abbr. SJ GMU
ISSN 2657-5841 (printed)
ISSN 2657-6988 (online)
DOI: 10.26408
Antena fraktalna – badanie wpływu stopnia iteracji drzewa fraktalnego na częstotliwości rezonansowe oraz dobroć anten
Fractal antenna – an influence of fractal tree iterations on resonance frequency and antenna quality factor
Abstract:
The antenna quality factor (Q) is an useful parameter that allows to compare the antennas if the size of an antenna is small regarding the operating wavelength. The paper summarizes the most important information about the Q. The relationship between the Q and a bandwidth, the lower bound of the Q (Chu – limit) as well as the relationship between the Q and the input impedance have been presented. Also, some unique properties of the fractal antennas have been outlined. The paper also refers to the analysis of simulations of the fractal antennas radiation impedance. The geometry of tested antennas is based on the first five iterations of the fractal tree. The antenna analysis results with monopole of the same length have been compared. The idea of using the Q factor to compare the possible bandwidth of the antennas has been applied. As a results the area of the best electrical length ‘ka’ as well the proper iteration number has been shown. Also an influence of the iteration number on the antenna resonant frequencies has been presented.
Streszczenie:
Dobroć anteny (Q) jest wygodnym parametrem, umożliwiającym porównywanie anten małych w stosunku do długości fali. W artykule zebrano najważniejsze informacje dotyczące tego parametru. Przedstawiono zależność szerokości pasma pracy anteny od dobroci, dolne ograniczenie dobroci (tzw. granicę Chu) oraz zależność dobroci od impedancji wejściowej anteny. Zwrócono uwagę na unikatowe właściwości anten fraktalnych. Przeprowadzono analizę symulacji impedancji promieniowania anten w postaci pierwszych pięciu iteracji drzewa fraktalnego oraz porównanie z ekwiwalentną anteną monopolową o długości równej badanym strukturom. Zastosowano omówioną koncepcję dobroci anteny do oceny przydatności anten z punktu widzenia szerokości pasma. Wskazano na obszary długości elektrycznych (ka) i numery iteracji, gdzie zastosowanie anteny fraktalnej o kształcie drzewa jest najbardziej korzystne. Pokazano też wpływ kolejnych iteracji na częstotliwości rezonansowe anten oraz ich wzajemne stosunki.
Słowa kluczowe:
antena
fraktal
drzewo fraktalne
częstotliwość rezonansowa
Issue:
Pages:
54
65
Download full text in pdf:
References:
Anguera J., Daniel J.P., Borja C., Mumbru J., Puente C. et al., Metallized foams for antenna design: application to fractal-shaped Sierpinski-carpet monopole, Progress in Electromagnetics Research-pier – PROG ELECTROMAGN RES, 2010, Vol. 104, s. 239–251.
Balanis C.A., Antenna Theory: Analysis and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York 1997.
Best S.R., Electrically Small Multiband Antennas, [w:] Multiband Integrated Antennas for 4G Terminals, red. D.A. Sanchez-Hernandez, Artech House Inc., 2008, s. 1–31.
Best S.R., Optimization of the bandwidth of electrically small planar antennas, 2009 Antenna Applications Symposium, Monticello, IL, September 2009.
Best S.R., Morrow J.D., The effectiveness of space-filling fractal geometry in lowering resonant frequency, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, Vol. 1, 2002, No. 1, s. 112–115.
Bharmal M., Vinoy K.J., Design of Fractal UWB Antenna, http://www.ece.iisc.ernet.in/~kjvinoy/ adspdf/Mohammadi.pdf (dostęp grudzień 2015).
Chu L.J., Physical limitations of omni-directional antennas, Journal of Applied Physics, Vol. 19, 1948, s. 1163–1175.
Cohen N., Fractals’ new era in military antenna design, http://defenseelectronicsmag.com/site-files/defenseelectronicsmag.com/fi... (dostęp 12.12.2015).
Derneryd A.G., The circular microstrip antenna element, Proc. Int'l. Conf. Antennas Propagation (IEE), Part 1, November 1978, s. 307–310.
Figiel M., Sabała T., Fraktale, „Foton. Pismo dla nauczycieli i studentów fizyki oraz uczniów”, 2010, nr 111, s.18–25.
Gawrylczyk K.M., Rezonans w gałęzi szeregowej, http://www.kmg.zut.edu.pl/ftp/ Teoria_Obwo-dow/rez.pdf.
Gonzalez J.M., Romeu J., Measurement of Radiation Efficiency and Quality Factor of Fractal Antennas: The Wheeler Cap Method, FRACTALCOMS: Exploring the limits of Fractal Electrodynamics for the future telecommunication technologies, 2002.
Gromada M., Fraktale i samo podobieństwo, marzec 2003; www.multifraktal.net/ moje_pra-ce/fraktale.pdf.
Kalra D., Antenna miniaturization using fractals, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala, Indie, 2007.
Katunin A., Od wszechświata do atomu, „Forum Akademickie”, maj 2012, nr 5.
Krzysztofik W., Printed multiband fractal antennas, [w:] Multiband Integrated Antennas for 4G Terminals, red. D.A. Sanchez-Hernandez, Artech House Inc., 2008, s. 95–150.
Kumar A., Kumar Arya A., Gupta R., Design and Analysis of Effect of Parasitic Patch on Fractal Antenna, International Journal of Electronics and Computer Science Engineering, Vol. 1, 2012, No. 2, s. 686–691.
Martyn T., Fraktale i obiektowe algorytmy ich wizualizacji, Wydawnictwo Nakom, Poznań 1996.
McLean J.S., A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 44, 1996, No. 5, s. 672–676.
Neetu, Bansal S., Bansal R.K., Design and Analysis of Fractal Antennas based on Koch and Sierpinski Fractal Geometries, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 2, June 2013, No. 6, s. 2110–2116.
Peitigen H.O., Jürgens H., Saupe D., Fraktale – granice chaosu, cz. 1, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996.
Poprzen N., Gacanovic M., Fractal antennas: design, characteristics and application, http://www. phd.etfbl.net/files/Works_PDF/Poprzen%20Nemanja%20.pdf (12.12.2015).
Puente Baliarda C., Romeu J., Cardama A., The Koch Monopole: A Small Fractal Antenna, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 48, 2000, No. 11, s. 1773–1781.
Vinoy K.J., Abraham J.K., Varadan V.K., Fractal Dimension and Frequency Response of Fractal Shaped Antennas, Antennas and Propagation Society International Symposium, Vol. 4, 2003, s. 222–225.
Winnicki I., Fraktale wokół nas i kilka słów o chaosie, Zeszyty Naukowe Warszawskiej Wyższej Szkoły Informatyki, 2010, nr 4, s.169–184.
Yaghjian A.D., Best S.R., Impedance, bandwidth, and Q of antennas, IEEE Transactions Antennas and Propagation, Vol. 53, 2005, No. 4, s. 1298–1324.
Yang X., Chiochetti J., Papadopoulos D., Susman L., Fractal Antenna Elements and Arrays, Applied Microwave &Wireless, May 1999, s. 34–46.