I. Entwodiksyon
Fraktal yo se objè matematik ki montre pwòp pwopriyete ki sanble nan diferan echèl. Sa vle di ke lè ou rale nan / soti sou yon fòm fraktal, chak nan pati li yo sanble anpil ak tout la; sa vle di, menm modèl jewometrik oswa estrikti repete nan diferan nivo agrandisman (gade egzanp fraktal nan Figi 1). Pifò fraktal yo gen fòm konplike, detaye ak enfiniman konplèks.
figi 1
Matematisyen Benoit B. Mandelbrot te entwodui konsèp fraktal yo nan ane 1970 yo, byenke orijin jeyometri fraktal yo ka remonte nan travay pi bonè anpil matematisyen, tankou Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Julia (1918), Fatou (1926), ak Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrot te etidye relasyon ki genyen ant fraktal ak lanati lè li te entwodwi nouvo kalite fraktal pou simulation estrikti ki pi konplèks, tankou pye bwa, mòn, ak litoral. Li te envante mo "fraktal" ki soti nan adjektif laten "fractus", ki vle di "kase" oswa "kraze", sa vle di ki konpoze de moso kase oswa iregilye, pou dekri fòm jeyometrik iregilye ak fragmenté ki pa ka klase pa jeyometri tradisyonèl Euclidean. Anplis de sa, li te devlope modèl matematik ak algoritm pou jenere ak etidye fraktal, ki te mennen nan kreyasyon an nan seri a Mandelbrot pi popilè, ki se pwobableman fòm nan fraktal ki pi popilè ak vizyèlman kaptivan ak modèl konplèks ak enfiniman repete (gade Figi 1d).
Travay Mandelbrot a pa sèlman gen yon enpak sou matematik, men tou gen aplikasyon nan divès domèn tankou fizik, grafik òdinatè, byoloji, ekonomi, ak atizay. An reyalite, akòz kapasite yo nan modèl ak reprezante estrikti konplèks ak pwòp tèt ou menm jan an, fractals gen anpil aplikasyon inovatè nan divès domèn. Pou egzanp, yo te lajman itilize nan zòn aplikasyon sa yo, ki se jis kèk egzanp nan aplikasyon lajè yo:
1. Grafik òdinatè ak animasyon, jenere paysages natirèl reyalis ak vizyèlman atire, pye bwa, nwaj, ak teksti;
2. Teknoloji konpresyon done pou diminye gwosè fichye dijital yo;
3. Imaj ak pwosesis siyal, ekstrè karakteristik nan imaj, detekte modèl, ak bay konpresyon imaj efikas ak metòd rekonstriksyon;
4. Biyoloji, ki dekri kwasans plant ak òganizasyon newòn nan sèvo a;
5. Teyori antèn ak metamateryèl, konsepsyon antèn kontra enfòmèl ant / milti-band ak metasurfaces inovatè.
Kounye a, jeyometri fraktal kontinye jwenn nouvo itilizasyon ak inovatè nan divès disiplin syantifik, atistik ak teknolojik.
Nan teknoloji elektwomayetik (EM), fòm fraktal yo trè itil pou aplikasyon ki mande pou miniaturizasyon, soti nan antèn nan metamateryèl ak sifas selektif frekans (FSS). Sèvi ak jeyometri fraktal nan antèn konvansyonèl yo ka ogmante longè elektrik yo, kidonk diminye gwosè an jeneral nan estrikti a sonan. Anplis de sa, nati pwòp tèt ou menm jan an nan fòm fraktal fè yo ideyal pou reyalize estrikti milti-band oswa bande sonan. Kapasite miniaturizasyon nannan nan fraktal yo patikilyèman atire pou desine reflectarrays, antèn etalaj faz, absòbe metamateryèl ak metasurfaces pou plizyè aplikasyon. An reyalite, lè l sèvi avèk anpil ti eleman etalaj ka pote plizyè avantaj, tankou diminye kouple mityèl oswa ke yo te kapab travay ak etalaj ak espas eleman piti anpil, kidonk asire bon pèfòmans optik ak pi wo nivo estabilite angilè.
Pou rezon ki mansyone pi wo a, antèn fractal ak metasurfaces reprezante de zòn rechèch kaptivan nan jaden elektwomayetik ki te atire anpil atansyon nan dènye ane yo. Tou de konsèp ofri fason inik pou manipile ak kontwole onn elektwomayetik, ak yon pakèt aplikasyon pou kominikasyon san fil, sistèm rada ak deteksyon. Pwopriyete pwòp tèt ou ki sanble yo pèmèt yo piti nan gwosè pandan y ap kenbe ekselan repons elektwomayetik. Compact sa a se patikilyèman avantaje nan aplikasyon espas ki limite, tankou aparèy mobil, tag RFID, ak sistèm ayewospasyal.
Itilizasyon antèn fractal ak metasurfaces gen potansyèl pou amelyore siyifikativman kominikasyon san fil, imaj, ak sistèm rada, paske yo pèmèt aparèy kontra enfòmèl ant ak pèfòmans segondè ak fonksyonalite amelyore. Anplis de sa, jeyometri fraktal yo de pli zan pli itilize nan konsepsyon detèktè mikwo ond pou dyagnostik materyèl, akòz kapasite li nan opere nan gwoup frekans miltip ak kapasite li yo dwe miniaturize. Rechèch k ap kontinye nan domèn sa yo ap kontinye eksplore nouvo konsepsyon, materyèl, ak teknik fabrikasyon pou reyalize tout potansyèl yo.
Papye sa a gen pou objaktif pou revize pwogrè rechèch ak aplikasyon antèn fractal ak metasurfaces epi konpare antèn ki baze sou fraktal ak metasurfaces, mete aksan sou avantaj yo ak limit yo. Finalman, yo prezante yon analiz konplè sou reflectarrays inovatè ak inite metamateryèl, epi yo diskite sou defi yo ak devlopman nan lavni nan estrikti elektwomayetik sa yo.
2. FraktalAntènEleman
Konsèp jeneral fraktal yo ka itilize pou konsepsyon eleman antèn ekzotik ki bay pi bon pèfòmans pase antèn konvansyonèl yo. Eleman antèn Fractal yo ka kontra enfòmèl ant nan gwosè epi yo gen plizyè bann ak / oswa kapasite bande.
Konsepsyon antèn fractal enplike repete modèl jeyometrik espesifik nan diferan echèl nan estrikti antèn la. Modèl pwòp tèt ou menm jan an pèmèt nou ogmante longè antèn an jeneral nan yon espas fizik limite. Anplis de sa, radyatè fraktal ka reyalize plizyè gwoup paske diferan pati nan antèn la sanble youn ak lòt nan echèl diferan. Se poutèt sa, eleman antèn fractal yo ka kontra enfòmèl ant ak milti-band, bay yon kouvèti frekans pi laj pase antèn konvansyonèl yo.
Konsèp antèn fractal yo ka remonte nan fen ane 1980 yo. An 1986, Kim ak Jaggard te demontre aplikasyon fractal pwòp tèt ou-resanblans nan sentèz etalaj antèn.
An 1988, fizisyen Nathan Cohen te konstwi premye antèn eleman fraktal nan mond lan. Li pwopoze ke lè yo enkòpore jeyometri pwòp tèt ou menm jan an nan estrikti antèn la, pèfòmans li yo ak kapasite miniaturization yo ta ka amelyore. An 1995, Cohen te fonde Fractal Antenna Systems Inc., ki te kòmanse bay premye solisyon antèn komèsyal ki baze sou fraktal nan mond lan.
Nan mitan ane 1990 yo, Puente et al. demontre kapasite milti-bann fraktal yo lè l sèvi avèk monopòl ak dipol Sierpinski a.
Depi travay Cohen ak Puente, avantaj ki genyen nan nannan antèn fractal te atire gwo enterè nan men chèchè ak enjenyè nan domèn telekominikasyon, ki mennen ale nan plis eksplorasyon ak devlopman nan teknoloji antèn fractal.
Jodi a, antèn fractal yo lajman itilize nan sistèm kominikasyon san fil, ki gen ladan telefòn mobil, routeurs Wi-Fi, ak kominikasyon satelit. An reyalite, antèn fractal yo piti, milti-band, ak trè efikas, fè yo apwopriye pou yon varyete de aparèy san fil ak rezo.
Figi sa yo montre kèk antèn fraktal ki baze sou fòm fraktal byen li te ye, ki se jis kèk egzanp nan konfigirasyon yo divès kalite diskite nan literati a.
Espesyalman, Figi 2a montre monopol Sierpinski yo pwopoze nan Puente, ki kapab bay operasyon milti-band. Triyang Sierpinski a fòme lè w retire triyang santral envèse a nan triyang prensipal la, jan yo montre nan Figi 1b ak Figi 2a. Pwosesis sa a kite twa triyang egal sou estrikti a, chak ak yon longè bò mwatye nan triyang kòmanse a (gade Figi 1b). Menm pwosedi soustraksyon an ka repete pou triyang ki rete yo. Se poutèt sa, chak nan twa pati prensipal li yo se egzakteman egal ak objè a tout antye, men nan de fwa pwopòsyon an, ak sou sa. Akòz resanblans espesyal sa yo, Sierpinski ka bay plizyè gwoup frekans paske diferan pati nan antèn la sanble youn ak lòt nan echèl diferan. Jan yo montre nan Figi 2, monopole Sierpinski yo pwopoze a opere nan 5 gwoup. Li ka wè ke chak nan senk sub-gaskets yo (estrikti sèk) nan Figi 2a se yon vèsyon echèl nan tout estrikti a, kidonk bay senk diferan gwoup frekans fonksyònman, jan yo montre nan koyefisyan refleksyon opinyon nan Figi 2b. Figi a montre tou paramèt ki gen rapò ak chak gwoup frekans, ki gen ladan valè frekans fn (1 ≤ n ≤ 5) nan valè minimòm pèt retounen nan opinyon mezire (Lr), Pleasant relatif (Bwidth), ak rapò frekans ant. de bann frekans adjasan (δ = fn +1/fn). Figi 2b montre ke gwoup monopòl Sierpinski yo lojaritmik detanzantan espas pa yon faktè 2 (δ ≅ 2), ki koresponn ak menm faktè dekale prezan nan estrikti ki sanble nan fòm fraktal.
figi 2
Figi 3a montre yon ti antèn fil long ki baze sou koub fractal Koch la. Yo pwopoze antèn sa a pou montre kijan pou eksplwate pwopriyete ki ranpli espas yo nan fòm fraktal pou konsepsyon ti antèn. An reyalite, diminye gwosè a nan antèn se objektif final la nan yon gwo kantite aplikasyon, espesyalman sa yo ki enplike tèminal mobil. Monopòl Koch kreye lè l sèvi avèk metòd konstriksyon fraktal yo montre nan Figi 3a. Iterasyon inisyal K0 a se yon monopole dwat. Pwochen iterasyon K1 a jwenn lè w aplike yon transfòmasyon resanblans nan K0, ki gen ladan eskalade pa yon tyè ak wotasyon pa 0°, 60°, -60°, ak 0°, respektivman. Pwosesis sa a repete iteratif pou jwenn eleman ki vin apre yo Ki (2 ≤ i ≤ 5). Figi 3a montre yon vèsyon senk-iterasyon monopol Koch la (sa vle di, K5) ak yon wotè h egal a 6 cm, men longè total la bay fòmil l = h ·(4/3) 5 = 25.3 cm. Yo te reyalize senk antèn ki koresponn ak premye senk iterasyon koub Koch (gade Figi 3a). Tou de eksperyans ak done yo montre ke monopòl fractal Koch ka amelyore pèfòmans monopòl tradisyonèl la (gade Figi 3b). Sa a sijere ke li ta ka posib "miniaturize" antèn fraktal, ki pèmèt yo anfòm nan pi piti volim pandan y ap kenbe pèfòmans efikas.
figi 3
Figi 4a montre yon antèn fractal ki baze sou yon seri Cantor, ki itilize pou konsepsyon yon antèn lajè pou aplikasyon pou rekòlte enèji. Pwopriyete inik nan antèn fractal ki prezante plizyè rezonans adjasan eksplwate pou bay yon Pleasant pi laj pase antèn konvansyonèl yo. Jan yo montre nan Figi 1a, desen an nan seri fractal Cantor se trè senp: liy dwat inisyal la kopye epi divize an twa segman egal, ki soti nan segman sant la retire; se menm pwosesis la Lè sa a, iteratif aplike nan segman yo ki fèk pwodwi. Etap iterasyon fraktal yo repete jiskaske yon lajè antèn (BW) nan 0.8–2.2 GHz reyalize (sa vle di, 98% BW). Figi 4 montre yon foto pwototip antèn reyalize (Figi 4a) ak koyefisyan refleksyon opinyon li (Figi 4b).
figi 4
Figi 5 bay plis egzanp antèn fraktal, ki gen ladan yon antèn monopòl ki baze sou koub Hilbert, yon antèn patch microstrip ki baze sou Mandelbrot, ak yon plak fraktal zile Koch (oswa "flokon").
figi 5
Finalman, Figi 6 montre diferan aranjman fraktal nan eleman etalaj, ki gen ladan etalaj planè tapi Sierpinski, etalaj bag Cantor, etalaj lineyè Cantor, ak pye bwa fraktal. Aranjman sa yo itil pou jenere etalaj ra ak/oswa reyalize pèfòmans milti-band.
figi 6
Pou aprann plis sou antèn, tanpri vizite:
Lè poste: 26-Jul-2024
