1959年,《广播》杂志第4期发表了电视发烧友谢尔盖·库兹米奇·索特尼科夫(Sergei Kuzmich Sotnikov)的一篇具有里程碑意义的文章,内容涉及使用双方形和三方形天线在MV(以及后来的UHF)上进行长距离电视接收。
宣称的双方形10-12 dBi和三方形16-17 dBi的惊人特性激起了苏联业余社区的关注,几十年来,这些天线在MV和UHF上取得了巨大的成功:对这些天线的描述从书本到书本,从杂志到杂志。 成千上万的苏联公民重复了他们。
尽管这些特征被高估了,但它们仍然基于著名研究人员的出版物:Sam Leslie(W5DQV,1955年出版),Dick Beard(G4ZU),Rothamel(参考Leslie和Beard)。
1962年,弗拉基米尔·帕夫洛维奇(Vladimir Pavlovich)Sheiko-Vvedensky(UB5CI)在DOSAAF出版社出版了《业余无线电台的天线》一书,其中还提到了双方格中的13 dBi。
大量权威人士认为,即使在2018年,索特尼科夫的根本错误结论仍然很普遍。
让我们尝试找出真相在骗局的边界。
在Rothammel(1967年的Krenkel翻译)书中,考虑了20、15和10米(14、21和30 MHz)范围的HF天线。
关于萨姆·莱斯利(Sam Leslie)的业余无线电发烧友(俄克拉荷马州W5DQV,发表了关于1955方格的广泛实验的结果),以及迪克·比尔德(Dick Beard)(英格兰的G4ZU),有人认为这些范围内的双方天线的方向性为10至13 dBi(8至11 dBi)。 dBd)
在地面上进行4NEC2的仿真(Sommerfeld-Norton实地模式)完全证实了以下观察结果:在中等电导率下,天线悬挂高度为1λ时,可以得到12.4 dBi,在理想导体下为13.8 dBi。
应该注意的是,在Leslie和Beard的实验中,并未针对实际构建的偶极子测量dBd,而是通过在TX天线中以已知功率测量一定距离的场强,然后将测量的强度与使用Friis公式计算出的强度进行比较。
事实是,频率为2.13 dBi的常规赫兹偶极子在HF上的悬浮高度为1λ,形成了最大为8.2 dBi的双叶波束。 即 由于地球而产生的偶极子本身具有优于6.1 dBd的优势
Leslie和Beard的测量相对于虚构的偶极子2.13 dBi,而不是通过依次切换“双平方”天线和偶极子来实现的。
2要素波通道(反射器+振动器)也具有几乎相同的“双平方”辐射方向图:在1λ的天线悬挂高度处,电导率为11.8 dBi。 主瓣和3个旁瓣的形状几乎与双方形底部相同。


由于HF的自由空间中没有天线,因此该方法和所获得的数据是完全相关的并且具有实际应用。 在HF的自由空间中无法测量这些天线。
在4NEC2中进行的仿真对于双平方给出了7.73 dBi,对于2元素的波道给出了6.95 dBi。


1962年,哈尔科夫的业余无线电运营商弗拉基米尔·帕夫洛维奇·谢科·弗韦登斯基(UB5CI)在DOSAAF出版社出版了《业余无线电台天线》一书。 在该天线中,“双方形”在“ HF天线”一章中进行了描述。 Sheiko对操作原理给出了完全正确的描述-“一个由两个异相激发的四分之一波长水平发射器组成的系统”。
给出了在20、15和10米(14、21和30 MHz)范围内的尺寸和供电方法。
Sheiko在“ VHF天线”一章中提到了此类天线,尽管他不推荐使用。 Sheiko说到有针对性的特性:“以下有关环形天线放大的数据是已知的:双平方-9-11 dB(8-13倍),三平方14-15 dB(25-32倍)。
如果这些数据是针对自由空间给出的,则它们与上一章中有关HF天线的数据相矛盾,因为地面会有更多信息。 如果这些数据是在考虑到地球的情况下给出的(向HF的方向外推),那么在VHF上,地球就不能用作无限的扁平导体,这在Goncharenko的书“
第12.1.2章,VHF上的地球 ”中有详细介绍
以与谢柯相同的方式,三年前的1959年,他成为了发烧友谢尔盖·索尼科夫(Sergei Sotnikov)。
为了以某种方式解释这种简单天线的令人难以置信的指向性,索特尼科夫提出了以下假设:框架振动器具有4个工作元件,相当于一个2层波的2层前灯。
但是两层楼的前照灯是同相的-在每个楼层上,当前方向是相同的。 在不同楼层的环形天线中,电流异相流动,这在Rothammel和Sheiko的书中进行了描述,并遵循简单的推论-每个臂的水平和垂直部分的长度为λ/ 2,因此电流在顶层以反相流动。
周长为1λ的框架振动器具有接近各向同性的方向,垂直于平面的增益较小,而侧面的衰减较小。 根据这种框架的形状,其波阻抗会显着变化,方向性也会非常轻微地变化。
如果框架尽可能宽且具有最小高度,则我们将获得一个半波的Pistolkors环形振动器。 它的电阻是最大可能的,接近300欧姆,确切的值取决于上下管的直径。 与分裂赫兹偶极子一样,方向性为2.13 dBi。
随着回路宽度的减小和高度的增加,电阻Ra减小,并且图案的形状变化很小。 如果宽度趋于零,高度趋于λ/ 2,则传输线长度为λ/ 2的末端将短路。 这样的线的Ra是0。
根据高/宽比和框架的形状,您可以从0到300欧姆获得Ra。 对于边长为λ/ 4的方形框架,电阻约为135-140欧姆,并且光束在3.48 dBi(1.35 dBd)处具有最大的向前/向后最大值。 任何其他形式都是可能的-圆形,三角形,哑铃形,降落伞形甚至不规则形状。

1λ帧的一种形式或另一种形式几乎没有电气优势。 宽度较小的框架具有结构上的优势-与Pistolkors振动器相比,其机械强度更高,导体横截面更小。 在HF上,可以通过在横向支柱上拉动细线来制成正方形。 与电气通道非常相似,但需要强大的管道+十字头+延长线才能保持长管道的是,机械优势和廉价决定了方波在短波驱动器中的流行程度。
除了反复高估VHF正方形方向性的数据外,索特尼科夫还给出了大小(共振中的很大滑移)以及抗辐射性和匹配性方面的错误数据。
在为6毫米杆提供的第12通道MV(222-230 MHz)给出的尺寸中,共振发生在242 MHz(HFSS)和245 MHz(4NEC2)的频率上。 Ra分别为150欧姆和167欧姆。
要将这样的天线连接到75欧姆的传输线上,有必要制造一个平衡匹配设备(SSU,巴伦)2:1。 通过1:1平衡-不平衡转换器连接时,即使在谐振频率下,SWR也不能小于2。在谐振频率以下,Ra急剧下降,负(电容)反应性上升。
在222 MHz的频率下,KSV75 = 6.8(NEC2)或KSV75 = 8(HFSS)。
Ku的共振频率为7.19 dBi(HFSS)和6.67 dBi(NEC2)。 在不同程序中,主瓣和旁瓣的形状几乎相同。



HFSS和4NEC2中MV通道12的尺寸模拟结果









结论
- 具有任意形状的1λ周长的框架振动器形成接近各向同性的辐射方向图。 垂直于框架平面的增益很小-半波环路等于2.13 dBi,正方形框架约为3.5 dBi。
- 将反射镜添加到框架后,对于2元素波通道,其方向性可以提高到6.95 dBi,对于双平方,可以提高到7.73 dBi。
- 在低于50 MHz的频率下,将任何天线放在离地面小的高度上(以λ为单位)会极大地改变最终的方向图。 2.13 dBi偶极子变为8.2 dBi,6.95 dBi的波道变为11.8 dBi,7.73 dBi双平方变为12.4 dBi。
- 莱斯利(Leslie),伯德(Byrd),罗塔默(Rothammel)和谢科(Sheiko)所描述的方向性数据指的是地面上的低悬挂天线,其中几乎包括所有HF天线。
- 谢尔盖·索特尼科夫(Sergei Sotnikov)将HF天线的性能推算为VHF的两倍,为什么不应该这样做?它写在Goncharenko书中的12.1.2地球在VHF上。
- 为了证明正方形的巨大方向,Sotnikov彻底重写了正方形的原理,将其与半波偶极子和波道的2层PAR进行了比较。
- 天线的实际方向性略为两倍和三倍(小于1 dB),超过了2和3元素波通道的方向性。
- 双方波阻抗(间距为0.15λ)接近150欧姆。 要使用75欧姆,您需要2:1的第五轮,而对于50欧姆,则需要3:1的第五轮。 通过SSU 1:1进行工作时,在谐振频率下SWR不能小于2。
- 计算索特尼科夫给出的天线尺寸时,会产生明显的共振滑移,并且驻波系数最小。 因此,在222-230 MHz范围内的天线具有大约242-245 MHz的谐振,在其设计范围内,KSV75超过7-8。
- 如果我们放弃高估的10-11 dBi的估计值,则天线可以正常工作(解决匹配问题时),用于电视的VHF上的6.7 dBi相当不错。
- 双正方形的方向性不对应于5元素的波通道。 长度为1.35米的6-12通道工业Uda-Yagi天线(2管反射器,环形振动器,4个指向矢)可将174 MHz的8.6 dBi放大至230 MHz的10.9 dBi,并在75 Ohms进行简单匹配。 具有相同长度或相同数量元素的窄带(单通道)Uda-Yagi将具有更高的增益。
DMV电视(DVB-T2)上的三重正方形
应
REPISOT用户的要求,
我们将分析在电视广播的分米范围内使用方形天线的可能性。
这样的天线以商品名“ Signal 3.0”商业制造。 SWR <1.5的要求范围是470-862 MHz,增益高达14 dB(16 dBi ??)

我们将在HFSS中进行简化的仿真(没有塑料垫片并且没有圆角,这会稍微改变谐振频率,但现在我们对确切的值不感兴趣)。 导向器框架的间隙为1毫米。




如预期的那样,天线具有单个谐振(大约626 MHz),Ra = 150欧姆。 通过2:1 SSD到75 Ohm电缆供电时,您可以在此通道(大约第40个通道)上使SWR = 1,并且SWR <2将在562-737 MHz范围内。
像所有正方形一样,在下面,反应很快,而Ra也很快下降。 KSV150> 6已经在535 MHz和470 MHz下KSV150 = 35
共振频率为6.88 dBi时的方向性,F / B = 12.77 dB
要在UHF范围内制作2:1 SSU非常困难,因此制造商甚至没有尝试。
天线配备有印刷的等效于半波环路的天线,该环路的工作方式类似于4:1变压器,但仅在环路的电气长度为L / 2时才有效。 根据定义,这种SSU窄带(单通道)。 在75欧姆的负载下,此SSU的输入阻抗为300欧姆。 但是制造商为天线配备了50欧姆的电缆(尽管电视和调谐器均为75欧姆)。 也许制造商认为200比300更接近150,并且为减少边界反射,天线电缆在电视边缘增加了额外的反射。
在300欧姆的负载(SWA / PAE / ALN类型的对称板或放大器)下,天线的SWR在616-750 MHz范围内约为2。
在75欧姆的负载下(如索特尼科夫方案中那样,是四分之一波长的变压器),天线到处都是高度不一致的,但是在577-608 MHz的狭窄范围内,SWR降至2。
天线以6.7 dBi的水平正向辐射,存储频率从540到860 MHz。
在500 MHz的频率下,F / B降至0(并以5.2 dBi的频率向前和向后辐射)
这样的天线在制造复杂性和成本方面超过了3元素波通道Volna-1,零售价为3.5美元

在电气特性上,它对她的损失很大


