Просмотр сообщений
2116
Прочие программы / Re: NEC2 for MMANA
« : 04 Июня 2009, 14:56:01 »
Это не глюк, а правда . Точнее сочетания малоизвестных физических свойств петлевого диполя с небольшими погрешностями конкретного софта, приводящими к отличию модели от реальной жизни. Сам NEC2 тут не при чем. И полуволновые петли он считает правильно. Надо лишь модель верно описывать.
Итак начнём.
1. Физически петлевой диполь (FD) на частоте, где его периметр равен точно l или чуть больше (его там обычно никогда не используют, т.к. резонирует антенна при периметре 0,95l, а на УКВ с большой в l толщиной трубки – еще ниже) имеет интересное и малоизвестное свойство. Его входной импеданс резко меняеттся даже при очень небольшом смещении точки питания от центра.
Физика это явления довольно сложна. В двух словах: на частоте где периметр АВ равен длине l, половинки антенны представляют собой две высокодобротные (хорошая толщина трубок и хороший изолятор между ними) l/4 линии с КЗ на дальних концах. Когда точка питания точно в середине, эти линии симметричны и их контурные (между проводами) токи взаимно компенсированы. Излучает лишь антенный ток, т.е. ток асимметрии этих линий. Он, кстати, невелик, отсюда и высокое входное FD.
Если же мы немного сместим точку питания FD от середины, то контурные токи линий уже не компенсируют друг друга полностью. Просто потому, что те линии (считая от точки питания) стали разными. Это серьезно нарушает распределение токов в антенне и приводит к изменению входного сопротивления антенны. К тем большему падению чем выше на данной частоте добротность линий-половинок антенны.
Явление существует на всех частотах, но резкого максимума оно достигает лишь на частоте, где половинки линий точно четвертьволновые т.е. там, где контурные токи в линиях максимальны и меняются максимально резко.
Посмотрим в цифрах. Берем файл из прошлого поста FD144.maa, и смотрим, как в зависимости от частоты меняется Ra при перестановке источника из позиции w2c (т.е. точно из середины) в w2c1 (в смещение на один сегмент из середины). Считаем все В MMANA-GAL, чтобы NEC2 не подозревать.
Если на частоте 144,5 МГц разница в Ra никакая: 287 и 285 Ом, то на 150 МГц она уже ощутима: 322 и 354 Ом. Разница растет при подходе к резонансу: 152 МГц – 351 и 152 Ом. Но на самом резонансе (напомню, не антенны, а линии) отличие становится катастрофическим: 370 и 14 Ом. Аж в 25 (!) раз. И это от смещения на один сегмент, т.е. на несколько сантиметров.
2. Вот теперь, вооруженные этими знаниями, вернемся в NEC2. От MININEC он отличается способом установки источника. Собственно, это восходит еще к пониманию чем отличаются точки разбиения (чем бьют провод) от сегментов (на что бьют провод). Или к еще более древней школьной задаче: 11 столбов стоят в линию. Расстояние между соседними столбами 100м. Какое расстояние от первого до последнего столба? И какой по номеру столб в середине? Ответ: 1000 м и 6-й столб (он стоит на удалении точно 500 м от начала).
А теперь представьте, если та же задача, но столбов 10. Очевидно, что общая длина будет 900 м, а точно среднего столба не будет вовсе. Т. е. ни 5-й столб, стоящий на удалении 400 м от первого, ни 6-й на удалении 500 м от первого не попадают в середину.
Замените столбы точками разбиения провода и вы получите отчетливое понимание проблемы сегментации и установки источника в середину.
Не вдаваясь в подробности (и так уже простыня, и еще много писать) – MININEC справляется с этой задачей всегда. Источник, указанный, как w1c будет именно в середине провода.
А вот NEC2 тут слабоват. Если число сегментов в проводе нечетно (11 столбов сегментов из первого примера), то для установки источника точно в центр надо указывать его положение в 11/2+0.5 = 6-м столбе-сегменте.
А если в NEC2 число сегментов в проводе четно, то ни при каких установках принципиально невозможно загнать источник точно в центр. Он всегда получается смещен от центра минимум на половину длины сегмента.
3. В большинстве случаев столь небольшое смещение позиции источника в модели NEC2 практически не влияет ни на что. И потому никак себя не обнаруживает. Но в случае с антенной FD на резонансной частоте линий-половинок, как мы видели в первом пункте даже крошечное смещение резко меняет входной импеданс. Это не вычислительный фокус, а реальное физическое явление.
4. Что же происходит в нашем вычислении? При расчете в MMANA-GAL (NININEC) источник, указанный как w2c в центре провода и находится, независимо от сегментации. Поэтому никаких чудес модель не обнаруживает.
При открытии этого же файла в NEC2 for MMANA вполне может оказаться, что в проводе окажется четное число сегментов. И тогда источник в модели "съедет" на полсегмента. И тогда получится резкое изменение импеданса около резонансной частоты линий. В этой ситуации надо понимать: NEC2 считает правильно. Но модель не соответствует жизни: мы думаем, что источник точно в центре, а он уехал в сторону.
5. Что с этим делать? В серьезном софте (GAL-ANA, например, я же не зря Вам в предыдущем посте дал линк на gaa файл) эта проблема решена кардинально: в моделях NEC2 вообще запрещено использовать четное (т.е. – приносящее проблемы) число сегментов в проводе. Даже если юзер и сделает это, то автоматически 1 дополнительный сегмент будет добавлен.
В обычном софте (NEC2 for MMANA, 4NEC2, EZNEC) необходимо самостоятельно следить за числом сегментов, вручную устанавливая его нечетным. И источник ставить в правильный сегмент.
6. Пример. Файл FD155.maa. В нем установлена самая неприятная, резонансная частота 154,5 МГц, источник в положении w2c.
Естественно, MMANA-GAL считает это файл верно - 374 Ома входного.
Откроем этот же файл в NEC2 for MMANA. Получаем всего 55 Ом. Неверный расчёт? Нет, расчет верный, для той модели, которую мы скормили NEC2. Заходим в закладку NEC2 input, жмем кнопку Read current NEC-2 input.
Что мы видим? В длинных проводах (первые две строки GW) по 36 (вторая цифра в строке) сегментов. 36! Четное число! А источник (строка EX) стоит в 18-м сегменте (третье число в строке). Т.е. источник в данной модели не находится в середине. 18-й столб стоит на удалении 1,7 км от начала, а вся длина линии из 36 столбов – 3,5 км.
Что ж мы хотим от бедного NEC2? Он считает то, что мы ему задали. И если наше описание малость разошлось с нашим желанием, то NEC2 тут совершенно не при чем.
А как же поправить описание? Нажимаем кнопку Code Editor и в таблице меняем руками в проводах 36 на 37 (т.е. на нечетное число), а источник подвигаем точно в середину, в в 19-й сегмент (37/2 0,5). Жмем кнопку ОК.
И теперь, нажимая в той же закладке кнопку Start NEC-2 и убеждаемся, что чудеса кончились: Ra = 365 Ом.
Вернувшись в закладку Table of results, поставив в ней птицу Enable changing и запустив сканирование по частоте, убеждаемся, что никаких пиков больше нет.
И контрольный выстрел: открываем тот же самый файл в GAL-ANA (только, чтобы демка у Вас его засчитала снизьте руками DM2 до 30 или ниже). Никаких чудес – 350 Ом. Автоматы GAL-ANA знают о проблеме четности в NEC2 и всегда корректно устанавливают источник именно туда, куда сказал юзер, а не на полсегмента в сторону.
Итак начнём.
1. Физически петлевой диполь (FD) на частоте, где его периметр равен точно l или чуть больше (его там обычно никогда не используют, т.к. резонирует антенна при периметре 0,95l, а на УКВ с большой в l толщиной трубки – еще ниже) имеет интересное и малоизвестное свойство. Его входной импеданс резко меняеттся даже при очень небольшом смещении точки питания от центра.
Физика это явления довольно сложна. В двух словах: на частоте где периметр АВ равен длине l, половинки антенны представляют собой две высокодобротные (хорошая толщина трубок и хороший изолятор между ними) l/4 линии с КЗ на дальних концах. Когда точка питания точно в середине, эти линии симметричны и их контурные (между проводами) токи взаимно компенсированы. Излучает лишь антенный ток, т.е. ток асимметрии этих линий. Он, кстати, невелик, отсюда и высокое входное FD.
Если же мы немного сместим точку питания FD от середины, то контурные токи линий уже не компенсируют друг друга полностью. Просто потому, что те линии (считая от точки питания) стали разными. Это серьезно нарушает распределение токов в антенне и приводит к изменению входного сопротивления антенны. К тем большему падению чем выше на данной частоте добротность линий-половинок антенны.
Явление существует на всех частотах, но резкого максимума оно достигает лишь на частоте, где половинки линий точно четвертьволновые т.е. там, где контурные токи в линиях максимальны и меняются максимально резко.
Посмотрим в цифрах. Берем файл из прошлого поста FD144.maa, и смотрим, как в зависимости от частоты меняется Ra при перестановке источника из позиции w2c (т.е. точно из середины) в w2c1 (в смещение на один сегмент из середины). Считаем все В MMANA-GAL, чтобы NEC2 не подозревать.
Если на частоте 144,5 МГц разница в Ra никакая: 287 и 285 Ом, то на 150 МГц она уже ощутима: 322 и 354 Ом. Разница растет при подходе к резонансу: 152 МГц – 351 и 152 Ом. Но на самом резонансе (напомню, не антенны, а линии) отличие становится катастрофическим: 370 и 14 Ом. Аж в 25 (!) раз. И это от смещения на один сегмент, т.е. на несколько сантиметров.
2. Вот теперь, вооруженные этими знаниями, вернемся в NEC2. От MININEC он отличается способом установки источника. Собственно, это восходит еще к пониманию чем отличаются точки разбиения (чем бьют провод) от сегментов (на что бьют провод). Или к еще более древней школьной задаче: 11 столбов стоят в линию. Расстояние между соседними столбами 100м. Какое расстояние от первого до последнего столба? И какой по номеру столб в середине? Ответ: 1000 м и 6-й столб (он стоит на удалении точно 500 м от начала).
А теперь представьте, если та же задача, но столбов 10. Очевидно, что общая длина будет 900 м, а точно среднего столба не будет вовсе. Т. е. ни 5-й столб, стоящий на удалении 400 м от первого, ни 6-й на удалении 500 м от первого не попадают в середину.
Замените столбы точками разбиения провода и вы получите отчетливое понимание проблемы сегментации и установки источника в середину.
Не вдаваясь в подробности (и так уже простыня, и еще много писать) – MININEC справляется с этой задачей всегда. Источник, указанный, как w1c будет именно в середине провода.
А вот NEC2 тут слабоват. Если число сегментов в проводе нечетно (11 столбов сегментов из первого примера), то для установки источника точно в центр надо указывать его положение в 11/2+0.5 = 6-м столбе-сегменте.
А если в NEC2 число сегментов в проводе четно, то ни при каких установках принципиально невозможно загнать источник точно в центр. Он всегда получается смещен от центра минимум на половину длины сегмента.
3. В большинстве случаев столь небольшое смещение позиции источника в модели NEC2 практически не влияет ни на что. И потому никак себя не обнаруживает. Но в случае с антенной FD на резонансной частоте линий-половинок, как мы видели в первом пункте даже крошечное смещение резко меняет входной импеданс. Это не вычислительный фокус, а реальное физическое явление.
4. Что же происходит в нашем вычислении? При расчете в MMANA-GAL (NININEC) источник, указанный как w2c в центре провода и находится, независимо от сегментации. Поэтому никаких чудес модель не обнаруживает.
При открытии этого же файла в NEC2 for MMANA вполне может оказаться, что в проводе окажется четное число сегментов. И тогда источник в модели "съедет" на полсегмента. И тогда получится резкое изменение импеданса около резонансной частоты линий. В этой ситуации надо понимать: NEC2 считает правильно. Но модель не соответствует жизни: мы думаем, что источник точно в центре, а он уехал в сторону.
5. Что с этим делать? В серьезном софте (GAL-ANA, например, я же не зря Вам в предыдущем посте дал линк на gaa файл) эта проблема решена кардинально: в моделях NEC2 вообще запрещено использовать четное (т.е. – приносящее проблемы) число сегментов в проводе. Даже если юзер и сделает это, то автоматически 1 дополнительный сегмент будет добавлен.
В обычном софте (NEC2 for MMANA, 4NEC2, EZNEC) необходимо самостоятельно следить за числом сегментов, вручную устанавливая его нечетным. И источник ставить в правильный сегмент.
6. Пример. Файл FD155.maa. В нем установлена самая неприятная, резонансная частота 154,5 МГц, источник в положении w2c.
Естественно, MMANA-GAL считает это файл верно - 374 Ома входного.
Откроем этот же файл в NEC2 for MMANA. Получаем всего 55 Ом. Неверный расчёт? Нет, расчет верный, для той модели, которую мы скормили NEC2. Заходим в закладку NEC2 input, жмем кнопку Read current NEC-2 input.
Что мы видим? В длинных проводах (первые две строки GW) по 36 (вторая цифра в строке) сегментов. 36! Четное число! А источник (строка EX) стоит в 18-м сегменте (третье число в строке). Т.е. источник в данной модели не находится в середине. 18-й столб стоит на удалении 1,7 км от начала, а вся длина линии из 36 столбов – 3,5 км.
Что ж мы хотим от бедного NEC2? Он считает то, что мы ему задали. И если наше описание малость разошлось с нашим желанием, то NEC2 тут совершенно не при чем.
А как же поправить описание? Нажимаем кнопку Code Editor и в таблице меняем руками в проводах 36 на 37 (т.е. на нечетное число), а источник подвигаем точно в середину, в в 19-й сегмент (37/2 0,5). Жмем кнопку ОК.
И теперь, нажимая в той же закладке кнопку Start NEC-2 и убеждаемся, что чудеса кончились: Ra = 365 Ом.
Вернувшись в закладку Table of results, поставив в ней птицу Enable changing и запустив сканирование по частоте, убеждаемся, что никаких пиков больше нет.
И контрольный выстрел: открываем тот же самый файл в GAL-ANA (только, чтобы демка у Вас его засчитала снизьте руками DM2 до 30 или ниже). Никаких чудес – 350 Ом. Автоматы GAL-ANA знают о проблеме четности в NEC2 и всегда корректно устанавливают источник именно туда, куда сказал юзер, а не на полсегмента в сторону.
ЕН такой длины, чтобы при заданном угле их наклона их вертикальная проекция на мачту затеняла бы не более 1/3 ее высоты.