При работе любым инструментом надо понимать его область применения и ограничения. Каждый инструмент наиболее разумно использовать в рамках его возможностей. Иногда за пределы этих возможностей можно выходить, понимая что и почему ухудшится в результате. И совсем не применять там, где ничего хорошего из этого не выйдет.
Движки расчета моделей антенн NEC2 и MININEC не исключение. Эти инструменты, хотя и решают одну и ту же задачу, но имеют разные возможности и ограничения. И их надо хорошо понимать, чтобы не попасть впросак с "открытием", которое является следствием неправильного применения инструментов моделирования.
Ниже приведена таблица некоторых проблем, возникающих при моделировании и возможности MININEC и NEC2 по этим проблемам. Для облегчения восприятия принята светофорная цветовая маркировка: зеленый – рабочая область; желтый – в крайнем случае можно, но понимая что и на сколько теряем; красный – использовать нельзя.
N | Проблема | MININEC | NEC2 | Рекомендация |
1 |
Антенна, не имеющая контакта с землей и содержащая горизонтальные излучающие провода (радиалы GP к ним не относятся) на высоте от 0,1 до 0,2λ над реальной землей. |
Занижает активную часть импеданса и немного завышает усиление, т.к. не учитываются потери ближней зоны на нагрев земли. |
В режиме земли Зоммерфельда-Нортона достаточная для практики точность. В режиме земли MININEC – то же самое, что и MININEC. |
Использовать NEC2 с землей Зоммерфельда-Нортона. Имея в виду снижение точности, можно и MININEC. |
2 |
Антенна, не имеющая контакта с землей и содержащая горизонтальные излучающие провода (радиалы GP к ним не относятся) на высоте от длины сегмента (λ/сегментацию) до 0,1λ над реальной землей. |
Сильно (тем сильнее, чем меньше высота) занижает активную часть импеданса и столь же сильно завышает усиление, т.к. не учитываются потери ближней зоны на нагрев земли. |
В режиме земли Зоммерфельда-Нортона достаточная для практики точность. В режиме земли MININEC – то же самое, что и MININEC |
Использовать NEC2 с землей Зоммерфельда-Нортона. MININEC использовать не имеет смысла. |
3 |
Вертикал с горизонтальными симметричными радиалами над реальной землей на высоте от 3% до 5% λ. Ближняя зона радиалов мала, т.к. симметричные радиалы почти не излучают. |
Занижает (немного на единицы %) активную часть импеданса и на несколько десятых дБ завышает усиление т.к. не учитываются потери ближней зоны на нагрев земли. |
В режиме земли Зоммерфельда-Нортона достаточная для практики точность. В режиме земли MININEC – то же самое, что и MININEC |
Использовать NEC2 с землей Зоммерфельда-Нортона. Но MININEC почти не проигрывает по точности. |
4 |
Вертикал с горизонтальными радиалами над реальной землей на высоте от длины сегмента (длина волны/сегментацию) до 2% λ. Ближняя зона радиалов мала, т.к. симметричные радиалы почти не излучают. |
Заметно (хотя и не так резко как для излучающих горизонтальных проводов) занижает активную часть импеданса и немного завышает усиление, т.к. не учитываются потери ближней зоны на нагрев земли. |
В режиме земли Зоммерфельда-Нортона достаточная для практики точность. В режиме земли MININEC – то же самое, что и MININEC |
Использовать NEC2 с землей Зоммерфельда-Нортона. Имея в виду снижение точности можно и MININEC. |
5 |
Любая антенна, в которой хотя бы один провод касается реальной земли |
Достаточная для практики точность |
Использование земли Зоммерфельда-Нортона невозможно. Только земля MININEC |
В пределах других ограничений никакой разницы между NEC2 и MININEC нет. |
6 |
Любая антенна, в которой есть стык проводов с диаметрами, отличающимися вдвое или меньше. |
Достаточная для практики точность |
Ощутимая ошибка в импедансе. Лечится (но не полностью) включением коррекции ETWK и увеличением сегментации). |
Лучше использовать MININEC. Хотя, имея в виду некоторое снижение точности, можно и NEC2 с ETWK. |
7 |
Любая антенна, в которой есть стык проводов с диаметрами отличающимися более, чем вдвое. |
Достаточная для практики точность. |
Большая ошибка в импедансе и усилении, быстро нарастающая до неприличных значений с ростом отношения диаметров. Попытки увеличить сегментацию снижают ошибку, но все равно она остается слишком большой |
Использовать MININEC. NEC2 использовать нельзя. |
8 |
Один короткий тонкий провод в составе модели из нескольких проводов, в который вставлен источник или нагрузка. |
Минимум 2 сегмента. Но терпимое отношение к проводу длиной менее 1 сегмента. |
Минимум 3 сегмента (минимум по 1 сегменту с каждой стороны о источника или нагрузки). Для хорошей работы - желательно больше. Вылет в дикие результаты при проводе короче сегмента. |
MININEC более терпим к ошибкам пользователя. NEC2 их не простит. |
9 |
Несколько соединенных коротких проводов (например, схема СУ, набранная короткими проводами) |
Достаточная для практики точность. |
Лучше даже не пытаться. Ничего хорошего не выйдет. Большие ошибки. |
Только MININEC |
10 |
Гамма-согласование |
Достаточная для практики точность. |
Только при одинаковом диаметре всех проводов и размере около резонансного согласуемого вибратора. При отходе от резонансных размеров и\или шлейфе из более тонких трубок – быстро нарастающая до неприличных значений ошибка по импедансу и усилению. |
Только MININEC. В самом крайнем случае ставьте равные диаметры и резонансные размеры элемента, тогда можно NEC2. |
11 |
Омега-согласования |
Достаточная для практики точность. |
То же, что и гамма-, плюс невозможность работы даже со всеми ограничениями при коротком шлейфе. |
Только MININEC |
12 |
Катушка не в точке пучности тока. |
Достаточная для практики точность. |
Нарастающая с удалением от пучности ошибка в реактивной части импеданса. |
Лучше использовать MININEC. NEC2 использовать очень осторожно, тем сильнее не очень доверяя рассчитанной JXa, чем дальше катушка от пучности тока. |
13 |
Сильно укороченные антенны |
Достаточная точность, однако из-за узкой полосы таких антенн может потребуется подстройка реальной антенны. |
В зависимости от способа укорочения возможна значительная ошибка в реактивной части импеданса |
В пределах других своих ограничений предпочтительнее MININEC. |
14 |
Длинные линии в составе антенны или её системы питания или согласования. |
Низкоомные линии не умеет. Высокоомные линии можно изобразить проводами. |
Есть линии, но без потерь, и без учета их излучения. |
Предпочтительнее NEC2. С низкоомными (менее 300 Ом) линиями – только NEC2. |
15 |
Диаметр проводов |
Минимальная длина сегмента не менее восьми радиусов, Однако при укорочении сегмента даже до двух радиусов ошибка небольшая. |
Минимальная длина сегмента не менее восьми радиусов, при включенной коррекции ETWK – не менее двух радиусов. Резкое нарастание ошибки при уменьшении длины сегмента ниже указанного предела. |
В обоих движках внимательно следить за сегментацией. В NEC2 – более внимательно, т.к. ошибок он не прощает. |
16 |
Антенна с высоким входным импедансом. |
Достаточная для практики точность. |
Не очень большая, но заметная ошибка входного импеданса, растущая с увеличением последнего. |
В пределах других своих ограничений MININEC предпочтительнее. |
Из таблицы очевидно, что однозначных преимуществ не имеет ни один движок (и что не верны рекламные утверждения о однозначной правильности NEC2): количество желтых и красных клеток велико в обоих столбцах таблицы. Это, собственно, и было главной причиной создания GAL-ANA, которая может оперативно на одной модели переключить вычислительный движок, выбирая тот, который лучше подходит для данной модели.
Ограничения, указанные в таблице надо помнить и соответственно менять движок, когда это имеет смысл. Тем не менее, случаются ситуации, когда в одной модели сходятся несколько ограничений и корректно посчитать её невозможно ни одним движком. Например, если к существующей невысокой заземленной мачте сверху прицепить горизонтальный или слабо наклонный тонкий проволочный слопер, то MININEC не справится из-за малой высоты горизонтального провода, а NEC2 не сможет включить землю Зоммерфельда-Нортона из-за соединения мачты с землей и еще сильно исказит импеданс из-за соединения тонкого провода с толстой мачтой.
Антенну, модель которой попадает в ограничения, на практике придется подстраивать. Тем сильнее, чем глубже мы в этой модели залезли в ограничения, и чем больше этих ограничений в модели. Если мы слишком далеко зашли по этому пути, то такая модель называется ошибочной, т.к. результат расчета будет уже иметь мало общего с реальностью.
Если же, напротив, модель не попадает ни под одно ограничение, то она называется правильной и, обычно не требует настройки на практике.
И в заключение: а откуда, собственно, известно что считает правильно, а что нет? Каков критерий истины? Ответ: практика. У автора за плечами >20-ти лет опыта изготовления, измерения и моделирования различных антенн. И сравнения результатов измерений с моделями. Хотя, конечно, у меня тоже случаются ошибки. Однако, пользуясь вышеприведенной таблицей, вы хотя бы не потеряете время на изучение тех проблем, с которыми мне удалось разобраться.
Bonn, 13.07.2014