Pada tahun 1959, majalah Radio No. 4 menerbitkan artikel penting oleh penggila televisi Sergei Kuzmich Sotnikov tentang penggunaan antena persegi dua dan tiga untuk penerimaan televisi jarak jauh di MV (dan kemudian di UHF).
Karakteristik fenomenal yang dinyatakan sebesar 10-12 dBi untuk dua kotak dan 16-17 dBi untuk tiga kotak membuat semangat komunitas amatir Soviet dan selama beberapa dekade telah menentukan keberhasilan besar antena seperti pada MV dan UHF: deskripsi antena ini berkeliaran dari buku ke buku, dari majalah ke majalah . Ribuan warga Soviet mengulanginya.
Meskipun karakteristik ini sangat berlebihan, mereka masih didasarkan pada publikasi oleh para peneliti terkemuka: Sam Leslie (W5DQV, publikasi 1955), Dick Beard (G4ZU), Rothamel (dengan merujuk pada Leslie dan Beard).
Pada tahun 1962, Vladimir Pavlovich Sheiko-Vvedensky (UB5CI) menerbitkan sebuah buku "Antena untuk stasiun radio amatir" di rumah penerbitan DOSAAF, yang juga berisi referensi 13 dBi dari kotak ganda.
Sejumlah besar sumber otoritatif menetapkan bahwa kesimpulan Sotnikov yang salah secara fundamental itu populer bahkan pada 2018.
Mari kita coba mencari tahu di mana kebenaran berbatasan dengan tipuan di sini.
Dalam buku Rothammel (terjemahan Krenkel tahun 1967) dipertimbangkan antena HF dari kisaran 20, 15 dan 10 meter (14, 21 dan 30 MHz).
Dengan mengacu pada penggemar ham Sam Leslie (Oklahoma, W5DQV, publikasi hasil percobaan ekstensif dengan kotak 1955), dan Dick Beard (G4ZU, Inggris), dikatakan bahwa antena dua-persegi pada rentang ini memiliki directivity 10 hingga 13 dBi (8 hingga 11 d) dBd)
Simulasi pada 4NEC2 dengan ground (mode real-earth Sommerfeld-Norton) sepenuhnya mengonfirmasi pengamatan ini: dengan konduktivitas pentanahan bumi, Anda bisa mendapatkan 12,4 dBi, dan dengan konduktor sempurna 13,8 dBi pada ketinggian suspensi antena 1λ.
Perlu dicatat bahwa dalam percobaan Leslie dan Beard, dBd tidak diukur sehubungan dengan dipol yang sebenarnya dibangun, tetapi dengan mengukur kekuatan medan pada jarak tertentu, pada kekuatan yang diketahui dalam antena TX dan membandingkan kekuatan yang diukur dengan yang dihitung menggunakan rumus Friis.
Faktanya adalah bahwa dipol Hertz biasa, yang memiliki 2,13 dBi, dengan tinggi suspensi 1λ pada HF membentuk balok bilobate dengan maksimum 8,2 dBi. Yaitu dipol itu sendiri karena bumi memiliki keunggulan lebih dari itu sendiri 6.1 dBd
Pengukuran Leslie dan Beard relatif terhadap dipol imajiner 2,13 dBi, dan tidak dengan mengganti antena "kotak ganda" dan dipol pada gilirannya.
Saluran gelombang 2 elemen (reflektor + vibrator) juga memiliki pola radiasi "kuadrat" yang hampir identik: 11,8 dBi pada ketinggian suspensi antena 1λ dengan konduktivitas sedang. Bentuk lobus utama dan 3 sisi hampir identik dengan dasar persegi ganda.
Karena tidak ada antena di ruang bebas di HF, metodologi dan data yang diperoleh sepenuhnya relevan dan memiliki aplikasi praktis. Tidak mungkin untuk mengukur antena ini di ruang kosong pada HF.
Simulasi pada 4NEC2 menghasilkan 7,73 dBi untuk kuadrat ganda dan 6,95 dBi untuk saluran gelombang 2 elemen.
Pada tahun 1962, Vladimir Pavlovich Sheiko-Vvedensky (UB5CI), seorang operator radio amatir dari Kharkov, menerbitkan buku Antena untuk Stasiun Radio Amatir di Rumah Penerbitan DOSAAF. Dalam antena ini, "kotak ganda" dijelaskan dalam bab "antena HF". Sheiko memberikan deskripsi yang benar-benar benar dari prinsip operasi - "sebuah sistem dua pemancar horizontal seperempat gelombang bersemangat luar fase".
Ukuran dan metode pasokan untuk kisaran 20, 15 dan 10 meter (14, 21 dan 30 MHz) diberikan.
Dalam bab “Antena VHF”, Sheiko menyebutkan antena tersebut, meskipun ia tidak merekomendasikannya. Sheiko mengatakan tentang sifat terarah: “Data berikut tentang amplifikasi antena loop diketahui: kotak ganda - 9-11 dB (8-13 kali), kotak kuadrat 14-15 dB (25-32 kali).
Jika data ini diberikan untuk ruang kosong, maka mereka bertentangan dengan data pada bab sebelumnya tentang antena HF, karena akan ada lebih banyak dengan ground. Jika data ini diberikan dengan mempertimbangkan bumi (mengekstrapolasi orientasi ke HF), maka pada VHF bumi tidak bekerja sebagai konduktor datar tanpa batas, seperti yang dijelaskan secara rinci dalam buku Goncharenko "
Bab 12.1.2 Bumi tentang VHF "
Dengan cara yang sama seperti Sheiko, tiga tahun sebelumnya pada tahun 1959 pergi penggila Sergei Sotnikov.
Untuk menjelaskan arah luar biasa dari antena sederhana, Sotnikov mengemukakan hipotesis bahwa vibrator bingkai memiliki 4 elemen kerja dan setara dengan PAR 2 lantai dari saluran gelombang 2 elemen.
Tapi headlamp 2 lantai bersemangat dalam fase - di setiap lantai arah saat ini adalah sama. Dalam antena loop, di lantai yang berbeda, arus mengalir keluar dari fase, ini dijelaskan dalam buku Rothammel dan Sheiko, dan mengikuti dari kesimpulan sederhana - panjang bagian horizontal dan vertikal dari masing-masing lengan adalah λ / 2, sehingga arus mengalir dalam antiphase di lantai atas.
Sebuah vibrator bingkai dengan keliling 1λ memiliki orientasi isotropik yang dekat, dengan penguatan kecil yang tegak lurus terhadap bidang dan sedikit pelemahan ke samping. Tergantung pada bentuk bingkai seperti itu, impedans gelombangnya berubah secara signifikan dan direktivitasnya sedikit berubah.
Jika bingkai selebar mungkin dan memiliki tinggi minimum - kita mendapatkan vibrator loop Pistolkors loop setengah gelombang. Resistansinya adalah maksimum yang mungkin dan mendekati 300 Ohm, dan nilai pastinya tergantung pada diameter pipa atas dan bawah. Direktivitasnya adalah 2,13 dBi, seperti pada dipol Hertz yang dipisah.
Dengan penurunan lebar loop dan peningkatan tinggi, resistansi Ra berkurang, dan bentuk pola berubah sangat sedikit. Jika lebarnya cenderung ke nol, dan tingginya ke λ / 2 kita mendapatkan saluran transmisi panjang λ / 2 hubung pendek di ujungnya. Ra dari garis tersebut adalah 0.
Bergantung pada rasio tinggi / lebar dan bentuk bingkai, Anda bisa mendapatkan Ra dari 0 hingga 300 Ohm. Dengan bingkai persegi dengan panjang sisi λ / 4, resistansi sekitar 135-140 Ohm, dan balok memiliki maksimum maju / mundur pada 3,48 dBi (1,35 dBd). Bentuk lain dimungkinkan - bingkai bulat, segitiga, dumbel, parasut, dan bahkan bentuk tidak beraturan.
Hampir tidak ada keuntungan listrik dari satu bentuk atau lainnya dari kerangka 1λ. Bingkai dengan lebar yang lebih kecil memiliki keunggulan struktural - lebih kuat secara mekanis dengan penampang konduktor yang lebih kecil daripada vibrator Pistolkors. Pada HF, dimungkinkan untuk membuat kotak dari kawat fleksibel yang tipis dengan menariknya pada struts melintang. Keuntungan mekanis dan murahnya yang menentukan popularitas kotak dalam gelombang pendek dibandingkan dengan saluran gelombang, yang memiliki karakteristik listrik yang sangat mirip, tetapi membutuhkan pipa yang kuat + judul bab + peregangan untuk mempertahankan pipa panjang.
Selain berulang kali menaksir terlalu tinggi data tentang directivity of squares pada VHF, Sotnikov memberikan data yang salah baik dalam ukuran (slip resonansi yang sangat besar) maupun dalam ketahanan radiasi dan pencocokan.
Dalam dimensi yang diberikan untuk MV saluran ke-12 (222-230 MHz) dari batang 6 mm, resonansi terjadi pada frekuensi 242 MHz (HFSS) dan 245 MHz (4NEC2). Ra = 150 ohm dan 167 ohm, masing-masing.
Untuk menghubungkan antena seperti itu ke saluran transmisi 75 Ohm, perlu untuk membuat perangkat yang cocok dengan penyeimbang (SSU, balun) 2: 1. Ketika dihubungkan melalui balun 1: 1, bahkan pada frekuensi resonansi, SWR tidak boleh kurang dari 2. Pada frekuensi di bawah resonansi, Ra turun tajam dan reaktivitas negatif (kapasitif) naik.
Pada frekuensi 222 MHz, KSV75 = 6.8 (NEC2) atau KSV75 = 8 (HFSS).
Ku pada frekuensi resonansi 7,19 dBi (HFSS) dan 6,67 dBi (NEC2). Bentuk lobus utama dan samping dalam program yang berbeda hampir identik.
Hasil Simulasi Ukuran untuk Saluran 12 MV di HFSS dan 4NEC2
Kesimpulan
- Sebuah vibrator bingkai dengan keliling 1λ dari bentuk apa pun dekat dengan pola radiasi isotropik. Ada sedikit penguatan tegak lurus terhadap bidang bingkai - untuk loop setengah gelombang sama dengan 2,13 dBi, dan untuk bingkai persegi sekitar 3,5 dBi.
- Ketika reflektor ditambahkan ke bingkai, directivity-nya dapat ditingkatkan menjadi 6,95 dBi untuk saluran gelombang 2-elemen atau menjadi 7,73 dBi untuk kotak ganda.
- Pada frekuensi di bawah 50 MHz, menempatkan antena pada ketinggian kecil di atas tanah (dalam satuan lambda) sangat mengubah pola yang dihasilkan. Dipol 2,13 dBi berubah menjadi 8,2 dBi, saluran gelombang 6,95 dBi berubah menjadi 11,8 dBi, 7,73 dBi kuadrat ganda berubah menjadi 12,4 dBi.
- Data terarah yang dijelaskan oleh Leslie, Byrd, Rothammel dan Sheiko merujuk pada antena yang menggantung rendah di atas tanah, yang mencakup hampir semua antena HF.
- Sergei Sotnikov memperkirakan kinerja antena HF ke kotak ganda di VHF, mengapa ini tidak boleh dilakukan - itu ditulis dalam bab 12.1.2 Bumi pada VHF buku Goncharenko.
- Untuk membenarkan orientasi yang sangat besar dari kotak, Sotnikov secara radikal menulis ulang prinsip alun-alun, membandingkannya dengan PAR 2 lantai dari dipol setengah gelombang dan saluran gelombang.
- Directivity sebenarnya dari antena double dan triple square sedikit (kurang dari 1 dB) melebihi directivity dari saluran gelombang 2 dan 3-elemen.
- Impedansi gelombang double-square (dengan jarak 0,15λ) mendekati 150 Ohm. Untuk bekerja pada 75 ohm, Anda membutuhkan roda lima 2: 1, dan untuk 50 ohm - roda lima 3: 1. Ketika bekerja melalui SSU 1: 1, SWR tidak dapat <2 pada frekuensi resonansi.
- Dimensi antena yang diberikan oleh Sotnikov dihitung dengan slip resonansi yang signifikan dan pada SWR minimum. Jadi antena dalam kisaran 222-230 MHz memiliki resonansi sekitar 242-245 MHz, dan dalam rentang desainnya, KSV75 melebihi 7-8.
- Jika kita membuang perkiraan 10-11 dBi yang terlalu tinggi, antena bisa sangat operasional (saat menyelesaikan masalah pencocokan), 6,7 dBi pada VHF untuk televisi adalah keuntungan yang cukup baik.
- Directivity dari kuadrat ganda tidak sesuai dengan saluran gelombang 5-elemen. Antena industri Uda-Yagi untuk 6-12 saluran (reflektor 2-pipa, vibrator loop, 4 direktur) dengan panjang 1,35 meter memberikan penguatan dari 8,6 dBi pada 174 MHz menjadi 10,9 dBi pada 230 MHz dan pencocokan sederhana pada 75 Ohms. Narrow-band (saluran tunggal) Uda-Yagi dengan panjang yang sama atau jumlah elemen yang sama akan memiliki gain yang lebih tinggi.
Triple Square di TV DMV (DVB-T2)
Atas permintaan pengguna
REPISOT ,
kami akan menganalisis kemungkinan menggunakan antena persegi untuk rentang desimeter penyiaran televisi.
Antena seperti itu diproduksi secara komersial dengan nama merek "Signal 3.0". Kisaran yang diklaim untuk SWR <1,5 adalah 470-862 MHz, dapatkan hingga 14 dB (16 dBi ??)
Kami akan melakukan simulasi yang disederhanakan dalam HFSS (tanpa spacer plastik dan tanpa membulatkan sudut, ini akan sedikit menggeser frekuensi resonansi, tetapi kami tidak tertarik dengan nilai yang tepat sekarang). Bingkai direktur memiliki jarak 1 mm.
Seperti yang diharapkan, antena memiliki resonansi tunggal (sekitar 626 MHz), Ra = 150 Ohm. Ketika ditenagai melalui 2: 1 SSD ke kabel 75 Ohm, Anda bisa mendapatkan SWR = 1 pada saluran ini (sekitar saluran ke-40), dan SWR <2 akan berada di kisaran 562-737 MHz.
Di bawah, seperti semua kotak, reaktivitas sangat cepat, dan Ra juga turun sangat cepat. KSV150> 6 sudah pada 535 MHz, dan pada 470 MHz KSV150 = 35
Directivity pada frekuensi resonansi 6,88 dBi, F / B = 12,77 dB
Sangat sulit untuk membuat SSU 2: 1 pada kisaran UHF, sehingga pabrikan bahkan tidak mencoba.
Antena dilengkapi dengan cetakan setara dengan loop setengah-gelombang yang bekerja seperti transformator 4: 1, tetapi hanya ketika panjang listrik loop adalah L / 2. SSU tersebut, menurut definisi, pita sempit (saluran tunggal). Dengan beban 75 ohm, impedansi input SSU ini adalah 300 ohm. Tetapi pabrikan melengkapi antena dengan kabel 50 Ohm (meskipun TV dan tuner semuanya 75 Ohm). Mungkin pabrikan menganggap bahwa 200 lebih dekat dengan 150 dari 300, dan untuk mengurangi pantulan di perbatasan, antena <-> kabel menyumbangkan pantulan tambahan di perbatasan kabel <-> TV.
Pada beban 300 ohm (papan simetri atau amplifier tipe SWA / PAE / ALN), antena memiliki SWR sekitar 2 pada kisaran 616-750 MHz.
Pada beban 75 ohm (transformator gelombang-seperempat, seperti dalam skema Sotnikov), antena sangat tidak konsisten di mana-mana, tetapi di bagian sempit 577-608 MHz SWR turun menjadi 2.
Teruskan radiasi pada tingkat 6,7 dBi, antena menyimpan dari 540 hingga 860 MHz.
Pada frekuensi 500 MHz, F / B turun ke 0 (dan memancarkan ke depan dan ke belakang pada 5,2 dBi)
Antena seperti itu dalam hal kompleksitas dan biaya pembuatan melebihi saluran gelombang 3-elemen Volna-1 dengan harga eceran $ 3,5
Dan dalam karakteristik listrik, itu hilang secara signifikan padanya
