Эта наиболее интересные фрагменты перепискис пользователи программы MMANA. Конечно эта переписка не заменяет описания программы, но ответы на многие типичные проблемы в ней найти можно Зеленым цветом выделены фрагменты писем на которые я отвечаю, синий текст - мой.

Переписка по MMANA

Источники и нагрузки

Активное питание двух рамок в MMANA?

Фазосдвигающая линия между рамками может быть описана одним из двух способов:

1. Два источника (левая нижняя табличка в закладке "Геометрия") c одинаковой амплитудой (третий столбец таблички) и разной фазой (в градусах, второй столбец таблички). Т.е. вместо фазосдвигающей линии - независимый источник, сдвинутый по фазе. Способ удобен для предварительного проектирования - просто меняйте цифру фазового сдвига и смотрите что получается ДН.

2. Не полениться и описать все линии как пары проводов. Трудоемко, но на этапе окончательного проектирования можно.

В расчете вышло именно ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ сопротивление...

Все правильно. У антенных решеток такое бывает. И говорит лишь о том, что элемент с отрицательным входным сопротивлением расположен в такой точке суммарного электромагнитного поля, что ОТБИРАЕТ ЭНЕРГИЮ ИЗ ПОЛЯ И ВОЗВРАЩАЕТ ЕЕ В ЛИНИЮ ПИТАНИЯ.

Если такой элемент рефлектор, то хорошо, а если он расположен в направлении излучения, значит он установлен неудачно, и уменьшает усиление антенны, и надо менять либо его положение, либо фазу возбуждения.

Удалось впервые загнать программу в тупик. Ошибка при расчете "Графики - Включить СУ".

Дело в том, что MMANA считает входное сопротивление по первому в списке источнику. Ежели оно выходит отрицательным (его активная часть) - то естественно рассчитать CУ не получается и она сходит с ума (ну никак не согласуешь трансформируешь отрицательное R в положительное). Коррекция проблемы такова - или в закладке Геометрия поменять местами источники, или фазовый сдвиг.

 

Источники тока было бы полезнее иметь в программе, чем источники напряжения. Как раз источники напряжения и не нужны.

Тут осмелюсь не согласится. Физически - линия питания ближе к источнику напряжения (хотя реально не является ни источником тока, ни источником напряжения, а чем-то промежуточным). Иметь источники тока удобнее (сказал бы, привычнее) для анализа, и только.

Простой пример потребности -- для расчета антенных решеток с активным питанием. Можно заметить, что среди примеров антенн к mmana НЕТ ни одной решетки с активным питанием (синфазно питаемые стеки из направленных антенн, а также одинокая HB9CV с 2 источниками - частный случай с небольшими по модулю наведенными сопротивлениями не в счет). Получается, что решетки с помощью mmana анализировать нельзя.

Я долго ждал, кто же первый задаст этот вопрос. Вопрос свидетельствующий о серьезной проработке возможностей MMANA. Тут дело обстоит так. Что нет примеров активных решеток, это скорее моя недоработка - просто не дошли руки. В новой, готовящейся библиотеке есть и немало.

Для примера я прикрепил содранную 1:1 геометрию 4-square из комплекта примеров elnec. АФР для такой геометрии тривиально:
source 1: 1 A, 0 градусов
source 2: 1 A, -90 градусов
source 3: 1 A, -90 градусов
source 4: 1 A, 180 градусов.
Если задать в mmana те же градусы для имеющихся источников напряжения, то ДН развалится (т.к. сыграют наведенные сопротивления).

Конечно! Ибо эти амплитуды и углы справедливы для токов. И ничего общего не имеют с фазами питающих напряжений, которые на комплексных входных сопротивлениях будут явно не совпадать с фазами токов. И столь же естественно, что на разных входных сопротивлениях элементов будут разные амплитуды питающих напряжений.

Для получения ДН типа кардиоиды в плоскости XY при идеальной земле в mmana нужно задать (кто бы мог подумать? -- результаты из elnec):
source 1: 20 В, -94 градуса
source 2: 45 В, -123 градуса
source 3: 45 В, -123 градуса
source 4: 73 В, -141 градус.

Можно и без ELNECа обойтись. Достаточно задать оптимизацию по F\B сразу по всем источникам - и по фазам и по напряжениям - 8 строк в таблице (с кооперацией боковых источников). И получим весьма похожий результат. ( Нюанс есть при оптимизации: она по умолчанию меняет напряжение источника в диапазоне от 0,001 до 1В, поэтому если вручную установлены напряжения источников более 1 В, то надо и таблице "Изменяемые параметры" вручную установить нужный диапазон изменения амплитуд (Мин и Макс ) источников, например от 0,01 В до 100 В).

То же самое и с активными системами из двух излучателей. Кстати, такая оптимизация при разных установках критериев дает целый диапазон любопытных результатов, что говорит о том, что системы с активным питанием имеют еще немалые плохо изученные возможности (которые еще ждут своих исследователей ). Например максимум усиления находится несколько в стороне от привычного распределения фаз и амплитуд, которое совпадает с максимумом F/B (ну это понятно), интересные эффекты и ДН в четырехвибраторной решетке можно получить, если позволить боковым элементам иметь разные фазы и амплитуды. Много там всего, о чем я нигде не читал... Разбираться и думать надо...

Получить результат в виде амплитуд и фаз питающих напряжений (а не токов) на мой взгляд даже удобнее имея в виду последующий синтез схемы питания решетки. Для моего любимого метода KB8I (где считается распределение напряжений вдоль линий, питающих элементы, и находится точки где напряжения одинаковы - в этом месте линии соединяются параллельно, и далее просто через СУ к общему основному кабелю) как раз и нужны именно данные о напряжении источников.

Да и при настройке измерять амплитуды и фазы напряжений намного проще чем токов (не нужны токовые трансформаторы). Так что по крайней мере для КВ активных систем мне представляется более физически корректным иметь именно источники напряжения (хотя это и не так наглядно).

Как запитать 2 штыря с активным питанием на идеальной земле на расстоянии 0.125 длины волны, что была кардиоида? Элементарно: амплитуды токов одинаковы, фазы таковы, чтобы "назад" с учетом 0.125-задержки была компенсация, т.е. разность фаз =180 градусов. И формула тривиальная: 180 +/- 0.125*360 = 135 или 225 градусов.
Т.е. источник 1: 1 A, 0 градусов,
источник 2: 1 A, 135 градусов.

Это в теории хорошо. Токи излучают. А на практике для корректной запитки излучателей надо знать все же фазы именно напряжения. А то иначе получается собака гоняющаяся за своим хвостом - ну хорошо, получили мы 135 градусов сдвига тока, а дальше-то что? Прямо не запитаешь, входные сопротивления вибраторов разные и комплексные, а ежели СУ поставить, приводящее сопротивления к одинаковым, то фазу те СУ так накрутят, что разница фаз перед СУ будет совершенно точно не 135 град. А какая? А черт его знает - надо ФЧХ СУ высчитывать.... А при получении результатов в виде фаз напряжения таких вопросов не возникает - сразу все видно.

Попробуйте угадать, что получилось в результате оптимизации mmana ? Ответ:
источник 1: 0.58 В, -101 градус,
источник 2: 0.41 В, -121 градус.

Кстати то же самое выйдет если руками к каждой фазе по 101 градусу-то добавить, и получить 0 и -20 соответственно. Вот ведь какая петрушка выходит: напряжения-то сдвинуты всего на 20 градусов. Не на 135 как токи. И еще нюансик: при разных (немного, но разных) критериях оптимизации можно получать целые семейства любопытнейших ДН, которых я не встречал при анализе с токовым АФР (А еще интересные результаты выходят ежели менять телесный угол, который она считает "задом" ).

Вот еще вопросик к простым активным решеткам: всегда ли оптимально иметь одинаковые амплитуды тока во всех элементах (что как правило подразумевается)? Ответ - не всегда, и углы токов при этом даже при источниках тока будут отличаться от привычных....

Угадали? Я тоже не угадал. Ну  не смог...  Не привычно мне.

Сочувствую. Только зачем самому-то трудится и тем более угадывать-то? Есть же же послушный робот- запустить и он сам вычислит, безо всякого гадания. Непривычно? Да, ощущается отсутствие привычных "точек опоры", знакомых цифр 90, 135, 225.

Хуже? Не уверен... свободы больше, и заученные схемы меньше давят. Лично мне так нравится больше, хотя возможно это от извращенного вкуса.

 

Учитывает ли ММАNА распределенные индуктивности и емкости ?

Если они описаны как нагрузки (по определению точечные) - то конечно нет. Если они описаны набором проводов - конечно да. Программа же не знает что Вы описали емкость, индуктивность или антенну и все считает по единой методике.

В качестве примера была дана как-то антенна Helix - так вот там, по идее, как раз есть эти межвитковые емкости и индуктивность. Или, скажем, индуктивность она учитывает, а вот емкость - нет ?...

Не может она разделить ёмкость и индуктивность, она считает комплексные токи, поэтому если из отдельных проводов нарисована катушка или обкладки конденсатора - все будет учтено.

Нюанс при таких построениях обычно используются очень короткие провода, поэтому поднимайте установки автосегментации, до тех пор, пока на закладке Вид не увидите на каждом коротком проводе по несколько сегментов. Особо не усердствуйте - длина сегмента не должна стать меньше диаметра провода - ограничение MININECа. Скажем на проводе с радиусом 2 мм и длиной 40 мм не должно быть больше 10-ти сегментов, иначе упадёт точность.


Установки, сегментация, оптимизация

Как делать оптимизацию по конкретным элементам?

В первом столбце таблице оптимизации (щелчком левой кнопки мыши) выбирается параметр (Провод, Элемент и т. д.) для оптимизации. Во втором столбце -номер оптимизируемого (провода, элемента, источника, нагрузки). А в третьем столбце (щелком ПРАВОЙ кнопки мыши) из всплывающего меню выбирается ЧТО ИМЕННО в выбранном параметре оптимизировать (например только одну координату, радиус, ширину, интервал между элементами и т.д., там множество всего). Так можно очень конкретно описать что именно Вы желает оптимизировать (и даже указать допустимые пределы и шаг).

Есть еще 4-й столбец "Кооп" - там устанавливается возможность ЗАВИСИМОЙ вариации. Если там просто цифра, например 3, то сие означает, что параметр описанный в этой строке таблицы будет изменяться СОВМЕСТНО (зависимо) с параметром, описанным в строке 3 той же таблицы.

А еще в этом четвертом столбце могут быть математические выражения, тогда параметр изменяется совместно с другим, но не 1 в 1, а каком-то масштабе или со сдвигом.

 

Что такое автосегментация?

Это инструмент устранения ошибок ручного разбиения на сегменты. А переменная плотность ее ( т е уплотненная расстановка точек на краях провода при Seg -1 -2 -3) исключает множество ошибок даже при корректной ручной разбивке.

И еще автосегментация исключает ошибки связанные с изменением частоты, поскольку сегмент привязан к длине волны и его размер меняется вместе с частотой. А при жестком разбиении корректная разбивка на одной частоте совершено не будет таковой на более высокой частоте.

В результате широкодиапазонные антенны считаются неправильно - попробуйте рассчитать антенну Бевереджа 200 м длиной при максимально допустимых на один провод для ELNECa, NEC4WIN95 50 точках, на частоте 28 МГц. Там же между сегментами будет аж 4 м - почти полволны. Какая там точность...

  

Хотелось бы иметь более широкий диапазон по частоте для расчета характеристик, а не только 80

Ну так поставьте сколько хотите. Курсор в окно полосы и вбейте любое значение руками, а не выбирайте из списка.

Остальные "цифры" иногда хочется самому установить.

Аналогично, почти все цифры можно не выбирать из списка, а менять

 

Еще: не уловил в опциях ОПТИМИЗАЦИЯ в чем разница между КСВ и СОГЛАСОВАНИЕ?

КСВ это ясно. А согласование (Установки цели - Цель - Согласование) это такая это хитрость. Программа может гнать входной импеданс к удобному для согласования - ил емкостью, или индуктивностью.

Только не возлагайте на оптимизацию излишних надежд. Не надо из неё культа делать. Нельзя сказать компьютеру: "Я вот хочу хорошую антенну, а ты меняй все что хочешь, но сделай её". Это процесс творческий, и машине в полном объеме недоступный. Тут человек нужен.

Поначалу задавайте изменение только ОДНОГО параметра (одна строка в таблице Изменяемые параметры). Если позволить менять много чего, то при отсутствии опыта получить хорошие результаты очень трудно. Цели же оптимизации (движки вверху окна) можно задавать все сразу. А когда "дозреете" до оптимизации по нескольким параметра, не забывайте в таблице указывать разумные допустимые границы, а то по умолчанию они очень широки.

 

Как организуется кооперация? Мои попытки на простых примерах неудачны.

0, установленный по умолчанию, означает, что параметр, описываемый данной строкой, изменяется независимо от остальных.

1 - изменять параметр совместно с описанным в первой строке таблицы (вместо 1 может быть любое целое число - номер строки в таблице "Изменяемые параметры").

-1 (или 2, 3, 4...) - изменять параметр совместно с зеркальным (отрицательным) значением параметра, описанного в первой (2-й, 3-й, 4-й...) строке таблицы.

1*0.5 - изменять параметр совместно с описанным в строке 1, но с коэффициентом 0,5. Могут быть и иные математические выражения (допустимые знаки + - / *), например 2+1,5 - изменять параметр совместно с описанным в строке 2, но со сдвигом 1,5.

При установке кооперации рекомендуется крепко думать (как и вообще, при заполнении таблицы "Изменяемые параметры"). Помочь в описании кооперации может кнопка "Все элементы", но опять же - ее нельзя применять бездумно, типа нажал, а там пусть компьютер разбирается - это путь к каракатицам вместо антенн. Надо четко понимать что именно описано в столбце кооперации, и что от чего зависимо изменяется.

 

Надо моделировать и окружающую действительность, которая просто набита всяким железом и проводами.

Просто внешние провода, типа освещения рисовать оно и несложно вроде. Описывать сложную по рельефу землю, стоящие вокруг дома, и прочее.... Упрощенно это можно делать и сейчас.

А точно....Не знаю... Мне представляется что от моделировщика, по крайней мере радиолюбительского сие и не требуется. Даже если взять очень сложный и трудоемкий способ описания земли как в NECPRO, и даже более того - некий идеальный способ, абсолютно точно учитывающий как форму, так и дифференциальные характеристики земли и окружающих предметов в каждой точке, то на практике это мало что даст в смысле точности модели.

Никто все равно не будет проводить подробных исследований параметров своей крыши и лифтовых будок на ней, столбов и проводов. По крайней мере я себе слабо представляю кто сможет исследовать хотя бы на проницаемость и проводимость, и измерить размеры кучи местных предметов и измерить свойства земли во многих точках для ее корректного описания. Это чрезвычайно трудоемкая работа даже для коллектива профессионалов, но никак не для любителя. Тогда уж быстрее будет просто сделать и измерить антенну.

Профессионалы - это песня отдельная , но MMANA писалась все же не для них, хотя многие профессиональные разработчики антенн ею пользуются, и в целом довольны.

Чтобы почувствовать как себя ведет антенна, реализуемы ли те или иные параметры - на мой взгляд вполне хватает существующего описания земли (хотя с академической точки зрения, оно и упрощенное).

 

Может какие-то параметры у меня неправильно установлены?

Самодиагностика близка к точной. При нескольких близкорасположенных параллельных проводах (в данном случае таковыми являются верхние нагрузки) требуется более плотная расстановка точек-сегментов по краям. Я в Вашем файле изменил только значение ЕС (больше точек по краям провода) и все стало на свои места. Дальнейшее увеличение плотности точек уже мало что дает в смысле точности.

Взял антенну Беверджа длиной 200 м на 3,8 МГц (земля: проницаемость 13, проводимость 5) посчитал для высот 2,5 м , 1м, 0,5 м , 0,2 м, и 0,1 м. Нюансы моделей: в третьем случае надо поднимать ЕС до 4, а двух последних сегментировать руками, устанавливая на короткие провода по 40 точек , а на длинный 400 (автосегментация не проходит, поскольку очень уж странное соотношение длин получается) это при высоте 0,2 м. при высоте 0,1 м пришлось ставить уже на короткие по 80, а на длинный 800.

 

Загрузил русский вариант программы MMANA Windows у меня английский и все русские буквы в программе не читаются.

Если у Вас в системе установлены русские шрифты (если, нет - установите), попробуйте сделать следующее:

- определите сначала, какой шрифт использует система для надписей (MS Sans Serif?)

- откройте в текстовом редакторе файл C:\Windows\Win.ini

- найдите в нем раздел [FontSubstitutes], а в этом разделе строку,

с упоминанием шрифта, типа MS Sans Serif,0=MS Sans Serif,204

- замените правую часть этого "тождества" на какой-нибудь русский шрифт, имеющийся в системе, например так MS Sans Serif,0=Arial Cyr,204

 

То есть, эффекты взаимодействия ближнего поля с реальной землей не учитываются? А они ведь тоже влияют на ДН.

Под влиянием поля, излученного антенной в земле начинают течь ток. Причем даже два - ток проводимости (пропорциональный проводимости земли) и ток смещения (зависит от диэлектрической проницаемости земли). От этих токов образуется вторичное поле оно складываясь с первичным (от излучателя-вибратора) меняет общее распределение поля.

1. В дальней зоне - это приводит к изменению ДН.

2. В ближней - к изменению распределения токов по вибратору и соответственно - его входного сопротивления и усиления.

Для первой причины параметры земли (вернее отражения от нее) учитываются, и поэтому форма ДН корректно меняется от параметров земли.

А для второй -нет (земля принимается идеальной - и считается только ток проводимости, без учета его потерь и вообще не учитывается ток смещения в земле).

Вот поэтому для низковисящих (или высоколежащих) антенн вылезает неточность. И именно в определении входного импеданса. Поскольку очевидно что вторичное поле токов в земле ( и соответственно изменение поле ближней зоне вокруг излучателя) при идеальной земле (как считает MININEC) явно не будет в точности таким как при при реальной. В практике (если исключить совсем "лежащие на земле" антенны, типа того же Бевереджа) это не очень страшно -достаточно понимать, что для антенны подвешенной ниже 1\6 волны (условно)вычисленные значения Rвх будут ниже (процентов на 10...50 - от высоты зависит и параметров земли) реальных.

То есть "Реальность" земли учитывается "наполовину" реальная земля учитывается при расчете ДН (учесть коэффициенты Френеля при расчете комплексной амплитуды отраженной волны -- это очень просто), а при расчете токов земля считалась идеальной

Именно так, все точно. И все же нахально утверждаю - для целей радиолюбительских упрощения MININECа с землей (кстати сделанные в свое время разработчиками MININECа вполне сознательно, чтобы на тогдашних компьютерах время вычислений не выходило бы очень большим) вполне оправданы и допустимы.

 

Не считаются параметры CУ по введенным значениям R-+JX?

Она все что только возможно считает.

1. СУ на LC. По умолчанию туда подставляются значения импеданса антенны из последнего расчета. Но можно и руками вбить . все будет посчитано. Причем для любого импеданса.

2. СУ на линиях 1. Все то же самое, только нюанс - просто ввести данные мало, надо еще кнопочку "Настроить" нажать (может дело в этом?). И еще - не для всех импедансов нагрузки и сопротивлений линий такое согласование физически возможно.

3. СУ на линиях 2. Абсолютно все то же самое, что и в п. 2. Та же кнопка "Настроить" , и тоже не всегда возможно такое согласование - тогда MMANA ничего и не покажет.

... надо согласовать антенну 2 кусками кабеля

Полагаю речь идет о согласовании двумя последовательными кусками кабелей (нижняя часть окна СУ на линиях 1). Вводите входной импеданс антенны (будет там реактивность равна нулю, или чему-то другому - программе это глубоко безразлично), жмите кнопку "Настроить" и получите результат.

Нюансы.

1. Такое согласование не всегда физически возможно.

2.А если и возможно, то не всегда "вытягивается" КСВ=1. Полученное значение КСВ на входе СУ будет написано прямо над кнопкой "Настроить".

3. При этом верхняя половина (окошко "Согласование и трансформация одним отрезком линии") автоматически покажет что происходит в первом куске кабеля (т.е импеданс, на который он нагружен) - это просто для информации, чтобы пониматьчто происходит.Вот скриншот:

Осталось только отрезать два куска кабеля (не забыв, что длины рассчитаны электрические, а физические надо взять в коэффициент укорочения раз меньше), спаять их и включить.

 

Покаяться хочу перед всеми. Как-то я неосмотрительно создал впечатление, что MMANA всегда и всё считает правильно, что с ней не делай. Ничего подобного - чтобы она правильно считала антенну еще надо и корректно описать, ведь считается именно Ваше описание антенны.

В NEC-овских моделировщиках точность расчета (при правильной геометрии антенны, естественно) зависит в первую очередь от сегментации проводов. И на эти "грабли" многие и наступают.

Одним из мощных инструментов MMANA, снижающих ошибки человека, является автосегментация. Установленные по умолчанию параметры автосегментации (seg=-1 DM1=400, DM2=40, SC=2 EC=1) позволяют не заботиться о сегментации в большинстве случаев. Но именно в большинстве, а не во всех. Тема сложная (это не только MMANA это в ЛЮБОМ NEC-овском моделировщике), желающих разобраться отсылаю на сайт W4RNL - там про это много чего полезного про это написано.

Автосегментация MMANA по умолчанию как правило обеспечивает точность расчёта резонансной частоты (входное сопротивление в общем случае считается менее точно, чем форма ДН - это относится ко всем моделировщикам метода моментов) не хуже 0,5% (на простых антеннах точность намного выше, на сложных - опускается до тех 0,5%). При повышенных параметрах автосегментации 800, 80, 1.01 и 16 (и Seg=-1) - уже лучше 0,1% (это относится к многоэлементным узкополосным Ягам). Цифры - не раз проверенные на практике.

Кстати метод, позволяющий самостоятельно понять достаточно ли сегментов, или надо добавлять - сравниваете результаты при текущей сегментации и потом временно сильно поднимаете параметры автосегментации, например до 800, 80, 1.001, 16 (или еще больше ставите).

Если результат почти не поменялся, значит у Вас сегментов хватало, и можно вернуться к имевшимся установкам. А если результат заметно поменялся, то значит сегментов не хватало, и их надо добавлять.

Несколько типичных случаев когда стандартной сегментации не хватает:

- короткие отрезки линий менее 0,05l, (тут еще можно не автосегментацию, а просто руками поставить десяток-другой сегментов на коротком проводе).

- близко расположенные параллельные провода (или провод параллельно земле - как в антенне Бевереджа).

- несколько параллельно включенных проводов (несколько inv V например).

- любая многоэлементная узкополосная антенна.

- наличие пучности напряжения не на концах провода (гармониковые антенны).

Вывод: в сложных, многоэлементных, узкополосных антеннах к сегментации надо подходить осторожно и с умом. Готовых рецептов нет. Процесс творческий. Наличие понимающей суть процесса головы на плечах совершенно необходимо.

 

В сервисе MMANA при расчетах L,C на линиях, предлагаются два типа 50-ом коаксиального кабеля RG-58A и RG-58A/U - хилого, дохлого и малоприменимого в антенной технике. Может быть в одной из позиций опечатка? и где-то имелся в виду RG-8?

Есть две новости, одна плохая, другая хорошая. Плохая - там все правильно и даны две разновидности RG58, а RG8 нет. Хорошая - верхняя самая строчка в меню выбора кабеля называется "User" и если его выбрать активизируются окошки ввода параметров линии. И достаточно там руками поставить параметры любой линии (хоть того же RG-8) и все посчитается. Причём параметров-то всего два, и как минимум один из них (волновое сопротивление) известен заранее, а второй (коэффициент укорочения) можно или глянуть в хорошем справочнике, или просто измерить (по первому четвертьволновому резонансу отрезка нужного кабеля).

Впрочем можно и этого не делать, если Ку совпадает с Ку какого-нить кабеля, уже имеющего в списке (а там для полиэтилена и фторопласта и R 50\75 Ом есть). Может даже тот же RG-58 подойти. Как ни странно (хотя если вдуматься и не очень) L и C кабеля НЕ ЗАВИСЯТ от его диаметра (при одинаковых R и Ку). Я как-то всегда находил что-то подходящее из имеющихся в списке.


Что она такое насчитала? Интерпретация результатов

При вертикальной поляризации и реальной земле MMANA дает усиление по отношению к изотропу децибел на 3-6 меньше, чем в аналогичной антенне с горизонтальной поляризацией.

Это сложение двух волн - изученной антенной, и отраженной от земли. В зависимости от высоты как раз 3...6 дБ и набегает. Взаимодействует же с землей горизонтальная и вертикальная поляризация по разному. Отого и набегает разница.

Есть плюсы, как то - пониже угол излучения, но вот с Ga вопрос...

Корректно бы сравнивать не Ga вообще, а ДН в горизонтальной плоскости, построенную для фиксированного и малого (скажем 5 град) зенитного угла. В закладке ДН нажать кнопку Установить зенитный угол и поставить угол, (по умолчанию там автоматом выбирается угол соответственно макс уровню излучения, что не всегда удобно), сохранить эту картинку (Файл- Сохранить ДН), и потом открыв другой файл, и построив его ДН для такого же угла сравнить эти ДН (Сервис - Сравнить), наложив их одна на другую, все будет видно. То есть сравнивайте не Ga в направлении макс излучения (как считает программа), а уровни излучения под нужными углами.

 

Везде пишется, что входное сопротивление WINDOM на разных диапазонах близко к 300 омам. А здесь?!

..и это только одна из многих благоглупостей кочующих по любительской литературе. Нет у него постоянного сопротивления 300 Ом по диапазонам, и быть не может.

Далее я решил сравнить с результатами по программе EZNEC (v3.).
На частоте 7.05 - 166.2 - j 122.4
На частоте 3.51 - 88.47 + j 0.69
ММАNA дает соответственно (при установках автосегментации -1 по умолчанию
400, 40, 2 и 1)
95+j21 при 25-ти сегментах
132-j9 при 47-ми сегментах.
Вопрос, почему разница, и кто врет? Ведь метод расчета и там и там одинаков?

Все дело в сегментации (те самые DM1 и т.д.). Точность метода моментов зависит от числа сегментов и способа разбиения. Есть определений предел, выше которого увеличение числа сегментов практически не повышает точность, а вот снижение числа сегментов от этого порога приводит к потере точности, особенно если в антенне присутствуют максимумы напряжения не на концах провода, и такой максимум попадет между далеко отстоящими сегментами (Виндом на всех диапазонах, кроме 80-ки).

Уплотним сегменты до невозможности - установим те самые DM1 DM2 SC EC

как 800, 80, 1.1 и 16, тогда получим :

3,51 МГц - 95+j16 - 149 сегментов

7.01 МГц 134-j12 - 191 сегмент.

Как видим цифры сопротивления почти не поменялись.

Запускаем EZNEC при типовой его сегментации

3,51 МГц - 85+j13 - 15 сегментов (5+10)

7.01 МГц 192-j32 - 15 сегментов (5+10)

.. некузяво....

увеличиваем плотность в EZNECе число сегментов

3,51 МГц - 91+j14 - 75 сегментов (25+50)

7.01 МГц 143-j24 - 75 сегментов (25+50)

.. уже гораздо ближе к результатам MMANA, но еще раз увеличим плотность сегментации в EZNECе :

3,51 МГц - 92+j15 - 150 сегментов (50+100)

7.01 МГц 139-j23 - 150 сегментов (50+100)

То есть очевидно, что вопрос исключительно в плотности сегментов. Видно также, что на 80 м, где антенна не имеет пучности напряжения в середине провода точность достигается при меньшем числе сегментов. Причем MMANA имея функцию переменной (уплотненной по краям провода) расстановки точек, заметно выигрывает в точности при одинаковом числе сегментов c EZNECом, где используется линейное разбиение на сегменты.


  

О такой антенне можно только мечтать! Но никто не верит в достоверность этих данных

И между прочим, правильно делают....Бесплатного сыра ныне не сыщешь и в мышеловке. Что бы антенна (любая) была однонаправленной надо соблюсти ряд условий:

1. Ее два соседние элемента надо разместить на расстоянии 0,1..0,25l. А при обещаемой пятикратной полосе, совершенно очевидно, что это расстояние в длинах волн меняется впятеро, и поэтому направленные свойства антенна может иметь от силы на трех соседних диапазонах.

2.Установить правильный сдвиг фазв токах элементов . Это кажется возможным (фазовращателем), но длине-то элементов в лямбдах меняется катастрофически! И на ВЧ, где она становится длиннее волны и появляются противофазные токи НИ ПРИ КАКОМ СДВИГЕ ФАЗ НЕЛЬЗЯ ПОЛУЧИТЬ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Тем более при столь высоком обещаемом подавлении назад.

3. Согласовать получившиеся входные импедансы с линией питания. Подумайте сами - во всех пяти диапазонах сразу, одним простейшим CУ, которое к тому ж и фазу крутит - это возможно? Это трудная задача даже для ненаправленной многодиапазонной антенны...

Вот я и хотел посмотреть, что скажет по этому поводу MMANA.

Правильно. На моделировщик не давит ничей авторитет, он считает распределение токов в пространстве, исходя из заданной геометрии проводов. Поскольку нет привязки к каким-то типам антенн и формулам, а берется только ток в каждом сегменте и считается влияние на него токов от всех других сегментов у моделировщика нет предпочтений и ошибок связанных с нестандартным видом антенны.

Почаще заглядывайте в готовые файлы антенн, там много поучительного. И напоследок - многие старые и как бы "заслуженные" конструкции не выдерживают проверки моделированием (в любом серьезном моделировщике) и на деле оказываются не то чтоб совсем ерундой, но где-то около того, как тот пресловутый двойной квадрат G4ZU, например. Интересующая Вас антенна - из той же оперы. Если б такое направленное вседиапазонное чудо с электрическим вращением ДН действительно существовало, оно б давно выпускалось у буржуев бы промышленно, и шло бы нарасхват.

Чего однако не наблюдается. И объяснять почему, наверное, не надо... Но не расстраивайтесь - было б хуже, если б Вы все это в железе сделали.

  

Графический вывод ДН растянутыми частями не предусмотрен. Только через через табличку углы\усиление - там все что угодно. Задав нужный, сколь угодно мелкий шаг изменения. Причем удобнее сделать две отдельные таблицы - в первой запретить изменение азимутального угла (задав Шаг, и число Шагов равным 0, а Старт - требуемому азимутальному углу) и изменяя только зенитный угол с нужным шагом. Скажем установив по Азимуту: Старт 90, Шаг 0, Шагов 0, а по Зениту - Старт 10, Шаг 0,01 Шагов 2000, получите для азимутального угла 90 гр участок ДН в вертикальной плоскости от 10 гр с шагом 0,01 гр до 30 гр (2000 шагов х шаг 0,01=20 гр просматриваемого угла +10гр старт).

А во второй - наоборот, для фиксированного зенитного - просмотреть весь азимут с требуемым шагом (хоть 0,0001 градуса).Из неудобств- вывод частей градуса не в минутах, а десятых-сотых долях. В принципе выйдет та же табличка, которую вы снимаете в поле. Не так удобно как в графике, но все можно оценить-растянуть с любой точностью.

 

На закладке "Вид" кривые рассчитанного распределения токов отображаются двумя цветами: синим и красным. В чем различие "синих" и "красных" токов.

Цвет означает преимущественную поляризацию излучаемую данным проводом: синий - горизонтальную, красный - вертикальную.

 

У некоторых собственноручно введенных антенн получается большое реактивное сопротивление и КСВ соответственно прыгает за несколько тысяч, может нужны еще дополнительные установки?

Маловато данных для точного диагноза, но по симптомам очень похоже на вертикальную антенну с источником в начале провода (это все правильно), но приподнятую (в окошке "Высота" в закладке "Вычисления") над землей.

При этом естественно источник отрывается вторым проводом от заземления (которое суть вторая половина антенны) и естественно там получается входное сопротивление чрезвычайно большое - току течь некуда). Вертикальная антенна (если только Вы не нарисовали противовесы отдельными проводами), всегда должна иметь высоту нижнего конца НОЛЬ.

 

Как ввести модель многоэлементной антенны?

Антенна Уда-Яги. Выберите в главном меню "Файл" команду "Новый". В закладке "Геометрия" установите нужную частоту.

Затем перейдите (через закладку "Вычисления") в меню "Правка элемента", в закладку "Параметры". В первую строку таблицы, с помощью команды всплывающего меню "Добавить" введите элемент - это будет рефлектор. В соответствующих столбцах установите его ширину, радиус и сегментацию (минус 1).

Теперь пользуясь той же командой "Добавить" вставляйте новые элементы по одному , сколько надо (радиус и сегментация будут теми же, что и у первого, а размеры и расстояние она даже будет пытаться угадать, причем довольно точно). Далее вручную (в соответствии с вашим описанием) поправьте их ширину и расстояние между ними, которое она угадывала.

Затем надо вернуться в закладку "Геометрия" и разместить источник в центре вибратора. Всё, описание готово полностью.

Для того, чтобы сделать многоэлементный квадрат или дельты делается все то же самое, с единственным отличием - после добавления самого первого элемента выберите во всплывающем меню команду "Изменить форму элемента" и далее, из списка выберите требуемую форму (смотреть что вышло - на закладке "Вид"). И вместо ширины - введите его периметр. При добавлении последующих элементов они будут иметь ту же форму, что и первый.

 

1. Ни одна из классических "двойных квадратов" по Ротхаммелю не даёт в MMANA тех результатов, какие получились у авторов. Обязательно надо перестраивать, вплоть до сдвигания рамок. Особенно 2-е треугольники. У авторов размер между рамками на 20м. 4.34м, у меня при отношении фронт\тыл 25db - 2,7м, чуть ли не в два раза меньше!

2. Там, где авторы утверждают, что входное сопротивление антенны 50ом и запитывают соответствующим кабелем, КСВ намного ниже при запитке 75-омным. А если Rвх-75ом, то в MMANA приходится ставить 100 Ом.

Вот тут-то я и засомневался. Неужели у стольких радиолюбителей, маститых, чьи ант. популярны, повторены многими другими, выверены практикой и многолетней эксплуатацией и такие вот недоразумения? Ну, ладно, у наших советских, российских, приборов не было, всё в основном самодельное и компьютеров тогда не было, но я ж и американские смотрел.

А может я зря сомневаюсь. Ведь, практически ни один автор не указывает высоту, а я смотрел характеристики для своих условий, при мачте 14м.

Вы в целом абсолютно правы.

1. Данные по QQ в р\л литературе большей частью относятся к антеннам низко расположенным (около четверти лямбды).

2. То что приводится по QQ в Ротхаммеле....Ну не то, чтобы совсем бред, но скажем мягко не вполне точно (например в Ротхаммеле совершенно ошибочно утверждение, что максимальное усиление выходит при 0,2l между рамками. На самом же деле этот оптимум 0,12l.

Честные данные по входному сопротивлению и усилению QQ (напечатанные задолго до появления MMANA!) приведены в Беньковском и Липиньском (стр 354, рис 5.126 в и г). Очень советую, при возможности внимательно их посмотреть (там же приведены и корректные графики по усилению).

Там приведено, что при высоте 0,5l два квадрата имеют входное сопротивление 50 Ом при 0,1l расстояния, 75 Ом - при 0,125l>, 85 Ом - при 0,15l, и более 110 Ом - при 0,2l.

Вот и смотрите кто прав.

3. Насчет зарубежных НАМ-ов. Ну во первых их средний технический уровень, мягко говоря оставляет желать много лучшего. Использование только готовых конструкций часто отучает думать самому.

Но, к счастью, не всех. Вот кусок из статьи CUBICAL QUAD ANTENNAS By: John K. Agrelius, KM6HG:
"One final note - when building a Cubical Quad with only two elements, the characteristic impedance of the antenna will be not well above 50 ohms. Their are several ways to compensate for this. Two of the easiest ways are to either decrease the spacing between the Driven Element and the Reflector (about one half of what the printout recommends) or to use a 1/4 wavelength piece of 75 ohm coax as a linear transformer to feed the antenna with. The rest of the feedline would still be 50 ohm coax. For HF, the best way is to use a Balun."

В двух словах предыстория: в статье описывается проектирование 2...5 элементных квадратов на 50 МГц (значит влияние земли явно невелико), с расстоянием между рамками по 0,15...0,18l. И вот в этом отрывке он пишет, что если только два элемента, то входное сопротивление не будет 50 Ом, и надо либо ополовинить расстояние между рамками, либо ставить либо четвертьволновый согласующий кусок в 75 Ом (значит на том конце 100 Ом!), либо использовать согласующий трансформатор на феррите. Вам это ничего не напоминает из того что Вы получили?

4. И еще одно соображение. Если бы 2 элемента имели бы 50 Ом, то чтобы тогда должны были иметь 3...4 элементные квадраты? 20..30 Ом? А на практике, как раз трех- четырехэлементные антенны и имеют около 50 Ом входного. Гляньте очень популярную конструкцию UH8CT (там по 3 на 14 и 21 и 4 на 28 Мгц ), или посмотрите брошюрку UB5LCV, 3...4 элементных квадратов там описано много, и все они питаются кабелем 50 Ом. А если "отломать" директор(а), то входное сопротивление явно повысится, и намного. Что и имеет место быть.

5. Входное сопротивление QQ зависит еще и настроек - оно меньше при настройке на макс усиления и больше, при настройке на максимальное подавление назад.

6. Такие же данные по входному сопротивлению QQ выходят и при моделировании их другими программами.

И в заключение. Ошибок, и устойчивых заблуждений в р\л практике, увы, немало. Про входное сопротивление квадратов - это из их числа. На самом деле 50 Ом при 0,15l, и 75 Ом при 0,2l получаются только при низко висящих QQ - тот же график 5.126в в Беньковском и Липиньском на стр. 354 дает это при высоте подвеса чуть большей четверти лямда. Вот и ответ.

 

Если поставить источник в начало провода длиной пол волны, то при вычислении в свободном пространстве получается Z = 1370,62 - j 27509,8. При добавлении к торцу короткого отрезка и постановке источника в его центр получается Z = 1742,12 - j 120058,0 ом. Сегментация стандартная и автоматическая. Мне не понятно, почему так выходит и какой результат правильный. Или, может оба неправильные? Тогда как в этом случае получить правильный результат?

Оба правильные. Но вопрос тут непростой. Принято считать, что входное сопротивление диполя в полволны резонансно. И оно почти всегда так. Но именно почти. Если Вы сделаете точечный источник (скажем ТХ на батарейках и маленький), и всадите его в самый конец (или почти в конец) полуволнового диполя, то вх сопротивление последнего будет совсем не резонансным!

И причина тут в том, что току со второй клеммы источника решительно некуда течь - он висит в воздухе! И если к нему не присоединить никакой железяки, которая сможет принять небольшой ток (равный току самой антенны), то входное сопротивление именно таким как показывает MMANA и будет! С очень большой емкостной составляющей (наличие которой, кстати и сообщает вам, что цепь питания антенны разомкнута).

В реальных полуволновых диполях питаемых с конца току этому всегда есть куда утекать. Например в J-антенне и Цепелине этот ток утекает по линии согласования (то есть токи в обеих проводах линии немного не равны, и разница эта как раз и есть этот утекающий с антенны ток). В полуволновом диполе питаемом с конца через контур этот ток утекает по наружной стороне оплетки коаксиала.

Поскольку ток это весьма мал, то даже небольшой провод может сыграть роль противовеса и принять его. Подробности тут.

 

О перекосе ДН диполя при питании коаксиалом без симметрирующего устройства.

Вопрос решается минут за пять при помощи рисования трех проводов в MMANA.

Итак. Диполь, коаксиал перекос ДН. От чего, и как изменится ДН? Причин перекоса две:
Одна - много раз тут названа - ток в плече с центральной жилой больше.

Вторая - величина тока, текущего по оплетке сверху. Зависит от длины кабеля и его расположения.

Суммарная ДН определяется ТРЕМЯ токами - два по плечам диполя и третий - по оплетке кабеля. Поэтому (что совершенно естественно) ДНзависитот того, как тот кабель относительно диполя располагается.

Термин "косит", кстати совершенно не передает суть дела. Поизменяйте самостоятельно положение третьего провода - при одних положениях кабеля она будет перекашиваться, при других лепестки будут "сдвигаться" друг к другу (типа направленности), при третьих будет меняться только форма и только одного лепестка. Два вложенных файла symmetry test RW3FO.maa и symmetry test-1 RW3FO.maa отличаются только положением 3-го провода - просчитайте их и посмотрите. В файле-модели (tnx RW3FO за идею и дельную статью в комментариях к файлу) принят случай наибольшего тока в коаксиале (он симулирован лямбда\4 проводом). Реальные токи по оплетке, конечно меньше. Кто хочет "пойти на принцип" - нарисуйте вместо третьего провода весь ваш коаксиал, и заземлите его у ТХ.

В этом же файле (меняя реактивность нагрузки) можно изучить как будет меняться токи и ДН при включении симметрирующего устройства. Кроме того, искажение ДН сильно зависит от высоты подвеса антенны (включите на просмотре ДН сумму V+Н).)

Поэтому теоретические построения "куда косит ДН" мягко скажем, не того..... ДН-то совсем необязательно косит, она может и по-другому меняться. Всё зависит от длины и положения в пространстве коаксиала

И ответ на вопрос, куда же она "косит" ДН зависит от величины тока в коаксиале и его положения относительно диполя. Пару частных случаев:

- при отводе кабеля горизонтально и точно назад ДН поворачивается и лепесток со стороны коаксиала немного искажается по форме.

- при отводе кабеля точно вниз ДН перекашивается (оба лепестка) - в сторону плеча, к которому подключена ОПЛЕТКА.

Всё вышесказанное легко проверяется в MMANA изучением вложенных файлов.

 

Об активном питании

1. Вещь это сложна не только в моделировании, но и в жизни.

2. Самому фазы и напряжения вертеть совершенно незачем - автомат же есть. Оптимизация называется. Описываете в таблице "Изменяемые параметры" все амплитуду и фазу каждого источника отдельной строкой, затем для симметричных источников (т. е. для тех, которые явно будут одинаковыми) устанавливаете кооперацию ( чтобы их параметры одинаково при оптимизации менялись) и жмете кнопку "Старт".

3. Отрицательное сопротивление источника, с чем его едят? Цитата, из книжечки UR5LCV "КВ антенны с вертикальной поляризацией: "Отрицательная активная часть входного сопротивления элемента активной системы, означает, что данный элемент поглощает энергию излучения других элементов системы, и возвращает её в свою линию питания". Т.е. элемент не отбирает от линии энергию, а наоборот её туда вкачивает отбирая ее из поля антенны. Ситуация весьма частая в активных антенных системах. Ясно , что сумма энергии возвращенной в линию элементами с отрицательным активным сопротивлением МЕНЬШЕ суммы энергии излученной пассивными элементами. Причем (если считать КПД=1), как раз на величину мощности передатчика.

4. Нюанс MMANA она работает с амплитудами и фазами напряжений, а в большинстве книг по активным системам указывается фазовый сдвиг ТОКОВ элементов. Ясное дело, что на комплексном входном импедансе элемента фазы тока и напряжения не совпадают. Поэтому данные MMANA отличаются от обычно приводимых данных. НО это отличие не в сути, просто ОДИН И ТОТ ЖЕ источник описывается в разных терминах (тока или напряжения), но физически - ЭТО АБСОЛЮТНО ОДИН И ТОТ ЖЕ ИСТОЧНИК. Так получены файлы Sloper 80-5-1.maa и Sloper 80-5-2.maa.

Если забыть как страшный сон активное питание каждого элемента (грамотно выполнить которое ой как непросто, а настроить и того хлеще), и обратится к традиционной системе слоперов, где питается в каждый момент времени только один, а остальные отключены, то получим примерно такую картинку:

Питаемый элемент один, а в середины остальных, завороченные на конце (у мачты) кабели вносят индуктивное сопротивление. И поэтому работают они как пассивные элементы-рефлекторы. Так вот и получен файл модели системы пассивных слоперов. Нюансы:

1. Нагрузки по 5 мкГн, включенных в пассивные элементы - это где-то 10 м закороченного 50-ти омного кабеля (уточните расчетом в Сервис- Сервис и Установки- L, C из кабеля).

2. Подавление назад, поменьше, чем у активной системы, но это и понятно - смысл активного питания как раз в том, чтобы получить оптимальное амплитудно-фазовое распределение тока по элементам, а при пассивном питании возбуждении пассивных элементов происходит полем антенны, произвольное значение тока и его фазы поставить не всегда возможно физически. Особенно при искаженных от исходной Яги формах антенн (наклонных, изогнутых, и .т. п.)

3. Подавление назад зависит от проводимости земли под антенной. Поэтому в файле стоит идеальная земля - поставьте свою.

4. Можно заметно улучшить подавление назад, если не делать все нагрузки одинаковыми, а боковые сделать меньше чем задние, по крайней мере тут есть над чем поработать.

Все упомянутые в этом письме файлы - не догма и не законченные конструкции, а лишь иллюстрации, как подобные системы моделируются в MMANA.

 

Об одном забавно-полезном применении MMANA на практике. Сразу оговорюсь, что все написанное ниже полезно только счастливым владельцам ВЧ-моста. Кстати - всячески советую купить или сделать - приборчик экономит кучу времени и нервов при настройке антенн.

В MMANA потребуется только одно окошко Сервис-Сервис и Установки- СУ на линиях 1, и то только его верхняя половина Согласование и трансформация одним отрезком линии.

Идея вот в чём - померить ВЧ-мостом непосредственно антенну в точке подключения кабеля далеко не всегда возможно физически. А измерения через кабель дают черт знает что за счет трансформации комплексного импеданса антенны кабелем.

И вот тут приходит на помощь вышеупомянутое окошко MMANA. Зная длину кабеля (и не забыв пересчитать её через коэффициент укорочения в электрическую) и измерив ВЧ мостом импеданс внизу кабеля можно ввести полученные данные в упомянутое окно и получить ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ИМПЕДАНС АНТЕННЫ В НЕДОСТУПНОЙ ИЗМЕРЕНИЯМ ТОЧКЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ КАБЕЛЯ.

Сделав несколько измерений-пересчётов в диапазоне частот можно найти действительную резонансную частоту антенны (где ее реактивность = 0), причём эта частота совпадает с минимумом КСВ только в случае если активное сопротивление антенны равно волновому кабеля. А если не равно - то и не совпадает, поэтому настройка антенны только КСВ-метром внизу у ТХ часто дает неудовлетворительные результаты.

Пример из жизни как и зачем всё это может пригодиться.

Ставил одному HAM`у GAP TITAN. И это самый GAP TITAN на 40-ке и 80-ке работал неважно, поэтому пришлось ниже его с мачты вниз между домами и кустами-деревьями пустить пару четвертьволновых слоперов на 40 и 80 (причем последний и не поместился целиком, его конец пришлось загибать вбок).

Сороковочный слопер настроился с хорошим КСВ, а 80-й выкинул такое коленце - на 3,5 и 3,9 (при соответствующем изменении его длины конечно) он имел КСВ менее 1,3. А при настройке на требуемые заказчику 3,7 МГц КСВ поднимался до 1,7 и никакими изменениями длины слопера не снижался. Дело было в том, что и GAP TITAN был настроен на 3,7 МГц и поскольку расстояние между антеннами было совсем никакое (слопер прямо под штырем), то за счет связи по полю он резонировал и изменял сопротивление слопера.

Отключение кабеля GAP TITANа тоже не помогло. А заказчику был нужен именно 3,7 для разговоров внутри Германии.

Измеренный ВЧ мостом через кабель импеданс у ТХ оказался:

Ztx1 = Rтх1 + jX = 80 - j12 Ом.

Физическая длина кабеля 15 м, коэффициент укорочения полиэтиленового кабеля 0,66, значит электрическая длина 15/0,66=22м. Длина волны 300/3,7=81,08м. Значит длина кабеля в лямбдах 22/81,08= 0,2713l (почти четвертьволновый трансформатор).

Вводим в MMANA:

Ri = Rtx1 = 80 Ом

Xi = Xtx1 = -12 Ом

длина кабеля 0,2713l.

И тут же получаем, что на другом конце кабеля имеется Za1 = 30 + j0 Ом сопротивления.

Удлинив слопер на метра на два и снова измерив мостом импеданс у ТХ намерил уже:

Ztx2 = Rтх2 + jXtx2 = 30 - j25 Ом.

После ввода его в MMANA получаем, что антенна имеет сейчас импеданс:

Za2 = 38 + j35 Ом.

Хорошо, будем дальше тянуть активную часть её входного импеданса к 50-ти Омам.

Еще метра полтора добавим к длине... Измеряем:

Ztx3 = Rтх3 + jXtx3 = 12 - j15 Ом.

После пересчёта в MMANA это дает:

Za3 = 49 + j83 Ом.

КСВ при этом около 5-ти, но не страшно, главное Ra стало около 50-ти Ом, а jХа можно скомпенсировать. Беру конденсатор в сопротивлением на 3,7 МГц в -j83 Ома (выходит 517 пФ, старый КСО на 510 пФ сойдет) и лезу с ним на крышу, к точке питания слопера, и включаю его между 80-м слопером и питающим кабелем. Измеряю сразу КСВ=1,3! Небольшая подстройка длины слопера (уже по КСВ-метру) дает КСВ=1,1

Я бы НИКОГДА не настроил бы эту антенну не будь у меня ВЧ моста и калькулятора импедансов MMANA. Думаю что похожие ситуации (когда антенна на резонансе имеет КСВ заметно выше 1 и "не строится") не так уж и редки. Вышеприведенная метода позволит их разрешить.

 

О влиянии токов в по наружной стороне оплетке кабеля на ДН. На картинке ниже дано сравнение ДН одного и того же простого четвертьволнового GP на 28 МГц с тремя четвертьволновыми же противовесами , но разное питание. Высота штыря - 10,5 м над землей. Смотрите:

1. Черная - штырь без учета токов в кабеле (идеальный вариант).

2. Коричневая - тот же штырь, но запитанный коаксиалом длиной 10,5 м. Дальнийконец коаксиала - заземлен. Длина оплетки резонансна. Видно что ДНизменилась, причем изрядно.И что ток по оплетке того кабеля идет изрядный тоже видно.

3. Зеленая - то же самое, что и п.2, но установлено симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого четвертьволнового мостика, не пускающее ток по оплетке ниже себя. Видно, что ДН почти совпадает с первым случаем.

В ситуации, когда длина кабеля кратна полуволне ток оплетки кабеля (если нет симметрирующих устройств) может достигать больших значений, а поскольку кабель идёт вниз, мимо другой аппаратуры, то вероятность помех возрастает. Длина кабеля может оказаться резонансна и для гармоники, что приведет к её повышенному уровню.

 

Осмелюсь предложить еще один метод расчёта гамма-согласования.

1. Запускается MMANA и примерно рисуется нужная антенна с гамма- матчем. Например тот же GP. Не от балды задаются диаметры трубок мачты и гаммы (те что есть под рукой) и высота мачты (считается, что антенну Вы уже все-таки знаете). В первом аттаче и приведен пример такого, от потолка нарисованного файла. Rвх там ом 90 с какой-то реактивностью. Перемычка гамма-согласования -это провод 3.

2. Открываем оптимизацию, объясняем, что хотим КСВ (движок вправо до упора) и пишем три строки в таблице:

Провод 3 Z1 0

Провод 3 Z2 1

Нагрузка 1 С 0

В переводе с машинного на русский мы сказали автомату - дергай по высоте как хочешь провод 3 (перемычку гаммы), только оба его конца одновременно (1 в поле кооперации во второй строке Z2 изменять также как и первую строку - Z1, то бишь), и конденсатор крути как знаешь, а сделай мне КСВ 1.)

Секунд через несколько машина выдаст ответ - и какая высота гаммы, и какой конденсатор ( во втором аттаче). Кроме всего прочего этот метод позволяет согласовывать и НЕРЕЗОНАСНЫЕ ЗАЗЕМЛЕННЫЕ вещи (например, уже существующие трубы, к которым хочется "прицепиться" и "завести" их как штырь).

Осмотритесь по сторонам, возможно где-то рядом стоит чья-то чужая заземленная труба и только ждет не дождется , чтобы Вы ее "завели" её как штырь. Хотя бы на время, на выезд, или на тест.

 

Сейчас посмотрел в mnana , Сервис - Согласование- СУ на линиях 2. Не совсем только понял "окончательный диагноз". То бишь расшифровку результата в колонках двух вариантов?

1. Нагрузка ZL - это импеданс антенны, каким он вышел в расчете (можно конечно и руками вбить свой какой хочется).
2. Окошко "Линия" - описание линии, отрезки которой будут использоваться для согласования - ее волнового Zо и коэффициент укорочения. Что будет использоваться - то и описывайте - хоть двухпроводку, хоть коаксиалы.
3. Zi - это то, что Вы хотите получить после согласования 50 Ом например.

Два окна решения (Вариант 1 и Вариант2) потому, что при некоторых сочетаниях ZL, Zo и Zi возможно два равноправных решения - выбирайте какое больше понравится (обычно то, где линии короче выходят). Иногда возможно только одно решение (тогда второе окно останется пустым с надписью "none"). А иногда и ни одного ( написано "none" в обоих окнах ) - значит такой вид согласования при данном сочетании ZL, Zo и Zi невозможен (обычно помогает изменить Zo).

Расшифровка результатов:
1-я строка , описание линии L1 (см. рисунок) - длина в лямбдах (wl - wave length) и в сантиметрах (физическая, с учётом коэфф укорочения).

2-я строка ZS - импеданс на выходе линии L1 (при отсутствии линии L2), то бишь во что трансформирует импеданс нагрузки ZL линия L1.

3-я строка XS - показывает какое реактивное сопротивление надо подключить параллельно ZS, чтобы достичь согласования (иными словами - какую реактивность должна иметь линия L2)

4-я строка*. L2s - описание линии L2 для случая, когда её дальний конец закорочен (индекс s после L2 и означает: short-закорочена). Длина в лямбдах (wl - wave length) и в сантиметрах (физическая, с учётом коэфф укорочения).

5-я строка*. L2o - описание линии L2 для случая, когда её дальний конец разомкнут (индекс o после L2 и означает: open-"открыта"). Длина в лямбдах (wl - wave length) и в сантиметрах (физическая, с учётом коэфф укорочения).

6-я какое Zi вышло после согласования.

*Примечание: Из 4-й и 5-й строк выбираете, что-то одно, что Вам удобнее (как правило, то что покороче).

Кстати, согласование двумя отрезками линий способ весьма хороший, и полузабытый на мой взгляд совсем незаслуженно.


Точность моделирования

Вычислительной основой MMANA (кстати, так же как и EZNECa) является MININEC Ver.3, который был создан для целей американских ВМС Washington research institute и является признанным лидером программ антенного моделирования. Так что вычислительное ядро писалось не для любительских целей, а для профессиональных. Исходники MININECа, кстати лежат свободно - желающие могут последовать примеру JE3HHT и написать на их основе свою программу.

Математическая основа MININECa - метод моментов, суть которого сводится к разбиению каждого проводника антенны на точки (сегменты) и вычислению в каждой точке тока как собственного, так и наведенного от всех остальных сегментов.

То есть рассчитываются не какие-то формулы из учебников по тем или иным видам антенн соответствующие знаниям программиста, а вопрос берется в абсолютной плоскости - комплексный ток в каждой точке - как "свой родной", так и наведенный от каждой другой точки. Естественно, что если точек много - точность результата будет очень высока (а если бесконечно много - то точность будет абсолютной) и совершенно не будет зависеть от того какая именно конфигурация проводов рассчитывается.

Огромное количество математики - количество вычислений = число сегментов факториал. Запустите антенну с 1000 точек на гигагерцовом компьютере, и увидите, что и он не все быстро считает. Реально есть разумный компромисс числа точек (та же автосегментация в MMANA, при Seg=-1), когда более чем достаточная для практических целей точность достигается при разумном количестве точек.

...поэтому конечный результат, полученный при применении той или иной программы, зависит от тех (результирующих) данных, которые данный автор программы заложил в алгоритм программы (или в базу данных)

Не автор закладывает в программу описание земли, а пользователь. И тут, безусловно, неизбежны упрощения и допущения.

Надо иметь в виду при моделировании что, метод многомерных матриц может дать очень точный результат в расчете антенны. И как правило и дает его, но ... только в свободном пространстве или над идеальной землей. Над землей же реальной, даже если описать ее как набор из разных кусков с разными потерями и проводимостями точность расчета гадательна. Причем точно в той же самой степени, в которой гадательно (мы ж не можем всю свою землю измерять, каждую железяку в бетоне учесть ) описание земли заданное пользователем в программе.

Увы, программа не может посчитать то, что есть на самом деле, если вы ей не объясните, что же есть на самом деле у вас с землей. А задача эта в большинстве случаев невыполнима (ну не знаем мы точно что у нас за земля!) поэтому приходиться довольствоваться приближенными описаниями. Еще раз повторю - задача описания реальной земли - задача чрезвычайно сложная, но это не задача антенных моделировщиков - это необходимые им исходные данные для расчёта. Ну не может моделировщик учесть то, что пользователь не ввел в данные для исходного расчета!

Вывод - результат работы моделировщика это скорее ориентир, показатель возможности, что антенна может в принципе так работать, как рассчитал моделировщик. А реальную антенну, конечно придется настраивать. Причем тем больше, чем больше вокруг антенны "неучтенного" железа и не совпадающей с введенной в программу землей.

Но, в отличие от метода "научного тыка" (когда непонятно почему не получается то ли из за ошибок в настройке, то ли в принципе антенна как мы хотим не может работать) делается такая настройка уже со знанием, что известный нам по расчету результат достижим.

 

Если взять одни и те же размеры антенны (4 эл. яги, например) и просчитать их тремя- четырьмя известными программами, то результаты никогда не совпадут. Я пробовал не раз и не одну Ягу.

Два момента.

1-й есть немало программ считающих откровенно криво (то есть они неплохо считают определенный тип антенн, но вот шаг в сторону и такое начинается...). Они, как правило, базируются на формулах по расчету данного типа антенн и эмпирических данных.

2-й. На корректно работающих программах точность зависит от числа сегментов и способа сегментации. Подсчитайте в одной программе одну и ту же антенну при разном количестве сегментов и разных способах сегментации - увидите как это влияет.

К слову наиболее распространенная ошибка в моделировании антенн NECовскими методами, это неверное разбиение на сегменты. В MMANA этот вопрос решен просто - пока не разберетесь досконально используйте автосегментацию (устанавливайте значение Seg равным минус единице), что в большинстве случаев обеспечивает приличную точность при отсутствии ошибок. При этом устанавливается режим переменной длины сегментов: их длина плавно уменьшается от максимума в l/DM2 в центре провода до l/DM1 по его краям.

...полученный результат повторюсь, от той или иной программы), зависит от степени знаний программиста, как антенщика, и от базы данных, заложенной в программу.

В NECовских методах НЕ ЗАЛОЖЕНА НИКАКАЯ экспериментальная или теоретическая база данных по антеннам (что, кстати и обеспечивает их универсальность). Есть числовой метод расчета взаимно наведенных токов, который на сегодняшний день не имеет конкурентов и используется во всех известных мне серьезных программах.

 

Нужны аппроксимации. А степень аппроксимации зависит от конкретной программы, или нет?

Это вопрос философский, выходящий за рамки компьютерного моделирования. Насколько вообще антенна сделанная (или рассчитанная на компьютере, или срисованная из журнала, в данном аспекте все едино) в одних условиях изменит свои свойства при переносе ее в другие? Ясно, что коммерческие антенны рассчитываются и изготавливаются для неких усредненных условий.

И столь же ясно, что в каждом конкретном случае эти условия не будут в точности совпадать с заложенными при проектировании\изготовлении. Однако понятно, что степень отклонения параметров антенны от заложенных изготовителем будет невелика (если конечно антенна не находится в каких-то абсолютно уникальных условиях), и в принципе подстройкой антенны ее можно привести к заданным параметрам. Степень этой подстройки зависит от отличия конкретно Ваших условий от усредненных.

На мой взгляд, самое полезное что можно получить от компьютерной модели антенны - это:

1. Знание того, что данная, только для вашего случая подогнанная конфигурация проводов (учитывая отдельно стоящие железяки типа мачт других антенн поблизости) может обеспечить ТАКИЕ (рассчитанные) параметры.

2. Размеры антенны, грубо говоря с 1..2% точностью (зависит от числа точек и от несоответствия реального окружения расчетному). То есть попасть, в "зону настройки". А дальше.... настройку антенны еще никто не отменял.

Согласитесь, есть ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ разница между проектированием и настройкой антенны "вслепую" (то есть, без предварительной модели ), когда совершенно непонятно почему не получается - то ли пока (из за ошибок в настройке) просто не удалось ее путно настроить, то ли антенна в такой конфигурации В ПРИНЦИПЕ не способна дать того, что мы от нее хотим.

 

Многообразие существующих моделей антенн, предложенных радиолюбителями в различное время, показывает неоднозначность ответа на этот вопрос. У каждого своя конфигурация (допустим, 6 ел. yagi) и длины элементов. Пусть влияние окружения даёт каждому свои поправки, но большое различие в расстояниях между элементами показывает, что единой модели пока не получено.

Дело в том, что (отвлечемся временно от различия внешних условий) задача проектирования Уда-Яги с заданными параметрами и числом элементов - имеет МНОЖЕСТВО РАЗНЫХ И РАВНОЗНАЧНЫХ РЕШЕНИЙ (а не одно идеальное). А уж если допустить небольшие вариации основных параметров - то тут просто море РАЗЛИЧНЫХ решений (например, пооптимизируйте ту же Ягу на несколько процентов меняя установки цели, и\или фиксируя один или несколько размеров). Отсюда и многообразие конструкций.

 

А применяется там все тот же алгоритм MiniNEC, однако для более точного моделирования УКВ-антенн в поздних версиях была введена корректирующая опция "NEC frequency offset" (а вот в MMANA это, к сожалению, отсутствует.

А зачем?? То же самое (точность вычислений резонансной частоты) достигается более плотной сегментацией с уплотненной расстановкой точек - способ, кстати, намного более корректный. Благо ограничений точек на провод в MMANA нет.

Сравните меж собой результаты расчета в NEC4WIN со включенной упомянутой функцией ( которая по сути не уплотнение точек и повышение точности результатов вычислений, а тупой сдвиг частоты на основе усредненных экспериментальных данных) и в MMANA при Seg = -1, DM1 = 800 DM2 = 80 SC = 1,1 EC = 16, и реальную жизнь.



Другие моделировщики, сравнение

"Верить в наше время нельзя никому. Мне можно." (с) Г. Мюллер из к/ф "17 мгновений весны")

 

О различии разных программ. ... Кроме того, по разному учитывается "краевой" эффект - закон изменения токов на стыках провод - окружающая среда, провод большего диаметра - провод меньшего диаметра и т.д.

...и это одна из причин, почему в MININEC3 требуется больше сегментов для той же точности чем в NEC2.

Вот что по этому поводу пишет K6STI...

Одна ремарка, следует сделать изрядную поправку на то, что платный моделировщик K6STI базируется на NEC2, что не могло не сказаться - элемент рекламы таки присутствует.

MININEC has several inherent limitations.

Естественно. Как любая другая программа.
To begin with, the algorithm has a built-in frequency offset.

Эта глупость (вернее заштампованное упрощение), которая многократно повторена, в разных вариантах. Нет никакого "встроенного" сдвига частоты MININECа! Реальность вот какова: при недостаточной сегментации погрешность вычисления резонансной частоты всегда имеет знак "+" (в NEC4WIN даже введена "коррекция" - исключительно тупая, на конечном результате вычислений в частоту вводится некий усредненный "поправочный коэффициент"). Но погрешность эта резко падает до пренебрежимл малых значений с увеличением плотности сегментов!

The magnitude of the frequency-offset error varies with conductor diameter.

Да, это так.

It's small for very thin wires but increases rapidly as wire diameter
exceeds .001 wavelength. Frequency offsets from 0.25% to 2% (or more) have been observed for Yagi models with element diameters from .0001 to .01 wavelength. Above .01 wavelength, uncompensated MININEC models generally cannot provide useful results.

А вот тут не совсем так. Вернее совсем не так (те же УКВ Яги, с диаметром элементов 0,01 лямбды вполне точно считаются MMANA и повторяются на практике). Вышесказанный пассаж Брайена относится к относительно небольшой сегментации (старые программы на базе MININECA имели малый лимит сегментов и поэтому нельзя было повысить точность увеличением их числа), и там дело так и обстоит.

Но с ростом числа сегментов растет и точность (и при достижении некоторого порога она уже не повышается, величина этого порога - вещь отдельная). Поэкспериментируйте с многоэлементной УКВ Ягой 144 МГц cэлементами большого диаметра в MMANA: меняя сегментацию можно очень четко увидеть как исходный сдвиг резонансной частоты, достигающий 2 МГц при сегментации 0, снижается при переходе, к -1, и продолжает падать по мере увеличения параметров автосегментации.

Это любопытный и показательный эксперимент рекомендую всем, кричащим "о встроенном сдвиге частоты". При достижении некоторого порога (очень условно при сегментации -1 это примерно 80..100 сегментов на элемент)резонансная частота практически перестает изменяться и хорошо совпадает с жизнью.

Для начала, я рассмотрел случай, когда все элементы антенны были выполнены из провода одного диаметра. При этом в EZNEC была установлена равномерная сегментация по 33 сегмента на каждый элемент. Значения DM1 и DM2, установленные в MMane по умолчанию, давали слишком большую разницу с EZNECом как в абсолютных цифрах, так и в графиках изменения F/B, G, Zin от частоты. После установки в MMANe DM1 = 800, DM2=80, остальные значения по умолчанию, и применен таперинг сегментов (режим <>*), результаты, даваемые этими программами, совпали идеально.

Для проверки достаточности сегментации,я и в EZNECe и в MMANe увеличивал число сегментов в 3 раза. Результаты менялись во втором знаке после запятой, а графики изменения F/B, G, Zin от частоты совпадали идеально. Такое же совпадение результатов было и при изменении диаметров элементов, при этом MMANe было безразлично, из скольких проводов состоял элемент, и использовалась ли модель комбинированного провода, или элемент описывался в виде отдельных проводов.

Вот и я об этом же - сегментов надо больше в MININECe.

Вся идиллия закончилась, как только я стал составлять элементы из проводов разного диаметра. Тут то и проявился этот самый частотный сдвигв графиках изменения F/B, G, Zin от частоты. Причем, увеличение плотности сегментации, изменения законов таперинга в MMANe, давали отличие в разных результатах MMANовских расчетов во втором знаке после запятой, но при этом сохранялось очень значительное отличие от результатов, даваемыхEZNECом. Причем, расхождение было тем сильнее, чем сильнее отличались диаметры стыкуемых проводов.

Вот тут готов согласиться - сложный элемент, составленный из разных диаметров описывается менее точно. Хотя и NEC2 тут далеко не безгрешен - если бы моделировали им не резонансные вибраторы, а укороченные или удлиненные физически (настроенные СУ), то у NEC2 njöt бы вылезла изрядная (и бОльшая, чем у MMAMA) погрешность. Подробнее об этом - см. ниже.

Вот что по их поводу пишет K6STI:"Another problem with MININEC is model distortion for wires joined at an angle, or closely spaced wires".

Нет, это он о другом - о проводах, соединенных под под углом и замкнутых. Замечу, кстати, что поностью лечится увеличением чсла сегментов.

This geometry yields a frequency-offset error unrelated to that described above. The problem can cause inaccurate results for inverted Vs, groundplanes, V beams, and rhombics. The error is very large for parasitic arrays with bent wires like cubical quads. While this problem can bereduced byinternal compensation or by tapered segmentation.

Именно так - хорошая и плотная таперированная (-1) сегментация это решает.

it can't be eliminated entirely (particularly for wires at extremely acute angles). NEC2 exhibits no such problem.

Это не так. Реклама чистой воды. Да, в MININECe такая проблема есть, и решается она ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ уплотнением сегментов по краям у излома. Но такая же проблема присутствует и в NEC2! Просто она придушена до приемлемой точности уже при относительно небольшом числе сегментов. И только.Но одинаковая точность расчётов достигается. Но при разном числе сегментов. (Стоит иметь в виду, что MMANA, в отличие от других моделировщиков на базе MININECa имеет практически неограниченное число сегментов - 8000 это чрезвычайно много).

Both MININEC and NEC-2 accuracy suffers whenever wires of different diameter are connected. This means thatthey cannot accurately model connected structures like gamma or T matches whose function depends critically on diameter ratios. This limitation also affects tapered-diameter Yagi or LPDA elements.

Вот-вот, ОБА. А потому как несмотря на все декларируемые различия пользуются одними и тем же методом моментов, который (как вообще говоря любой метод) имеет свои ограничения.

Тут не сказано еще об одном чувствительном ограничении опять же ОБОИХ "моторов", а именно провода, длина которых менее двух диаметров КОРРЕКТНО НЕ МОДЕЛИРУЮТСЯ. Что создает например непроходимые (опять же - для обоих методов) трудности, например в моделировании петлевых УКВ вибраторов - коротко-толстые боковые стороны учитываются неверно (их правда влияние невелико, но тем не менее).

Всё именно так. Суть проблемы вот в чём - при моделировании реальной земли MININEC корректно учитывает параметры земли только при отражении от нее для вычисления ДН (то есть ДН-то он правильно считает). А для подсчёта импеданса он упрощает себе жизнь и вычисления принимая землю идеальной.

К каким проблемам это приводит на практике?По сути всего к двум:

1.Для низковисящих горизонтальных антенн занижается входной импеданс (проблема "лечится" элементарно - антенна поднимается над землей на дополнительную высоту, равную глубине проникновения ВЧ токов в эту самую реальную землю. По справочным таблицам. Неудобно конечно, но куда деваться.

2. У вертикальных антенн стоящих на земле, или невысоко приподнятыхв импедансе (только в импедансе, но не в усилении и ДН!) не учитываются потери в земле. Что приводит опять-таки к занижению импеданса и сужению полосы антенны (из-за меньших потерь - бОльшая добротность). Не лечится никак. Т.е. при моделировании вертикалов на земле надо "в уме" добавлять во входной импеданс сопротивление потерь в системе заземления.

3. Погрешность на вибраторах с переменным диаметром (подробности см. ниже.)

EZNEC с его NEC2 считалкой тоже страдает ограничениями. На некоторые чудеса мне случалось нарывался. Особенно это касается расчета входного сопротивления многодиапазонной антенны.

Могу подсказать, на чём он "ложится вовсе" - близко расположенные элементы с разными резонансными частотами (и входной импеданс и ДН!) - попробуйте посчитать на нём простенький Open sleeve - диполь на 20-ку, рядомс которым на расстоянии 10 см по обе стороны расположены диполи на 15-ку и 10-ку. Результат будет весьма странным. И еще есть вещи, которых он "не ест", но с которыми справляется MININEC.

Но никто ж не говорит, что NEC2 - игрушка, которой нельзя пользоваться:-). Можно, только (и кстати точно также как и в MININECe) надо понимать чего он может, а чего - не очень.

Но в общем и целом результаты им, EZNECом выдаваемые весьма близко лежат к практически полученным. Проверял в железе, и не один раз. Именно поэтому я стал сравнивать MMANу c EZNEC.

И в MMANA тоже рассчитаны многие сотни антенн, совпавших с жизнью "от и до".

Я ж говорю - весь вопрос в том, чтобы понимать ограничения каждого, и не пытаться кусачками забивать гвозди, а MININECом посчитать входное сопротивление диполя на 80 м висящего в 10 м над землей или укороченного штыря на земле без противовесов (вот ДН - пожалуйста).

А вообще-то я стал разбираться с MMANой, исключительно купившись на ее удобный интерфейс, и возможность этой самой оптимизации.

Интерфейс хорош. А оптимизация, кстати везде более менее одинакова. И везде ее результаты не абсолютны.

На мой взгляд основная функция антенного моделировщика не столько выдать готовый с точными размерами проект антенны (ясное дело это невозможно даже при некоем абстрактном иабсолютно идеальном моделировщике - все равно корректное описание данной земли и данной местной обстановки задача для радиолюбителя невыполнимая практически хотя бы потому, что всех параметров окруженияне измеришь.

Поэтому речь может идти ТОЛЬКО об относительно приемлемой точности расчётов), скольковозможность "поиграть" проводами, подгоняя их под свое пространство, и изучить как и почему какие параметры у антенны меняются, понастраивать ее на экране.

Чтобы понятьчто и от чего зависит, изучить закономерности именно "своей" антенны (вот сейчас сделал для проект очень нестандартно укороченной и изогнутой "по местности"Инв V на 160 м для нестандартной и маленькой крыши)) которые нигде не прочтешь, потому как никто не в силах описать все возможные антенны,что позволит в конечном итоге ОСМЫСЛЕННО выполнять настройку реальной антенны.

И с ТАКОЙ точки зрения "глюки" NEC2 c близкорасположенными разночастотными вибраторами и многодиапазонными антеннами, на мой взгляд намного нетерпимее систематической ошибки MININECa. Согласитесь - есть разница: получить "полное не то" или "то что надо, но с небольшим сдвигом по частоте".

 

Долго и нудно разбирался с чудесами несовпадения резонансных частот в MININECe (ELNEC, MMANA, NEC4WIN) и NEC2 (EZNEC, кроме первых версий). Разобрался. Докладываю.

A). Если элемент антенны составлен из проводов (провода) одинакового диаметра (неизменного), то при любом значении этого диаметра НИКАКОЙ РАЗНИЦЫ И НИКАКОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ МЕЖДУ MININECом и NEC2 - НЕТ (в MININECe надо только несколько больше, чем в NEC2 сегментов ставить).

B). А вот если элемент (диполь, рамка, или что-то еще) составлен из проводов разного диаметра (комбинированный или таперированный провод) то разница есть. В это случае MININEC дает систематическую погрешность в определении резонансной частоты сдвигая ее ВВЕРХ от действительного значения. (Примечание для любителей точности. Причина в том, что краевой эффект MININECом учитывается корректно только для самого последнего провода (чей торец видит свободное пространство), и не очень - в середине провода, при ступенчатом изменении его диаметра). Так что, MININECом нельзя пользоваться при комбинированных проводах? Нет, конечно можно, надо только выяснить величину погрешности и границы в которых она имеет приемлемую величину.
Возникает резонный вопрос - а от чего эта погрешность зависит? От двух вещей:

- от диаметра провода в лямбдах

- от отношения диаметров соединяемых проводов.

Вот типичные цифры (GP высотой 10 м, составлен из двух проводов разного диаметра по 5 м длиной. Более толстый провод внизу имеет диаметр Dмакс, более тонкий вверху dмин)

1. Диаметр нижнего провода Dмакс=0,05%l. Погрешность резонансной частоты, в зависимости от отношения Dмакс/dмин:

Dмакс/dмин Погрешность в %
5 0,5
3 0,15
2 0

2. Диаметр нижнего провода Dмакс=0,1%l. Погрешность резонансной частоты, в зависимости от отношения Dмакс/dмин:

Dмакс/dмин Погрешность в %
5 0,7
3 0,2
2 0,05

3. Диаметр нижнего провода Dмакс=0,3%l. Погрешность резонансной частоты, в зависимости от отношения Dмакс/dмин:

Dмакс/dмин Погрешность в %
2 1
1,33 0,4
1,1 0,15

Из этих трех табличек, зная диаметр наиболее толстого провода, можно понять при каких скачках диаметра погрешность будет терпимой, а при каких нет.

Например, для тонких и проволочных антенн при диаметре до 0,1%l (это 16 см для 160 м и 1 см для 28 МГц) даже малоереальное на практике трехкратное снижение диаметра скачком приводит к погрешности не более 0,15%, вполне терпимо на КВ.

Увеличение же диаметра наиболее толстого провода до 0,3%l (30 мм на 28 МГц и 60 мм на 14 МГц) приводит к более жестким требованиям - приемлемая точность сохраняется только при изменении скачкообразном изменении диаметра только лишь на 20% (например при стыковке труб 30 и 26 мм). Напротив, при стыковке труб 30 и 15 мм (двукратное изменение диаметра) погрешность определения резонансной частоты достигнет неприемлемой цифры в 1%.

Вывод - если элемент сделан из проводов(труб) одного диаметра - что MININEC, что NEC2 - без разницы.Если же в элементе есть скачки диаметра (таперированные, комбинированные провода), то при пользовании MININECом надо смотреть вышеприведенные таблички-цифры, чтобы не "вылезти" за область корректной работы MININECa.

При максимально диаметре проводов менее 0,1%l и Dмакс/dмин<3 об этом можно практически не волноваться (эта область на мой взгляд покрывает большинство практических конструкций). Hо при увеличении диаметра Dмакс и\или отношения Dмакс/dмин можно получить большую погрешность вверх резонансной частоты. При больших необходимости моделирования таперированных проводов с большими Dмакс и Dмакс/dмин в лучше пользоваться NEC2.

 

MININECом пользоваться не только можно, но и - НУЖНО. MININEC "пытается" правильно считать таперированные провода по встроенному алгоритму, в то время как NEC-2 заменяет такие провода эквивалентами нетаперированных. Документация на NEC-2 это подтверждает. Вот выдержки из нее.

"Like any other modeling program, NEC-2 has limitations of its own.The most severe probably is inaccuracy in modeling wires which changediameter, as in elements made from telescoping tubing.It has a serious effect on Yagis and other sharply-tuned antennas. NEC-2 includes a "stepped-diameter correction" to calculatean equivalent length and constant diameter for a combination of collinear wires with different diameters....(это то, на что я обратил внимание выше)

...Results of this approximation are quite good, although they'revalid only for elements which are close to resonance."

Т.е. NEC-2 неприменим для анализа таперированных нерезонансных вибраторов. Например, попытка анализа возбуждения укороченной телескопической мачты для использования ее в качестве вертикала на НЧ-диапазоны - ТОЛЬКО MININEC! Стоит обратить внимание вот на что:

"This is exactly opposite the best method for MININEC, but the accuracy of NEC-2 is worst in the presence ofstepped diameters when the segment length/diameter ratio issmall."

(из письма UR5FFC).


Вывод для MMANA - при сомнениях в точности , и сложных случаях вручную задавать побольше сегментов! Вручную, но косвенно - увеличивая DM1 DM2 EC и уменьшая SC . Попробуйте при -1 менять означенные величины и смотреть, что происходит с сегментами на закладке "Вид" и с числом сегментов на закладке "Вычисления".

На всяк случай напоминаю что есть что:

DM1 - величина сегмента на краю провода будет l/DM1 при EC=1

DM2 - величина сегмента в середине провода l/DM2
EC - множитель уплотнения - величина сегмента на краю провода будет
ЕС*l/DM1.
SC - при уменьшении уплотнение начинается ближе к середине

Вывод общий: любая моделирующая программа, на любом "моторе" имеет свои ограничения (идеала, увы, нет), которые надо знать и не выходить за них.


На главную - main page