Когда каким вычислительным движком пользоваться, а когда нет.

NEC2 и MININEC

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

На главную - Main page