リククーブログ

ARTICLE PAGE

超広帯域 高性能 フラクタルアンテナを自作する

20150325 真打ち登場!三年前とは全然違う

フラクタルアンテナの噂と真相


この記事ではフラクタルアンテナを紹介し、実際に作ってみます。
これは、フラクタル図形という、拡大しても同じ形が現れ続ける図形を
そのままアンテナに使ったものです。
これはTHRIVEという映画で宇宙人がSETIの信号を受信するのに使ったとか言われていますが
いろいろなものがすでに地球で実用化されていて、
軍用にも使われています。FRACTENNAなどの専門の企業が研究しています。
FRACTENNAの説明によると、
元々フラクタルっぽいアンテナはあったが、誰もそれを気にしなかった、1988年にNathan Cohenが特許を出したといいます。
フラクタルアンテナは多重LC共振器なんだそうです。
実にいろいろなアンテナにフラクタルを仕込める、
軍用では周波数レンジが200:1にできる、普通のアンテナより半分も1/4にも面積を減らせるとのことです。
素子が多く集まっているために感度がよくコストも減らせるとのこと。
実は車の背中につけるシャークアンテナもフラクタル配線が隠れているかもしれません。
中にはもじゃもじゃなフラクタル曲線が隠れているという特許があります。
シャークアンテナは意味がなさそうなぐらい小さいですが、いろいろな放送を受信できます。
共振モードがたくさんあるため 小さな面積でいろいろな周波数を受信できます。
検索すればものすごいことが書いてあるでしょう。フラクタルこそ、最も広帯域で高性能なアンテナです。
なんとインパルス波も送れるそうです。
まずは、フラクタルアンテナで画像検索して、見てみてください。

フラクタルアンテナの自作

H tree fractal(H形フラクタル)を使います。6レベルです。
本当は縦横比が1:√2が正確なのですが、サンハヤトの穴あき基板なので1:2です。
こんなんで大丈夫かな?
H形フラクタルアンテナ<<クリックで拡大
作るの結構面倒でした!導線がアッチコッチ飛んで直さないといけない。
ハンダ付けの練習にもって来いですね!企業でのトレーニングに使えそう。
普通ならパターン起こしますよね。

穴のピッチはもちろん2.54mmです。
最も短い線は7.62mmで 計算すると19.5GHzに共振する?

ICF-5600でテストした<<クリックで拡大

ちょっと前うまく行ったと思ってまたFMラジオで実験してみたのですが、
おなじICF-5600で実験しているのに状況が再現しません。
何がどうなっているのかわかりません。

追記:新しくこいつを作りたいなら、表面実装部品むけの穴の開いていない細かい基板に半田を盛って作るべきです。

今度は本物?を作れた。

シェルピンスキーのガスケットアンテナ
シェルピンスキーのガスケットを使いました。本当は残った丸いパターン全部とったほうがいいのかわからない。
FMラジオで実験したところ昨日は効果が明らかにあったと言いましたが
あれれ、再現しません。どうも、ホイップにつないだクリップ導線でゲインが出ていたみたいで、
アンテナ端子にフラクタルアンテナを触るとは少しだけ感度が上がるという具合。

アンテナがFM帯域には小さすぎるのかもしれません。
1辺が70cmぐらいの大きな三角のほうがいいのかもしれない。

三角でリベンジ

5レベルの三角フラクタル<<クリックで拡大

さっきのアンテナの、小さい三角の中にもう一度三角を作り、
5レベルにして見ました。
このハンダ付けはかなり難しい。上級テクニックが必要です!
ICF-5600の完全にたたんだホイップアンテナの先に直接つけて、2局明らかに感度が上がりました。
どうも、最低受信周波数は組立に使った線の総延長と関係があるようです。
それと、アンテナ端子に直接あててもそんなに感度が上がらなかったので、
どうもコイルやAM送信アンテナの頂上の輪っかみたいなアンテナを短縮できる作用があると思われます。
追記:このアンテナを USB地デジチューナーにつないでみたところ、
なんと物理チャンネル14(479MHz 62cm)のTOKYO MXだけはっきり映ります。ええ?そんなに共振周波数低い?

真打ち登場!今度こそ役に立つ

役に立つフラクタルアンテナ
↑画像はクリックで拡大
いっぺん30センチの三角フラクタルアンテナ、密度はレベル3、鉄の針金で作りました。
引っ越しで銅線を捨ててしまいました。針金ではハンダ付けは模型工作用の半田と、フラックスを使うことをおすすめします。
アンテナを立てるのをケチるために地デジ向けに作りましたが、まるで効果なし。
ところがSONYの4バンドラジオICF-SW11で短波、FMで明らかに効果あり。
(フラクタルを細かく作り込むレベルをあげると共振周波数が下がる気がする。)
ホイップをたたんでその先にクリップ導線で接続。
受かってはいるがTUNEの光らない放送局がTUNEが光るようになるぐらいの力はあります。
これはすごいです。FMが受かるが、ステレオじゃない時にききそうだし、
FMでホイップを最も長く伸ばすのとあまり遜色ない。小さくても何かありそうです。
短波の少なくとも7MHzでとても効果がある。アマチュア無線がよくはいります。局がなくてもガーッと雑音が入ります。ホイップを伸ばすよりさえ性能はいいです。
研究してみてください。小粒でも怪力があるかも知れません。CQ誌にのるレベルにできるかも。

エネルギーハーベスティングにもぴったり

例えば、インバーター蛍光灯の読書灯を上記のHフラクタルアンテナに近づけ、
半波倍電圧整流回路などで直流出力を得ることができます。小さなコンデンサにどんどん蓄電できます。
もちろん光で発電するのではなく、電波です。
近くに電磁波のノイズがあれば、フラクタルアンテナの超広帯域特性により、とりあえず電気にできて、使えるのです。
さあおこぼれをもらいましょう。
さらに!半導体フラクタルアンテナの提案では
驚愕のメモリ素子から直流です。まだnAレベルですが。

特許に注意

フラクタルアンテナは今をときめくハイテクであり、特許も盛んに出ています。
という事なので個人の研究だけで作ってください。アマチュア無線でも大丈夫と思います。

送信で注意

偏波方向がまだ良くわかっていないらしいので注意です。
極めて複雑なシミュレーションをしないと、偏波方向を操るのは難しいと言います。
FRACTENNAでは16台のPCクラスタでシミュレーションしていたそうです。

フラクタルアンテナは教科書にのってない

まだ激しく開発中であり、教科書に計算式などのるのは先でしょう。
ということは、アマチュア無線もフラクタルアンテナで最先端の研究へひとっ飛びということです。
もう大きなアンテナを打ち上げる必要はありません。(私は免許というものを持っていません。すみません)

他にも変なアンテナがあります

謎のアクティブアンテナ PA0RDT

ついでに、PA0RDTというアンテナについても検索してみてください。
フラクタルアンテナとまるで対照的です。
なんと、本体はただの銅板です。空き缶でもいいです。
それにブースターアンプがくっついています。アンプは超ハイインピーダンス入力です。
この銅板を地上高くに上げると、なんと長波から短波まで受信できるそうです。
ブースターアンプを変えることでFM放送が受かる、そのかわり長波は受からないと書いてあるサイトもあります。
このように原理的には広帯域だと思われます。
静電気を検知するのと、全く同じ要領です。
テスラコイルのてっぺんも金属球なので、何らかの関係もあるかと思います。

エネルギーが溜まりすぎて壊れる スーパーラドアンテナ

スーパーラドアンテナは非常に不思議なアンテナで、

筒状でどこかテスラコイルに似た形や、フェライトコアに切込みを入れ金属板を入れるなど、奇妙な形
お部屋の机の上にパソコンと一緒に立っているがそれが7MHzのスーパーラドアンテナで短縮サイズではない
原理や動作に関しては議論が起こっている 直ちにはわからない
駆動電流の割によく飛び、また良く受かる
設計を間違えると火花が出て壊れてしまう
あまりに今までのアンテナと違うので発明者が嘘つきではないかなどと人格まで疑う人がいる

など、テスラの実験を彷彿とさせる、非常に不可思議なアンテナが今研究されています。

キャパシタアンテナ


ゲルマラジオのアンテナは普通ループアンテナだったりしますが、
なんとバリコンにかえて巨大なコンデンサを用意し、電極を上下させてチューニングする試みがあります。
コンデンサ型アンテナによる電界検知式ゲルマラジオ
これは送信にも使えそうです。が、こいつで送信すると奇妙な現象が起こりそうです。普通のアンテナと違い、磁界成分がどう放出されるのか見当がつきにくい。
知っている人にとっては香ばしいネタになりそうです。

地面アンテナ

無線機の出力の2つの線をともに地面へ挿せば、地面アンテナです。やはり間隔を置いて挿します。
FCZ研究所のCirQ誌でいっとき実験レポートが乗っていました。
受信では遠い方のJJYも受かるとか、送信でも知らない局に受かり、「グラウンドアンテナ」だと告げると混乱して怒り出すなど、未知の現象があるようです。

とくに寸法を決めなくとも受かるアンテナ

FM放送を高音質で聞けるアンテナ:リククーブログ
この記事に載せたアンテナは、とくに寸法を決めなくとも、大きさがあり、
巻線の交点がすべて一直線上であれば受かるはずです。アマチュア無線家も相手にしない奇妙な存在であり、送信につかうのは非推奨。
スポンサーサイト

2 Comments

金多真生  

けんとうはずれかもしれないんですけど

素人過ぎる私には
よくわからないんですけど
AgICのオンデマンドサービスで
シェルピンスキーのギャスケットを
伝導インクで
プリントしてもらったら
面白い結果が得られたり
しないんでしょうか
と、ふと思ったのでした

2017/04/08 (Sat) 16:56 | EDIT | REPLY |   

トロポサイト  

Re: けんとうはずれかもしれないんですけど

まさにそういったプリント回路が一番いいですね。
ただ電流がいろいろなところに通るのが重要なので、
電流を通すようにフラクタル図形そのままではなく金属箔の幅を持たせないといけないらしいです。

2017/04/12 (Wed) 19:06 | EDIT | REPLY |   

Leave a comment

テンプレートに関するご質問・不具合のご報告の際はご自身のブログアドレス記載必須です
ご質問の前に必ずお読みください ↓
FC2テンプレート ご利用時のお願い