I. Pasiuna
Ang mga fractals mao ang mga butang sa matematika nga nagpakita sa kaugalingon nga susama nga mga kabtangan sa lain-laing mga timbangan. Nagpasabot kini nga kung mag-zoom in/out ka sa fractal nga porma, ang matag bahin niini susama kaayo sa kinatibuk-an; kana mao, ang susamang geometriko nga mga pattern o istruktura nga gisubli sa lain-laing lebel sa pagpadako (tan-awa ang fractal nga mga pananglitan sa Figure 1). Kadaghanan sa mga fractal adunay makuti, detalyado, ug walay katapusan nga komplikado nga mga porma.
hulagway 1
Ang konsepto sa fractal gipaila sa mathematician nga si Benoit B. Mandelbrot sa 1970s, bisan kung ang gigikanan sa fractal geometry masubay balik sa naunang trabaho sa daghang mga mathematician, sama sa Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Julia (1918), Fatou (1926), ug Richardson (1953).
Gitun-an ni Benoit B. Mandelbrot ang relasyon tali sa mga fractals ug kinaiyahan pinaagi sa pagpaila sa bag-ong mga matang sa fractals aron masundog ang mas komplikado nga mga istruktura, sama sa mga kahoy, kabukiran, ug mga baybayon. Iyang gimugna ang pulong nga "fractal" gikan sa Latin nga adjective nga "fractus", nagpasabut nga "nabuak" o "nabali", ie gilangkuban sa mga guba o dili regular nga mga piraso, aron ihulagway ang dili regular ug tipik nga geometriko nga mga porma nga dili maklasipikar sa tradisyonal nga Euclidean geometry. Dugang pa, nagpalambo siya og mga modelo sa matematika ug mga algorithm alang sa pagmugna ug pagtuon sa mga fractals, nga misangpot sa pagmugna sa bantog nga set sa Mandelbrot, nga tingali ang labing inila ug makita nga madanihon nga fractal nga porma nga adunay komplikado ug walay katapusan nga pagbalik-balik nga mga sumbanan (tan-awa ang Figure 1d).
Ang trabaho ni Mandelbrot dili lamang adunay epekto sa matematika, apan adunay mga aplikasyon sa lainlaing natad sama sa pisika, computer graphics, biology, ekonomiya, ug arte. Sa tinuud, tungod sa ilang abilidad sa pagmodelo ug pagrepresentar sa komplikado ug susama sa kaugalingon nga mga istruktura, ang mga fractals adunay daghang mga bag-ong aplikasyon sa lainlaing natad. Pananglitan, kini kaylap nga gigamit sa mosunod nga mga lugar sa aplikasyon, nga pipila lang ka pananglitan sa ilang lapad nga aplikasyon:
1. Computer graphics ug animation, nagmugna og realistiko ug madanihon nga tan-awon nga natural nga mga talan-awon, mga kahoy, mga panganod, ug mga panapton;
2. Data compression teknolohiya sa pagpakunhod sa gidak-on sa digital files;
3. Pagproseso sa imahe ug signal, pagkuha sa mga bahin gikan sa mga imahe, pag-ila sa mga pattern, ug paghatag epektibo nga pamaagi sa pag-compress sa imahe ug pagtukod pag-usab;
4. Biology, nga naghulagway sa pagtubo sa mga tanom ug sa organisasyon sa mga neuron sa utok;
5. Antenna theory ug metamaterials, pagdesinyo sa compact/multi-band antennas ug innovative metasurfaces.
Sa pagkakaron, ang fractal geometry nagpadayon sa pagpangita og bag-o ug bag-ong mga gamit sa nagkalain-laing siyentipiko, artistic ug teknolohikal nga mga disiplina.
Sa electromagnetic (EM) nga teknolohiya, ang mga fractal nga porma mapuslanon kaayo alang sa mga aplikasyon nga nagkinahanglan og miniaturization, gikan sa antenna ngadto sa metamaterial ug frequency selective surfaces (FSS). Ang paggamit sa fractal geometry sa conventional antennas makadugang sa ilang elektrikal nga gitas-on, sa ingon makapakunhod sa kinatibuk-ang gidak-on sa resonant nga istruktura. Dugang pa, ang pagkaparehas sa kaugalingon nga kinaiya sa fractal nga mga porma naghimo kanila nga sulundon alang sa pagkaamgo sa multi-band o broadband nga mga istruktura nga resonant. Ang kinaiyanhon nga miniaturization nga kapabilidad sa fractals ilabinang madanihon alang sa pagdesinyo sa mga reflectarray, phased array antennas, metamaterial absorbers ug metasurfaces alang sa nagkalain-laing aplikasyon. Sa tinuud, ang paggamit sa gagmay nga mga elemento sa array mahimo’g magdala daghang mga bentaha, sama sa pagkunhod sa us aka pagdugtong o mahimo’g magtrabaho sa mga arrays nga adunay gamay kaayo nga gilay-on sa elemento, sa ingon masiguro ang maayo nga pasundayag sa pag-scan ug mas taas nga lebel sa kalig-on sa angular.
Alang sa mga hinungdan nga gihisgutan sa ibabaw, ang mga fractal antenna ug metasurfaces nagrepresentar sa duha ka makaiikag nga mga lugar sa panukiduki sa natad sa electromagnetics nga nakadani sa daghang atensyon sa bag-ohay nga mga tuig. Ang duha ka mga konsepto nagtanyag ug talagsaon nga mga paagi sa pagmaniobra ug pagkontrolar sa mga electromagnetic waves, nga adunay halapad nga mga aplikasyon sa wireless nga komunikasyon, radar system ug sensing. Ang ilang pagkaparehas sa kaugalingon nga mga kabtangan nagtugot kanila nga gamay ang gidak-on samtang nagpadayon ang maayo kaayo nga tubag sa electromagnetic. Kini nga pagkakomplikado labi nga mapuslanon sa mga aplikasyon nga gipugngan sa wanang, sama sa mga mobile device, mga tag sa RFID, ug mga sistema sa aerospace.
Ang paggamit sa fractal antennas ug metasurfaces adunay potensyal nga makapauswag sa wireless nga komunikasyon, imaging, ug radar system, tungod kay kini makahimo sa mga compact, high-performance nga mga himan nga adunay gipaayo nga gamit. Dugang pa, ang fractal geometry nagkadaghan nga gigamit sa disenyo sa mga sensor sa microwave alang sa mga materyal nga diagnostic, tungod sa abilidad niini sa pag-operate sa daghang frequency bands ug ang abilidad niini nga mahimong miniaturized. Ang nagpadayon nga panukiduki niining mga dapita nagpadayon sa pagsuhid sa bag-ong mga disenyo, materyales, ug mga teknik sa paggama aron matuman ang ilang bug-os nga potensyal.
Kini nga papel nagtumong sa pagrepaso sa panukiduki ug pag-uswag sa aplikasyon sa fractal antennas ug metasurfaces ug itandi ang kasamtangan nga fractal-based antennas ug metasurfaces, nga nagpasiugda sa ilang mga bentaha ug mga limitasyon. Sa katapusan, ang usa ka komprehensibo nga pag-analisar sa mga bag-ong reflectarray ug metamaterial nga mga yunit gipresentar, ug ang mga hagit ug umaabot nga pag-uswag niining mga electromagnetic nga istruktura gihisgutan.
2. FractalAntennaMga elemento
Ang kinatibuk-ang konsepto sa fractals mahimong gamiton sa pagdesinyo sa mga exotic antenna nga mga elemento nga naghatag og mas maayo nga performance kaysa conventional antennas. Ang mga elemento sa Fractal antenna mahimong compact ang gidak-on ug adunay mga kapabilidad sa multi-band ug/o broadband.
Ang disenyo sa fractal antennas naglakip sa pagsubli sa piho nga geometric patterns sa lain-laing mga timbangan sulod sa antenna structure. Kini nga susama sa kaugalingon nga sumbanan nagtugot kanato sa pagdugang sa kinatibuk-ang gitas-on sa antenna sulod sa usa ka limitado nga pisikal nga luna. Dugang pa, ang mga radiator sa fractal mahimong makab-ot ang daghang mga banda tungod kay ang lainlaing mga bahin sa antenna parehas sa usag usa sa lainlaing mga timbangan. Busa, ang mga elemento sa fractal antenna mahimong compact ug multi-band, nga naghatag og mas lapad nga frequency coverage kay sa conventional antennas.
Ang konsepto sa fractal antennas masubay balik sa ulahing bahin sa 1980s. Niadtong 1986, gipakita ni Kim ug Jaggard ang paggamit sa fractal self-similarity sa antenna array synthesis.
Niadtong 1988, ang pisiko nga si Nathan Cohen nagtukod sa unang fractal element antenna sa kalibotan. Gisugyot niya nga pinaagi sa pag-apil sa parehas nga geometry sa kaugalingon sa istruktura sa antenna, mahimo’g mapauswag ang pasundayag ug mga kapabilidad sa miniaturization. Sa 1995, si Cohen nagtukod sa Fractal Antenna Systems Inc., nga nagsugod sa paghatag sa labing una nga komersyal nga solusyon sa antenna nga nakabase sa fractal sa kalibutan.
Sa tunga-tunga sa 1990s, Puente et al. nagpakita sa multi-band nga kapabilidad sa fractals gamit ang monopole ug dipole ni Sierpinski.
Sukad sa buhat ni Cohen ug Puente, ang kinaiyanhong mga bentaha sa fractal antenna nakadani ug dakong interes gikan sa mga tigdukiduki ug mga inhenyero sa natad sa telekomunikasyon, nga mitultol ngadto sa dugang nga eksplorasyon ug pagpalambo sa teknolohiya sa fractal antenna.
Karon, ang mga fractal nga antenna kaylap nga gigamit sa mga wireless nga sistema sa komunikasyon, lakip ang mga mobile phone, Wi-Fi router, ug mga komunikasyon sa satellite. Sa tinuud, ang mga fractal antenna gamay, multi-band, ug labi ka episyente, nga naghimo niini nga angay alang sa lainlaing mga wireless nga aparato ug network.
Ang mosunod nga mga numero nagpakita sa pipila ka fractal antenna base sa iladong fractal porma, nga mao ang pipila lamang ka mga pananglitan sa lain-laing mga configurations gihisgutan sa literatura.
Sa piho, ang Figure 2a nagpakita sa Sierpinski monopole nga gisugyot sa Puente, nga makahimo sa paghatag og multi-band operation. Ang Sierpinski triangle naporma pinaagi sa pag-ubos sa sentral nga balit-ad nga trianggulo gikan sa nag-unang trianggulo, sama sa gipakita sa Figure 1b ug Figure 2a. Kini nga proseso nagbilin ug tulo ka patas nga triyanggulo sa estruktura, ang matag usa adunay gitas-on sa kilid nga katunga sa sinugdanan nga triyanggulo (tan-awa ang Figure 1b). Ang parehas nga pamaagi sa pagkunhod mahimong masubli alang sa nahabilin nga mga triangles. Busa, ang matag usa sa iyang tulo ka nag-unang mga bahin mao ang tukma nga katumbas sa tibuok nga butang, apan sa doble sa proporsyon, ug sa ingon sa. Tungod niining mga espesyal nga pagkaparehas, ang Sierpinski makahatag og daghang frequency bands tungod kay ang lain-laing mga bahin sa antenna susama sa usag usa sa lain-laing mga timbangan. Ingon sa gipakita sa Figure 2, ang gisugyot nga Sierpinski monopole naglihok sa 5 ka banda. Makita nga ang matag usa sa lima ka mga sub-gasket (mga istruktura sa lingin) sa Figure 2a usa ka scaled nga bersyon sa tibuok nga istruktura, sa ingon naghatag og lima ka lain-laing mga operating frequency bands, sama sa gipakita sa input reflection coefficient sa Figure 2b. Gipakita usab sa numero ang mga parameter nga may kalabutan sa matag frequency band, lakip ang frequency value fn (1 ≤ n ≤ 5) sa minimum nga kantidad sa gisukod nga pagkawala sa pagbalik sa input (Lr), ang paryente nga bandwidth (Bwidth), ug ang frequency ratio tali sa duha ka kasikbit nga frequency bands (δ = fn +1/fn). Gipakita sa Figure 2b nga ang mga banda sa Sierpinski monopole kay logarithmically matag karon ug unya nga gilay-on sa usa ka factor nga 2 (δ ≅ 2), nga katumbas sa parehas nga scaling factor nga naa sa parehas nga istruktura sa fractal nga porma.
hulagway 2
Ang Figure 3a nagpakita sa usa ka gamay nga taas nga wire antenna base sa Koch fractal curve. Gisugyot kini nga antenna aron ipakita kung giunsa pagpahimulos ang mga kabtangan nga nagpuno sa wanang sa mga fractal nga porma aron magdesinyo ug gagmay nga mga antenna. Sa tinuud, ang pagkunhod sa gidak-on sa mga antenna mao ang katapusang katuyoan sa daghang mga aplikasyon, labi na sa mga naglambigit sa mga mobile terminal. Ang Koch monopole gimugna gamit ang fractal construction method nga gipakita sa Figure 3a. Ang inisyal nga pag-uli K0 usa ka tul-id nga monopole. Ang sunod nga pag-uli K1 makuha pinaagi sa paggamit sa usa ka pagkaparehas nga pagbag-o sa K0, lakip ang pag-scale sa un-tersiya ug pagtuyok sa 0°, 60°, −60°, ug 0°, matag usa. Kini nga proseso gisubli nga balikbalik aron makuha ang sunod nga mga elemento nga Ki (2 ≤ i ≤ 5). Ang Figure 3a nagpakita sa usa ka five-iteration nga bersyon sa Koch monopole (ie, K5) nga adunay gitas-on nga h katumbas sa 6 cm, apan ang kinatibuk-ang gitas-on gihatag sa pormula l = h ·(4/3) 5 = 25.3 cm. Lima ka antenna nga katumbas sa unang lima ka mga pag-usab sa Koch curve ang natuman (tan-awa ang Figure 3a). Ang duha ka eksperimento ug datos nagpakita nga ang Koch fractal monopole makapauswag sa performance sa tradisyonal nga monopole (tan-awa ang Figure 3b). Gisugyot niini nga mahimo’g posible nga "pag-miniaturize" ang mga fractal antenna, nga gitugotan sila nga mohaum sa gagmay nga mga volume samtang nagpadayon ang episyente nga pasundayag.
hulagway 3
Ang Figure 4a nagpakita sa usa ka fractal antenna base sa usa ka Cantor set, nga gigamit sa pagdesinyo sa usa ka wideband antenna alang sa mga aplikasyon sa pag-ani sa enerhiya. Ang talagsaon nga kabtangan sa fractal antennas nga nagpaila sa daghang kasikbit nga mga resonance gipahimuslan sa paghatag og mas lapad nga bandwidth kay sa conventional antennas. Ingon sa gipakita sa Figure 1a, ang disenyo sa Cantor fractal set kay yano ra kaayo: ang inisyal nga tul-id nga linya gikopya ug gibahin ngadto sa tulo ka managsama nga mga bahin, diin ang sentro nga bahin gikuha; ang parehas nga proseso kay gibalikbalik nga gigamit sa bag-ong nahimo nga mga bahin. Ang fractal nga pag-uli nga mga lakang gisubli hangtod nga makab-ot ang antenna bandwidth (BW) nga 0.8–2.2 GHz (ie, 98% BW). Ang Figure 4 nagpakita sa usa ka litrato sa nakaamgo nga antenna prototype (Figure 4a) ug ang input reflection coefficient niini (Figure 4b).
hulagway 4
Ang Figure 5 naghatag ug dugang nga mga pananglitan sa fractal antenna, lakip ang Hilbert curve-based monopole antenna, usa ka Mandelbrot-based microstrip patch antenna, ug usa ka Koch island (o "snowflake") fractal patch.
hulagway 5
Sa kataposan, ang Figure 6 nagpakita sa lain-laing fractal arrangement sa array elements, lakip ang Sierpinski carpet planar arrays, Cantor ring arrays, Cantor linear arrays, ug fractal trees. Kini nga mga kahikayan mapuslanon alang sa pagmugna og mga tipik nga arrays ug/o pagkab-ot sa multi-band performance.
hulagway 6
Aron makakat-on pa bahin sa mga antenna, palihug bisitaha ang:
Oras sa pag-post: Hul-26-2024
