Метода Электромиографии В Стоматологии Реферат
Как Оформить Статью В Курсовой Работе
Реферат: Право ребёнка жить и воспитываться в семье
Шрифт Дипломной Работы По Госту
Правила Упаковки Товаров Реферат
Доклад: История Санкт-Петербурга. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Производство этиленгликоля методом гидратации окиси этилена
Дипломная работа по теме Методика формирования умений и навыков с использованием образцов
Контрольная работа по теме Понятие, сущность и правила документооборота. Работа с исходящими документами. Правила подсчёта исходящих документов
Реферат по теме Влияние газового сектора на позиции России в мировой экономике
Статья На Тему "Инкарнация" Кватернионов
Вкр Курсовая
Реферат: Общие принципы стратегического менеджмента
Оценка Отчета По Практике Пример
Дипломная работа по теме Исследование производственных запасов предприятия на примере ОАО 'ТФК 'КамАЗ'
Реферат: Oil Price Increase Essay Research Paper Oil
Бесчестная Прибыль Облегчает Бесчестную Натуру Эссе
Коллективизация сельского хозяйства - История и исторические личности реферат
Тип Плоские черви - Биология и естествознание реферат
Древневосточное государство и право - Государство и право контрольная работа