Cómo hacer un Transmisor FM con antena Fractal

Los Orígenes de las Antenas Fractales:

En el estudio de las antenas, la teoría de la antena fractal es relativamente una nueva área. La aparición de antenas con geometrías fractales ha dado respuestas a dos de las principales limitaciones planteadas por Werner (1999) de las antenas clásicas, que son el rendimiento de banda única, la dependencia entre el tamaño y la frecuencia de operación. El término “fractales”, significa fragmentos rotos o irregulares. Originalmente fue acuñado por Mandelbrot (1983) para describir una familia de formas complejas que poseen una autosimilitud inherente o autoafinidad en su estructura geométrica. Jaggard (1990) definió la electrodinámica fractal como un área en la que la geometría fractal que se combinó con la teoría electromagnética con el propósito de investigar una nueva clase de radiación, propagación y problemas de dispersión. Una de las áreas más prometedoras de la fractal. La investigación en electrodinámica está en su aplicación a la teoría de antenas y diseño. Hay una variedad de enfoques que se han desarrollado a lo largo los años, que se pueden utilizar para lograr uno o más de estos diseños objetivos. El desarrollo de la geometría fractal provino en gran medida de una estudio profundo de los patrones de la naturaleza. Con el avance de la tecnología inalámbrica sistemas de comunicación y su creciente importancia, banda ancha y antenas de bajo perfil tienen una gran demanda tanto para uso comercial como aplicaciones militares. Las antenas multibanda y de banda ancha son deseables en sistemas de comunicación personal, comunicación por pequeños satélite terminales y otras aplicaciones inalámbricas. Algunas de estas aplicaciones también requieren que se incruste una antena en la estructura. Tradicionalmente, una antena de banda ancha en las bandas inalámbricas de baja frecuencia solo se puede lograr con antenas de cable muy cargadas, que generalmente significa que se necesitan diferentes antenas para diferentes bandas de frecuencia. El progreso reciente en el estudio de las antenas fractales sugiere algunos atractivas soluciones para usar una sola antena pequeña que opera en varias bandas de frecuencias . Las propiedades de autosemejanza de ciertos fractales dan como resultado un comportamiento multibanda de las antenas, mientras que la forma altamente enrevesada de estos fractales hace posible la reducción de tamaño, y consecuentemente en masa y volumen, de ciertas antenas investigadas por Puente. (1998). Estas reducciones pueden hacer posible combinar multimedia, funcionalidades de comunicación y teledetección en un espacio reducido como un teléfono móvil, un reloj de pulsera o una tarjeta de crédito, por ejemplo una antena fractal puede proporcionar servicios de GPS (Sistema de Posicionamiento Global) dentro de un teléfono celular móvil convencional. Desde los tiempos de Hertz, el diseño de antenas eléctricamente pequeñas siempre ha sido un tema de gran interés, relacionado primero con el desarrollo de la radiotelegrafía y la radiodifusión. En los últimos años, el rápido desarrollo de comunicación móvil trajo la necesidad de dispositivos que requieren su componentes cada vez más pequeños y ligeros, capaces de ajustar su frecuencia de operación y para operar en un modo multibanda. Algunos resultados recientes de Puente (1998) y Puente (2001) mostraron que tipo de fractal. Las antenas tienen excelentes propiedades multibanda y baja resonancia de frecuencias. Una descripción general de los primeros trabajos sobre estas antenas es resumido por Werner (1999). Eficiencia e impedancia de la radiación el ancho de banda disminuye con el tamaño de la antena, lo que hace que las antenas sean pequeñas e ineficiente por naturaleza, pues estos efectos van acompañados de altas corrientes en los conductores, altas pérdidas óhmicas y grandes valores de energía almacenada en el campo cercano de la antena. El rendimiento ineficiente de las antenas pequeñas se resume en los altos valores de su factor de calidad Q, como lo predice el límite fundamental y establecido por Chu (1948) y McLean (1996). Este límite se estableció asumiendo que una antena infinitesimalmente pequeña o modo esférico que depende de la electricidad irradie solo un tamaño de la antena, es el número de onda en resonancia y el radio de la esfera más pequeña que encierra la antena. Las antenas reales irradian más modos reactivos, lo que contribuye a valores de Q más grandes. Es solo el factor Q de una antena eléctricamente pequeña, definida como posible por un uso adecuado del volumen que lo rodea con el objetivo de excitar sólo en un modo. Por lo tanto, para cumplir los siguientes atributos para los diseños de antena, es decir, el tamaño compacto, bajo perfil, conforme y multibanda o banda ancha, se han resumido una serie de los enfoques para el diseño de antenas multibanda por Maci (1997). Recientemente, la posibilidad de desarrollar diseños de antenas que explotan de alguna manera las propiedades de los fractales para lograr estos objetivos, al menos en parte, ha llamado mucho la atención. Un tradicional enfoque para el análisis y diseño de sistemas de antena tienen su fundamento en la geometría euclidiana. Ha habido una considerable cantidad de interés reciente con la posibilidad de desarrollar nuevos tipos de antenas que emplean fractal en lugar de geometría euclidiana en su diseño. Este nuevo y creciente campo de investigación se ha denominado ingeniería de antenas fractales. Porque la geometría fractal es una extensión de la geometría clásica, su reciente introducción proporciona a los ingenieros la oportunidad sin precedentes de explorar un número prácticamente ilimitado de configuraciones previamente no disponibles para posible uso en el desarrollo de nuevos e innovadores diseños de antena.

Sus Aplicaciones:

Algunas aplicaciones inalámbricas, particularmente con múltiples resonancias, imponen nuevas demandas a las antenas relacionadas con el tamaño, la ganancia, eficiencia, ancho de banda y más. Un enfoque prometedor en este sentido es utilizar geometrías fractales para encontrar la mejor distribución de corrientes dentro de un volumen para cumplir con un objetivo de un diseño en particular. En la miniaturización de antenas de cable se ha encontrado que el acoplamiento electromagnético entre los ángulos de los hilos limita la reducción de la frecuencia resonante con el aumento de la longitud del cable. Reciente esfuerzos de varios investigadores de todo el mundo para combinar geometría fractal con la teoría electromagnética han llevado a la aparición de nuevos e innovadores diseños de antena.

Propiedades únicas de los fractales han sido explotados para desarrollar una nueva clase de antena y diseños que son multibanda y de tamaño compacto y han demostrado poseer varias propiedades altamente deseables, incluyendo rendimiento multibanda, bajos niveles de lóbulos laterales y su capacidad para desarrollar algoritmos de formación de haces rápidos basados en la naturaleza recursiva de los fractales.

Ejemplo de una de las aplicaciones.

En un transmisor de radio FM, una de las piezas más importantes de dicho transmisor es la antena de emisión. Las antenas fractales son aquellas que utilizan una combinación de figuras geométricas complejas que pueden plasmarse en un PCB y funcionar como antenas de menor tamaño pero con la misma o mayor eficiencia.

Esquema del Circuito

En la primera etapa vemos la Entrada de Audio después vemos la etapa de modulación Fm Q1 y la salida a la Antena Fractal . Este circuito no tiene un trimer o capacitor variable de ajuste, sino que se deja fijo C2 e inductor de 6 vueltas que son los componentes que le dan la frecuencia de la cual oscila el modulador y esto es para mantener sencillo el circuito. Sin embargo podemos ajustar sensiblemente la frecuencia variando la alimentación. Este circuito trabaja entre 5Volt a 18Volt lo que da que puede trabajar a una frecuencia aproximada de 88MHz a 100MHz

Materiales Necesarios

Resistencias de: 0.25W, tolerancia: 5{f42c5ee42375d02df15b6b482cb64e8bf5f6ba0a6b564452185dbfa46b517e9e}

R3 de 47k ohm
R4 de 10k ohm
R1 de 4.7k ohm
R2 de 330 ohm

Semiconductores

Q1 2N3904

Condensadores

C5 de 4.7uF 16v
C6 de 0.1uf
C1,C3 de 1nF
C4 de 33pF
C2 de 10pF

Inductor

6 vuel Cal 22 AWG

Cables

1- USB (~10 cm)
1- Cable Audio (>15 cm)

PCB Frente Pistas Transmisor Fm Reverso Antena Fractal:

Nota: El único agujero que se debe realizar es el del la esquina inferior derecha y debe coincidir con el comienzo de la antena en la esquina inferior izquierda como en la figura: