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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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设计和分析的分形和传统线性阵列天线

a·贾亚特里1M苏伦德拉Kumar博士2一个教授,。米普拉萨德3
  1. GITAM大学助理教授、ECE维萨卡帕特南,印度安得拉邦
  2. 本金,KLR工程与技术学院——Paloncha Khammam Telangana、印度
  3. 教授,ECE、JNTU——卡基纳达,印度安得拉邦
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文摘

天线通常是最明显的无线电系统的元素。大小和形状的导体组成天线确定天线的方向特性。定向特征如增益、指向性,辐射模式,和极化天线的基本原理的理解天线,以及它是如何用于无线电通讯系统由几个研究人员调查。单个元素的辐射模式相对较宽,和每个元素提供了低收益。在许多应用程序需要设计天线非常指令特征以满足长途通信的要求。这只能通过增加天线的电尺寸。不必增加单个元素的大小,这是形成辐射元素的组装电子和几何配置。这个新的天线,由多元素,被称为一个数组。在大多数情况下,数组的元素是相同的,可以是任何形式。一个分形是和对象递归生成具有分数维度。 However antennas can be designed using the recursive nature of a fractal. In the present work the concept of fractals and its use in antenna arrays for obtaining multiband property is investigated by Cantor set. Cantor set is used to design and analysis of fractal linear array antennas. Beam width, directivity and SLL’s of cantor set fractal linear array is calculated, and compared with the non-fractal linear arrays at designed frequency.

关键字
天线方向特性,线性阵列,分形阵列,康托尔集,多波段。

介绍
天线阵列[1]设计是必要的,具有非常高的指令特征来满足需求的长途通信。无线通讯服务和相关应用程序驱动的设计多频率和小型天线。分形形状的天线已经被证明有一些独特的特点与分形的几何性质。是彻底[10]-[13],讨论了分形的自相似特性使得它们特别适合设计多频天线。介绍并讨论了线性阵列及其分形特征的比较传统的数组。
分形对象有一些独特的几何属性的可能将是其中的一个有限的区域和无限长曲线。科赫单极数值和实验分析的研究人员,是科赫单极的迭代次数增加,天线的Q方法基本限制小型天线[14]。
tele comoperators和设备制造商可以生产各种各样的通信系统,如移动通信、全球定位、卫星通信,和其他人来说,每一个系统运作几个频段。
给服务的用户,每个系统需要天线工作频带的用于特定的系统。在去年的趋势已经为每个系统使用一个天线,但是这个解决方案是在有效的空间使用,而且非常昂贵。各种通信系统表明,需要多波段天线。利用分形几何是新解决方案的设计多波段天线和阵列。
分形几何图形在科学发现一个错综复杂的地方表示发生在自然界的一些独特的几何特性。分形是1975年首次由Benoit Mandelbrot[2]定义的分类结构的维度并不是整数。之前使用这些几何图形特征独特的出现在自然界中,与欧几里得几何图形很难定义,包括海岸线的长度,云的密度和分支树[3]。

配方

答:传统的线性阵列天线:
各向同性的线性阵列由N元素,均匀间距为距离d的z轴如图1所示[4]。线性阵列通常是由相同的元素在一个常规几何布置位置。线性阵列的阵列因子表现形式(1、5)
图像

b . FRACTALLINEAR阵列天线:
目前已经开发出了辐射形的分形线性阵列[6],[8]快速递归算法。这些算法都是基于分形阵列可以通过重复形成递归地应用程序生成的数组。生成子数组是一个小阵列规模(X = 1)用于构建更大的数组在更高尺度(即。,X > 1)。在许多情况下,生成子数组元素,开启和关闭在一个特定的模式。一组公式复制、缩放和翻译生成的子数组随后以产生分形阵列。这种类型的分形阵列的阵列因素可能在一般形式表示
图像
在GA(α)代表与生成子数组的数组因素。参数δ是规模扩张的因素,控制数组的大小随着每个递归应用程序生成的子数组和X是迭代的水平。
这个数组成为分形像在适当的时候关闭或删除元素,因此
一个= 1如果元素n是打开
如果关闭元素n = 0
最简单的方案构建分形线性数组之前的配方康托尔集[9]。康托尔数组也有自己的多波段属性。
所以它有多频率(Fn)和派生通过使用方程(5)
图像
这里F0设计频率
图2所示的基本Cantor数组创建的以三元素生成的子数组开始,然后应用反复Xscales增长。生成子数组在这种情况下有三个均匀间隔的元素,与中心元素关闭或删除,即。,101年。Cantor数组生成递归地[4]代替1到101年,0到000年在每个阶段的建设。例如,在第二阶段的建设(X = 2),数组模式看起来像
1 0 1 0 0 0 1 0 1
在第三阶段(X = 3),我们会
1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1
在第四阶段(X = 4),我们会
101 0 101 0 0 0 101 0,101 101 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 101 101 0 0 0 0 101
在第五阶段(X = 5),我们会
1010101 1010101 0 0 0 1010101 0 1010101 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1010101 1010101 0 0 0 1010101 0 1010101
前五个迭代在以下怎么了。的阵列因子三元素生成子数组表示101
图像

结果
传统的数组和分形阵列的辐射场模式利用MATLAB设计和模拟。设计的阵列设计频率F0 = 24.3 ghz的每个元素间距λ/ 4。康托尔线性数组的五级101活跃的元素32和243元素的总数。这个数组操作5点频率根据方程(5)。根据频率分形线性阵列的辐射场模式和传统线性阵列设计和模拟,从图3 - 12。方向性,HPBW SLL的计算和在表2 - 3。从结果在低频率明显传统的线性阵列显示作为一个点光源,不能运行在多波段频率,而分形线性阵列在多波段频率运行。
在上面的表2、3指向性,HPBW SLL分线性和传统线性数组分别被认为是互相比较。常规线性阵列在24.3 Ghz,方向性是一样的12.6 db分形线性阵列指向性15.05所以总改善3 db的方向性。所以分形线性阵列提供了更好的结果相比,传统的线性数组。
以上数据给数组因素仰角关系‰Aµ分形线性阵列的不同阶段,随着阶段的总数增加,该领域的模式分形线性阵列天线旁瓣水平高,低半功率波束宽度和高方向性相比与传统的线性数组。

结论
传统线性模式和分形线性阵列天线设计和模拟frequency2.43GHz。很明显的结果和传统的阵列天线旁瓣窄波束宽度设计频率但较低频率的行为作为一个点光源。分形线性阵列天线在所有频率,它并不是作为一个点光源在设计和较低的频率。因此,分形线性天线适用于多波段操作。结果发现场模式的分形线性阵列天线旁瓣水平高,低半功率波束宽度,和高方向性相比与传统的线性数组。

表乍一看
表的图标 表的图标 表的图标
表1 表2 表3

数据乍一看
图1 图2 图3 图4
图1 图2 图3 图4
图1 图2 图3 图4
图5 图6 图7 图8
图1 图2 图3 图4
图9 图10 图11 图12

引用
  1. Balanis, c。,Antenna Theory: Analysis and Design, 2nd edition, Wiley, 1997.
  2. 曼德布洛特,B, B。,The Fractal Geometry of Nature, W. H. Free-man and Company, New York, 1983.
  3. Gianvittorio, J。,“Fractal antennas: Design, characterization and application,” Master’s Thesis, University of California, Los Angeles, 2000.
  4. 维尔纳,d . H。,R. L. Haupt, and P. L. Werner, “Fractal Antenna engineering: The theory and design of fractal antenna arrays,” IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 41, No. 5, 37–59,October 1999.
  5. 斯塔茨曼,w·l·g·a·蒂埃尔天线理论和设计,第二版,约翰威利& Sons,纽约,1998年。
  6. Baliarda, c·p·r·普,“分形设计多波段和低副瓣阵列”,IEEE天线andPropagation, 44卷,1996年5月5号,730 - 739年。
  7. 维尔纳,d·h·r·l·Haupt”分形结构的线性和平面阵列,“诉讼IEEE Soc.Int天线传播。计算机协会。,Vol. 3, 1968–1971, July 1997.
  8. 维尔纳,d·h·r·Mittra在电磁学领域,IEEE出版社,2000年。
  9. Peitgen, h . O。,H. Jurgens, and D. Saupe, “Chaos and Fractals:New Frontiers of Science”, Springer-Verlag, Inc., New York, 1992.
  10. C。朋地,R。砰,J。Romeu和年代。加西亚,”o多重分形天线分形“西班牙专利号2112163,1995年5月19日。
  11. C。朋地,J。Romeu, R。砰,x Garecia, F。贝尼特斯,”分形多波段天线基于dierpinski垫片。“电子,列托人。,vol.32,不。1,pp. 1-2, Jan 1996.
  12. C。朋地,“分形天线,”博士论文,部门信号理论和commun universitatPolitecnica de加泰罗尼亚,本港代表。
  13. C。朋地,J。Romeu, R。砰,一个。Cardama”的dehavior sierpinski多波段天线,“IEEE反式。天线Propagat。,Vol.46, pp.517-524, Apr.1998.
  14. 卡莱斯朋地Baliarda JordiRomeu,天使Cardama,“科赫磁单极子:一个小的分形天线”,IEEE天线和传播,Vol.48, 11路,2000年11月。