С £ 4 , Ъ 96> 6 7
■
Г
¿ С *
л
р>
М
о
/\/1л—
И. В. Гончаренко
01 _ 2 К С > -Е и 1 Т Т
Антенны
КЗ и УКВ
Часть I
Компью терное м оделирован ие
М М А М
ИЗДАТЕЛЬСКОЕ
ПРЕДПРИЯТИЕ
РадиоСофт
Ж урнал «РАДИО»
М ОСКВА
2004
У Д К 681.3
ББК 32.84 5
Г65
Г о н ч а р е н к о И . В.
Г65
Антенны КВ и УКВ. Часть I. Компьютерное моделирование. ММАЫА. —
М.: ИП РадиоСофт, Журнал «Радио». 2004 — 128 с.: ил.
¡БВЫ 5 -9 3 0 3 7 -1 1 9 -9
Настоящая книга является первой частью расширенного и
переработанного издания «Антенны КВ и УКВ». В ней рассказыва­
ется о популярной у радиолюбителей программе моделирования
антенн ММАЫА. Первое отдельное издание, вышедшее в 2002 году
под названием «Компьютерное моделирование антенн. Все о про­
грамме ММАЫА», имело огромный успех и стало библиографиче­
ской редкостью.
Книга предназначена для специалистов, занимающихся конст­
руированием антенн в диапазонах КВ и УКВ.
У Д К 681.3
ББК 3 2.845
¡БВЫ 5 - 9 3 0 3 7 -1 1 9 - 9
© Гончаренко И. В., 2004
© Журнал «Радио», 2004
© Оформление. ИП РадиоСофт, 2004
С О Д Е РЖ А Н И Е
П р е д и сл о в и е ......................................................... ...........................................5
1. Н ачало........................................ ................................................................... 6
1.1. В м есто в в е д е н и я ...............................................................................6
1.2. К а к построена эта к н и га ...............................................................10
1.3. С пи сок приняты х в 1 -й части о б о зн а ч е н и й .......................... 13
2. Ком п ью тер н ое м од е л ир о ва ни е а н т е н н ..........................................14
2.1. Как это д е л а е тс я .............................................................................14
2.1.1. М етод м о м е н т о в ..................................................................... 14
2.1.2. Общ ие огр ан иче н ия м етода м о м е н т о в .......................... 16
2.1.3. П рограм м ы м одел ирования а н т е н н ............................... 19
2.1.4 . М есто ММАЫА в ряду м о д е л и р о в щ и к о в ........................23
2.2. О писание М М А ^ .......................................................................... 27
2.2.1. Общ ие п а р а м е т р ы ................................................................. 27
2.2.2. Установка и у д а л е н и е ...........................................................29
2.2.3 . З акладка Г е о м е т р и я ............................................................. 30
2.2.3.1. О писание п р о в о д о в ..................................................... 31
2.2.3.2. О граничения при сты ковке проводов
с разны м р а д и у с о м ........................................................ 35
2.2.3.3. С е гм е н та ц и я ....................................................................41
2 .2 .3 .4 . И сточники и н а гр у з к и ...................................................43
2.2.4. З акладка В и д ........................................................................... 48
2.2.5. З акладка В ы ч и с л е н и я ...........................................................50
2 .2.5.1. О граничения М1Ы1ЫЕСа
при м оделировании реальной з е м л и ..................... 51
2.2.5.2. О кно П араметры реальной зем ли.
Сложная з е м л я ................................................................54
2.2 .5.3. Результаты в ы ч и с л е н и й ............................................. 62
2.2.5.4. М еню Г р а ф и к и ................................................................63
2.2.6. З акладка Д и а гр а м м ы на п р а в л е н н о с ти .......................... 68
2.2.7. М еню П равка п р о в о д а ......................................................... 70
2 .2 .7.1. О соб енности пользования м еню
Правка п р о в о д а .............................................................. 74
2.2.8. М еню П равка э л е м е н т а ........................................................ 75
2.2.9. М еню О п т и м и з а ц и я .............................................................. 77
2.2.9.1. П араметры в ы ч и с л е н и й ..............................................78
2.2.9.2. И зм еняем ы е п а р а м е т р ы ............................................ 82
2.2.9.3. Д р у ги е команды меню О п ти м и за ц и я ..................... 87
2.2.9.4. О бзор ш агов о п т и м и з а ц и и ........................................ 89
2.2.10. Команды гл авного м е н ю ...................................................90
2.2.10.1. Ф а й л ................................................................................ 90
2.2.10.2. П р а в к а ................... ........................................................ 92
2.2.10.3. С е р в и с .............................................................................9 4
3
2.2.11. М еню С ервис и у с т а н о в к и ................................................95
2.2.12. Ф айлы готовы х а н т е н н ................................................... 101
2.2.13. Ответы на часто задаваем ы е в о п р о с ы ......................101
2.3. Утилиты к M M A N A ....................................................................... 107
2.3.1. NEC2 fo r M M A N A .................................................................. 107
2.3 .1.1 . П росчет *.m aa ф а й л о в ............................................. 108
2.3.1.2. Расчет укорочения провода в и з о л я ц и и ............109
2.3.2. АРАК-E L ...................................................................................113
2.3 .2 .1 . APAK-ELTM согл асование л и н и я м и .................... 113
2 .3 .3 .2 . APAK-ELCH расчет линий для антенн
с активны м п и т а н и е м ................................................. 116
2.3.3. M M U til................................................................................ 120
Заклю чение к первой части и мои б л а го д а р н о с ти ....................... 125
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
П е р ва я к н и га И го р я Г о н ч а р е н к о (01_2К0 — Е 1Л ТТ ) « К о м ­
п ь ю т е р н о е м о д е л и р о в а н и е а нте нн» , р а с с к а з а в ш а я о п р о о а м м е м о д е л и р о в а н и я а н те н н М М А М А , в ы ш л а в 2 0 0 2 го д у
и в ы зв а л а б о л ь ш о й и н т е р е с к а к у п р о ф е с с и о н а л о в , з а н и м а ю ­
щ и хся а н т е н н о й т е х н и к о й , т а к и у р а д и о л ю б и т е л е й , д л я
ко то р ы х а н т е н н а — о д и н и з с а м ы х в а ж н ы х э л е м е н т о в и х
р а д и о с т а н ц и й . С е го д н я э та к н и га у ж е с та л а б и б л и о г р а ф и ч е ­
с к о й р е д к о с т ь ю . К р а т к о е о п и с а н и е п р о гр а м м ы б ы л о в с в о е
в р е м я о п у б л и к о в а н о в ж у р н а л е «Р адио», но, в о -п е р в ы х , о н
е с ть н е в ка ж д о й б и б л и о т е к е , а, в о -в т о р ы х , в э т и х ж у р н а л ь н ы х
п у б л и ка ц и я х б ы л о н е в о з м о ж н о р а с к р ы т ь м н о ги е т о н к о с т и ,
с в я з а н н ы е с п р и м е н е н и е м на п р а к т и к е э т о й п р о гр а м м ы .
Б о л е е т о го , за в р е м я , п р о ш е д ш е е с м о м е н т а з а в е р ш е н и я
р а б оты н а д п е р в о й к н и го й , И го р ь Г о н ч а р е н к о не п р е к р а щ а л
р а б о ты н а д с о в е р ш е н с т в о в а н и е м р у с к о я з ы ч н о й в е р с и и п р о ­
гр а м м ы и н а д п р а к т и ч е с к и м и р а с ч е т а м и р а з л и ч н ы х в а р и а н ­
то в а н т е н н . В се э то в м е с т е в з я т о е и о п р е д е л и л о н е о б х о д и ­
м о с т ь в ы п у с ка в т о р о го и з д а н и я к н и ги и з д в у х ч а с т е й . П е р в а я
ч а сть п о с в я щ е н а с о б с т в е н н о п р о гр а м м е м о д е л и р о в а н и я а н ­
те н н М М АЫ А, а в то р а я — п р а к т и к е ее и с п о л ь з о в а н и я на
п р и м е р а х с а м ы х р а з н о о б р а з н ы х а н т е н н КВ и У КВ д и а п а з о н о в .
Д л я тех, кто в п е р в ы е з н а к о м и т с я с ко м п ь ю т е р н ы м м о ­
д е л и р о в а н и е м , о т м е т и м , что э та п р о гр а м м а р а с с ч и т а н а на
ш и р о к и й к р у г п о л ь з о в а те л е й , не у с т у п а е т и з в е с т н ы м п р о ­
ф е с с и о н а л ь н ы м а н а л о га м (а в ч е м -т о их и п р е в о с х о д и т ) и,
что н е м а л о в а ж н о д л я м н о ги х п о л ь з о в а т е л е й , « о б щ а е тся» с
н и м и на р у с с к о м я зы ке . Э ту п р о гр а м м у и с п о л ь з у ю т с е го д н я
д е с я т к и ты ся ч л ю д е й во в с е м м и р е , и о н а з а р е к о м е н д о в а л а
се б я к а к в е с ь м а п о л е з н ы й а н т е н н ы й и н с тр у м е н т.
П р о гр а м м у М М А М А и б и б л и о т е к у к н е й м о ж н о н а й ти на
с а й т е ж у р н а л а «Р адио» w w w .ra d io .ru и на с а й т е а в то р а э т о й
к н и ги w w w .q s l.n e t/d l2 k a .
И н е с к о л ь к о сл о в о б а в т о р е к н и ги . И го р ь Г о н ч а р е н к о не
то л ь ко и не с то л ь ко т е о р е т и к «от ко м п ь ю те р а » . К а к к о р о т ­
ко в о л н о в и к , н а п р и м е р , он и м е е т п о ч ти в се т р у д н е й ш и е р а ­
д и о л ю б и т е л ь с к и е д и п л о м ы м и р а , д в а ж д ы в ы п о л н и в их у с ­
ловия — из М и н ска и из Бонна.
Редакция журнала ' Радио»
5
1. НАЧАЛО
В м е ст о в в е д е н и я . К а к п о с т р о е н а эта кн и г а . С п и с о к о с н о в н ы х ,
п р и н я т ы х в 1 -й части о б о з н а ч е н и й .
1 .1 . Вместо введения
Я знаю, какое несерьезное впечатление производят
все заверения автора о том, что он предлагает вни­
манию читателей чрезвычайно интересный материал.
Тем более, если темой книги является одна из слож­
нейших технических тем. Поэтому не буду тратить
бумагу и время на уговоры читателя, какая хорошая
книжка попала ему в руки (но надеюсь, по прочтении
книги он сам это оценит), а перейду сразу к делу.
О чем, для кого и зачем эта книга? Первый вопрос
легкий — об антеннах. Второй тоже несложный —
написана она для тех, кому приходится выбирать,
покупать, сравнивать, рассчитывать, изготавливать и
устанавливать антенны. Любые антенны — от телеви­
зионных до любительских.
С третьим вопросом сложнее. В самом деле —
зачем? Существуют же более-менее удачные справоч­
ники, учебники. Но что-то мне подсказывает, что по­
давляющее большинство людей не будет читать учеб­
ники, напичканные под завязку сложными формулами.
А с необходимостью установки (выбора, изготовления
и т. п.) антенны (хотя бы телевизионной) приходится
сталкиваться ныне почти каждому.
Поэтому большую популярность приобрели спра­
вочники по антеннам, где можно, не особенно вдаваясь
в тонкости, выбрать подходящую антенну. Но, увы, не
все так просто. Дело в том, что число возможных
антенн (со всеми вариациями: размеров, материалов
и т. п.) в принципе бесконечно. Даже если ограни­
читься основными типами, то все равно в обыкновен­
ном, книжном справочнике просто невозможно их при­
6
вести — число возможных их разновидностей очень
велико. Кроме того, на антенну, как правило, сущест­
венное влияние оказывают местные условия — высота,
параметры земли, наличие других антенн и просто
проводов и металлических конструкций неподалеку от
антенны. Ясно, что ни в каком, даже самом полном,
обычном справочнике невозможно найти описание
персонально вашей крыши со всем имеющимся там
«железом».
Вспомните, сколько раз, увидев бумажное описание
интересной (и вроде бы подходящей) антенны, Вы
мучились вопросами типа: «Не перепутал ли автор
чего в описании или параметрах антенны? А дейст­
вительно ли антенна имеет 25 с)В усиления или же
это рекламная пустышка материально заинтересован­
ного продавца? Нет у меня указанной в описании
трубки и не предвидится. Что и как надо изменить
под ту, что у меня есть? Как повлияет стоящая рядом
мачта другой антенны? Что будет, если немного из­
менить форму антенны, подгоняя ее под мои условия?
Антенна не помещается в имеющемся пространстве,
как ее можно укоротить в моем случае и что в ее
параметрах при этом изменится?». И что же остава­
лось? Или отказываться от применения такой антенны,
или покупать (или делать) ее на свой страх и риск,
надеясь, что она все же хоть как-то заработает или
же потом удастся ее подстроить? Да еще и не зная,
а достижимо ли это в принципе в вашем случае.
Данная же книга построена как интерактивный спра­
вочник. То есть справочник, которому можно задавать
практически любые вопросы. В том числе и конкретно
ваши (именно ваши специфические) вопросы, на ко­
торые иначе никто вам не ответит, если, конечно, у
вас нет под рукой хорошего знакомого специалиста
по антеннам. Вопросы, конечно, нужно задавать не
книге, а компьютеру (потребуется наличие хотя бы
самого простого и дешевого компьютера). Никаких
дополнительных затрат не потребуется — программа
7
моделирования антенн, на которой базируется данная
книга, распространяется свободно и бесплатно. Но
одной программы недостаточно — книга необходима
тоже. Как систематический справочник, как описание
физики работы, как классификация типов антенн и
еще многое другое...
Книгу можно читать и без компьютера — в ней
приведено множество полезных сведений. Но наличие
компьютера позволит не только проверять, создавать,
исследовать любую антенну, но и даст возможность
проверить практически любое утверждение, цифру,
график, антенну из этой книги.
Вот в чем еще отличие... Раньше, читая любой
другой материал по антеннам, читатель стоял перед
вопросом — верить приводимым сведениям или не
верить? Вопрос не праздный — людям свойственно
ошибаться и искренне верить в свои заблуждения.
А справочники, как правило, составлялись собиранием
описаний различных антенн «с миру по нитке» из
самых разношерстных источников. В том числе и из
тех, где авторы или были откровенно недобросовест­
ны, или честно заблуждались. Результаты этого ока­
зывались печальны. Даже в солидных справочниках
встречаются, увы, откровенные «ляпы», скопированные
из не очень проработанных оригиналов.
В этой же книге такого нет в принципе. Все антенны,
в том числе и заимствованные из других источников,
поошли этап компьютерного моделирования и приве­
дены в виде файлов-моделей. Читатель может само­
стоятельно проверить все приводимые характеристи­
ки, при необходимости подогнав антенну по своим
тоебованиям, а не гадать, стоит ли верить данному
описанию или нет. То есть возможность написать не­
правду или благоглупость у меня резко ограничена.
Уже просто потому, что любая цифра, утверждение,
график этой книги могут быть непредвзято проверены
любым читателем у себя на компьютере. Тем не менее,
нельзя исключить, что местами встречаются мои лич­
8
ные заблуждения и опечатки. Мне кажется, этого нель­
зя избежать полностью, если книга готовится одним
человеком, и я буду только благодарен всем, кто меня
поправит.
Интерактивный справочник — это и антенная ла­
боратория, позволяющая без особых затрат просчи­
тать самые невероятные проекты, получить их объек­
тивные данные, а не чье-то субъективное (и, вполне
вероятно, ошибочное или просто неприменимое к ва­
шим конкретным условиям) мнение. Это и мощная
обучающая система, которой можно задать практиче­
ски любые вопросы, получив математически точный
ответ, позволяющая объективно сравнить разные типы
антенн и самому сделать выводы.
Для того и написана эта книга, чтобы любой чита­
тель без специального образования смог бы само­
стоятельно и объективно разобраться в каждом своем
конкретном случае, не прикладывая для этого особых
усилий.
1 .2 .
Как
п остроена
эта
книга
У меня не было цели написать научный трактат.
Речь идет о попытке представить сложную антенную
тематику как захватывающее, интересное, последова­
тельное развитие цепочки знаний, причем доступное
любому читателю. Я старался написать книгу так, что­
бы она была в первую очередь понятной. Последнее
слово выделено не случайно — антенная тематика
справедливо считается одной из сложнейших областей
радиотехники и очень легко было впасть в соблазн
изложить ее зубодробительно сухим техническим язы­
ком, над которым «сломает зубы» и потеряет нить
понимания даже самый заинтересованный и добро­
желательный читатель (примеров таких книг, увы, не­
мало). Твердый монолит знаний оказывается невоспринимаемым и неперевариваемым. Если знание по­
дано в не усваиваемой, труднопонимаемой форме,
тем хуже для знания. Поэтому язык этой книги весьма
отличается (во всяком случае, я на это надеюсь) от
принятого в технической литературе. Встречаются и
совсем не технические паузы, где можно перевести дух.
Так была написана книга, которая специалисту-ученому может показаться «ненаучной». Единственное,
что я могу сказать в свое оправдание — это то, что
именно таковы и были мои.намерения.
В обозначениях заголовков принята следующая
структура: одна цифра в заголовке — глава, две —
раздел в главе, три и более — параграфы в разделе.
Под заголовком главы и раздела курсивом приводится
их содержание — способ хотя и старый, но удобный.
Крохотную первую главу вы уже дочитываете.
Вторая глава целиком отдана описанию компью­
терного моделирования антенн, преимущественно ра­
боте с программой моделирования ММАЫА. Это не­
обходимо, чтобы во всех последующих главах спра­
вочника уверенно пользоваться этим мощным инстру-
10
ментом
антенного
анализа.
Для
того,
чтобы
моделировщик приносил пользу и корректно отвечал
на ваши вопросы, хорошо бы сначала научиться его
грамотно применять, понимать возможности програм­
мы и ее ограничения. Даже если вы считаете себя
экспертом в этой программе, не поленитесь прочесть
эту главу. Там приведено немало новых, еще не пуб­
ликовавшихся сведений как о программе ММАЫА и
ее новых утилитах, так и о компьютерном моделиро­
вании антенн вообще.
Первая часть справочника, который вы держите в
руках, на этом завершается.
Освоив моделирование антенн, далее перейдем к
антенной практике. Этому будет посвящен материал
второй части отдельного издания интерактивного
справочника, в котором будут приведены описания
большого количества практических антенн, закономер­
ностей их работы и особенностей проектирования.
Все, что было изложено в этой главе, относится и ко
второй части справочника.
Везде, где не отмечено особо, используются стан­
дартные размерности величин: Ом, В, А, метр, Гн, Ф.
Нумерация таблиц и рисунков: первые две цифры —
номер раздела, третья — текущий номер таблицы или
рисунка в данном разделе.
В книге присутствуют ссылки на файлы модели
антенн. Это сделано для того, чтобы облегчить чита­
телю процесс работы и разгрузить бумажную часть
справочника от множества рисунков с размерами ан­
тенн и их подробными характеристиками (они все есть
в файлах соответствующих антенн). Читатель может
самостоятельно открыть файл, просмотреть все раз­
меры и характеристики антенны и при желании мо­
дифицировать ее под свои требования. Это одно из
главных различий между обычным справочником и
интерактивным.
Если у вас есть доступ в Интернет, то ММАМА и
полную (регулярно дополняемую) библиотеку антенн
11
к ней, соответствующую упоминаемой в этой книге
папке ...\А!МТ\, а также утилиты к ММАЫА можно бес­
платно скачать с сайта автора http://www.qsl.net/dl2ko.
Также программу ММАЫА можно скачать с сайта ре­
дакции журнала «Радио» http://www.radio.ru/mmana.
Если же попасть в Интернет вам сложно, то дис­
кеты — одну с программой моделирования ММАМА
и полной библиотекой (несколько сотен файлов) ан­
тенн, вторую с утилитами к ММАМА можно заказать
в издательстве «Радиософт» (109125, Москва, Сара­
товская ул. 6/2, тел. (095) 177-47-20, электронная
почта real@radiosoft.ru).
Если вы уже имеете русскую версию ММАЫА версии
0.11, то для работы с первой частью справочника
заново скачивать программу и антенную библиотеку
к ней не требуется.
1 .3 . Список принятых в 1-й части
обозначений
В этот раздел полезно заглядывать, если, читая
книгу не с начала, вы встретили непонятное буквенное
обозначение. Конечно, при первом упоминании в тек­
сте обозначение обязательно объяснено, но когда надо
найти это первое упоминание, бывает нелегко. Поэто­
му условные обозначения и сокращения сведены в
этот раздел.
BW — полоса пр о пуска н и я антенны . Если не у ка за н о иное,
то по ур овню КС В<2.
С — ем кость.
dB d — единица изм е р е н и я усил е ния о тн о сите л ьно А./2 д и ­
поля, наход ящ егося в с в о б о д н о м п ространстве.
dBi — еди ниц а и зм е р е ния усил е ния отно сите л ьно и з о т р о п ­
но го излучателя.
е — д и эл ектриче ска я пр о н и ц а е м о сть .
F /B — отнош ение излучений в п е р е д /н а за д
F — частота.
Ga — усил е ние антенны .
GP (ground plane) — вертикальны й не си м м е тр и ч ны й в и б р а ­
тор.
jXa — реактивная часть вхо д н о го со п ротивл ения антенны .
jXL — реактивная часть сопротивления нагрузки линии.
jX, — реактивная часть вхо д н о го сопр о тивл е ния линии.
X — дл ина волны.
L — индуктивность. Такж е дл ина линии.
Q — доб ротн ость.
R — радиус провода.
Ra — активная часть вхо д н о го сопр о тивл е ния антенны
R^ — активная часть с о п р о тив л е ния на гр узки ли нии
R — активная часть вхо д н о го со п ротивл ения линии
Za — ко м п л е ксн о е входное с о п р о тив л е ние антенны (и м п е ­
данс).
Zo — волновое со п р о ти в л е н и е линии.
ZL — ком п л ексно е с о п р о тив л е ние н а гр узки линии.
Z, _ ко м п л е ксн о е входное с о п р о тив л е ние линии.
Д Н — д и а гр а м м а направленности.
КСВ — коэф ф иц иент стоячей волны.
13
2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
АНТЕНН
2 .1 . Как это делается
М ет од м о м е н т о в . О б щ и е о г р а н и ч е н и я м ет ода м о м е н т о в . П р о ­
г р а м м ы м о д е л и р о в а н и я ант енн. М ест о М М А М А в р я д у м о делировщ иков.
2.1.1. Метод моментов
Идея компьютерного моделирования антенн весьма
заманчива: нарисовав на экране любую конфигурацию
из проводов и труб, можно посмотреть, как это будет
работать в качестве антенны и получить все ее ха­
рактеристики. Можно исследовать антенну и, изменяя
ее параметры, оптимизировать под конкретные усло­
вия и требования. На реальной антенне многие пара­
метры измерить либо очень трудно, либо практически
невозможно. Исследование же компьютерной модели
позволяет получить все мыслимые характеристики ан­
тенны.
Все современные программы моделирования ан­
тенн базируются на методе моментов. В этом методе
антенна описывается произвольным набором прямых
тонких проводов. А каждый провод антенны представ­
ляется в виде набора отрезков (сегментов), разбитых
точками. Точки и разделяют провод на сегменты (от­
резок провода между двумя точками — сегмент). Это
называется сегментацией. В каждой точке (по урав­
нениям поля, решаемым в численном виде) вычисля­
ются импедансы и комплексные токи как собственные
(от источника), так и наведенные от всех остальных
сегментов. В результате можно узнать полный ток в
каждой точке и, исходя из этого, вычислить поле,
создаваемое этими токами, то есть антенной. Вычис­
ления идут в два этапа: сначала вычисляются токи в
14
сегментах, а потом — диаграмма направленности.
Объем вычислений, конечно, огромен (и резко увели­
чивается с ростом числа точек), но, к счастью, для
современных компьютеров это не проблема.
Один из первых вопросов начинающих: «Как полу­
чается, что можно рассчитать любой набор проводов?»
Метод моментов не пользуется никакими узкоспе­
циальными формулами для расчета какого-либо кон­
кретного типа антенн. Он вообще никак не разграни­
чивает в расчетах разные виды антенн — любая ком­
бинация проводов считается по одной и той же общей
методике, что и обеспечивает его универсальность и
объективность.
Второй (а по частоте, пожалуй, первый) вопрос
начинающих: «Какова точность моделирования? На­
сколько рассчитанные параметры модели отличаются
от реальных, измеренных на физической антенне?».
Метод моментов использует полные уравнения
электромагнитного поля, причем решает их с чрезвы­
чайно высокой точностью, намного превышающей
практические потребности, — здесь нет, и не может
быть ошибок.
Однако метод моментов (как и любой математиче­
ский метод) накладывает определенные ограничения
на модель. Их надо очень хорошо знать. Эти ограни­
чения справедливы для любой программы моделиро­
вания антенн (см. следующий параграф). Выход за
пределы этих ограничений резко снижает точность
расчета.
Существуют три основных источника ошибок при
моделировании:
1.
Замена сплошного провода сегментами — про­
цедура, имеющая некоторые ограничения (см. пара­
граф 2.1.2). Если наступить на грабли неверной сег­
ментации (нарушения требований параграфа 2.1.2),
то модель уже описывает не вашу физическую антенну,
а какую-то другую. Стоит ли удивляться, что резуль­
таты расчета будут ошибочны? Вернее, они-то будут
15
правильны, но для какой-то другой антенны, которую
описывает ваша модель. То есть модель-описание не
совпадает с реальной антенной (причем по вашей
вине из-за нарушения требований параграфа 2.1.2).
2. Наличие в ближнем (очень условно говоря — в
радиусе до 0,5 длины волны) окружении антенны не­
учтенных в модели вещей: других антенн, мачт, рас­
тяжек, линий, домов и т. д. Или же учтенных, но
неверно. Например, установлены не те параметоы
земли, которые она на самом деле имеет (см. также
параграф 2.2.5.1). Кого следует винить, например, в
случае, если ваш диполь, висящий между многоэтаж­
ными домами, имеет реальную резонансную частоту
на несколько % ниже расчетной? В модели-то вы его
изобразили над плоской землей, и моделировщик ни­
как не может знать, что имеется довольно значитель­
ная концевая емкость антенны на дома, снижающая
резонансную частоту. И таких примеров можно при­
вести множество.
3. Конечно, предполагается, что модель описания
антенны сделана без ошибок (нет проводов нулевой
длины, не напутана нумерация, источники и нагрузки
стоят там, где надо, и т. д.). Старый принцип «garbage
in, garbage out» (мусор загрузишь — мусор получишь)
остается актуальным. Помните, компьютер считает не
ту антенну, что у вас висит (или планируется), а ее
модель. А уж о том, чтобы модель совпадала с ре­
альной антенной, позаботиться должны вы.
2 .1 .2 . О б щ и е ограничения м ето д а м ом ентов
1. Провод.
1.1.
Д лина сегмента (минимальная) должна быть
меньше, чем:
• 0 .U ;
• минимальное расстояние между соседними про­
водами;
• минимальная высота провода над. землей:
16
• дли н а сам о го короткого п ровода.
Из всех пунктов выбирается наименьшее значение.
Три последних пункта можно выразить короче — рас­
стояние между любыми двумя сегментами соседних
проводов (или провода и земли) должно быть больше,
чем минимальная длина сегмента на этих проводах.
На практике это означает, что если в вашей
модели есть очень короткие провода или провода,
низко расположенные над землей, то необходимо
повышать плотность сегментации (как минимум —
на краях проводов) так, чтобы самый короткий сег­
мент был короче всех остальных минимальных рас­
стояний (до земли, длины самого короткого прово­
да, и т. п.).
1.2. Длина сегмента должна быть больше, чем
диаметр провода.
В разных вычислительных ядрах и разных режимах
отношение длины сегмента к диаметру может требо­
ваться больше — до 4.
Практически это требование ограничивает повыше­
ние плотности сегментации, особенно на УКВ. Сег­
ментацию на самом коротком проводе надо установить
так, чтобы и «волки» пункта 1.1 были сыты, и «овцы»
пункта 1.2 целы.
1.3 . М аксимальный радиус. В методе моментов
провода предполагаются тонкими. Провод полностью
удовлетворяет этому условию, если его радиус <1%л.
Разумные результаты могут быть получены до радиуса
3 % \ (см. также параграф 2.2.3.2).
А что делать, если необходимо моделировать более
толстые части антенны? В методе моментов можно
заменить их эквивалентной сеткой из тонких (удовле­
творяющих требованию пункта 1.3) проводов. Шаг сет­
ки, как правило, достаточно взять 0,1^ и только в
особых случаях его приходится уменьшать до
0,01 ...0,05^. Таким же способом в методе моментов
представляются различные поверхности, например,
рефлектор зеркальной антенны.
2. Точка соединения разных проводов (п е­
реход).
2 .1 . Отношение длины сегментов в проводах,
образующих переход, должно быть менее 2. То есть
стыковать провода с кардинально разной сегментаци­
ей не следует.
Это, в частности, означает, что если у вас есть
короткий провод (сегментация которого правильна, в
соответствии с пунктом 1.1), с соединенными с ним
длинными проводами (например, модель двухпровод­
ной линии), то столь же маленькие сегменты как и на
коротком проводе придется поставить и на длинных
проводах.
Вообще, практически всегда наилучшим выходом
является одинаковый способ сегментации (размер сег­
ментов и закон его изменения) для всех проводов
антенны. «Винегрет» в этом вопросе чреват.
2 .2 . Отношение радиусов проводов, образующих
переход, должно быть менее 10. То есть резкие скачки
диаметра нежелательны (см. также параграф 2.2.3.2).
Если же необходимо отмоделировать скачок с очень
высоким отношением радиусов (например, тонкий
провод, подключенный к очень толстой мачте), имеет
смысл толстый проводник представить в виде набора
тонких проводов, как описано в пункте 1.3.
3. Близко расположенные провода.
3 .1 . Если два провода с большим радиусом рас­
положены на расстоянии меньшем их радиуса (то есть,
по идее, они пересекаются боками), то метод момен­
тов не увидит электрического соединения за счет ка­
сания боков проводов.
Ясно, что практически такого быть не может нико­
гда. Следите, чтобы ваша модель совпала с реальной
антенной.
о
3 .2 . Невозможно рассчитывать структуры, в которых
один провод частично находится внутри другого (ко­
аксиальные, экранированные).
18
Впрямую этого метод моментов не умеет. Тем не
менее, описав коаксиальную оплетку как цилиндриче­
ский набор тонких проводов, это можно сделать.
В КВ диапазоне, как правило, основными являются
ограничения 1.1, 2.1, 2.2. Иногда в верхней части КВ
диапазона надо следить, чтобы не выйти за ограни­
чение 1.3.
В УКВ диапазоне основными являются ограничения
1.2, 1.3 и 2.1.
2 .1 .3 . П рогр ам м ы м оделирования антенн
При всем внешнем несходстве все существующие
программы моделирования антенн устроены однотип­
но. В основе расчетов лежит вычислительное ядро,
обеспечивающее численное решение уравнений элек­
тромагнитного поля (Numerical Electromagnetic Code
или NEC) для каждой точки. Над ядром имеется сер­
висная оболочка, готовящая данные для ядра и пред­
ставляющая в удобном виде полученные результаты
расчета. Легко понять, что возможная точность рас­
четов (то есть совпадение модели с реальной антен­
ной) определяется именно ядром. Конечно, бестолково
написанная оболочка может понизить точность конеч­
ного результата, но увеличить — никогда.
В настоящее время существуют три основных ядра.
Все они написаны в Америке большими коллективами,
предназначены для профессиональных (в первую оче­
редь — военных) целей и прошли многолетнюю и
тщательную проверку. Сомневаться в их точности (в
пределах их ограничений, конечно), будучи в здравом
уме, в голову никому не придет. Рассмотрим все три
ядра.
MININEC (MiniNumerical Electromagnetic Code). При­
сутствующее в названии Mini означает не урезанность,
а то, что минимизировано время вычислений. Имеет
несколько версий. Исторически самое первое удачное
19
ядро, примененное на персональном компьютере. Ос­
новной недостаток: при моделировании реальной зем­
ли не учитываются потери ближней реактивной зоны
антенны в реальной земле. При вычислениях входного
сопротивления земля полагается идеальной. Поэтому
при моделировании низко подвешенных над реальной
землей антенн возникает погрешность в определении
усиления (только для горизонтальных антенн) и вход­
ного сопротивления (ДН считаются верно, с коррект­
ным учетом потерь в реальной земле). Подробнее об
этом в параграфах 2.2.5.1, 3.3.4 и 3.4.5.
NEC2 (Numerical Electromagnetic Code 2). Вышел
на несколько лет позднее MININECa. Не является новой
версией MININECa — это отдельное вычислительное
ядро. Написан для преодоления вышеупомянутого не­
достатка MININECa. Входное сопротивление и усиле­
ние низко висящих над реальной землей антенн счи­
тается намного точнее, с учетом потерь в земле, что
является главным достоинством этого ядра. Также
требуемая точность расчета достигается при меньшем,
чем у MININEC числе сегментов. Это ускоряет вычис­
ления, и лет 10 назад было очень важно — существо­
вавшие тогда компьютеры с частотой менее 100 МГц
считали большие антенны очень долго (сейчас, когда
частота компьютеров зашкалила за 3 ГГц, это потеряло
актуальность). К сожалению NEC2 имеет свои (отсут­
ствующие у MININECa) недостатки. Это невозможность
учета проводов, касающихся земли, и противовесов,
лежащих на земле (в режиме реальной земли высокой
точности, в котором, собственно, и возможен более
точный учет потерь в земле), и ошибки при стыковке
проводов разного диаметра (см. параграф 2.2.3.2).
NEC4. Расшифровку не привожу. И так все ясно.
Дальнейшее развитие NEC2. Может учитывать проти­
вовесы как на поверхности земли, так и закопанные
в нее. Проблема с коррекцией скачков диаметров для
коротких и нерезонансных отрезков хотя и не решена
полностью, но удушена до приемлемой в большинстве
20
случаев точности. В общем, сплошная идиллия? Увы.
В отличие от MININEC и NEC2, исходные коды которых,
как ни странно это прозвучит, исходно были сделаны
и распространяются бесплатно (как freeware), ядро
NEC4 распространяется только по лицензии. Нет, это
не синоним платности (если б только в этом дело
было!) — хуже. На это ядро наложил руку лицензи­
рования СОСОМ (комитет США по контролю над экс­
портом). Этот комитет запрещает экспорт оборудова­
ния и технологий, которые могут быть использованы
для производства оружия. Поэтому в обозримом бу­
дущем рядовому пользователю NEC4 не видать. Ан­
тенны — это тоже оружие. Впрочем, не стоит очень
расстраиваться — многочисленные сравнительные
тесты показывают, что, исключая случаи закопанных
в землю проводов (а также ограничений, рассмот­
ренных в параграфах 2.2.3.2 и 2.2.5.1), MININEC и
NEC2 дают результаты очень близкие к NEC4. Это и
понятно — правильное решение (совпадающее с ре­
альной антенной) всегда одно.
Разобравшись с ядрами, обратимся к оболочкам.
Ядро ведь цифры (координат проводов, сегментации)
получило — цифры (величины токов, напряженности
полей) выдало. А входные данные надо приготовить.
Сделать виды антенны, возможность ее редактирова­
ния, модификации. Да все в понятном и удобном
пользователю виде. И результаты расчета тоже жела­
тельно бы в доходчивые графики-диаграммы разри­
совать. Как минимум, этим и занимается оболочка.
Как минимум потому, что хорошая оболочка делает
еще и много всего другого. Кроме того, оболочка
стыкует вычислительные возможности компьютера с
вычислительными потребностями ядра. По сути, обо­
лочка (конечно со вставленным в нее ядром) — это
и есть готовая программа моделирования антенн.
Первые удачные оболочки: ELNEC, EZNEC первых
версий, NEC4WIN (это не ядро NEC4, a NEC for Win —
первый моделировщик в среде Windows) использовали
21
ядро М1Ы1МЕСа. К сожалению, то ли в погоне за мас­
совым потребителем (а это все платные программы),
то ли по какой иной причине авторы этих оболочек
ограничили максимальное число точек 120, 120 и 300
соответственно (в самом ядре нет ограничения по
этому параметру — ограничивает именно оболочка),
что для сложных антенн мало, и при попытке смоде­
лировать такие антенны 120...300 точек нередко не
хватало, чтобы установить сегментацию в соответствии
с требованиями параграфа 2.1.2. В результате модели
оказывались неверными и не желали иметь ничего
общего с реальностью. Ввод описания антенны (про­
водов) производился только цифрами координат на­
чала и конца провода в трехмерном пространстве
(кропотливая и долгая работа, требующая терпения,
граничащего с занудством, пространственного вооб­
ражения, миллиметровой бумаги и калькулятора под
рукой). Вывод результатов особым сервисом тоже не
блистал, хотя МЕС4\Л/!М имел возможность оптимиза­
ции отдельных элементов антенны.
Появившиеся позднее оболочка ЕгЫЕСЗ.О и еще
несколько малоизвестных на ядре ЫЕС2 хотя и имели
более удобный интерфейс, но их авторы удобствами
пользователя не очень озаботились — все те же длин­
ные ряды цифр в таблице, описывающей провода,
надо было набивать руками. Максимальное количество
точек тоже не поражало воображение — 300...500,
маловато для серьезных антенн. Отсутствие автома­
тической оптимизации приводило к необходимости на­
страивать антенну вручную (очень «несложно»: найти
в десятках цифр в таблице проводов нужные, пра­
вильно их изменить, просчитать антенну, посмотреть
результат, снова изменить и так множество раз).
Все вышеупомянутые оболочки, несмотря на более
чем ненавязчивый сервис и небольшое максимальное
число сегментов, стоят от 60 до 90 долларов.
Оболочки же, имеющие удобный графический ин­
терфейс пользователя (рисование и правка антенны
22
мышью), хороший сервис и с большим максимальным
числом точек (до нескольких тысяч), стоят в среднем
вдесятеро больше. Причем как на ядре MININEC —
Expert MININEC Professional, MININEC Broadcast, так и
на ядре NEC2 — WireGrid, SuperNEC, Antenna Solver,
NEC-Win Pro. Единственным исключением является
MultiNEC, который, имея графический интерфейс (хотя
и весьма незатейливый, сделанный на ЕхсеГе), стоит
всего 39$.
На ядре же NEC4 мне известно только две оболочки
GNEC (800$) и EZNEC pro 3.0 (600$). И это еще если
вам удастся получить лицензию на NEC4, который в
страны СНГ не поставляется (и в очень многие
другие — тоже).
2 .1 .4 . М е с то M M A N A в ряду м о д ел и р о в щ и ко в
Оба freeware ядра (NEC2 и MININEC) обеспечивают
в подавляющем большинстве случаев очень высокую
точность расчета (конечно, надо знать их ограничения).
А вот хорошая оболочка — проблема. Точнее это было
проблемой. До тех пор, пока известный программист
Makoto Mori (JE3HHT) не создал оболочку MMANA
(расшифровывается как Makoto Mori ANtenna Analyzer).
Многим наверняка известны программы Makoto для
работы телетайпом MMTTY, телевидением с медленной
разверткой MMSSTV, по цифровой обработке НЧ сиг­
нала DSPhil. Все они (вместе с японской версией
MMANA) лежат на его сайте http://plaza27.rribn.or.jp/
~¡e3hht/. Но, как настоящий программист, Makoto не
лишен странностей — свои программы он пишет на
японском языке. Но его программы настолько хороши,
что их переводят даже с японского. Так, например,
были переведены на английский язык и широко рас­
пространились по всему миру MMTTY (работа теле­
тайпом через звуковую карту) и MMSSTV (работа
SSTV). Кроме того, по принципиальному убеждению
программы для любительского радио Makoto делает
23
бесплатными. Что, однако, отнюдь не показатель их
низкого качества. Напротив — MMTTY, например, за­
метно превосходит платные аналоги, а уровень сер­
виса MMANA не хуже, а во многом и лучше, чем у
самых дорогих оболочек.
Итак, JE3HHT создал хорошую оболочку на ядре
MININEC. Почему не на NEC2? По его мнению (а я с
ним согласен) недостатки NEC2 в практике модели­
рования более неприятны, чем у MININECa (см. пара­
графы 2.2.3.2 и 2.2.5.1). Хотя если вам больше нра­
вится NEC2, воспользуйтесь утилитой NEC2 for MMANA
(параграф 2.3.1).
Увы, в полной мере радоваться появлению первых
версий MMANA в 2000 году могли только жители Стра­
ны Восходящего Солнца — верный себе Makoto на­
писал программу на японском языке.
Познакомившись с японской версией MMANA, я
был настолько удивлен ее возможностями, что решил
перевести ее на более употребительные языки. Вер­
нее, сначала я просил о том Makoto. Но он сказал,
что уже настолько занят отладкой MMSSTV, что раз­
вивать и переводить MMANA ему решительно некогда.
Дело завершилось нашим договором, и он отдал мне
исходные коды программы для ее перевода и даль­
нейшего развития.
Так появились:
1. Английская версия MMANA (совместно с Nobuyuki Oba JA7UDE, который переводил файлы помощи)
на http://www.qsl.net/mmhamsoft/mmana.
2. Русская версия MMANA на http://www.radio.ru/
mmana.
3. Немецкая версия MMANA (совместно с Алексан­
дром Шевелевым DL1PBD, который переводил файлы
помощи) http://www.qsl.net/dl2kq.
Все версии freeware и периодически обновляются.
Объем в архиве — около 500 кВ.
Таким образом, оболочка MMANA занимает место
среди лучших оболочек с продуманным и удобным
24
графическим интерфейсом и большим (несколько ты­
сяч) максимальным числом точек. По многим сервис­
ным параметрам ММАЫА заметно выигрывает у упо­
мянутых платных оболочек. При том она бесплатна и
объясняется с пользователем на русском языке.
Объем и сервис функций ММАЫА велик. Но чтобы
ими пользоваться, придется приложить некоторые уси­
лия по освоению (как, впрочем, и любой другой про­
граммы). Я старался сделать интуитивно понятный
русский интерфейс с полными текстами надписей. Но,
конечно, придется потратить какое-то время на ос­
воение. Не считайте это время потерянным, оно мно­
гократно окупится на экономии при изготовлении и
настройке антенн.
Для тех, кто впервые займется компьютерным мо­
делированием антенн, необходимо иметь в виду, что
несмотря на очень хорошее совпадение результатов
ММАЫА с реальными, необходимость точной настрой­
ки антенн, сделанных по результатам моделирования,
все же остается. Степень подстройки зависит от раз­
личий реальных и моделируемых условий, прежде все­
го, от окружающих предметов. Но на реальной антенне
результаты, полученные в ММАЫА, после небольшой
подстройки достижимы. И это знание одна из самых
существенных вещей, что дает моделировщик, — при
правильном изготовлении и настройке антенна рабо­
тоспособна и обеспечивает вычисленные параметры.
Чего не скажешь об антеннах, описанных на бумаге, —
многим знакома ситуация, когда, изготовив антенну
точно по бумажному описанию, убеждаешься — она
не работает... Причем совершенно непонятно почему;
то ли ошибка в изготовлении, то ли просто требуется
ее тщательно настроить, то ли антенна в принципе не
способна обеспечить приведенные в описании пара­
метры?
И перед тем как перейти собственно к описанию
ММАЫА, хотел бы вас предостеречь от пустой траты
сил и нервов на изучение вопроса — а можно ли
25
доверять результатам моделирования в MMANA? Вопервых, MMANA — это оболочка над MININECo m . А он
проверен, как было упомянуто, многолетней профес­
сиональной коллективной практикой. Во-вторых, MMA­
NA — это оболочка, не ограничивающая возможности
MlNINECa малым числом точек и позволяющая реа­
лизовать всю его точность. В-третьих, очень многими
людьми по результатам моделирования в MMANA из­
готовлено множество антенн и наоборот, сделаны сот­
ни моделей уже работающих антенн, и везде совпа­
дение практических результатов с расчетными хоро­
шее. Конечно, имеется в виду корректная модель, не
выходящая за пределы ограничений метода моментов
(см. параграф 2.1.2). Я бы мог привести много писем
от разных людей, сделавших по моделям реальные
антенны, и не делаю этого только ради экономии
места. Прочесть эти мнения можно на http://
www.qsl.net/dl2kq/mmana/4-6.htm.
И завершая тему о доверии, необходимо отметить,
что метод моментов и полученные с его помощью
результаты объективны (конечно, если в модели нет
ошибок — см. параграфы 2.1.1. и 2.1.2). Что, увы, не
всегда можно сказать об антеннах, спроектированных
людьми вручную, тут, к сожалению, нередки субъек­
тивные ошибки.
2 .2 .
О п и сан и е
MMANA
О б щ и е п а р а м е т р ы . У ст а н о в ка и у д а л е н и е . З а к л а д к и Г е о м ет рия. В и д , В ы ч и с л е н и я , Д Н . М е н ю П р а в к а п р о в о д а и
П р а в к а Э л е м е н т а . О пт им изация. К о м а н д ы гл а в н о го м е н ю .
М е н ю С е р в и с и у с т а н о в к и . Ответы н а част о з а д а в а е м ы е
вопросы .
2 .2 .1 . О б щ и е п арам етры
MMANA — это программа (оболочка) моделиро­
вания антенн, работающая в среде Windows. Вычис­
лительным ядром MMANA является MININEC Ver. 3
(«The New MININEC (Version 3): A MiniNumerical Elec­
tromagnetic Code», by J. C. Logan and J. W. Rockway,
Naval Ocean Systems Center, San Diego, CA, NOSC TD
938.).
Исходная японская MMANA написана Makoto Mori
JE3HHT. Русская, английская и немецкая версии ММАА
сделаны и развиваются автором этих строк. Програм­
ма позволяет:
• создавать и редактировать описания антенны как
заданием координат, так и «мышкой»;
• рассматривать множество разных видов антенны;
• рассчитывать диаграммы направленности (ДН) в
обеих плоскостях;
• сравнивать результаты моделирования нескольких
антенн;
• редактировать описание каждого элемента антен­
ны, включая возможность менять форму элемента
без сдвига его резонансной частоты;
• просчитывать комбинированные (состоящие из не­
скольких разных диаметров) провода;
• использовать меню создания многоэтажных ан­
тенн — стеков. В качестве элемента стека можно
использовать любую антенну;
• оптимизировать антенну, настраивая по различ­
ным целям оптимизации;
27
• задавать изменение при оптимизации более 90
параметров антенны, возможно описание совме­
стного (зависимого) изменения нескольких пара­
метров;
• сохранять все шаги оптимизации в виде отдельной
таблицы;
• строить множество разнообразных графиков;
• автоматически рассчитывать несколько типов со­
гласующих устройств (СУ) с возможностью вклю­
чать и выключать их при построении графиков;
• создавать файлы-таблицы (формата *.csv, про­
смотр в Excel) для всех переменных расчетных
данных;
• рассчитывать катушки, контуры. СУ на LC элемен­
тах, СУ на отрезках длинных линий (несколько
видов), индуктивности и емкости, выполненные
из отрезков коаксиального кабеля.
Ограничений по взаимному расположению прово­
дов нет. Максимальное число: проводов — 512, ис­
точников — 64, нагрузок — 100. Максимальное ко­
личество точек — 8192. Необходимый объем ОЗУ:
для 1024 точек — 8 М, для 2048 — 32 М, для 4096 —
128 М, для 8192 — 512 М. То есть удвоение числа
точек требует учетверения емкости ОЗУ. В еще более
резкой зависимости растет время вычислений от
числа точек. Для планирования вычислений на слож­
ных антеннах полезно знать время вычислений в
зависимости от числа сегментов для нескольких раз­
ных типов компьютеров. Такие сведения приведены
в табл. 2.2.1 (данные получены Дмитрием Багно,
RW3FO).
Приведенные цифры носят ориентировочный харак­
тер, поскольку время расчета зависит еще и от за­
груженности компьютера другими программами.
Не огорчайтесь, если ваш компьютер не очень
быстр — большинство моделей имеет менее 500 сег­
ментов и даже на относительно слабой машине расчет,
как правило идет достаточно быстро.
28
Табл. 2.2.1
Число сегментов в модели
Тип компьютера
Р 4 -2 .4 ГГц,
DDR
PC2700,W in ХР
200
500
1000
2000
4000
6000
8000
<1 С
2с
10с
1 МИН
15 мин 50 мин
Зс
9с
50 с
8мин
50 мин
Зч
6 ч
8с
40 С
140 с
20 мин
Зн
8ч
15 ч
100 мин
C3-1 ГГц,
SDRAM РС100,
Win98SE
AM D К 2 -4 0 0
SDRAM РС100,
W in98SE
2 .2 .2 . У стан овка и уд ал ен и е
MMANA имеет более чем скромные минимальные
требования: она работает на 486DX25 (есть даже со­
общения о работе 386-м процессоре) с ОЗУ 8 М и
разрешением монитора 800x600. ОС Win95 или выше
Причем, даже при таких скромных минимальных
условиях, MMANA обеспечивает расчет 1024 точек,
что достаточно для подавляющего большинства антенн
(сравните с данными параграфа 2.1.3), т. е. вы сможете
нормально работать с большинством антенн, даже на
относительно слабой машине.
Для установки просто разархивируйте файл, ска­
чанный mmanarus.zip в директорию MMANA, или с
любым устраивающим вас именем — программа до­
пускает переименование своего каталога. Ее надо соз­
дать самостоятельно. Программа не создает библио­
тек *.dll, записей в регистре Windows и прочего «му­
сора» и полностью готова к работе сразу после рас­
паковки.
Даже
не
понадобится
перезагружать
компьютер. Более того, она работоспособна даже с
дискеты, куда помещается целиком вместе с большой
библиотекой антенн. Программа не создает ярлыка
на рабочем столе — при желании его можно сделать
29
самостоятельно стандартной процедурой Windows —
иконка есть в директории программы.
Имеет смысл для удобства работы зарегистриро­
вать в вашей операционной системе тип файлов *.т а а
(файлы моделей-антенн MMANA). В Windows это можно
сделать, находясь в любой папке, по цепочке Вид —
Свойства папки — Типы файлов — Новый тип, и
там указать, что файлы * .т а а следует открывать с
помощью MMANA. После этой настройки при щелчке
на файле * .т а а он автоматически будет открыт в
MMANA. Это весьма удобно, особенно при просмотре
файлов * .т а а в Интернете — при щелчке по ссылке
на * ,т а а файл он сразу откроется как антенна. Если
такой регистрации не сделать, то браузер показывает
* .т а а файл как текстовый, и для просмотра в MMANA
его придется сперва сохранять на диск.
Для удаления просто удалите директорию програм­
мы. Никаких «следов» на диске после этого не оста­
нется.
2 .2 .3 . З а кл а д ка Геом етрия
При старте программы открывается закладка Гео­
метрия. (См. рис. 2.2.1, на котором открыт файл
ANT\VHF\Loops beam\3hent.maa — это 3-элементная
рамочная Hentenna на 50 МГц, все следующие рисунки
данного раздела сделаны для этого файла).
Эта закладка — базовое описание антенны, поэтому
изучить и пользоваться ею надо внимательно, ошибки
здесь не прощаются (не забывайте — «garbage in,
garbage out»). Поле Имя — это название антенны,
какое вы зададите. Оно будет фигурировать вверху
всех закладок, и под этим же именем антенна будет
выводится при ее последующем сравнении с друшми.
Поле F...M H z — основная частота антенны. Это зна­
чение будет использоваться в последующих расчетах
по умолчанию (если вы не зададите там иное значе­
ние). В этом поле имеется удобный для выбора список
30
частот — несколько из каждого любительского диа­
пазона, а если вам нужна специфическая частота —
просто введите ее значение вручную.
§
!
MMANA F:\MMANA\ANT\VHF\Loop6beam\3HENTМАА
Фейл Правка Сервис ПоЫошь
ГеометрияI Вид I Вычисления| Диаграммынаправленности|
F |50.200
J^l MHz Г* Влямбдах
Имя [зeleHentennaLoop6m
Wire 21 Автосегментация DMlfëoo 3 DM2p3 3 SC|:: z l ECf 3 Г Heразрывать
I R(mm) I Se9. M
1V2(m)
No.
XI(m)
1Y1(m)
1zt(m)
1X2(m)
1Z2(m)
-0.678
6.0
-0.5
-0.678
0.0
0.5
1
0.0
□
6.0
2.312
0.0
0.5
2.312
2
0.0
-0.5
-1
-0.678
0.0
-0.5
0.0
1.0
3
0.0
-0.5
-1
0.0
-0.5
2.312
1.0
4
0.0
-0.5
0.0
-1
-0.678
0.0
0.5
0.0
1.0
5
0.5
0.0
-1
0.5
2.312
1.0
0.5
0.0
0.0
б
0.0
-1
0.0
0.5
0.0
1.0
-0.5
0.0
?
0.0
-1
-0.692
-1.57
0.5
-0.692
6.0
-1.57
-0.5
8
-1
-1.57
0.5
2368
60
9
-1.57
-0.5
2.368
-1
-1.57
-0.5
0.0
10
10
-1.57
-0.5
-0.692
P Включитьнагрузку(и)
Source 1 I* Одинаковыеисточники
Load 0
• Ii
No 1PULSE¡Тип (ЦиН) 1C(pF) 1Q
It(MHz) I I
No. I PULSE i Фаза(гр)|
След
1
0.0
1.0
1
След
±l
l_ l
------------------------------------------------------------------------------------------ — И
Рис. 2.2.1
2 .2 .3 .1 . Описание проводов
Таблица Провода — это описание всех проводов
антенны. Каждая строка в этой таблице — описание
одного провода. X1.Y1, Z1 — это координаты в трех­
мерном пространстве начала провода, а Х2, Y2, Z2 —
конца провода. R — радиус провода. Размерность
всех этих величин можно задавать либо в метрах (для
R в мм), либо в X, установкой флага в верхнем левом
окошке В лямбдах.
В ячейки таблицы можно вводить не только цифры,
но и арифметические выражения — они будут авто­
матически просчитаны. Допустимы знаки + - / * ( ).
Например, в ячейку таблицы записывается 10/4+2.
После нажатия Enter это выражение сменится вычис­
31
ленным значением 4,5. Такой оперативный калькулятор
временами бывает очень удобен, например, при де­
лении провода на части или, если вы вводите описание
антенны, размеры которой даны в футах, можно прямо
вводить значение в футах, не забывая дописать после
цифры в футах *0.305, и все будет автоматически
пересчитано.
Если величину В установить равной 0, то провод
будет считаться программой изолятором. Такой прием
удобен при анализе многопроводных антенн для экс­
периментов, чтобы временно удалить из антенны про­
вод (не удаляя его из таблицы описания и не меняя
нумерации остальных проводов).
Если величина И отрицательна (-1 , -2 , - 3 и т. д.),
то этр означает комбинированный провод, физически
состоящий из нескольких проводов разного радиуса.
Если провод создали вы и сами установили В = -1 ,
то надо задать и описание комбинированного провода.
Для этого во всплывающем под правой кнопкой «мыш­
ки» меню выберите пункт Установки комбинирован­
ного провода и в окне Установки комбинированного
провода объясните компьютеру, каким образом, из
труб какого диаметра и какой длины вы намереваетесь
составить этот провод. Способ расположения труб по
уменьшению диаметра (от центра провода к его краям,
или от начала к концу) выбирается из всплывающих
под двойным левым щелчком мыши по табличке в
графе Туре следующих значков:
• < -> Самая толстая труба в центре, уменьшение
радиуса к каждому из краев провода. Вариант
вибратора волнового канала.
• - > Самая толстая труба в начале провода, умень­
шение радиуса к концу провода. Вариант штыря.
•
Почти то же самое, что и <^- ^> но при пе=
ременной сегментации (что это такое — чуть ни­
же), уплотненная расстановка точек будет осуще­
ствляться не только по концам провода, но и
вокруг каждого места физического изменения ра­
32
диуса (стыка труб), что повышает точность рас­
четов.
• ->* Отличается от -> тем же самым, что и < -> *
от < -> .
Например, откройте файл ...ANT/HF beams/Yagi/
3e!20.maa. Установлен R = -1, выбран тип < -> *, в
таблице описано следующее: L0 (в типе <-> — это будет
центральный кусок, счет идет'от середины провода к
его краям) = 1,8 м, реальный физический радиус этого
куска R0 = 15 мм. Далее L1 = 1,8 м, реальный радиус
R1 = 12,5 мм. Это означает, что к каждому из концов
трубы L0 пристыкованы трубы (их будет две — по
одной с каждой стороны) длиной L1 = 1,8 м и радиусом
R1 = 12,5 мм. И наконец, L2 — это длина кусков труб,
пристигованнык к концам труб L1. Если это последний
радиус, то удобно установить L2 = 9999 — это как
раз и объясняет компьютеру, что крайние трубки, какой
бы длины в последующих расчетах они ни вышли,
должны быть с радиусом R2, который в нашем примере
составляет 10 мм. То есть в данном случае мы описали
следующий элемент: средняя труба длиной 1,8 м и
радиусом 15 мм, далее по ее краям две трубы по
1,8 м с радиусом 12,5 мм, и далее в обе стороны до
конца элемента (а какой он получится, зависит уже
от последующих расчетов или ваших установок) идут
трубы с радиусом 10 мм.
А вот если бы в данной таблице был выбран тип
-> или ->*, то тогда это же описание соответствовало
бы следующему элементу — первая труба с начала
(уже не с середины!) провода 1,8 м длиной и 15 мм
радиусом, вторая тоже 1,8 м и 12 мм радиусом, и
третья — до конца провода 10 мм радиусом.
Посмотреть реальные физические размеры труб
комбинированного провода можно, выбрав во всплы­
вающем меню закладки Геометрия пункт Таблица
размеров комб. провода — в этой таблице дано
количество и размеры труб, из которых состоит ваш
комбинированный провод.
2-2170
33
Устанавливая комбинированный радиус, не нару­
шайте ограничений, описанных в следующем параграфе.
Таким образом, вы можете описать любой провод
с переменным радиусом. Если есть несколько прово­
дов, различных по набору труб — обозначьте радиус
каждого отдельной отрицательной цифрой и в таблич­
ке Установки комбинированного провода отдель­
ными строками опишите, какой набор труб имеется в
виду под каждым отрицательным значением И.
Если вы загружаете файл антенны, в которой уже
есть установленные комбинированные провода (Р<0),
то чтобы увидеть, что на самом деле представляют
собой такие провода, выберите во всплывающем меню
пункт Таблица размеров комбинированного прово­
да — в ней увидите все параметры.
Одно и то же значение отрицательного радиуса
(-1 , например) в разных антеннах может означать
совершенно разные установки физических размеров
(как задал проектировщик данной антенны), поэтому
всегда смотрите таблицу размеров комбинированного
провода.
Очень желательно при описании геометрии антенны
делать бум антенны (то есть предполагаемое направ­
ление максимального излучения) в направлении оси X,
элементы — в направлении оси У высота антенны —
в направлении оси 7.. В принципе, если очень хочется,
можно этого и не делать — ДН и входное сопро­
тивление антенны будут рассчитаны корректно, но
ММАЫА по умолчанию считает усиление антенны ва
и отношение излучений вперед/назад (Р/В) именно
вдоль оси X. Поэтому, если ваша антенна окажется
повернута к оси X, например боком, то значения Са
и Р/В будут весьма странными (поправить такую сит \/21 И/11/Л \/м/о
и а и а п и т с и и и л*~г
м • д ц то и ы р мпм^мп , —---- ,-----3
в меню Правка команду Вращать и далее Вокруг
оси Т. на 9 0 град.)Если вы проектируете ЭР, то нижний конец провода
должен иметь 2 = 0, иначе программа «не увидит
34
*
,
землю» (кроме случая с отдельными приподнятыми
радиалами, явно нарисованными как отдельные про­
вода). Не стремитесь поднять антенну над землей,
увеличивая значения Z для задания высоты. В про­
грамме для этого есть отдельная опция. Точка начала
координат (X = О, Y = О, Z = 0) удобна для размещения
в ней середины питаемого элемента. Не рекоменду­
ется без необходимости смещать антенну от нулевых
значений по осям X и Y иначе при обзоре и правке
вы можете ее легко «потерять из виду», так как по
умолчанию все виды антенны показывают в центре
именно начало координат.
Электрическое соединение проводов осуществля­
ется автоматически, как только совпадут все три ко­
ординаты начала или конца провода. Соединение осу­
ществляется только при совпадении координат начала
или конца проводов, пересечение же их в простран­
стве в любой другой точке (кроме начала и конца) не
приводит к электрическому соединению. Например,
если вы проектируете вертикальную Т-образную ан­
тенну, то недостаточно двух проводов, одного вер­
тикального и одного горизонтального (в этом случае
не будет контакта с серединой горизонтального про­
вода), — необходимо три провода — один вертикаль­
ный, и к его концу два горизонтальных.
Установленный флаг в поле Не разрывать позво­
ляет при последующем редактировании антенны и
перемещении провода не разрывать электрически со­
единенные с ним другие провода, перемещая их вме­
сте с исходным проводом.
2 .2 .3 .2 . Ограничения при стыковке проводов
с разным радиусом
Ходит живучий (но ложный) слух, что, дескать, MININEC при определении резонансной частоты антенны
всегда дает заметную погрешность вверх. Возник этот
слух очень давно, когда на старых компьютерах об­
2*
35
считать антенну с числом точек более нескольких
десятков было очень и очень долго. Поэтому число
точек в моделях вынужденно ограничивалось миниму­
мом. А чаще — и ниже разумного минимума. М1Ы1ЫЕС
при недостаточном числе точек действительно дает
погрешность вверх. А ЫЕС2 позволяет получить за­
данную точность определения резонансной частоты
при меньшем числе точек. Это, кстати, и было одной
из задач его создания.
В оболочках с малым числом точек на ядре М1Ы1ЫЕСа (Е!_ЫЕС, МЕС4\Л/11Ч) даже вводили специальную
коррекцию по частоте. Но поскольку это была коррек­
ция именно в оболочке, то цена ей была невелика.
Скажем, на Х/2 диполях корректировать можно успеш­
но. А на произвольной антенне величина коррекции
заранее не известна. Поэтому выходила «поправка на
ветер» — сначала оболочка ограничивала (малым чис­
лом точек) возможности М1М1ЫЕСа, а затем эмпи­
рической поправкой пыталась как-то поправить си­
туацию.
Остановился я на этом вот почему. Некоторые
упрекают ММАЫА в отсутствии коррекции по частоте
Но эта коррекция ей совершенно не нужна. ММАЫА
несравненно шире использует возможности М1Ы1ЫЕСа
и обеспечивает возможность установки достаточного
для точного расчета числа точек. Скажу более —
наличие частотной коррекции в программе (любой)
говорит только о том, что оболочка написано плохо.
До такой степени плохо, что приходится корректи­
ровать результаты, потому что при достаточном числе
точек сегментации на проводах постоянного радиуса
НИКАКОЙ РАЗНИЦЫ И НИКАКОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ
между М/ЫМЕСом и ЫЕС2 НЕТ (в ММЫ ЕСе надо
только ставить несколько больше сегментов, чем 5
ЫЕС2).
А вот если элемент (диполь, рамка, или что-то еще)
составлен из проводов (комбинированных или нет)
разного диаметра, то разница есть. В этом случае
М!Г\11ЫЕС действительно дает систематическую по­
грешность в определении резонансной частоты вверх
от действительного значения. Причина в том, что крае­
вой (торцевой) эффект М1М1МЕСом учитывается кор­
ректно только для самого последнего провода (чей
торец видит свободное пространство) и не учитыва­
ется е середине провода при ступенчатом изменении
его диаметра. То есть при стыковке проводов разного
радиуса путь тока оказывается чуть-чуть больше, чем
простая сумма длин этих проводов. Больше — на
величину ступени (разности радиусов) при стыковке
Поэтому вибратор оказывается как бы чуть длиннее
и ниже по частоте.
Слышу' негодующие крики: «А вот ЫЕС2 это учиты­
вает правильно!». Однако дело обстоит не вполне так.
Вернее, вполне не так. В расчетах 1МЕС2 этот эффект
(удлинения вибратора на стыках) точно также не рас­
считывается. Но в некоторых оболочках, использующих
ЫЕС2 (например, ЕгЫЕС) сделана коррекция. Провод,
состоящий из нескольких кусков разного радиуса, за­
меняется одним, эквивалентным, постоянного радиу­
са Эта коррекция дает очень хорошие результаты,
но, увы, лишь в случае резонансных вибраторов (на­
пример, элементов Яги). Но если элемент имеет про­
извольную форму или не находится в резонансе, то
коррекция эта ухудшает ситуацию. Точность получа­
ется хуже, чем без всяких коррекций.
Другая беда ЫЕС2 (тут уж самого ядра) — резкое
падение точности, если провод имеет относительно
короткие вставки иного радиуса, в которые включен
источник, например утолщение в центре диполя.
Пример
Обыкновенный Х/2 диполь на 14,05 МГц в свобод­
ном пространстве. Диполь состоит из относительно
короткого и толстого (диаметром 10 мм) отрезка в
центре длиной 1_0 и двух длинных проволочных плеч
диаметром 1 мм каждое. Общий размер диполя —
37
10,4 м. Материал без потерь. Вот результаты расчета
при разной длине 1.0 (в ЕгЫЕСЗ включена коррекция
на стыковку проводов разного диаметра).
Табл. 2.2 .2
Ядро,
Обо­
лочка
L0 = 2 м
Ga
(dB)
LO = 1 м
LO = 0,2 м
LO = 0,05 м
Ga
(dB)
Za (Ом)
Ga
(dB)
Za (Ом)
2,83
63,7-2,1
3,62
52,9+¡9,6
6,64 30,14+¡10,3
2,15 72,6-138,6 2,15 75,9—j3 ,1 2,15
77,4+j22,5
2,15
Za (Ом)
Ga
(dB)
Za (Ом)
NEC2,
EZNEC3
2,59 65,3—
j 19,5
MININEC,
MMANA
77,4+J35,5
Что видно из этой таблицы?
ЫЕС2 (ЕгМЕСЗ) при коротких проводниках в стыке
переменного диаметра считает усиление ва (реально
у к/2 диполя — 2,15 с!В0 с быстро прогрессирующей
до больших значений ошибкой. При наличии в стыках
проводов длиной менее 5%А. верить ЫЕС2 по усилению
нельзя — он его завышает. С входным импедансом
картина сходная, с той лишь разницей, что импе­
данс про сравнению с реальным (73 Ом активной
части) занижается.
М!Ы1ЫЕС (ММАЫА) в смысле ва ведет себя очень
солидно — везде неизменные и правильные 2,15 с!В.
Активная часть входного импеданса (Яа) намного бли­
же к реальным 73 Ом, чем у ЫЕС2. При малых Ю
реактивная часть входного импеданса ф(а) у М1М1ЫЕСа
также намного ближе к реальности. А вот при больших
!_0 (в таблице !_0 = 2 м), там где прилично ведет себя
коррекция ЕгЫЕСЗ на стыковку проводов разного ра­
диуса, реактивная часть входного сопротивления, рас­
считанного М!1\11ЫЕСом — отрицательнее, то есть ре­
зонансная частота получается выше реальной.
Стоит еще отметить, что упомянутые ошибки ЫЕС2
не исправляются повышением плотности сегментации,
38
хотя полученные значения немного меняются при
этом.
Итак, получается, что во многих случаях (короткие
стыки и/или нерезонансные элементы) М1М1ЫЕС ведет
себя точнее, чем ЫЕС2. Прежде всего, в расчете Оа
(здесь М11М1ЫЕС вне конкуренции) и активной части
входного импеданса антенны. Реактивная же часть
входного импеданса на комбинированных проводах
М1Ы1ЫЕСом сдвигается в отрицательную область (по­
грешность резонансной частоты вверх).
Так что же М!Ы1ЫЕСом нельзя пользоваться при
комбинированных проводах? Нет, конечно, можно, на­
до лишь выяснить величину погрешности и границы,
в которых она имеет приемлемую величину. Эта по­
грешность зависит от:
• диаметра провода в
• отношения диаметров соединяемых проводов.
Для резонансного к/2 вибратора, составленного из
трех равных по длине труб (диаметр более толстой
средней трубы 0 МАКС, диаметры крайних, более тонких
труб с1мин), погрешность (вверх) определения резо­
нансной частоты (в % от реальной) М^1ЫЕСом дана
в таблице 2.2.2.
Табл. 2.2.3
^МАКс/^МИН
^ макс 0,05%Х.
^ макс- 0.196Х
^МАКС - 0,3%Х
5
0,5
0,7
15
3
0,15
0,2
4
2
0,05
0,05
1
1,5
0
0
0,4
1,2
0
0
0,15
Из этой таблицы, зная диаметр наиболее толстого
провода, можно понять при каких скачках диаметра
погрешность будет терпимой, а при каких нет. Для
‘39
тонких проволочных антенн при диаметре до 0,1 %Х
(это 16 см для 160 м и 1 см для 28 МГц) даже
малореальное на практике трехкратное снижение диа­
метра скачком приводит к погрешности не более 0,2%,
что вполне достаточно.
Увеличение же диаметра наиболее толстого прово­
да до 0,3%Х (30 мм на 28 МГц и 60 мм на 14 МГц)
приводит к более жестким требованиям — приемлемая
точность сохраняется только при скачкообразном из­
менении диаметра и только 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 дос­
тигнет 1%.
Таким образом, если в элементе есть скачки диа­
метра проводов (комбинированные провода), то при
пользовании М!Ы1ЫЕСом (то есть ММАЫА) надо смот­
реть табл. 2.2.2, чтобы не выйти за область корректной
работы М1Ы1ЫЕСа. При максимальном диаметре про­
водов менее 0,1 %А. и Омдкс/с1мин < 3 об этом можно
не волноваться (эта область, на мой взгляд, покрываем
большинство практических конструкций).
Тут уместно заметить, что использование ЫЕС2 дас~
выигрыш по точности определения резонансной час­
тоты только в случае элементов резонансных разме­
ров (скажем, Х/2 диполей или волновых рамок). Во
всех же остальных случаях, например нерезонансная
(укороченная) телескопическая мачта как излучатель
толстая мачта с ВЧ Уад1 наверху как НЧ вертикал или
вставки другого диаметра длиной менее 5%Х (дажз
и в резонансный провод) М1!М1МЕС (даже с учетом
погрешностей табл. 2.2.2) выиграет по точности у
ЫЕС2.
Завершающий вопрос параграфа: ну а если все же
надо рассчитать именно Яги с элементами большого
диаметра и таперированными настолько, что погреш­
ность М1Ы1ЫЕСа уже неприемлема? Что делать с фай­
лом ММАЫА такой антенны и как просчитать его в
40
ЫЕС2 для точного определения резонансной частоты9
А вот об этом — в параграфах 2.2.5.1 и 2.3.1.
2 .2 .3 .3 . Сегментация
Величина Бед определяет количество точек, на ко­
торое разбивается провод при моделировании. Коли­
чество сегментов определяется требованиями метода
моментов (см. параграф 2.1.2).
Если величина Зед установлена положительной от 1
и больше, то это режим ручного разбиения на точки,
который принят в большинстве других моделирующих
программ. Им лучше без крайней необходимости не
пользоваться, поскольку львиная доля всех ошибок
при моделировании происходит именно из-за невер­
ного разбиения провода на сегменты.
Я бы рекомендовал пользоваться только имеющим­
ся в ММАЫА и очень удобным режимом автоматиче­
ского деления на сегменты, для установки которого
достаточно установить величину Бед, равной отрица­
тельному числу или нулю.
Параметры автосегментации зависят от величин,
установленных в полях ОМ1, ОМ2, ЗС и ЕС. Когда вь
хотите получить автоматическое деление на равные
части, установите Зед, равным 0. В этом случае провод
будет разбит на одинаковые сегменты длиной ?„/ОМ2
Величины ОМ1, ЗС и ЕС в данном случае не игоают
роли.
Для повышения точности весьма желательно, чтобы
плотность сегментов была переменной — минималь­
ной в середине провода и максимальной на его концах.
Автосегментация с переменной плотностью достигается
установкой значения Зед, равным -1 , -2 , или -3 . Если
установлено -1 , то включается режим уплотненной
расстановки сегментов на обоих краях провода, при­
чем величина сегментов будет убывать от \/ОЬЛ2 до
А./ОМ1 (при ЕС = 1). Установка - 2 — то же самое, но
только в начале провода, - 3 — только в его конце.
41
Параметр ЕС — множитель уплотнения, увеличивая
его можно добиться более плотной расстановки точек
на концах провода. Показывает, во сколько раз умень­
шается размер сегмента на краю провода. То есть
минимальная длина сегмента равна А,/(0М1*ЕС).
Параметр БС (его величина должна быть от 1 до 3)
определяет, с какого расстояния от края провода начнет
возрастать плотность сегментов. При БС = 1,001 уп­
лотнение сегментов начинается уже от самой середины
провода, при БС = 3 добавляется только по одной точке
в начале и конце (по умолчанию БС = 2). Не устанав­
ливайте БС = 1, при этом возможно «зависание» про­
граммы.
Пока вы не наберетесь достаточного опыта, не тро­
гайте установленные по умолчанию значения ОМ1,
ОМ2, ЕС и БС, а параметр Бед всегда ставьте равным
-1 для оптимальной автосегментации. Эти настройки
дают весьма хорошие результаты в подавляющем
большинстве случаев. Если в вашей модели нет рас­
стояний (между проводами, до земли, длина самого
короткого провода) меньших 1/400 то, как правило,
установок по умолчанию достаточно. Если же расстоя­
ния меньшие, чем Х/400 присутствуют в вашей модели,
то необходимо уменьшить минимальный сегмент до
выполнения общих ограничений метода моментов (па­
раграф 2.1.2). Для этого следует увеличить параметры
ОМ1 и ЕС до 2...8 и уменьшить БС до 1,01...1,2.
Величина йМ2 обычно должна составлять 1/5...1/200М 1,
поэтому при существенном увеличении ОМ1 надо со­
ответственно поднять и ОМ2.
Как именно определить, не требуется ли в вашем
случае увеличить число сегментов? Во-первых, в лю­
бом случае желательно проверять, не выходит ли сегн
о и1 IтIоимцмг пт ип ио ш
т оомп и
лпопм о
о ио п
о ои тI о|_/и1
и мIУнI оIV-»
и! м
м о тI ои,ци
по
1УЮ
1У|\^|ЦО;1>'1
ч ^ч ш
н ^м».
1*1п
X1 1УЮ
моментов (параграф 2.1.2). Во-вторых — см. параграф
2.2.13 с ответами на часто задаваемые вопросы.
Переменную сегментацию (соответствующую -1 )
можно задать, записав в поле Бед через запятую две
42
цифры — любые желаемые значения DM1 и DM2.
Например, запись в поле Seg вида 1000, 100 означает
переменную сегментацию с параметрами DM1 = 1000
и DM2 = 100. Нюанс: первая цифра всегда должна
быть больше второй (значение DM1, определяющее
минимальный размер сегмента на краю провода, все­
гда больше чем DM2).
Автосегментация — это очень полезная функция
MMANA, выгодно отличающая MMANA от других обо­
лочек, позволяющая, свести к минимуму ошибки при
ручном разбиении на сегменты, а также, поскольку
при автосегментации длина сегмента пропорциональ­
на длине волны, исключить ошибки связанные с из­
менением частоты. Например, если при анализе ан­
тенны Бевереджа длиной 200 м установить вручную
число точек 100, то для частоты 1,8 МГц такое коли­
чество будет излишним, а для частоты 28 МГц —
недостаточным. Автосегментация позволяет забыть об
этой проблеме.
2 . 2 . 3 .4 . И сто чн ики и н агр узки
Левая нижняя табличка (рис. 2.2.1) описывает ис­
точники. Прямо под словом PULSE пишется:
w ie — если источник в середине первого провода,
w1b — если он в начале первого провода,
w ie — если он в конце первого провода,
w2c — если он в середине второго провода, и т.д.
Если источник не в середине и не в конце, а гдето сбоку пишется так:
w1c4 — источник, смещенный в направлении конца
от центра первого провода на 4 сегмента (где именно
получился источник можно посмотреть, нажав закладку
Вид).
w2c-5 — источник, смещенный от центра первого
провода в направлении его начала на 5 сегментов.
То есть первая буква — всегда w (от wire —
провод), вторая цифра — номер провода, третья буква
43
(Ь, с, е) — начало, середина и конец соответственно.
Четвертая цифра (ее может и не быть) — величина
смещения в сегментах от начала конца или середины.
Если вы устанавливаете источник на начало или конец
провода проверьте, чтобы к этому началу или концу
было бы что-нибудь присоединено — или другой про­
вод или земля (координата по 7. = 0) — току куда-то
надо утекать поэтому второй вывод источника не
может «висеть в воздухе».
Если планируется множество экспериментов с ан­
тенной то удобно разместить источник в центре ко­
роткого провода, а к нему уже присоединить основные
провода антенны, тогда при всех перемещениях длин­
ных проводов источник будет оставаться на месте.
Этот прием применяется и при параллельном соеди­
нении нескольких антенн: питаемых одной линией,
этот же прием используется и для установки на­
грузок.
Следующий столбец таблицы Источники — это фа­
за источника в градусах. Если источник один, то фаза
безразлична. Но если вы проектируете систему с ак­
тивным питанием и, соответственно, несколькими ис­
точниками, то в каждом должна быть установлена
нужная фаза. Причем обратите внимание, в отличие
от большинства других моделировщиков в ММАЫА
задается не фаза питающего тока, а фаза напряжения.
Поэтому при переносе активных антенн из других мо­
делировщиков в ММАЫА установки источников будут
другими. Например, два четвертьволновых штыря на
расстоянии 1/4А. при источниках тока (например, в
EZNECe) для однонаправленной ДН должны иметь сле­
дующие установки: 1-й источник: 1 А/0гр.. 2-й источ­
ник: 1 А /-90гр. При установке же источников напря­
жения для получения той же самой ДН установки
должны быть иными: 1-й источник: 0,26 В и 0 градусов,
2-й источник: 0,41 В и -2 5 градусов. Эта странная на
первый взгляд разница в описании одного и того же
процесса возникает потому, что входные сопротивле­
44
ния вибраторов РАЗНЫЕ, первого 20—j18 Ом, второго
49+j15 Ом, поэтому токи одинаковой амплитуды дают
разные напряжения, и кроме того, из-за наличия ре­
активной составляющей во входных сопротивлениях
вибраторов фазы питающего тока не совпадают с
фазами напряжений.
Последний столбец этой таблицы — напряжение
источника. Если источников несколько, вы может вруч­
ную установить амплитуду каждого из них либо, ус­
тановив флаг Одинаковые источники, включить ав­
томатическое уравнивание амплитуд всех источников
Под термином «нагрузка» понимается любая пас­
сивная сосредоточенная цепь — резистор, реактив­
ность, контур. Расположение и вид нагрузок описы­
ваются в таблице Нагрузки. Положение нагрузки за­
дается точно так же, как и положение источников в
столбце PULSE. Тип нагрузки задается в следующем
столбце выбором из меню, всплывающего под левой
кнопкой мыши — курсор должен быть в этом столбце
(для вызова этого меню также можно, выделив ячейку
в столбце Тип, нажать любую кнопку на клавиатуре):
LC, R+jX, S.
При выборе LC можно описать:
Катушку, В столбце L — индуктивность в мкГн, в
столбце С — 0, в столбце Q — добротность катушки
(0 в этом столбце означает идеальную катушку с бес­
конечной добротностью). Не забывайте ставить реаль­
ное значение Q. Во многих случаях потери в катушке
существенно меняют картину. Типичные значения хо­
лостой добротности на КВ лежат в пределах 100 (пло­
хая катушка)...500 (очень хорошая катушка).
Конденсатор. Столбец L — 0, столбец С — емкость
в пф, Q — добротность конденсатора (0 в этом столбце
означает идеальный конденсатор без потерь). Тут, в
отличие от катушки, можно не особенно заботиться
об установке реальной добротности, поскольку доб­
ротность конденсаторов, как правило, в несколько раз
выше, чем у катушек, и поэтому мало влияет на па­
45
раметры антенны. На КВ О конденсаторов лежит в
пределах от нескольких сотен (с диэлектриком) до
нескольких тысяч (воздушные, вакуумные).
Параллельный колебательный контур. Либо за­
полнив столбцы I., С, О, либо в столбце ^ М Н г), за­
полнив только 1. либо только С и не заполняя второй
параметр, указать резонансную частоту контура в МГц
и недостающий параметр будет автоматически под­
считан. Удобно для описания фильтров-пробок (тра­
пов). Не забывайте установить реальное значение хо­
лостой добротности контура (как правило такое же,
как и у контурной катушки).
При выборе Я+]Х в соответствующих столбцах про­
сто указываются активная и реактивная части сопро­
тивления нагрузки в омах. Для задания резистора
указывается только Я.
При выборе Э, устанавливается режим описания
нагрузки Лапласова типа. Этот тип нагрузки наиболее
полезен для представления сложных, комбинирован­
ных цепей, которые не могут быть представлены дру­
гими типами нагрузок. Любая комбинация Я, 1_ и С
может быть представлена Лапласовым типом нагрузок.
Описание нагрузки вводится как коэффициенты поли­
нома Лапласа описываемой сложной цепи. Первый
коэффициент задается так: числитель дроби АО, зна­
менатель ВО, второй коэффициент А1 и В1 соответ­
ственно и т. д. По крайней мере, один коэффициент
знаменателя должен быть ненулевым. ММАЫА допус­
кает описание полинома (и соответственно цепи) до
13-го порядка. Не используйте этот тип нагрузок, если
вы не знакомы с использованием преобразования Ла­
пласа, рассмотрение которого не входит в задачу этой
книги.
Для включения нагрузки в состав антенны надо
установить флаг в поле Включить нагрузку(и), при
отсутствии этого флага описанные в таблице нагрузки
при моделировании считаются отключенными (удобно
для экспериментов по выяснению влияния нагрузки
46
на параметры антенны). Из типичных ошибок — указать
провод, в котором задана нагрузка, и не описать ее
(все нули или пустые столбцы) — это приводит к
остановке вычислений. Либо удалите эту нагрузку, ес­
ли она вам не нужна, либо опишите ее до конца.
Появляющаяся справа над табличкой Нагрузки
кнопка Ком м ентарии вызывает текстовый файл, в
котором записаны любые дополнительные данные об
антенне. Эта кнопка появляется только тогда, когда
при создании антенны какие-нибудь комментарии бы­
ли написаны. Для создания комментариев на новой
антенне используйте команду Ф айл — Комментарии.
Эту опцию удобно использовать как записную книжку
для хранения сведений, относящихся к данной антен­
не.
Мы уже упоминали о всплывающем меню — его
опциях Установки размеров комбинированного
провода и Таблица размеров комбинированного
провода. Почти все команды этого меню (как, впро­
чем, и большинства других) имеют «быстрые» клавиши
(подчеркнутые буквы) и «горячие» клавиши (написаны
рядом). Не останавливаясь на самоочевидных коман­
дах Удалить, Добавить, Поменять местам и начало
и конец, рассмотрим другие:
• Поиск и зам ена позволяет заменить значение
координаты на новое, причем возможно сделать
это не только целиком, но и по выбранным осям.
Специальный флаг позволяет менять и зеркальные
значения (удобно для симметричных антенн).
• Подвинуть — перемещение по выбранным коор­
динатам. Здесь нередка ошибка пользователя. По
умолчанию в меню Подвинуть стоит флаг в поле
Выделенную точку, и если вы хотите подвинуть
всю антенну, то надо переставить флаг в поле
Все координаты, ибо иначе подвинется только
одна точка и форма антенны исказится.
• Описание провода — подробная таблица, опи­
сывающая все параметры выбранного провода
47
(есть даже полярные координаты). Удобна при
различных правках антенны, когда вы хотите чтото поменять в описании данного провода без
захода в закладку Геометрия.
* Сервис и установки — под этой командой пря­
чется обширное меню из нескольких разных рас­
четных программ, пользоваться которыми можно
независимо от ММАМА, подробно это меню опи­
сано в параграфе 2.2.11.
2 .2 .4 . З а кл ад ка Вид
Выбрав эту закладку, можно посмотреть внешний
в трехмерном пррстранстве антенны и распреде­
ление сегментов и токов по ней. На рис. 2.2.2 показано
окно этой закладки.
в и д
[<Л$ММАМА F:\MMANA\ANT\VHF\LoopsЬеат\ЗНЕМТМАЛ
Файн Правка Сервис ПоМошь
Ш Ш Ш ИЯШ Л
Центр на антенну
Зе1е Неп1еппа 1_оор6т
- !□!
,
Центр: Х=0 У=0 г=0 |!
'>Источ.
* Н а гр у з к а
N
¡О
ч.
* ч ,
Верт. вращение Гор вращение
\ЛАгеN0.9
XI -157т
У1 -05т
2Л 2 368т
Х2 -1.57т
У2 0.5т
22 2 3
68т
Я 6.0тт
Длина1От
Азим.:900гр
Зенит 90.0гр
Р Н
ормальныйвис Масштаб токов
& Токи
]
Р Сегменты
Рис. 2 .2 .2
Движками Верт. вращение, Гор. вращение и М ас­
штаб можно внимательно рассмотреть антенну со всех
сторон. Если вы потеряли из виду антенну, нормальное
изображение восстанавливается либо флагом Нор48
мальный вид, либо нажатием одной из двух кнопок —
Центр на антенне или Центр на X = О.У = 0 .7. = О.
Источники показаны красными кружками, нагрузки —
красными крестиками.
При установке флага Сегменты зелеными крести­
ками показываются точки разбиения проводов на сег­
менты. Тут удобно смотреть, не нарушены ли требова­
ния метода моментов по сегментации (см. параграф
2.1.2). То есть нет ли участков (повышенное внимание
к стыкам проводов, особенно пересекающимся под ма­
лым углом), где расстояние между сегментами соседних
проводов меньше минимальной длины сегмента.
При установке флага Токи показывается распреде­
ление тока в проводах, для этого предварительно
должны быть сделан расчет антенны в закладке Вы­
числения (см. следующий параграф). Масштаб ото­
бражения токов регулируется соответствующим движ­
ком.
Вы должны понимать, что:
• Основное излучение обеспечивают те участки, по
которым протекает максимальный ток.
• Участки минимума тока соответствуют максиму­
мам напряжения, и наоборот.
• Желательно, чтобы токи были синфазными, нали­
чие близко расположенных участков с противо­
фазными токами приводит к взаимной компенса­
ции их излучения и снижению эффективности ан­
тенны. Для правильного отображения фазы токов
в установках программы должен стоять соответ­
ствующий флаг (см. параграф 2.2.11).
• Наличие противофазных токов в одном проводе
приводит к дроблению его ДН на лепестки и, как
правило, нежелательно.
• Надо убедиться, что ни один ноль тока не на краю
провода (если имеются) не попадает между да­
леко отстоящими сегментами. Если такое случи­
лось, увеличьте плотность сегментации, как опи­
сано в параграфе 2.2.3.4.
49
На изображении антенны щелчком левой кнопки
мыши можно выделить провод — его описание поя­
вится в правом нижнем углу окна. Убрать это окно
можно, временно перейдя в закладку Геометрия и
выделив там мышкой самую последнюю (пустую) стро­
ку в таблице проводов.
Во всплывающем в этой закладке меню (под правой
кнопкой мыши) часть команд такая же, как и во всплы­
вающем меню закладки Геометрия. Остановимся
только на новых командах:
• Центр изображения на этой позиции — уста­
навливает на выбранное курсором место центр
обзора. Полезна, если вы хотите детально рас­
смотреть какой-либо фрагмент антенны. Перед
тем как растянуть масштаб изображения, устано­
вите на интересующий вас участок на центр, тогда
при растяжке он не «убежит» за экран.
• Удалить источник — для активизации этой ко­
манды надо предварительно выделить тот провод,
в котором этот источник установлен.
• Передвинуть/добавить источник в и далее вы­
брать из следующего окна, куда именно (в начало,
конец или середину) вы хотите поместить источ­
ник. Предыдущее замечание о выделении провода
относится и к этому пункту.
2 .2 .5 . З а кл а д ка Вы числения
Вид этого окна с примером расчета показан на
рис. 2.2.3. В окне Частота устанавливается частота
анализа антенны (по умолчанию берется частота из
закладки Геометрия). В этом поле имеется список
частот — несколько из каждого любительского диа­
пазона, а если вам нужна специфическая частота,
введите ее вручную. Правое окно — информационное
и отображает текущее состояние расчета.
В окошке Земля выбирается тип земли. Пункты
Свободное пространство и Идеальная пояснения
50
M
MANA-F:\MMANA\ANT\VHF\Loopsbeam\3HENTM
AA
файл Правка Сервис ПоМошь
Геометрия] Вид Вычисления| Диаграммынапревленности|
3ele Hentenna Loop 6m
WAVELENGTH-5.972112[m]
F {йИПП
Tj МГц
TOTALPULSE=291
Земля--RLLMATRD<..
FACTORMATRIX..
С С
вободноепространство
PULSEVOLTAGEfV] CURRENTfmA] !MPEDANCE(0m)SWR
С И
деальная
w7c 1tJO+jO-OO 21.23*j1.64 46.82-j3.62 1.10
CURRENTDATA.
f?Реальная ПараметрыI F
ARRELD...
oFatalErrors)
Высота |5
-3 „ N
10.64(s)
Материал|медь
Ж*]
Пуск| Оптимизация|________________ j Графики[Правка провода]Правка элемента
Рис. 2.2.3
не требуют, а вот если установлена Реальная земля,
то в этом же окошке появляется кнопка Параметры,
которая вызывает окно Параметры реальной земли.
Высота антенны над землей устанавливается в поле
Высота. Программа поднимает антенну вверх по оси 7.
В поле М атериал выберите из списка материал ан­
тенны.
2 .2 .5 .1 .
Ограничения МШШЕСа
при моделировании реальной земли
МИММЕС имеет некоторые особенности и ограни­
чения в моделировании реальной земли (которые, ес­
тественно, перешли и в ММАЫА). Даже когда уста­
новлена реальная земля, [\ZIININEC для расчета токов
и входного импеданса антенны принимает идеальную
землю (для ускорения расчетов). Реальная земля (об­
ладает проводимостью и диэлектрической проницае­
мостью), учитывается только при определении поля в
5-1
дальней зоне, и, следовательно, при вычислении уси­
ления антенны и ее ДН.
Из этого вытекают следующие ограничения для мо­
делирования при расчетах в М1Ы1МЕСе.
У антенн, в которых земля непосредственно входит
в состав антенны (например, антенны Бевереджа или
вертикал без радиалов, стоящий прямо на поверхности
земли), нельзя определить влияние потерь в земле
на входное сопротивление и соответственно оценить
влияние потерь в земле на усиление. М1Ы1ЫЕС покажет
большее усиление, чем в реальности. На практике
часть мощности затухнет в неидеальной земле (см.
параграф 3.4.4 и 3.4.5). Полоса пропускания таких
антенн вычисляется при идеальной земле, а значит
более узкая, чем в реальности, ибо сопротивление
потерь реальной земли снижает добротность антенны
и расширяет ее полосу. Это важно для резонансных
узкополосных (особенно укороченных) вертикальных
антенн. Для симулирования потерь в земле последо­
вательно с противовесами (или землей) надо включить
активный резистор (см. параграф 3.4.5.2).
Для подвешенных ниже, чем 0,16А. (это радиус ближ­
ней зоны — см. параграф 3.1.1) горизонтальных антенн
завышается коэффициент усиления, поскольку земля
в модели действует как идеальный рефлектор, реально
являясь рефлектором с потерями, и занижается вход­
ное сопротивление (оно считается для идеальной зем­
ли), поскольку не учитываются тепловые потери р е ­
активной ближней зоны в земле.
При необходимости более точных расчетов входных
импедансов и (только для горизонтальных антенн) уси­
ления антенн, расположенных над реальной землей
ниже 0,16 а,, лучше воспользоваться программами на
ядре МЕС2 в режиме реальной земли ЗоммерфельдаНортона. У ЫЕС2 несколько режимов моделирования
реальной земли, но корректный учет низко располо­
женных проводов и потерь ближнего поля в земле
возможен только в режиме реальной земли Зоммер-
52
фельда-Нсртона. Ограничение по высоте провода над
землей >0,005^. К сожалению, ЫЕС2 в режиме реаль­
ной земли Зоммерфельда-Нортона не подходит для
расчета антенн, в которых провода касаются земли
(например, вертикала с противовесами, лежащими не­
посредственно на земле). То есть как и в М11Ч1ЫЕСе
ес. л земля непосредственно входит в состав антенны,
то точный ее учет невозможен. Так что в учете близко
расположенной реальной земли идеала, увы, нет. Надо
знать ограничения обоих ядер по реальной земле и
понимать, когда их следует применять.
Поэтому:
• Если антенна выше 0,16^ над реальной землей —
оба ядра дают одинаковые результаты.
« Если полноразмерная горизонтальная или любая
укороченная антенна содержит хотя бы один про­
вод ниже 0,16Х — лучше ЫЕС2 (М1Ы1ЫЕС завышает
усиление и занижает Ра).
• Для вертикала (кроме укороченных) с противове­
сами, приподнятыми выше 0.05А. - без разницы.
• Для вертикала с противовесами, приподнятыми
выше от 0,005А. до 0,05А. — лучше ЫЕС2 (М1ЫМЕС
заужает полосу и немного завышает усиление,
корректируется дополнительным резистором).
• Для вертикала с противовесами на земле —
М1Ы!ЕС. Для получения точного входного импе­
данса требуется включать дополнительный рези­
стор (см. параграф 3.4.5.2).
• Если антенна содержит хотя бы один провод, ка­
сающийся земли, — только М1М1ЫЕС. Вернее ЫЕС2
использовать все же можно, но в режиме реальной
земли М1Ы1ЫЕСа.
Хотел бы заметить, что не стоит придавать чрез­
мерное значение особой точности учета реальной зем­
ли. Во-первых, ее параметры, как правило, известны
весьма приблизительно. Во-вторых, они переменны
по поверхности земли (на сухом песчаном пригорке
одно, а в глинистой ложбине — другое). В-третьих,
53
параметры эти переменны во времени и зависят как
от погоды, так и от времени года.
Поэтому, несмотря на все вышеприведенные огра­
ничения, в MMANA можно с достаточной для практики
точностью учитывать реальную землю в большинстве
случаев.
А что делать с меньшинством случаев? Когда NEC2
дает результаты точнее и его применение желательно?
Не покупать же для этих случаев отдельный моделировщик с неудобным сервисом (типа EZNEC3). Про­
блема решена усилиями Дмитрия Федорова UA3AVR,
написавшего утилиту NEC-2 for MMANA (см. параграф
2.3.1). Эта утилита позволяет просчитать файл модели,
сделанной в MMANA с помощью ядра NEC2. То есть
можно сделать и оптимизировать модель, используя
весь сервис MMANA, а окончательные уточняющие
расчеты произвести данной утилитой.
2 .2 .5 .2 . Окно Параметры реальной земли.
Сложная земля
Итак, как описать реальную землю в MMANA?
Для задания простой плоской реальной земли в
MMANA в таблице Параметры земли заполните одну
строку — первый столбец — е земли, второй — ее
проводимость в мС/м. Если вы не знаете параметров
своей земли, то ориентировочно их можно взять из
MMANA (Помощь: Читать Append.txt) или из табл.
2.2.4.
В четвертом столбце таблицы Параметры земли
запишите нуль, в третьем — любое число, его величина
в данном случае ничего не определяет. Проследите,
чтобы в поле ВКЛ — радиальный тип отсутствовала
птичка. Описание самого простого случая равномер­
ной, плоской земли завершено.
MININEC также допускает описание земли сложной
формы и с переменными параметрами. Земля может
быть задана в виде нескольких различных «сред»,
54
Табл. 2.2.4
Характеристика земли
Диэлектриче­
Проводимость,
Качество земли
ская проницае­
т Э /т
мость е
М орская вода
81
5000
Отличное
Пресная вода
80
1
Отличное
Сельская местность,
слегка холмистая, жирный
чернозем
20
30
Очень
хорош ее
Сельская местность,
слегка холмистая,
чернозем
14
10
Очень
хорош ее
Болотистая равнина, густо
поросш ая лесом
13
7,5
Очень
хорош ее
Сельская местность, холмы
средней высоты, среднее
облесение
13
6
Хорош ее
Сельская местность, холмы
средней высоты, тяжелые
глинистые почвы
13
5
Среднее
Каменистая почва, крутые
холмы
14
2
Плохое
Песчаная почва, сухая и
каменистая
10
2
Плохое
Городские и индустриаль­
ные районы
5
1
Очень плохое
Городские жилые районы,
асфальтовые поля
3
1
Очень плохое
каждая с собственными параметрами (е, проводимо­
стью и высотой). Хотя каждая среда может иметь
различная высоту, М1Ы1ЫЕС не будет учитывать эк­
ранирование излучения элементами рельефа, он вы­
числяет только отражения от сложного рельефа
земли.
55
Возможны два варианта задания формы сред —
параллельные ступени или концентрические кольца. Тип
сред выбирается установкой птички, в поле ВКЛ —
радиальный тип, если птички там нет — это режим
ступеней (в табличке Параметры реальной земли тре­
тий столбец имеет название Xcord), а если птичка ус­
тановлена — то это режим концентрических колец (тре­
тий столбец изменяет название на Rcord). Параметры
каждой среды описываются отдельной строчкой в таб­
лице Параметр земли. Первые два столбца — е й
проводимость. Два последних столбца задают коорди­
наты среды. Четвертый столбец определяет высоту сре­
ды в метрах над нулевой координатой Z. Тут есть ог­
раничение MININECa — первая в списке среда всегда
должна иметь высоту 0. Все остальные среды могут
иметь произвольную высоту как положительную — сту­
пень вверх, дом, холм, так и отрицательную — ступень
вниз, обрыв.
В режиме ступеней каждая среда представляет
собой полосу (ступень) бесконечной длины и за ­
данной ширины, параллельную оси Y. Таких средступеней может быть описано несколько. Коорди­
ната Xcord в третьем столбце задает окончание
данной среды по оси X (для всех сред, кроме
последней в списке). Заметим, что в строке опи­
сания данной среды вводится координата Xcord ее
конца. Началом данной среды, является конец пре­
дыдущей, поэтому ЗНАЧЕНИЕ КООРДИНАТЫ Xcord
КАЖДОЙ СЛЕДУЮЩЕЙ СРЕДЫ ДОЛЖНО БЫТЬ
БОЛЬШЕ, ЧЕМ ПРЕДЫДУЩЕЙ. Последняя в списке
среда не имеет внешней границы и простирается
в бесконечность, поэтому то, что установлено для
нее в столбце Xcord, роли не играет (если среда
в таблице однв, то онэ ппостипяется до бвсконечности во все стороны).
Пример 1 . Берег моря: г = 13, проводимость
7,5 мС/м. Морская вода — 81 и 5000 соответственно.
56
t !
В таблице Параметры земли должны быть две строки
вида:
13
7,5
10
0
81
5000
любое число
0
Это означает, что первая среда (берег) имеет вы­
соту, равную 0, и начинается по оси X в минус бес­
конечности и кончается на координате X = 10 м, а
вторая среда (море), также имея нулевую высоту, на­
чинается по оси X от координаты 10 м (конец преды­
дущей среды) и продолжается до плюс бесконечности.
Пример 2. Плато (г = 14, проводимость 2 мС/м)
оканчивается обрывом глубиной 20 м, за которым
следует черноземное поле (е = 20, проводимость
30 мС/м) шириной 100 м, а за ним лежит большое
пресное озеро (е = 80, проводимость 1 мС/м) ниже
уровня поля на 5 м. В таблице Параметры земли
должны быть три строки вида:
4
2
0
0
20
30
100
-2 0
80
1
любое число
-2 5
Это означает, что первая среда (плато) имеет вы­
соту, равную 0, и начинается по оси X в минус бес­
конечности и кончается на X = 0. Вторая среда (поле),
имея высоту на 20 м меньше, начинается от коорди­
наты X = 0 м (конец предыдущей среды) и продол­
жается до координаты 100 м, третья среда (пресная
вода) еще на 5 м ниже и начинается по оси X от
координаты 100 м (конец предыдущей среды) и про­
должается до плюс бесконечности.
57
Если установлен режим концентрических колец
(птичка в поле Радиалы — Включить), то третий
столбец таблицы Параметры земли меняет свое на­
звание на Ясогс!. В этом режиме первая среда пред­
ставляет собой круг с центром в начале координат, а
все последующие среды — расходящиеся концентри­
ческие кольца. Вводимая в третий столбец таблицы
координата Исогс! задает в метрах наружный радиус
данной среды (действительно для всех сред, кроме
последней в списке). Началом данной среды является
конец предыдущей, поэтому ЗНАЧЕНИЕ КООРДИНАТЫ
Всогс! КАЖДОЙ СЛЕДУЮЩЕЙ СРЕДЫ ДОЛЖНО БЫТЬ
БОЛЬШЕ ЧЕМ ПРЕДЫДУЩЕЙ. Последняя в списке сре­
да не имеет внешней границы и простирается в бес­
конечность, поэтому то, что для нее установлено в
столбце Исого!, роли не играет (отметим, что если
среда в таблице одна, то она простирается до бес­
конечности во все стороны).
Центр первой среды должен быть в начале коор­
динат — это требование М11М1ЫЕСа. В режиме концен­
трических колец активно окошко Радиалы, и вы мо­
жете задать проволочные радиалы. Вводится число
радиалов и радиус провода, из которого они изготов­
лены. Обратите внимание — поле Радиус в этом окне
задает радиус провода (внимание — в данном окне
это делается не в миллиметрах, а в метрах!), из
которого выполнены радиалы, а не их длину, т. е.
радиус среды! Длиной же радиалов является радиус
первой среды, заданный в таблице Параметры зем­
ли. Если в этой таблице описана только одна строка —
это соответствует единственному кругу бесконечной
длины и радиалы также будут бесконечной длины.
Поэтому, если вы имеете в виду задать конечные
радиалы, надо использовать как минимум две среды,
причем концом радиалов будет конец первой среды.
То есть радиалы простираются от начала координат
до внешней границы самой внутренней среды. Отме­
тим (ограничение М1ММЕСа), что радиалы в модели
58
используются только, чтобы изменить проводимость
земли для вычисления поля в дальней зоне, то есть
усиления и ДН антенны; но они не будут иметь влияния
на входной импеданс вертикальной антенны. ПОЭТО­
МУ ОНИ НЕ МОГУТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНЫ Д ЛЯ ОЦЕН­
КИ ВЛИЯНИЯ ПОТЕРЬ В СИСТЕМЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НА
ВХОДНОЙ ИМПЕДАНС АНТЕННЫ.
Имеется небольшое пресноводное
(с = 80, проводимость 1 мС/м) круглое озеро диамет­
ром 200 м, окруженное кольцом влажной почвы
(с = 14, проводимость 10 мС/м), шириной 50 м, а дальше
во все стороны идет сухая почва (е —10, проводимость
2 мС/м). Все это на одной высоте. В таблице Пара­
метры земли должны быть три строки вида:
Пример
3.
0
1
100
0
14
10
150
0
10
2
любое число
0
Это означает, что первая среда (озеро) имеет вы­
соту 0 и форму круга с радиусом 100 м. Вторая среда
(влажная почва) имеет форму кольца с внутренним
радиусом 100 м (внешняя граница озера) и наружным
150 м. Третья среда (сухая почва) имеет форму кольца
с внутренним радиусом 150 м (внешняя граница пре­
дыдущей среды) и продолжается до бесконечности во
все стороны. В данном случае в окошке Радиалы
поля Число и Радиус должны быть заполнены ну­
лями — радиалов нет.
Пример 4. По равномерной, плоской сухой земле
(е = 10, проводимость 2 мС/м) разложено 16 проти­
вовесов длиной по 10 м из провода диаметром 2 мм.
В таблице Параметры земли должны быть две строки
вида:
59
10
2
10
0
10
2
любое число
0
Кроме того, б окошке Дополнительных проволоч­
Радиус — 0,001.
Это означает, что первая среда имеет нулевую вы­
соту и форму круга с радиусом 10 м. причем внутри
нее на почве дополнительно разложены 16 противо­
весов по Ю м каждый из провода диаметром 2 мм.
Вторая среда имеет форму кольца с внутренним
радиусом 10 м (внешняя граница предыдущей сре­
ды) и продолжается до бесконечности во все сто­
роны
Пример 5. Высотный железобетонный (г = 13, про­
водимость 5 мС/'м) круглый дом высотой 20 м, ра­
диусом 8 м. На крыше дома в самом центре разложены
6 противовесов, длиной по 5,2 м из провода диамет­
ром 1 мм. Вокруг дома равномерно во все стороны
лежат городские районы (е = 5, проводимость 1 мС/м).
В таблице Параметры земли должны быть три строки
вида:
ных радиалов 16, а в окошке
13
5
5,2
0
13
5
8
0
5
1
любое число
-20
И еще в окошке Дополнительных проволочных
радиалов должно стоять 6, а в окошке Радиус —
0,005.
Первые две строки описывают крышу дома: первая
среда имеет высоту, равную 0, и форму круга с ра­
диусом 5,2 м, причем на нее дополнительно положены
6 противовесов по 5,2 м длиной каждый из провода
диаметром 1 мм (радиусом 0,5 мм). Вторая среда
имеет форму кольца с внутренним радиусом 5,2 м
60
(внешняя граница предыдущей среды) и имеет внеш­
ний радиус 8 м — это граница крыши. Третья среда
(городские районы) лежит по высоте на 20 м ниже
двух предыдущих (высота дома), имеет форму кольца
с внутренним радиусом 8 м (наружный радиус дома)
и продолжается до бесконечности во все стороны.
Еще два важных нюанса, относящихся к моделиро­
ванию земли.
• Вы можете разместить свою антенну в центре
координат, логично это сделать в последнем при­
мере. Но можно этого и не делать — допустимо
ее произвольное смещение по плоскости Х-Х так,
в примере 3 с озером нет никакой необходимости
устанавливать антенну в центре озера — размес­
тите ее на берегу в любой удобной точке.
• Установки реальной земли записываются в ¡тфайл ММАЫА (а не в файл данной, конкретной
антенны, как все остальные исходные данные ан­
тенны) и по умолчанию действуют и на все сле­
дующие открываемые антенны, меняя их парамет­
ры. Поэтому, если ваши давно и хорошо изученные
модели антенн вдруг изменили свои параметры,
то почти наверняка дело в том, что вы в последней
модели поменяли параметры реальной земли и,
совершенно естественно, это повлияло на пара­
метры уже изученных антенн (если в их описание
установлена реальная земля). Это же случается и
при установке новых версий программы — в исход­
ном ¡т-файле ММАЫА записаны установки равно­
мерной, плоской земли (диэлектрическая прони­
цаемость 13, проводимость 5 мС/м), если у вас
были уже установлены какие-то иные, ваши соб­
ственные, параметры земли. Поэтому всегда вни­
мательно следите, что именно установлено у вас
в Параметрах земли.
Точное моделирование профиля и свойств земли,
несмотря на вышеописанные функции, конечно, не­
61
возможно. Но мне представляется, что от программы
моделирования, по крайней мере радиолюбительской,
это и не требуется. Даже если взять идеальный способ,
абсолютно точно учитывающий как форму, так и диф­
ференциальные характеристики земли и окружающих
предметов в каждой точке, то на практике это мало
что даст в смысле точности модели.
Я себе слабо представляю, кто сможет измерить
размеры и свойства множества местных предметов
(своей крыши и лифтовых будок на ней, столбов и
проводов) и измерить свойства земли во многих точках
для ее корректного описания. Это очень трудоемкая
работа даже для коллектива профессионалов, но никак
не для радиолюбителя. Тогда уж быстрее будет просто
сделать и измерить антенну.
Поэтому, несмотря на все вышеприведенные огра­
ничения, в подавляющем большинстве случае в ММАNA можно описать конкретную землю с достаточной
для практики точностью.
2 .2 . 5 . 3 . Результаты вычислений
Закончив ввод описания антенны и нажав кнопку
Пуск, запускаем расчет. Текущее состояние расчета
индицируется в правом верхнем окне закладки Вы­
числения. В это же окно выводится информация о
возможных ошибках, а по завершении расчета — его
длительность. Результаты выводятся в нижней таблице
в следующем формате (по столбцам):
• Freq MHz — частота.
• R — активная часть входного сопротивления Ом,
*jX — реактивная.
• SWR — КСВ (по умолчанию — на 50 Ом, если же
требуется иное сопротивление его можно устано­
вить — Сервис-Сервис и Установки — Установ­
ки — Стандартное Z).
• Gh — усиление относительно полуволнового ди­
поля (дБд), причем это значение выводится, толь­
62
ко если расчет производится для свободного про­
странства (см. параграф 3.1.4).
• Эа с!Ы — усиление к изотропному излучателю (см.
параграф 3.1.4).
• ¥/В с!Ь — отношение уровней излучения вперед/
назад, причем в качестве направления назад
используется довольно большой телесный угол,
по умолчанию — по азимуту 120 градусов
(± 60 градусов от направления назад, т.е от 120
до 240 градусов по азимуту), и 60 градусов (от
0 до 60 градусов) по зениту. Вычисление излу­
чения назад в столь широком угловом диапа­
зоне более корректно, чем простое вычисление
только назад. Это же является причиной, что
ММАЫА дает меньшие значения Р/В, чем другие
моделирующие программы, которые считают
заднее излучения только для единственного на­
правления чисто назад. Иное значение телес­
ного угла, излучение в котором будет прини­
маться излучением назад, можно установить по
цепочке — Сервис-Сервис и Установки-Установки-Направление тыла для Р/В.
• Е1еу. — зенитный (вертикальный) угол, под кото­
рым расположен максимум излучения антенны.
• Земл — тип земли.
• Высота — высота антенны в метрах над землей
(если земля есть).
• Пол. — Преимущественная поляризация (см. па­
раграф 3.1.2).
2.2.5.4. Меню Графики
Выводится нажатием кнопки Графики. В поле По­
лоса анализа устанавливается полоса (относительно
центральной частоты), в которой вы хотите посмотреть
параметры (как и во всех подобных полях, величину
можно либо выбрать из списка, либо установить вруч­
ную).
63
Для первого анализа достаточно нажать 2 точки —
график будет построен грубо, только по двум точкам.
Остальная часть его будет построена сложной экст­
раполяцией — предположениями MMANA, как же этот
график должен, по ее мнению, идти дальше (точность
таких предположений довольно высока, но конечно,
не абсолютна, кроме того, на антеннах с нестандарт­
ным поведением КСВ от частоты — широкополосных
например, предположения MMANA оказываются не­
точными). При нажатии Вся сетка просчитывается
каждый шаг сетки, а при нажатии Доп. точки, кроме
пяти течек сетки, просчитываются несколько дополни­
тельных точек между шагами сетки (по умолчанию 1,
максимум 4> что позволяет иметь уже весьма точный
и подробный график.
Последовательно выбирая закладки Z КСВ Gaïn/FB,
ДК, можно наглядно увидеть, как меняются от частоты
в заданном вами диапазоне параметры антенны.
Кнопка Поиск резонанса предназначена для авто­
матического поиска резонансной частоты антенны (то
есть той, на которой реактивная составляющая ее
входного импеданса равна нулю). Это бывает полезно
в некоторых случаях:
• Если обнаружить резонанс вручную упорно не уда­
ется.
• Для определения точного (в цифрах) значения
резонансной частоты (не всегда удобно считать
ее значение с обычных графиков).
После нахождения резонансной частоты на нее ав­
томатически устанавливается центр всех графиков
этого окна.
Два важных нюанса:
• Резонансная частота ищется не только в Полосе
анализа, а везде.
• Если антенна имеет несколько резонансных час­
тот, то определяется ближайшая к установленной
центральной частоте. Для определения других ре­
зонансных частот MMANA надо «навести на
64
след» — то есть в закладке этого же окна Уста­
новки указать какую-то частоту в районе предпо­
лагаемого другого резонанса. Точность этого «на­
ведения» может быть очень низкой. На закладке
Z (рис. 2.2.4) показаны графики R(f) и jX(f). Можно
включить (во всплывающем под правой кнопкой
мыши меню) на этом графике согласующее уст­
ройство и посмотреть, как изменится график.
1г р а ф и к и
П|
J
£-
JКСВ
] Gain/FB | Установки |
ДН
Полоса анализа ¡500
j r ] кГц Печать]
J
Рис 2 .2 .4
Закладка КСВ (рис. 2.2.5) выводит график KCB(f).
Размер по оси КСВ автоматически адаптируется под
получившиеся в процессе расчета значения. Если в
заданной полосе есть значения с очень высоким КСВ,
то график становится чрезмерно плотен в области
малых значений. Рассмотреть подробно область малых
значений КСВ можно, либо уменьшив полосу до такой,
в которой максимум КСВ будет невелик (оценивается
по исходному графику), либо, зайдя в закладку Уста­
новки в окне Лимит КСВ, выбрать желаемый верхний
предел графика по КСВ. В углу графика написаны
вычисленные полосы пропускания антенны по уровням
КСВ 1,5 и 2,0. Так же, как и в закладке Z, можно
включить СУ (меню под правой кнопкой мыши).
3-2170
65
---------2
I Полоса енэлиза|500
1
-------1
------- 1----------- 1
1
| КСВ
й а т /Р В | У с т а н о в ки | ПН
▼"] кГи Печать
—
1 ___
|
Рис. 2.2.6
Закладка й а т/Р В (рис. 2.2.6) выводит графики уси­
ления Оа^) и Р/В^). На этом рисунке, кстати, отчетливо
видно, что для многоэлементной антенны частоты мак­
симального усиления и максимального подавления на­
зад немного не совпадают.
66
Закладка ДН (рис. 2.2.7) выводит разными цветами
диаграммы направленности антенны для шагов сетки,
а также табличку изменения основных параметров.
Если ДН на каких-то частотах вам не нужны, их можно
выключить, щелкнув в строке соответствующей часто­
ты в столбце Оп.
Полоса анализа (500
2
| К.СВ
] Се1п/РВ | Установки
]▼] кГц
ДН
14 3(с1В0 = 0с1В
Ргес.
*ДН для поляризаций----ГУ
Г Н
С Сумм & У+Н
|[У
||3з |вв |53
-28.2
-14.7
14.9
16.1
14.9
20.2
50 ООО
49.1
50125
49.9
50.250
50.5
-14
50 375
50 ; I?
50 9
¡12.0
|25 7
<51.1
■ 14.9
190
14 9
[17.1
п 4.9
15 3
Оп
:Ол
ь
Рис. 2.2.7
В закладке Установки:
• Рцентр — центральная частота графика. По умол­
чанию совпадает с установленной в описании ан­
тенны в закладке Геометрия. Можно ввести лю­
бое иное значение.
• Число доп. точек — число дополнительных точек
между соседними шагами сетки.
• СУ на графиках — дублирует всплывающее меню.
• Рсогл — частота настройки СУ. По умолчанию
равна центральной, но можно ввести иное зна­
чение.
з*
67
2 .2 .6 . Зак л адк а Д и агр ам м ы н ап равл ен н ости
Выбрав эту закладку (рис. 2.2.8), вы увидите ДН
антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях
и табличку всех основных параметров антенны.
(2)ММANA-F:\MMANA\ANT\VHF\Loop8beam\3HENT.MAA
Файл Правка Сервис
ПоМощь
Геометрия | Вия | Вычисления Диаграммы направленности |
3ele Hentenna Loop 6m
Ga : 15.33(dBi) = OdB out ring
F/B :19.77(dB) Rear:Azim120dgElev60dg
Freq:50.200(MHz)
2 :46.815-j3.621
SWR :1.10(50.00m) 12.82(6000m)
E!ev:13.0dg(Rea! GND :5.0mH)
У ста но ви ть зенитны й у г о л }
!
П ока зать ДН для поляризаций
Верт
г Гориз.
& Сумммарн. г В е р т .и Г о р .
Рис. 2.2.8
ДН любой антенны является объемной, трехмерной
фигурой, в общем случае, неправильной формы. Ото­
бражение этой фигуры на плоских графиках ММАЫА
имеет свои особенности. ДН в вертикальной плоскости
ММАЫА представляет собой сечение плоскостью Х-2
объемной ДН. Именно поэтому, чтобы увидеть на ДН
в вертикальной плоскости отношение излучений впе­
ред-назад (и для правильного подсчета Р/В програм­
мой) при создании описания антенны, следует распо­
лагать ее так, чтобы предполагаемый максимум излу­
чения был бы направлен вдоль оси X.
ДН в горизонтальной плоскости НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ПЛО­
СКИМ РАЗРЕЗОМ объемной ДН, как это принято ду­
мать. В самом деле, при наличии реальной земли
68
непосредственно вдоль земли (под нулевым зенитным
углом) никакая антенна ничего не излучает, поэтому
если мы просто попытаемся разрезать объемную ДН
плоскостью Х-Х то не увидим ничего. В действитель­
ности же все (не только в ММАЫА, а вообще все) ДН
в горизонтальной плоскости являются КОНИЧЕСКИМИ
сечениями объемной ДН. Строится такая ДН так: бе­
рем определенный зенитный угол и, сохраняя его
постоянным, обходим по азимуту антенну вокруг —
получившаяся плоская фигура и будет коническим се­
чением.
То есть для построения и анализа ДН в горизон­
тальной плоскости надо знать еще и зенитный угол,
для которого она (ДН) построена. ДН в горизонтальной
плоскости, приведенная без указания этого угла (что
часто практикуется в любительской литературе), несет
неполную информацию. Дело в том, что для многих
антенн в зависимости от зенитного угла меняется не
только усиление, но и в некоторой степени форма ДН
в горизонтальной плоскости.
Для случая идеальной или реальной земли ДН в
горизонтальной плоскости по умолчанию строится для
зенитного угла, соответствующего максимальному
уровню излучения. Иное значение зенитного угла за­
дается кнопкой Установить значение зенитного у г ­
ла, это полезно при изучении излучения антенны под
малыми зенитными углами к горизонту и формы ее
ДН при этом в горизонтальной плоскости.
Если антенна моделируется в свободном простран­
стве, то установленный по умолчанию зенитный угол
для построения ДН в горизонтальной плоскости равен
О градусов. Через меню Сервис (см. параграф 2.2.11.)
можно построить ДН для зенитного угла, соответст­
вующего максимальному излучению.
В окошке ДН для поляризаций выбирается, для
какой поляризации (вертикальной V, горизонтальной
Н, их суммы Суммарн. или для одновременного ото­
бражения У+Н) будут построены ДН.
69
Сохранить ДН, исходные параметры и все резуль­
таты расчета антенны в отдельном файле (на будущее,
для последующего сравнения их с другими) можно,
выбрав в основном меню Файл команду Сохранить
ДН (*.таЬ ) (см. параграф 2.2.10.1). При этом сохра­
няется не только описание антенны (провода, пара­
метры сегментации, источники, нагрузки, частота, вы­
сота, материал), но и все результаты расчетов.
2 .2 .7 . М еню Правка провода
Вернемся в закладку Вычисления. После расчета
антенны естественно возникает желание что-нибудь в
ней подправить. Конечно, это можно сделать, вернув­
шись в закладку Геометрия и изменяя вручную ко­
ординаты проводов, но путь этот весьма громоздок и
трудоемок. Гораздо проще нажать кнопку Правка про­
вода и вызвать окно, которое представляет собой
мощный графический редактор, позволяющий нагляд­
но создавать и редактировать антенну только мышью.
Степень сложности этого редактора подчеркивает тот
факт, что ресурс программы, соответствующий окну
Правка провода по объему больше всего вычисли­
тельного ядра М1Ы1ЫЕСа.
В окне Правка провода (рис 2.2.9) имеются
4 закладки: вид антенны 30 и 20 в каждой из 3 плос­
костей. В трех последних случаях на изображение
накладывается координатная сетка с указанием мас­
штаба.
Кнопка Править провод включает режим редакти­
рования-перетаскивания правой кнопкой мыши суще­
ствующих проводов. Щелчок — выделение провода
(он при этом меняет цвет на красный), щелчок и
удержание клавиши нажатой — перетаскивание про­
вода. Причем, если вы возьмете выделенный провод
за край (совместив курсор с концом провода, при
этом курсор превратится в крестик — это называется
выделением конца провода), то будет перетаскиваться
70
Рис. 2.2.9
только один его конец, а второй останется на месте.
Если же вы возьмете середину провода (при этом
рядом с курсором появиться небольшой белый пря­
моугольник), перемещаться будет весь провод парал­
лельно исходному положению. При этом будут пере­
мещаться и концы тех проводов, которые электрически
соединены с перемещаемым проводом. На плоских
видах можно перемещать провода произвольно по
сетке, на объемном виде — только соединяя их с
существующими проводами (на рис. 2.2.9 как раз
показан процесс перетаскивания мышкой выделенного
провода).
Кнопка Создать провод — режим рисования новых
проводов. Просто щелкните в нужном месте коорди­
натной сетки правой кнопкой и, держа ее нажатой,
нарисуйте провод. На объемном виде нельзя рисовать
провода с произвольными (висящими в воздухе) на­
чалами и концами, но зато можно и нужно соединять
новыми проводами концы уже имеющихся проводов.
Надо попробовать эту функцию, чтобы почувствовать,
как она полезна и удобна — создание сложных объ­
71
емных антенн (вообще говоря, представляющее собой
весьма сложную и трудоемкую задачу), при помощи этой
функции превращается в сплошное удовольствие —
простой и совершенно ясный ввод проводов в трех­
мерном пространстве. Посмотрите файл ...АМТ/Ма1с1У
М\Л/-Вгоас1са5^пд.таа — сложнейшая объемная антен­
на (ажурная мачта радиовещательной СВ станции)
почти из 400 проводов была создана при помощи
вышеописанной функции (и меню Правка элемента)
от силы за полчаса. Аналогичный проект в моделировщике без графического редактора потребовал бы
много часов кропотливого и нудного труда, сначала
на ввод около 1500 цифр координат, а потом на кор­
рекцию ошибок. Файл объемной антенны 11\/\/4Н\Л/,
весьма трудно создаваемый путем ввода цифр-коор­
динат, при помощи данной опции создается за минуты.
Кнопка Создать рамку аналогична предыдущей,
но рисуется не один провод, а сразу квадрат или
прямоугольник. Эта кнопка не работает на объемном
виде.
При всех перемещениях на плоских видах коорди­
наты начала и конца провода меняются не произволь­
но, а с выбранным шагом координатной сетки.
Меню Показ определяет, что будет видимым:
• Все — все провода антенны.
• Плоек — только те провода, которые лежат в
одной плоскости с выделенным проводом.
• Элемент — только провода, электрически соеди­
ненные с выделенным.
Это меню полезно при редактировании сложных,
объемных антенн, когда на плоских видах провода
накладываются друг на друга и желательно временно
удалить из поля зрения не редактируемые в данный
момент провода.
В окне Сетка устанавливаются параметры коорди­
натной сетки. Флаг Автошаг включает, обеспечивает
автоматическое изменение шага координатной сетки
при смене масштаба изображения. Кроме имеющихся
72
в меню Ш аг списке значений, вы можете вручную
задать собственное значение шага (в метрах).
При выделении провода появляется его полное опи­
сание (под движками Вращать).
Под правой кнопкой мыши имеется обширное
всплывающее меню. Очевидны также команды От­
менить последнее действие (но только одно, по­
этому будьте внимательны и не делайте подряд два
неправильных действия) и Удалить провод (выде­
ленный).
Остальные команды:
• Запомнить этот экран как с последующим вы­
бором А, В, С позволяет сохранить в памяти вид,
с тем чтобы потом вернутся к нему.
• Вызвать из памяти экран с последующим вы­
бором А, В, С — обратное предыдущему дейст­
вие.
• Описание провода вызывает уже известное
нам (параграф 2.2.3.4) окно подробного описа­
ния выделенного провода. В этом окне удобно,
используя полярные координаты, менять длину
и угловое положение провода. Имеется выбор,
что именно — начало, середина или конец про­
вода — останется неподвижным при изменении
полярных координат.
•Установить центр провода на начало коорди­
нат — перемещает выделенный провод так, что
его центр оказывается точно на середине бли­
жайшей оси координат.
• Разделить провод на с последующим выбором
2 ...1 0 — разрезает выделенный провод на вы­
бранное число электрически соединенных кус­
ков.
• Соединить с концом ближайшего провода —
устанавливает электрический контакт выделенного
конца провода с ближайшим.
• Разорвать соединение — разрывает электриче­
ское соединение выделенного конца провода, по­
73
зволяя при последующем редактировании пере­
мещать провод отдельно от остальных.
• Установить начало сетки на — позволяет при­
вязать начало координатной сетки к началу коор­
динат или к концу выделенного провода.
2.2.7.1. Особенности пользования меню
Правка провода
Перемещение проводов на плоских видах происхо­
дит только с текущим шагом координатной сетки. По­
этому, если имеющиеся провода антенны не лежат
точно на сетке, возможны следующие проблемы:
• При первом же перемещении они совместятся с
ближайшим шагом сетки.
• На плоских видах при вводе нового провода он
будет находиться точно на сетке. Его концы не
будут автоматически соединены с теми сущест­
вующими проводами, концы которых не попадают
на сетку (на концах таких проводов вместо кре­
стика, свидетельствующего о наличии контакта,
будет маленький белый квадратик, показывающий,
что контакта нет). Чтобы все же соединить такие
провода, воспользуйтесь или вводом провода на
объемном виде (там нет сетки и провод сам «при­
хватывается» к концу ближайшего), или на плос­
ком виде во всплывающем меню, предварительно
выделив нужный конец провода, выберите коман­
ду Соединить с концом ближайшего провода.
Если вы находитесь в плоских видах (например, Х-7)
и при этом в меню Показ активна команда Все, то
вновь рисуемые провода по отсутствующей, третьей
оси (в данном примере — У) будут иметь нулевую
координату, то есть лежать именно в плоскости Х-2.
Если же надо нарисовать провода с ненулевой коор­
динатой по третьей оси, то следует выделить провод
или элемент, лежащий в нужной плоскости, и затем
в меню Показ выбрать команду Плоек, или Элемент.
74
Для редактирования провода бывает удобно ис­
пользовать окно Описание провода, вызываемое по
команде всплывающего меню. Кроме описания про­
вода в декартовой системе координат (того, что в
закладке Геометрия), имеется описание провода в
полярной системе координат (длина и два угла —
азимутальный и зенитный). Очень удобно, если вам
известна длина провода (например, вы вводите опи­
сание готовой антенны), не отсчитывать по сетке эту
длину, а, нарисовав провод произвольной длины, через
полярные координаты сразу ввести нужную длину. При
этом укажите в этом меню, от какой точки провода
будет эта длина отсчитываться (то есть что именно
останется на месте), выбрав Начало Середину или
Конец. При необходимости повернуть провод — про­
сто задайте новое значение углов полярных координат
в этом окне.
2 .2 .8 . М еню Правка элемента
В этом меню объектом правки служит не отдельный
провод, а элемент — несколько соединенных между
собой электрически проводов. Например, одна рамка
многоэлементного квадрата или один из диполей Яги.
Очень удобно для ввода и редактирования параметров
многоэлементных антенн в интуитивно ясной форме.
Просто указываются размеры каждого элемента и рас­
стояние между ними.
В закладке Параметры имеется таблица парамет­
ров каждого элемента. Активный элемент подсвечен
красным. Столбцы в этой таблице (по порядку):
1. Форма и расположение элемента:
• Г лин — горизонтальная линия
• В лин — вертикальная линия
• В кв, В ромб, В треу, В 2треуг, В -8-уг — вер­
тикальный квадрат, ромб, треугольник, двойной
треугольник и восьмиугольник соответственно.
75
• Г кв, Г ромб, Г треу, Г-8-уг — все то же самое,
но горизонтально.
2. Расстояние между элементами, считая от пер­
вого элемента или от активного (выбирается флагом
внизу).
3. Ширина элемента.
4. Высота элемента.
5. Длина (для электрически разомкнутого, напри­
мер, диполя) или периметр (для электрически замк­
нутого, например, квадрата) элемента. Для квадратов
или дельт не надо высчитывать размер и координаты
сторон — просто задайте периметр, а все остальное
сделает MMANA.
6. Радиус провода, из которого выполнен элемент,
в миллиметрах. Если элемент состоит из проводов
разных радиусов, — надпись M ixt.
7. Seg. — сегментация. Если элемент состоит из
проводов с разным разбиением на сегменты (очень
нежелательно чтобы так было — см. параграф 2.1.2) —
надпись M ix t.
8. Количество проводов в элементе.
Размерность величин в столбцах 2...5 (в метрах или
в X) выбирается установкой флага внизу.
Во всплывающей в этой таблице под правой кноп­
кой мыши меню, кроме очевидных, имеются следую­
щие команды:
• Калькулятор — вызов стандартного Windowsкалькулятора.
• Округлить величины до с последующим выбором
2, 3, 4 знаков — округляет излишне длинные
значения после запятой (полезно, если в процессе
редактирования, масштабирования или оптимиза­
ции получилось слишком много цифр после за­
пятой).
• Установки комбинированного провода — то же
самое меню, которое описано в параграфе 2.2.3.1.
• Изменить форму элемента. Чрезвычайно полез­
ная команда, всплывающее под ней большое меню
76
позволяет изменить форму элемента на треуголь­
ник, квадрат, ромб, восьмиугольник, линию и на
фигуры более сложной формы, причем в любой
плоскости и без изменения резонансной частоты
элемента! Например, преобразование Яги в квад­
раты или дельты и обратно.
Так как же быстро ввести описание многоэлемент­
ного волнового канала? В первую строку таблицы с
помощью команды всплывающего меню Добавить
введите элемент, это будет рефлектор. В соответст­
вующих столбцах установите его ширину, радиус и
сегментацию. Теперь, пользуясь той же командой Д о ­
бавить, вставляйте новые элементы, сколько надо.
Далее вручную (в соответствии с вашим описанием)
поправьте их ширину и расстояние между ними. Затем
перейдите в закладку Геометрия и разместите ис­
точник в центре вибратора.
Для того, чтобы сделать многоэлементный квадрат
или дельты делается все тоже самое, с единственным
отличием — после добавления самого первого эле­
мента выберите во всплывающем меню команду Из­
менить форму элемента и далее из списка выберите
требуемую форму. И вместо ширины — введите его
периметр. При добавлении последующих элементов
они будут иметь ту же форму, что и первый.
Выбрав закладку Вид, можно оперативно посмот­
реть на антенну после преобразования формы эле­
мента или правок в таблице закладки Параметры
Интерфейс и команды этого окна практически совпа­
дают с главной закладкой Вид.
2 .2 .9 . М еню Оптимизация
Редактированием антенны вручную добиться таким
путем желаемого результата непросто. Лучше исполь­
зовать автоматическую оптимизацию. Окно оптимиза­
ции открывается при нажатии кнопки Оптимизация
в закладке Геометрия.
77
2 .2 .9 .1 . П арам етры вы числений
В этом окне надо объяснить компьютеру, что именно
вы хотите получить в результате оптимизации от ан­
тенны, т. е. установить цели оптимизации. Это дела­
ется семью движками, положением движка задается
важность (удельный вес) данного параметра для Вас.
Крайнее левое положение движка — параметр для
Вас совсем не важен, крайнее правое — максимально
важен. Назначение движков F/B, Gain, КСВ очевидно,
остальные:
• Движок Верт. угол подразумевает максимально
низкий вертикальный угол максимума излучения.
• Движок jX — минимальную (по модулю) реактив­
ную часть входного сопротивления антенны.
• Движок Согласование — оптимальное согласо­
вание под специально заданный в окне Деталь­
ные установки цели импеданс.
• Движок Ток — минимум или максимум тока в
заданной точке.
Кнопка Установки цели вызывает окно Детальные
установки цели.
В закладке Цель задаются:
• В окне Допустимый максимум устанавливаются
максимальные величины Gain, F/B, jX, КСВ, дос­
тижение которых будет считаться конечным ре­
зультатом оптимизации.
• В окне Согласование выбирается тип согласова­
ния или устанавливается выбранный импеданс,
под который будет производиться согласование.
Это окно задает параметры для движка Согла­
сование предыдущего раздела. Тип Согласова­
ние индуктивностью означает выбор такого вход­
ного импеданса антенны, который может быть
согласован с выбранным сопротивлением питаю­
щего кабеля при помощи параллельной катушки
или петли индуктивности в виде U-образной
шпильки (так называемое hairpin-согласование).
78
Например, если питающий кабель 50 Ом, то для
hairpin-согласования входной импеданс антенны
может быть 25-j25 Ом, и к подобному значению
будет его пытаться подогнать MMANA. Физически
смысл такого согласования следующий — емко­
стная составляющая входного импеданса антенны
компенсируется катушкой согласования. То есть
образуется параллельный колебательный контур,
который заодно трансформирует низкую активную
часть входного сопротивления антенны в более
высокое волновое сопротивление кабеля. Поэтому
такое согласование возможно только в случае,
если активная часть входного импеданса антенны
меньше волнового сопротивления кабеля (подроб­
нее об этом в параграфе 3.5.8).
Тип Согласование емкостью — почти то же самое,
но вместо согласующей катушки используется парал­
лельный согласующий конденсатор. Такое согласова­
ние возможно, только если входной импеданс антенны,
имея активную часть меньше волнового сопротивления
кабеля, к тому же имеет индуктивную составляющую.
Это нечастый случай, но например, так можно согла­
совать GP немного длиннее четверти длины волны с
входным импедансом 40+j19 Ом — подключение па­
раллельно конденсатора с реактивным сопротивлени­
ем — j 19 Ом приводит к тому, что входное сопротив­
ление оказывается равным точно 50 Ом (подробнее
см. параграф 3.5.8).
• В окне Цель тока устанавливается, в какой точке
надо достичь минимума или максимума тока. Это
окно задает параметры для движка Ток предыду­
щего раздела.
• В закладке Установки задаются:
• Окно Направление тыла для F/B. То же самое,
что и F/B в параграфе 2.2.5.2.
• Окно Стандартное Z устанавливает Z, при кото­
ром КОВ = 1, можно даже установить комплексное
Z. Кнопка Установить Z для hairpin согл. позво­
79
ляет установить Z для случая hairpin — согласо­
вания (согласование параллельной индуктивно­
стью, см, параграф 3.5.8). При нажатии этой кноп­
ки в открывающемся окне надо ввести волновое
сопротивление кабеля (оно должно быть больше
активной части Za, иначе такое согласование не­
возможно), и затем автоматически подсчитывает­
ся необходимая реактивная часть Z антенны.
Кнопка Источники по диапазонам выводит окно
Установка источников по диапазонам, которое по­
зволяет задать оптимизацию на разных частотах од­
ного диапазона (для обеспечения широкополосности
антенны) или для многодиапазонных антенн сразу на
нескольких диапазонах.
Допустим, вы хотите, чтобы оптимизация парамет­
ров (например, отношения F/B) антенны, имеющей
единственный источник в центре первого провода,
производилась бы в полосе частот 14,0... 14,35 МГц.
Тогда в таблицу Установки источников по диапазо­
нам надо записать:
Freq
Ист.1
Фаза1
Hanpl
14,00
w1c
0
1
14,10
w1c
0
1
14,20
w1c
0
1
14,35
w1c
0
1
Оптимизация будет происходить поочередно по
четырем выбранным частотам, обеспечивая наилучшее
достижение указанных критериев во всем указанном
диапазоне частот.
Другой пример. Имеется 3-диапазонный двойной
квадрат, питаемый по трем отдельным кабелям. Ис­
точники в нем распределены следующим образом:
14 МГц — \л/7с, 21 МГц — \w15c, 28 МГц — \л/23с. Для
одновременной оптимизации его во всех трех диапа­
80
зонах вы должны записать в таблицу окна Установки
источников по диапазонам следующие три строки:
Ргер
Ист.1
Фаза1
Напр1
14,15
\л/7с
0
1
21,2
\«15с
0
1
28,5
\«23с
0
1
То есть поочередно будут браться параметры ан­
тенны для каждого из трех диапазонов, причем для
каждого диапазона будет браться соответствующий
«свой» источник, в «своем» проводе.
Если же теперь усложнить предыдущий пример и
оптимизировать антенну на каждом из трех диапазонов
в пределах полосы, отведенной для каждого диапа­
зона, то таблица окна Установки источников по д и а ­
пазонам приобретет следующий вид:
Ягер
Ист.1
Фаза1
Напр1
14,0
\л/7с
0
1
14,1
\«7с
0
1
14,2
\л/7с
0
1
14,35
\«7с
0
1
21,0
\л/15с
0
1
21,1
\w15c
0
1
21,2
\«15с
0
1
21,3
\л/15с
0
1
21,45
\л/15с
0
'1
28,0
\«23с
0
1
28,2
\«23с
0
1
28,4
\лг23с
0
1
28,6
\«23с
0
1
81
Если же подобной процедуре подвергается антенна
с активным питанием (с несколькими источниками),
то в каждой строке таблицы окна Установки источ­
ников по диапазонам должны быть записаны все
источники с теми амплитудами и фазами, которые
они имеют на своей рабочей частоте. Это довольно
просто, но таблица при этом изрядно увеличивается
в ширину.
Надо понимать, что при многочастотной оптимиза­
ции существенно возрастает время расчетов: по всем
указанным частотам происходит не однократный про­
ход, а множество сходящихся к цели циклов. Поэтому
попробуйте для начала лишь две-три частоты в таб­
лице Установки источников по диапазонам.
2.2.9.2. Изменяемые параметры
Теперь, когда вы установили, к какой цели стре­
миться, объясните компьютеру, что именно в конст­
рукции и параметрах антенны можно менять и в каких
пределах. Для этого имеется таблица Изменяемые
параметры со следующими столбцами:
• Первый — тип изменяемого параметра. Щелкнув
в этом столбце левой кнопкой мыши, увидите
первое всплывающее меню, из которого этот тип
выбирается.
• Второй — номер провода, источника, нагрузки,
элемента в соответствии с их нумерацией в за­
кладке Геометрия и меню Правка элемента.
• Третий — то, что именно вы хотите менять в типе,
выбранном в первом столбце. Щелкнув в этом
столбце левой кнопкой мыши, увидите второе
всплывающее меню, в котором выбирается кон­
кретный параметр для изменения. Для каждого
типа, выбранного в первом столбце, имеется от­
дельное второе всплывающее меню.
• Четвертый — кооперация (совместная оптимиза­
ция). Часто нельзя или нежелательно менять раз82
меры или иные параметры антенны независимо
друг от друга. Например, вибратор волнового ка­
нала: координаты дальних его концов должны ме­
няться одинаково по модулю, но с противополож­
ным знаком, иначе вибратор перестанет быть сим­
метричным. Как правило, если позволить менять
размеры антенны независимо друг от друга да
еще во все стороны, то результатом оптимизации
будет нечто перекошенное, весьма странной фор­
мы, мало напоминающее антенну. Чтобы избежать
этого четко продумайте, что именно вы позволяете
менять в антенне и не стоит ли изменение данного
параметра сделать зависимым (связанным) от ка­
кого-то иного?
♦ 0, установленный по умолчанию, означает, что
параметр, описываемый данной строкой, изме­
няется независимо от остальных.
♦ 1 — изменять параметр совместно с описан­
ным в первой строке таблицы (вместо 1 может
быть любое целое число — номер строки в
таблице Изменяемые параметры).
♦ -1 (или 2, 3, 4...) — изменять параметр со­
вместно с отрицательным значением пара­
метра, описанного в первой (2-й, 3-й, 4-й...)
строке таблицы.
♦ 1*0.5 — изменять параметр совместно с опи­
санным 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.
• Пятый — шаг изменения величины. По умолчанию
вычисляется автоматически, исходя из текущего
значения величины. Но нередко имеет смысл из­
менить его вручную на более мелкий. Например,
при оптимизации размеров рефлектора на мак­
симум Р/В или при оптимизации по КСВ индук­
тивности настроечной катушки узкополосной ан83
тенны, чтобы в обоих случаях не проскочить оп­
тимум из-за слишком грубого шага.
• Шестой — минимальное значение величины. По
умолчанию обычно минимально возможное. Почти
всегда имеет смысл изменить его на что-то более
реальное (если вы в состоянии хотя бы ориенти­
ровочно оценить пределы изменения). Например,
совершенно ясно, что директор волнового канала
на 14 МГц ну никак не может быть короче 8 м и
этой величиной стоит ограничить его минимум.
• Седьмой — максимальное значение величины. Все
то же самое, что и в предыдущем пункте. Необ­
ходимо додумывать и ограничивать верхнее зна­
чение изменения параметра более-менее реаль­
ной величиной (тот же директор из предыдущего
примера никогда не будет длиннее 10,5 м), если
вы не хотите получить в результате ненормально
большие параметры.
• Восьмой — исходное (нынешнее) значение вели­
чины. Должно быть больше минимума, но меньше
максимума. В случае необходимости это значение
можно вручную поменять без выхода в закладку
Геометрия или меню Правка провода или Прав­
ка элемента.
Важным элементом управления оптимизацией яв­
ляются команды первого всплывающего меню (при
щелчке левой кнопкой мыши в первом столбце таб­
лицы Изменяемые параметры):
• Провод. Не забудьте вручную установить во вто­
ром столбце, номер провода, который вы хотите
оптимизировать. Щелкнув левой кнопкой мыши
на третьем столбце строки, описывающей провод,
во втором всплывающем меню выберите, какие
именно координаты (Х1, У1, 2.Л, Х2, У2, 2.2 в метрах)
провода или его радиус (в мм) будут изменяться.
• Провод (полярные координаты) — то же самое,
но в полярных координатах. Удобно использовать
для оптимизации углового положения, или длины
84
провода. Выбираемые в этом меню координаты
имеют привязку к началу, середине или концу
провода — выбранное место провода будет ос­
таваться неподвижным. Например, если выбрана
Длина (стартовая точка), то будет меняться дли­
на провода без изменения его углового положе­
ния, причем начало провода останется на прежнем
месте и удлиняться будет дальний конец. Если
выбрана Длина (конечная точка) — на месте
останется конец провода, а если Длина (средняя
точка) — фиксируется середина, а двигаются од­
новременно (но в разные стороны) оба конца
провода. То же самое относится и к азимуталь­
ным, и к зенитным углам этого меню.
• Элемент — устанавливает оптимизацию на эле­
мент. Номер элемента можно посмотреть в меню
Правка элемента. Щелкнув левой кнопкой мыши
на третьем столбце строки, описывающей элемент
из очень обширного всплывающего второго меню,
можно выбрать, какие параметры элемента будут
оптимизированы.
• Радиус — радиус провода в элементе. Если эле­
мент состоит из проводов разного радиуса, то
радиус первого провода в элементе.
• Интервал — дистанция между соседними эле­
ментами. То же самое, что и в меню Правка
провода
• Позиция — расстояние элемента, считая от пер­
вого. То же самое, что и в меню Правка провода
• Ширина — габаритный размер элемента по оси У
• Высота — габаритный размер элемента по оси Т.
• Периметр, или длина X — двойное назначение.
На электрически незамкнутых элементах — габа­
ритный размер элемента по оси X. На замкнутых —
квадраты, ромбы, дельты и т. п. — суммарный
периметр всех проводов элемента.
• Нагрузка. Указав во втором столбце ее номер и
щелкнув левой кнопкой мыши на третьем столбце
85
строки, описывающей нагрузку, из всплывающего
второго меню можно выбрать тип нагрузки для
оптимизации: I. или 14, С или ]Х. Из типичных
ошибок в этом месте: если у вас имеется нагрузка
в виде 1_, то если в третьем столбе указано С
или \Х — нагрузка не будет найдена. Нюанс, если
у вас в меню Геометрия описана нагрузка в виде
параллельного 1_С-контура и вы хотите оптимизи­
ровать его, то вам потребуется две строки в таб­
лице Изменяемые параметры — в первой будет
описана нагрузка типа I. или Р, во второй —
нагрузка с тем же номером, но типа С или ]Х.
• Высота над землей — в метрах. Эта команда
неактивна, если установлено свободное простран­
ство.
• Частота — в МГц.
• Источник. Щелкнув левой кнопкой мыши на треть­
ем столбце строки, описывающей источник, из
всплывающего второго меню выберите напряже­
ние или фазу, которые вы хотите оптимизировать.
Полезно для оптимизации амплитуды и фазы ис­
точников в активных антенных системах с несколь­
кими источниками.
• Интервал в стеке. Команда активна только в
случае, если антенна представляет собой стек
(создана командой Создать стек для расчетов
в меню Правка — Сделать стек).
Строк в таблице может быть столько, сколько пара­
метров вы намереваетесь менять. Например, можно
вписать несколько строк Элемент, в каждой из них
установив (из меню под левой кнопкой в третьем
столбце) свои параметры (Интервал, Позиция, Ширина).
И/или вписать несколько строк ПровоД, в каждой из
них установив изменение одного параметра (например,
в первой — Х2, во второй — У2, в третьей — Р). Здесь
следует быть внимательным, чтобы ошибочно не задать
изменение несуществующих или взаимоисключающих
параметров, иначе процесс оптимизации не начнется.
86
Последнее, третье, всплывающее под правой кноп­
кой мышки меню общего редактирования таблицы И з­
меняемые параметры имеет следующие команды
(кроме очевидных Удалить эту строку, Вставить
строку, Удалить все):
• Установка общего шага — задает общий шаг
изменения линейных размеров во всей таблице.
• Совместные установки на элемент — установка
совместного изменения параметров одного эле­
мента (при оптимизации элемента).
• Авто совместное изменение параметров — ус­
тановка совместного изменения параметров од­
ного провода (при оптимизации провода).
Таблица Изменяемые параметры указывает ком­
пьютеру, что и в каких пределах, и в каких связях
ему позволено менять при оптимизации. Порядок
строк в таблице имеет значение: сначала идет оп­
тимизация по параметру, описанному в первой стро­
ке, потом во второй и т. д. — потом процесс цик­
лически повторяется. Если оптимум единственный
(что бывает редко), то при любом порядке строк
получится одно и то же. А если же нет (как правило),
в зависимости от порядка строк результаты оптими­
зации будут разными.
Поначалу, пока вы не освоите хорошо оптимизацию,
не описывайте больше одной (максимум двух) строки
в этой таблице! Многофакторная оптимизация процесс
очень сложный, требующий осмысления и без навыка
получить хорошие результаты очень трудно.
2.2.9.3. Другие команды меню Оптимизация
• Флаг Не цель (просто сканирование) включает
режим последовательного перебора параметра,
установленного в таблице Изменяемые парамет­
ры с заданным шагом, без поиска цели, установ­
ленной движками. Полезно для просмотра влия­
ния выбранного параметра на характеристики ан87
тенны, а также для построения множества допол­
нительных графиков при помощи утилиты ММШ1
(см. параграф 2.3.3).
Кнопка Все элементы — открывает окно Выбор
вариации элемента, в котором наглядно можно
установить совместные изменения размеров.
В результате происходит запись необходимых
строк в таблицу Изменяемые параметры. Будьте
внимательны — печально часто повторяется ошиб­
ка начинающих: нажать эту кнопку, не думая за­
писать в таблицу Изменяемые параметры все,
что получится, и запустить процесс оптимизации.
В результате такой неосмысленной процедуры и
выходят перекошенные каракатицы вместо антенн.
Назначение этой кнопки лишь в том, чтобы помочь
описать зависимые вариации размеров проводов
элемента, устанавливая, по каким осям размеры
менять можно и с изменением каких размеров по
другим осям они должны быть связаны. Обяза­
тельным условием является хорошее понимание
того, что именно и совместно с чем вы разрешили
менять.
Флаг Разрешение 2 градуса снижает шаг рас­
чета ДН до 2 градусов (по умолчанию 0,5 градуса),
что ускоряет вычисления, но может привести к
неточностям при расчете остронаправленных УКВантенн.
Флаг Показывать журнал позволяет наблюдать
в реальном времени на экране шаги оптимизации.
Кнопка Старт запускает оптимизацию. Если вклю­
чен предыдущий флаг, то можно выбирать любую
из закладок Вид, Вычисления, Диаграммы на­
правленности и наблюдать, как меняется антенна
и ее параметры в процессе оптимизации. Если
необходимо остановить оптимизацию до ее за­
вершения (например, она затянулась или пошла
явно «не туда»), то нажмите кнопку Остановить
в закладке Вычисления. С задержкой на завер-
шение вычислений в текущей точке оптимизация
остановится.
По окончании процесса оптимизации в появившем­
ся окне вам будет предложено сохранить шаги опти­
мизации. Если вы ответите Да, то программа сохранит
все шаги в отдельный файл с расширением *.тао,
который можно будет отдельно изучать в дальнейшем.
Я часто употреблял здесь слова «подумать, имеет
смысл, оценить, осмысление». И это не случайно —
оптимизация, в отличие от обычных вычислений па­
раметров антенны, процесс, не имеющий однознач­
ного результата. Одна и та же цель может достигаться
разными путями, в антеннах все со всем связано.
Например, одни и те же характеристики волнового
канала можно достичь при совершенно разных соче­
таниях его размеров — число вариаций практически
неограниченно (отчасти этим и объясняется обилие
публикаций, похожих по характеристикам, но разных
по конструкции антенн). В изменениях характеристик
антенны, как правило, есть множество локальных ми­
нимумов-максимумов, за которые «цепляется» про­
цесс оптимизации. Оптимизация, по идее, — процесс
творческий и компьютеру в полном объеме недоступ­
ный. Требуется еще и наличие думающей человече­
ской головы. Нельзя сказать компьютеру: «Да меняй
все что захочешь, мне неважно что, но создай хорошую
антенну!» — это непосильная задача для машины.
Поэтому только в связке «думающий человек и ком­
пьютерный моделировщик» можно получить действи­
тельно хорошие результаты.
2.2,9.4. Обзор шагов оптимизации
После проведения оптимизации в закладке Вычис­
ления активна кнопка Обзор шагов оптимизации,
которая выводит окно просмотра последних 128 шагов
оптимизации. В нем выводятся: установки цели, и
89
таблица с основными параметрами антенны на каждом
шаге, и ДН в обеих плоскостях для выделенной кур­
сором строки таблицы. В строке Порядок можно вы­
брать, по возрастанию какого из параметров оптими­
зации расположатся строки в таблице.
Это окно очень полезно для последующего нето­
ропливого анализа — бывает, что в процессе оптими­
зации на некоторых шагах антенна имела какие-то
неожиданные и интересные свойства, получение ко­
торых не было целью этой оптимизации, и поэтому в
конечный результат они не попали. Если вы сохранили
файл результатов *.тао, то вернуться к анализу шагов
оптимизации можно в любое время, открыв этот файл.
Если же сохранения не было, то вся информация о
шагах оптимизации будет утеряна после первого же
следующего расчета.
2.2.10. Команды главного меню
2 . 2 . 1 0 . 1 . Файл
Во всех командах главного меню быстрые клавиши
(их нажатие на клавиатуре вызывает данную команду
без щелчка мышью) обозначены большими подчерк­
нутыми буквами.
Файлы, в которых сохраняется описание антенны,
имеют расширение *.таа и к ним относятся очевидные
команды Новый, Открыть, Сохранить, Сохранить
как. Файлы *.таа имеют текстовый формат и очень
маленький размер.
Комментарии — открывает окно создания и/или
редактирования произвольного текстового коммента­
рия, который удобно использовать для текущих запи­
сей, относящихся к данной антенне. Если описание
антенны имеет комментарии, в закладке Геометрия
появляется кнопка Комментарии (над табличкой опи­
сания нагрузок).
90
Файлы, в которых сохраняются как описание антен­
ны, так и ДН, и все рассчитанные параметры антенны,
имеют расширение *.mab, и к ним относятся команды
Открыть ДН, Сохранить ДН (последняя активна только
после проведения расчетов). Объем файлов *.mab дос­
таточно велик (десятки кБ) и сохранять их имеет смысл,
только если расчет антенны занимает очень большое
время и повторный расчет нежелателен.
Файлы, в которых сохраняются таблицы оптимиза­
ции, имеют расширение *.тао, к ним относятся ко­
манды Открыть табл. оптимизации, Сохранить
табл. оптимизации (последняя активна только после
проведения оптимизации).
Последняя группа команд этого меню относится к
созданию файлов-таблиц формата *.csv (просмотр —
в Excel) со всевозможными параметрами антенны.
Команды этой группы:
• Таблица токов — создает таблицу, в которой
приведены параметры тока (амплитуда, фаза, ре­
альная и мнимая часть) в каждом из сегментов
расчета.
• Параметры таблицы напряженности полей —
в открывшемся окне указываются мощность пе­
редатчика и координаты той части пространства,
в которой вы хотите вычислить напряженности
полей. Координаты задаются по каждой оси в
следующем формате: начальная координата, шаг
изменения ее и количество шагов. Скажем, запись
вида X 10 2 2 5 будет означать, что для оси X
будут вычислены параметры для координат от 10 м
до 60 м с шагом 2. Аналогично задаются коор­
динаты по остальным осям. В таблице приведены
напряженности электрического и магнитного по­
лей (реальная и мнимая части, амплитуда и фаза)
в интересующем нас пространстве. Очень полез­
ная функция для определения соответствия ан­
тенны нормам на предельный уровень напряжен­
ности поля.
91
• Параметры таблицы углы/усиление — в открыв­
шемся окне указываются диапазоны азимутальных
и вертикальных углов, в которых вы хотите вы­
числить усиление антенны. Полезно для «тонкого»
анализа остронаправленных антенн, оценить ши­
рину ДН которых на закладке Диаграммы на­
правленности проблематично. Углы, для которых
вычисляется эта таблица, задаются в следующем
формате: интересующий вас начальный угол, шаг
его изменения и количество шагов. Скажем, за­
пись вида Азимут -20 0.1 400 будет означать,
что будут вычислены параметры антенны для диа­
пазона углов по азимуту от -20 до 20 градусов
с шагом 0,1 градуса (части градуса отображаются
в десятичной форме).
• Таблица Р /КС В Д яат/г — в открывшемся окне
указывается диапазон частот, в которых вы хотите
вычислить указанные в названии параметры. Есть
возможность сделать это со включенным СУ (ус­
тановкой флага). Если вы, находясь в закладке
Вычисления, в меню Графики нажмете кнопку
Записать Р в табл К С В /С а т /г, то установленный
в этом меню частотный диапазон будет автома­
тически использован для создания рассматривае­
мой таблицы.
2.2.10.2. Правка
Очевидные команды — Удалить, Добавить. Коман­
ды Установки комбинированного провода, Описа­
ние провода — полностью совпадают с командами
всплывающего меню закладки Геометрия. Остальные
команды:
• Подвинуть — сдвигает выбранную точку (или всю
антенну) на заданное расстояние по любой оси.
Частая ошибка тут — желая сдвинуть всю антенну,
двигают только одну точку ее (по умолчанию стоит
92
флаг Только выделенную точку), в результате
чего искажается форма антенны.
• Поиск и замена — замена значения в таблице
проводов (закладки Геометрия).
• Установить параллельно антенну выбранной
оси.
• Вращать вокруг выбранной оси, на заданный угол.
• Масштабирование — пересчет антенны на дру­
гую частоту. Этой командой надо пользоваться
для пересчета удачной антенны на другой диапа­
зон.
• Округлить цифры до с последующим выбором
2, 3, 4, 5 знаков после запятой — удаляет
ненужные цифры, получившиеся, например, после
масштабирования.
• Сделать стек из имеющейся антенны, исполь­
зуя ее как базовый элемент. В открывшемся
меню указать число этажей по горизонтали и
по вертикали, а также желаемые расстояния
между ними. Команда Сделать стек для ра с­
четов устанавливает режим стека в расчетах и
оптимизации. По команде же Создать новую
антенну с полным описанием проводов в
таблицу проводов (в закладке Геометрия) за­
писываются координаты всех проводов стека.
Антенна при этом считается не стеком, а одной
сложной, состоящей из множества проводов,
поэтому оптимизация интервала стека будет
неактивна.
• Открыть временные условия — черновик, открыв
который можно делать любые эксперименты с
антенной, не опасаясь потерять исходные данные.
Удобно использовать, если вы переделываете уже
имеющийся в папке ...\ANIT файл, который вам не
хотелось бы потерять (а сделать это очень легко,
если, не используя команду Открыть временные
условия после неудачного преобразования антен­
ны, случайно дать команду Сохранить).
93
• Вернуться из временных условий — возврат к
исходному состоянию.
• Вернуться к условиям до оптимизации — для
возврата к исходному состоянию, если результаты
оптимизации вас не порадовали.
• Правка провода — переход в меню Правка про­
вода.
• Правка элемента — переход в меню Правка
элемента.
2.2.10.3. Сервис
• Калькулятор — вызов стандартного \Мп-калькулятора.
• Оптимизация — переход в окно Оптимизация.
• Обзор шагов оптимизации — то же самое, что
описано в разделе 10.6.
• Сравнить — это меню (рис. 2.2.10) позволяет
объективно сравнивать разные антенны. Если вы
попадаете в него после расчета своей антенны
(закладка Вычисления — кнопка Пуск), то уви­
дите ДН и характеристики своей антенны. Кноп­
кой Открыть * .т а Ь файл вы можете вызвать
ДН и характеристики другой антенны (заранее
сохраненные в *.таЬ файле, как описано в па­
раграфе 2.2.10.1) и увидеть их наложенными друг
на друга.
В табличке под ДН будут приведены основные па­
раметры сравниваемых антенн. На рисунке 2.2.10 на­
ложены друг на друга ДН 4 е1 Уад1 (ДН1), 3е1 квадрата
(ДН2) и нашей 3е1 Неп1:еппы.
Это вот и есть совершенно объективное сравнение.
И не надо ничьих «авторитетных» мнений спрашивать.
Количество сравниваемых антенн в этом окне не ог­
раничено.
94
2.2.11. Меню Сервис и установки
Это очень полезное меню (Сервис — Сервис и
Установки) позволяющее выполнять целый ряд рас­
четов, смежных с антенными, может использоваться
независимо от основной программы как калькулятор
для расчета СУ, линий и реактивных элементов.
• Закладка Контур — это расчет 1_С контура, X длины
волны и наиболее употребляемых в антенной тех­
нике размеров, кратных X. При наличии птички в
окне Фиксировать частоту 1_С контур будет рас­
считываться для частоты, указанной в первой
строке (то есть при изменении или 1_, или С второй
параметр будет меняться автоматически). Если
же этой птички нет, то при изменении 1_ и С будет
меняться частота.
• Закладка 1_ — это конструктивный расчет одно­
слойной цилиндрической катушки. Выберите в ок­
не Вычислить подлежащий расчету параметр и
заполните поля исходных данных (кроме той ве­
личины, которую вы хотите вычислить).
95
Закладка СУ на 1.С позволяет автоматически рас­
считать самое простое и употребительное Г-образное согласующее устройство (рис. 2.2.11).
Л|
Контур |
1
СУ на 1_С | СУ н а линиях 1 ] СУ на линиях 2 \ 1 . С т линии | У становки
Ч асто та ! 14 05
МГц
2.026иН
К ш и л ер а
|55Т~Ом
178 8 6 6 0 т
С
|
37.298рР
-3 0 3 .7 1 1 0 т
Вант|26Б.О
Ом
]Х а н т |-з з з о
Ом
Вид
Конденсатор параллельно
Конденсатор последовательно
)
До
|
Отказ
Рис.2.2.11
Введите частоту, 2о (на рисунке обозначено как
Яфидера) и 2а (на рисунке обозначено как Иант
и ]Хант) и сразу получите рассчитанную схему СУ.
Можно даже и не вводить ничего — если вы
приходите в это окно после расчета своей антен­
ны, то все нужные величины будут подставлены
автоматически. В окне Вид можно выбрать же­
лаемую конфигурацию схемы СУ: конденсатор в
параллельной или в последовательной ветви. Это
может иметь значение при использовании КПЕ с
заземленным ротором. В зависимости от сочета­
ния
и Та схема СУ может быть и чуть иной —
параллельный элемент может быть подключен не
к антенне, а к фидеру. Кроме того, это не обя­
зательно будет I и С, возможно, что СУ будет
состоять из двух конденсаторов или из двух кату­
шек. Обо всем этом вам не придется заботиться —
все будет сделано автоматически. Подробнее та­
кое СУ описано в параграфе 3.5.2.
Закладка СУ на линиях 1 состоит из двух неза­
висимых окон (рис. 2.2.12). Верхнее Согласова­
ние и трансформация одним отрезком линии
позволяет наглядно рассчитать трансформацию
импедансов отрезком длинной линии. В правых
полях устанавливается импеданс источника Rj( в
левых — нагрузки ZL (по умолчанию туда подстав­
ляются параметры из расчета последней антен­
ны), в среднем окне, стилизованном под изобра­
жение отрезка кабеля, — параметры линии (длина
электрическая, без учета коэффициента укороче­
ния). Пои ручной смене любого из введенных
параметров остальные меняются автоматически.
При наличии птички в окошке Фиксировать Ri
при неизменном импедансе источника рассчиты­
вается импеданс нагрузки. При отсутствии этой
птички ри фиксированной нагрузке рассчитыва­
ется импеданс линии со стороны источника. Тут
же рассчитывается КСВ в данном отрезке линии.
Это окно с успехом заменяет многоэтажные фор­
мулы и сложные диаграммы при расчете входного
сопротивления отрезка длинной линии, нагружен­
ной на произвольный импеданс.
|Сервис и установки
Контур
L
п
СУ на LC СУ на линиях 1 I СУ на линиях 2 1 L. С и з линии | У ста н о вки | |
Согласование и тоансш оом аиия одним о тр е зко м линии
Линия
Ri |49 9(- Ом
Zopëo
Си
П отери ¡0.0
X I 1 с .г,о:" Ом
L |о 16366 лямбда
ZL
dB
Г Ф и с к и р о в а т ь Ri
Ri |50 0
SWR(50):
Ом
Ом
X I |-31 15 Ом
SWR(75)=1.501
S W R (7 5 )-1 .501
Согласование
RL |8 4 .40
последовательным и о то е зка м и линий
Линия 2
Линия 1
Ом
Z o [75.0
Z o |50 0
Ом
д в ум я
L
|0 1636
лямбда
L
(о 0180
лямбда
ZL
RL |95.0
Ом
XL |-20 0
Ом
1; К а стро
Рис 2.2.12
Нижнее Согласование двумя последователь­
ными отрезками линий рассчитывает малоизве­
стное, но весьма интересное согласование двумя
последовательно включенными отрезками линий
4-2170
97
с разным волновым сопротивлением. Интерфейс
очень близок к предыдущему окну, только окон с
параметрами линий два. Введите справа R,, сле­
ва — ZL (по умолчанию туда подставляются па­
раметры из расчета последней вашей антенны),
а в два средних окна — волновые сопротивления
имеющихся в наличии линий (по умолчанию 50 и
75 Ом, вручную можно установить любые другие)
и нажмите кнопку Настроить. Программа вычис­
лит необходимую длину (электрическую, без учета
коэффициента укорочения) каждой из линий. При
этом в верхнем окне Согласование и трансфор­
мация одним отрезком линии автоматически
подставятся данные о первом из рассчитанных
отрезков с индикацией КСВ в нем и импеданса
на его выходе. Применение верхнего окна — Со­
гласование и трансформация одним отрезком
линии описано в параграфе 3.2.1, а нижнего —
Согласование двумя последовательными от­
резками линий — в параграфе 3.5.4.
• В закладке СУ на линиях 2 (рис 2.2.13) рассчи­
тывается классическое согласование двумя шлей­
фами.
на
Контур ]
*}
L
| СУ на LC | СУ на линиях 1 СУ на пиниях 2 j L. С и з линии ] У ста но вки |
Н а гр узка Z L
Линия
R¡8.4032 Ом
XP25TÔ2 Ом укооочения
Коэцэфициен! !
Вариант 1
L1 О 0584wl (243.4 cm)
ZS :7.16-j1 7.62
XS :20.530m (0.463 uH)
L2s:0.0054wl (22.7 cm)
I ?n 0 2 56 4v! (1064.5 cm)
Z i :50.53+j0 00 S W R :1.01
Н астроить
f
[755
Zi
[50.0
3 МГц
Ом
4
Вариант 2
L1 :0.0677wi (282.1 cm)
ZS :7.16+j17.45
XS :-20 3 80 m (1107 588 pF)
L2s:0 4946wJ (2061.2 cm)
L2o 0.2415wi (1019 3 cm)
Zi 49.68+j0.00 SWR 1.01
Рис. 2.2.13
В левом окне устанавливается импеданс
(по
умолчанию туда подставляются параметры из рас98
чета последней антенны). В среднем устанавли­
ваются волновое сопротивление и коэффициент
укорочения двухпроводной линии, из которой де­
лаются шлейфы, а в правом — частота согласо­
вания и необходимое сопротивление
которое
надо получить в результате согласования (по
умолчанию то, которое вы используете для рас­
четов в качестве стандартного). Нажмите кнопку
Настроить — в графическом окошке справа поя­
вится рисунок, показывающий схему согласова­
ния, а в двух нижних окнах — два варианта (для
некоторых соотношений ZL и Zi такое согласование
или невозможно, или возможен только один ва­
риант) согласования с указанием длин шлейфов.
Линия L2, включаемая параллельно источнику мо­
жет быть, как замкнута, так и разомкнута на конце,
поэтому вычисляются две ее длины: L2s, если она
закорочена (short), и L2o, если она разомкнута
(open). Подробно такое согласование описано в
параграфе 3.5.7.
• Закладка L,C из линии. В этом окне рассчиты­
ваются емкости и индуктивности из отрезка ко­
аксиального кабеля или двухпроводной линии. Вы­
берите из списка тип используемого кабеля или
задайте вручную его параметры (установкой типа
User). Конечно, большинство кабелей в списке
японские, но их параметры, определяющие реак­
тивность — волновое сопротивление и коэффи­
циент укорочения (появляется в правых полях при
выборе типа линии) — близки к большинству рас­
пространенных кабелей. Выбрав тип линии и ука­
зав, разомкнута она или замкнута на конце, дос­
таточно указать желаемую величину L или С и
получить нужную длину (или наоборот, указав дли­
ну, получить величину L или С). По умолчанию в
окне Реактанс подставляется величина, ОБРАТ­
НАЯ реактивности антенны из последнего расчета.
Для простейшего согласования последовательно
4*
99
включенной реактивностью как раз и нужно, чтобы
ее знак был противоположен знаку входной ре­
активности антенны (см. параграф 3.5.8). Как
справочный параметр выводится частота Х/Л ре­
зонанса Fo данного отрезка линии (см. параграф
3.2.4)
Закладка Установки — меню общих установок
программы.
♦ Окно Направление тыла для F/B — то же
самое, что и F/B в параграфе 2.2.5.2. Уста­
новки данного окна записываются в файл
конкретной антенны.
♦ Зенитный угол в св. пространстве устанав­
ливает вертикальный угол, для которого стро­
ится ДН в горизонтальной плоскости, в сво­
бодном пространстве или нулевым, или соот­
ветствующим максимальному излучению.
♦ Показывать токи, учитывая фазу — при вы­
боре этой опции на закладке Вид (см. параграф
2.2.4) токи будут отображены с учетом их фазы.
♦ Окно Стандартное Z и кнопка Установить Z
для hairpin согл. то же самое, что описано в
разделе 10.2. «Кнопка Установка цели».
♦ Последние файлы — устанавливает количе­
ство отображаемых в меню Файл последних
использованных файлов. При отсутствии флага
в поле только МАА файлы будут показываться
не только файлы *.таа, но и *.mab, и *.тао.
♦ Максимум сегментов. Установка максималь­
ного числа сегментов. Необходимый объем
ОЗУ: для 1024 точек — 8 М, для 2048 — 32 М,
для 4096 — 128 М, для 8192 — 512 М. По
умолчанию стоит минимум — 1024. Сразу ус­
тановите тут максимальное число сегментов,
которое позволяет ОЗУ вашего компьютера.
Иначе файлы, имеющие более 1024 точек в
описании (например, ...ANT/Match/MW-Broadcasting.maa), не будут рассчитываться.
2 .2 .1 2 . Ф айлы готовы х антенн
В комплекте ММАЫА имеется папка ...\АЫТ, которая
представляет собой базовую антенную библиотеку. В
ней имеется около двухсот файлов *.та а интересных
готовых антенн, рассортированных по тематическим
директориям. Для работы с первой частью справоч­
ника (которую вы держите в руках) достаточно иметь
русскую ММАЫА и антенную библиотеку к ней версии
0.11 от 15.04.2002.
Конечно же, в процессе работы над справочником
появляются новые и новые файлы антенн, которые далеко
не сразу попадают в инсталляционный архив программы.
Поэтому на страничке http://www.qsi.net/dl2kq/miTiana/43.htm сделана текущая, регулярно дополняемая биб­
лиотека антенн программы ММАЫА. Все новые файлы
антенн (с коротким описанием) попадают именно туда.
2 .2 .1 3 . Ответы н г часто задаваемы е вопросы
Достаточно ли точек в моем случае и не надо ли
установить их больше?
Сделайте вычисления для сегментации, установлен­
ной по умолчанию Затем в закладке Геометрия ус­
тановите повышенную плотность сегментов, установив
например ОМ1 = 800; ОМ2 = 80; БС = 1.1; ЕС = 4 и
повторите вычисления. Если при этом цифры резуль­
татов расчета изменились не более чем на несколько
% (наиболее частый случай), то вернитесь к установ­
ленным ранее ОМ1, ОМ2, ЭС, ЕС — в данном случае
они достаточны. Если же результаты расчета измени­
лись существенно (прежде всего входной импеданс),
то, увеличивая понемногу ОМ1, ЭМ2, ЕС и уменьшая
БС, добейтесь того, чтобы дальнейшее увеличение
числа сегментов не приводило бы к изменениям ре­
зультатов. Не забывайте проверять сегментацию на
соответствие ограничениям метода моментов (пара­
граф 2.1.2).
101
Несколько типичных случаев, когда стандартной
сегментации не хватает:
• короткие отрезки линий;
• провод, расположенный близко к другому проводу
или земле;
• параллельно включенные провода и антенны;
• пересечение (с соединением) проводов под ма­
лым углом;
• многоэлементная узкополосная УКВ антенна;
• имеются пучности напряжения не на концах про­
вода (длинные гармониковые антенны).
Почему нет электрического контакта в точках каса­
ния проводов?
Или происходит касание не концов проводов, а их
середин (в этом случае ММАЫА не делает контакта).
Следует разбить провод, к середине которого нужен
контакт, на два отдельных, чтобы контактировали имен­
но концы. Или же часть проводов была создана в меню
Правка провода на координатной сетке и концы про­
водов, лежащие рядом, возможно имеют похожие, но
все же разные координаты. Для коррекции выберите в
меню Правка провода команду из всплывающего меню
Соединить с концом ближайшего провода.
После редактирования антенны расчет не стартует.
Источник (или нагрузка) на закладке Вид расположен
не там, где он был установлен.
При удалении (или добавлении) части проводов
автоматически меняется нумерация проводов в таб­
лице закладки Геометрия. Например, в антенне было
10 проводов и источник в 8-м проводе \ч8с. При
редактировании удалены провода 2, 3, 4 и у вас
осталось только 7 проводов. Но источник-то в закладке
Геометрия по-прежнему описан как \л/8с, а восьмого
провода уже нет. Вернее провод есть, но он изменил
свой номер и стал пятым. Поэтому надо соответст­
венно поменять описание источника на \л/5с.
1 102
Почему меняется Д Н в горизонтальной плоскости
и при повороте антенны на 90 градусов вокруг оси I ?
Объемная ДН, конечно, не зависит от того, как
повернута антенна. Но показ ДН на плоских видах (в
вертикальной и горизонтальной плоскости) действи­
тельно претерпевает изменения. ММАЫА строит ДН в
вертикальной плоскости всегда как сечение объемной
ДН плоскостью Х-г, и что именно попадет под этот
«нож» зависит от того, как повернута антенна. По
умолчанию ДН в горизонтальной плоскости ММАЫА
строит для такого зенитного угла, под которым на ДН
в вертикальной плоскости идет максимальное излуче­
ние. А поскольку вид ДН в вертикальной плоскости и,
следовательно, угол максимального излучения на этом
виде зависят от поворота антенны, то ДН в горизон­
тальной плоскости будет построена для другого вер­
тикального угла. Чтобы увидеть прежнюю ДН в гори­
зонтальной плоскости, но повернутую на 90 градусов,
вы должны вручную установить тот же самый зенитный
угол, для которого она была построена ранее.
Получаются странные значения Р/В, хотя вид Д Н
нормален. Что не так?
ММАМА при вычислениях излучения назад прини­
мает основным направлением азимут 180 градусов.
Поэтому если антенна нарисована так, что в эту сто­
рону у нее будет не заднее, а боковое направление,
то вычисленное значение Р/В будет неправильным.
Для коррекции разверните антенну вокруг оси Ъ (Правка-Вращать-Вокруг оси 7.) так, чтобы максимум ее
излучения приходился вдоль оси X.
При моделировании йР получаются очень высокие
и нереальные значения ¡Ха и КСВ. В чем дело?
Если антенна с источником в начале вертикального
провода не имеет радиалов в виде нарисованных про­
водов, такая проблема означает, что нижний край ан­
тенны оторван от поверхности земли. То есть или
103
нижний провод имеет координату по Ъ, не равную
нулю, или в закладке Геометрия в окошке Высота
установлено ненулевое значение, или в окне Земля
установлено свободное пространство. При этом ис­
точник отрывается от заземления и получается вход­
ное сопротивление чрезвычайно большое — току течь
просто некуда. Вертикальная антенна, если только вы
не нарисовали противовесы отдельными проводами,
всегда должна иметь высоту нижнего конца, равную
О, и тип земли идеальный или реальный.
Как описать нагрузку в виде последовательного ¿.С
контура?
Создать две строки в таблице описания нагрузок:
одну строку, описывающую конденсатор, другую —
катушку. Место расположения для обеих нагрузок
выбрать одинаковым или близким в двух соседних
точках.
Почему в меню П равка п р о в о д а антенна видна не
полностью?
Скорее всего, в меню Показ выбрана установка
Плоек, или Элемент Чтобы увидеть антенну целиком,
выберите в этом меню установку Все.
Почему при описании нескольких источников не
удается установить их разными по амплитуде?
Уберите птичку из окошка Одинаковые источники.
Гце при расчете активной антенны выводятся входные
сопротивления по всем источникам, кроме первого 9
В правом верхнем окне закладки Вычисления вме­
сте с отражением текущего состояния расчета.
Изменение параметров нагрузки не влияет на р е ­
зультаты расчетов.
Над табличкой описания нагрузок в поле Включить
нагрузки поставьте птичку.
104
Как учесть сложное по схеме СУ (наприм ер Т или
П-образное и т. д .) в точке питания антенны?
Нарисовать его схему, используя для этого корот­
кие провода (для КВ по несколько см), и расставить
в них реактивности в соответствии со схемой СУ.
Посмотрите для примера файлы ...\ANT\HF тиШ Ьапйз\Уег^са1\Еи1ТТ\/ег1:16С).таа, ...Е1)1ТТуег1:80.плаа и
...Е111ТТУег140.таа, в которых показана одна и та же
антенна, но с различными схемами СУ по диапа­
зонам.
Один и тот же неизменный файл антенны вр ем е­
нами дает иные результаты расчета, чем раньше. Или
то же самое на разных версиях программы. Что п р о ­
исходит?
Дело в параметрах установки реальной земли. Они
записываются в общем файле mmana.ini и влияют
на все антенны, в описании которых использована
реальная земля. Поэтому, если вы изменили что-то
в окне Параметры земли, это повлияет не только
на результаты расчета открытой в данный момент
антенны, но и на другие. Следите, что установлено
в Параметрах земли, и не забывайте восстанав­
ливать исходные установки после экспериментов с
землей.
Как повысить точность вычисления резонансной
частоты при моделировании узкополосных УКВ ан­
тенн?
При установках автосегментации по умолчанию по­
грешность вычисления резонансной частоты много­
элементных волновых каналов составляет менее 0,5%,
что вполне достаточно на КВ, но на УКВ уже многовато.
Для повышения точности установите более плотную
сегментацию. Так, при значениях ОМ1 = 800; ОМ2 = 80;
БС = 1.01; ЕС = 16 погрешность расчета резонансной
частоты составляет уже менее 0,1%, что уже вполне
приемлемо на УКВ, но замедляет расчеты. Поэтому
105
на начальном этапе удобно иметь стандартные уста­
новки автосегментации (имея в виду, что частота будет
несколько неточной). И только на этапе окончательной
доводки антенны увеличивайте число точек — будет
расти и точность.
2 .3 . У ти л и ты к M M ANA
NEC2 for MMANA. Просчет *.maa файлов. Расчет укорочения
провода в изоляции. АРАК-EL. MMutil.
2 .3 .1 . NEC2 fo r MMANA
Как описано в параграфе 2.2.5.1, бывают ситуации
при моделировании, когда применение вычислитель­
ного ядра NEC2 дает более точные результаты. Это:
• Горизонтальная антенна, содержащая хотя бы
один провод ниже 0,16А. над реальной землей.
NEC2 дает гораздо более точные результаты по
входному импедансу и усилению.
• Вертикальная антенна с высотой основания над
реальной землей в интервале 0,005...0,051. NEC2
дает более точные результаты по входному им­
педансу и усилению.
Если у вас один из таких случаев, то весьма же­
лательно на завершающем этапе моделирования файл
*.таа просчитать на NEC2. Лучше всего это сделать
с помощью программы N E C -2 fo r M M A N A , написанной
Дмитрием Федоровым, UA3AVR. Эту бесплатную про­
грамму можно скачать с http://www.qsl.net/dl2kq/mmana/4-8.htm (размер около 500 кБ) или заказать на
дискете (см. параграф 1.2).
NEC2 for MMANA позволяет просчитать файл мо­
дели, сделанной в MMANA с помощью ядра NEC2. То
есть можно сделать и оптимизировать модель, ис­
пользуя сервис MMANA, а окончательные, уточняющие,
расчеты произвести данной утилитой.
В этом параграфе дано лишь очень краткое опи­
сание NEC2 for MMANA, рассчитанное лишь для ми­
нимального пользования программой. Полное же
описание NEC2 for MMANA достойно отдельной книги,
да и в директории программы присутствует файл
Read me.doc, в котором автор программы хорошо
ее описал.
107
2 . 3 . 1 . 1 . П р о сч е т *.m a a ф а й л о в
Итак, как пользоваться NEC2 for MMANA? В отно­
шении установки-удаления справедливо все сказанное
в параграфе 2.2.2.
Запустите файл MAA_NEC.exe — программа готова
к работе Открываем закладку Table of results, пока­
занную на рис. 2.3.1, и, нажав кнопку Find MMANA
file, находим и открываем файл *.таа, который мы
хотим просчитать на NEC2.
И затем кнопкой Calculate as original MMANA file
запускаем расчет. Его результаты выводятся в таблице
(на рисунке 2.3.1 показан пример расчета простого
Х/2 диполя на высоте 0,15Л. над реальной землей).
Дополнительно на рис 2.3.1 показано всплывающее
окно с установками параметров земли. Его удобно
использовать при проведении экспериментов по вы­
яснению влияния параметров земли на антенну.
Datasheetj РРЫо>5 Tiab!eofrésulte jNEC-2input|Currentsandtiektej
'•%creouenc/' 1<05MHz
jF-\MMANA\MAA_NEC\dipoleтеа
FmdMMANAfile
Peiresh
Freauency
MHz
17Enablechanging
j Groundparameters
IWireNojF.MHz foOhn. liXOhm |SW=t [Gnd
•'/bis 146 Som
Antennaenvironment
FiNiTEGROUND SOMMERFEIDSOLUTION
1ATTVEDIELECTRICCONST-13000
CONDUCTIVITY-5ODOE-03MHOS/METER
SourceinwireN1: R-60493 ¡X-»¡17.619 SWR-145
Elevationangle 20.0deg
MaxGain-I 37dBi atazimuth:0deg. F/B'O.OOdB
Azimuthangle:00deg
MaxGain 5.36dBiatelevation 87deg
1El.dec iGet,dBi [atAz ' |az dec ¡Gei~
”3!
¡alEI
........
Sigma- |
Somrnieield/Norton
Setanddose
j.
jj
Pastoral(Eps*13.Sigma-6)
Pastoralrich(Eps=1ASigma-10)
Verygood(Eps=2G.Sigma=30)
-resi water(Eps'80 Sigma=l!
Seasailwater(Eds=80.Siqma-500'
CalculatewiSidie.'ednccoaledwires
—
CalculateatoriginalofMMANAWe
Рис. 2.3.1
В целом, интерфейс закладки Table of results очень
близок к закладке Вычисления MMANA, что облегчает
108
понимание. Тем не менее, приведу расшифровку ка­
ждого из столбцов таблицы результатов:
• Wire No — число проводов в модели;
• F, MHz — частота расчета. По умолчанию берется
из открытого *.таа файла;
• R, Ohm и JX, Ohm — активная и реактивная часть
входного сопротивления;
• SWR — КСВ;
• Gnd — тип земли. Реальная, высокой точности
обозначается как Som. (Зоммерфельда-Нортона);
• H, m — высота над землей в метрах. По умолчанию
читается из файла *.таа. Но если поставить птичку
в окошке Enable changing, то в двух окошках
слева можно изменять как высоту антенны над
землей, так и частоту расчета.
• El, deg — зенитный угол, для которого построена
ДН (рис.2.3.2) в горизонтальной плоскости;
• At Az — азимутальный угол, для которого построе­
на ДН (рис. 2.3.2) в вертикальной плоскости;
• Gel, dBi — максимальное усиление в dBi;
• at El — зенитный угол, под которым направлен
максимум излучения;
• Diel — наличие диэлектрической изоляции на про­
водах антенны (см. параграф 2.3.1.2).
Диаграммы направленности можно посмотреть, от­
крыв закладку PR plot, показанную на рис. 2.3.2.
Интерфейс этой закладки практически совпадает с
закладкой Вид MMANA и не требует пояснений.
2.3.1.2. Расчет укорочения провода в изоляции
Известно, что электрическая длина провода в изо­
ляции несколько выше, чем у оголенного провода
таких же размеров (см. параграфы 3.2.2 и 3.7.2).
Практически это означает, что если вы сделаете ан­
тенну из изолированного провода (по размерам, по­
считанным в MMANA), то ее реальная резонансная
частота окажется на несколько % ниже расчетной.
109
Datasheet R-cplotsjTab!eofresultsJNEC-2input]Currentsandfields1
1405 MHz
GROUND. SOMMERFELDSOLUTION
CONST-13.000
R-60.493 iX-*¡17.619 SWR-1.45
45.0deg
atazimuth: 0deg. F/B:0.00dB
diagram—
0.0deg
87deg
Polanzetioncomponents
frfotd -г нрьо
(' V(Thefts)
Рис. 2.3.2
NEC2 for MMANA имеет уникальную (на день напи­
сания этих строк не имеющуюся ни в каком другом
моделировщике антенн, включая самые дорогие плат­
ные) возможность рассчитать влияние изоляции. То
есть решить две задачи:
1. Рассчитать, на сколько снизится резонансная
частота антенны, если вместо оголенных проводов
использовать изолированные.
2. Определить величину, на которую должен быть
укорочен изолированный провод (по сравнению с ого­
ленным), для того, чтобы резонансная частота антенны
осталась бы неизменной.
Это делается в закладке Data sheet в окне Dielec­
tric coated wires calculations (рис. 2.3.3). Сначала
открывается и просчитывается обычным порядком, как
было описано в п. 2.3.1.1, *.таа файл. Этот базовый
результат (его вывод также дублируется в закладке
Data sheet, правее окна Dielectric coated wires cal­
culations) для провода без изоляции нам потребуется
для сравнения. Например, для простого А./2 диполя
110
на этом этапе получим следующий результат (я при­
вожу его здесь в сокращенном виде):
/
Frequency: 14.15 MHz
Source in wire N 1: R = 74.107 jX = — jO. 100 SWR = 1.48
Max Gain: 6.14 dBi at azimuth: 0 deg, F/B: 0.00 dB
To есть диполь в резонансе (JX очень мала). Теперь
в окне «Dielectric coated wires calculations» опишем,
какую изоляцию мы надеваем на провод.
D ielectric coated wires calculations —
Radius of wires to be coated:
|08
mm.
Radius of wire with c o a t
Dieiectric constant of c o a t Eps:
Calculate
mm.
Frequency:
Making all wires shorter on:
j_U
I
|H 1 5
MHz
|m
%
3
Рис. 2.3.3
В окошке Radius of wires to be coated выбираем
из списка, на провод какого радиуса (из установленных
в этом файле в MMANA) мы надеваем изоляцию (в
нашем примере 0,8 мм). Отмечу, что если в вашей
модели несколько разных радиусов проводов, то изо­
ляция надевается лишь на провода одного радиуса —
того, который вы здесь выберете.
В окошке Radius of wire with coat указываем
радиус провода по изоляции. В нашем примере —■1,3 мм.
В окошке Dielectric constant of coat, Eps указы­
ваем диэлектрическую проницаемость изоляции. При­
дется напрячься и как-то ее узнать или измерить —
если уж вы ее не знаете, то откуда об этом узнает
компьютер?
И нажимаем кнопку Calculate — это расчет с учетом
описанной только что изоляции. В нашем примере в
результате получаем:
Frequency: 14.15 MHz
Source in wire N 1: R = 76.023 jX = + j25.637 SWR = 1.79
Max Gain: 6.14 dBi at azimuth: 0 deg, F/B: 0.00 dB
Резонанс «улетел» вниз по частоте — антенна имеет
заметное индуктивное сопротивление jX. Чтобы узнать,
на сколько сместилась вниз резонансная частота в
окошке Frequency, вручную устанавливаем несколько
более низкое значение и снова нажимаем Calculate.
Повторяя это несколько раз, подбираем частоту, на
которой JX близко к нулю — это и будет новая резо­
нансная частота антенны из провода в изоляции. В
нашем примере это выглядит так:
Frequency: 13.9 MHz
Source in wire N 1: R = 72.006 jX = — j0.835 SWR = 1.44
Max Gain: 6.14 dBi at azimuth: 0 deg, F/B: 0.00 dB
To есть резонансная частота под влиянием изоля­
ции сместилась на 250 кГц вниз. Именно это бы мы
увидели в реальности, если бы изготовили антенну по
исходному файлу, но без учета влияния изоляции.
Но нам нужна антенна на 14,15 МГц. Определим,
на сколько надо укоротить наш диполь, чтобы резонанс
вернулся на 14,15 МГц. Снова устанавливаем в окошке
Frequency 14,15 МГц. Движком Making all wires short­
er on устанавливаем произвольное укорочение в не­
сколько % и снова нажимаем Calculate. Повторяя это
несколько, раз подбираем положение движка (то есть
процент укорочения), при котором jX на 14,15 МГц
близко к нулю. Полученная при этом в окошке Making
all wires shorter on цифра и есть искомый результат —
на сколько процентов надо сделать короче провод в
изоляции, чтобы получить исходную (как у оголенного
112
провода) резонансную частоту. При пользовании этим
движком укорачиваются сразу все провода антенны в
одинаковой пропорции. Поэтому, если в антенне есть
несколько разных радиусов проводов, то использова­
ние этого движка невозможно (оно дало бы некор­
ректные результаты, поскольку изоляция надета только
на один из радиусов).
2 .3 .2 . APAK-EL
АРАК-EL мощная прикладная программа, написан­
ная Александром Шевелевым, DL1PBD, для расчетов
устройств согласования и фазирования из линий пе­
редачи Эту бесплатную для личного пользования про­
грамму можно скачать с http://www.qsl.net/dl2kq/mmana/4-4.htm (размер около 500 кБ) или заказать на
дискете (см. параграф 1.2). Б отношении установкиудаления справедливо все, сказанное в параграфе
2.2.2. Программа состоит из двух независимых ути­
лит:
• APAK-ELTM расчет и оптимизация согласования
антенн при помощи трансформирующих линий и
шлейфов.
• APAK-ELCH расчет линий для антенн с активным
питанием по методу A. Christman KB8I
В двух следующих параграфах дано очень краткое
описание, рассчитанное лишь для ознакомления про­
граммой. Полное же описание АРАК-EL требует от­
дельной книги (если и меньшей, чем по MMANA, то
ненамного), да и DL1PBD проявил подлинную заботу
о пользователе и снабдил свою программу очень под­
робной и понятной помощью.
2.3.2.1. APAK-ELTM согласование линиями
Эта утилита предназначена для расчета согласова­
ния многодиапазонных антенн согласующими устрой­
ствами на линиях. Казалось бы, с согласованием ли­
113
ниями справляется и MMANA (см. рис 2.2.13 и 2.2.14).
Однако многодиапазонную антенну согласовать непо­
средственно в MMANA неудобно.
Напротив, в APAK-ELTM сделано все возможное,
чтобы согласование одновременно в нескольких диа­
пазонах было бы максимально простым и наглядным.
Данные по входным импедансам согласуемой ан­
тенны на всех требуемых частотах рассчитываются в
MMANA и заносятся как исходные в APAK-ELTM. Затем
выбирают конфигурацию СУ: от простейшего — одним
отрезком последовательной линией, до сложного —
из трех отрезков линий. Изменяя вручную параметры
и длину линий, можно одновременно наблюдать КСВ
на всех выбранных частотах. Причем как в таблице
(при этом по мере подхода к единице появляется
очень удобная цветовая маркировка окон, так что мож­
но, меняя длину линий, смотреть не на цифры, а
ориентироваться лишь по цвету окон — чем ближе к
единице, тем цвет «горячее» — ближе к красному),
так и на графике.
Автоматического проектирования нет, да оно и не­
возможно при задаче такой степени сложности. По­
этому в комплект данной утилиты обязательно должна
входить думающая голова пользователя.
На рис. 2.3.4 показан пример расчета согласования
известной вертикальной антенны UA1DZ. Это GP вы­
сотой 9,3 м с противовесами и системой согласования
линиями сразу в трех диапазонах — 7, 14 и 21 МГц,
питаемый по кабелю 75 Ом.
Данные по Ra и jXa для трех диапазонов, рассчи­
танные в MMANA без СУ, вносятся в APAK-ELTM (вто­
рой и третий столбцы таблицы).
Поскольку длина 9,3 м резонансной не является,
то jX нигде не равно нулю, а значения КСВ без со­
гласования (четвертый столбец SWR Z0) не радуют.
Применив сложное СУ из трех отрезков линий (схе­
ма в рамке в центре, ZL — импеданс антенны, Zi —
точка подключения питающей линии), можно добиться
(.1.14
хороших результатов. На рис. 2.3.4 описано следую­
щее СУ:
13 — линия 450 Ом длиной 74 см (окошко 1_3);
и — кабель 75 Ом длиной 2,88 м (окошко 1.1 с
движком в самом низу);
12 — кабель 75 Ом длиной 4,03 м (окошко Шлейф,
в нем 1_1 + 12 = 691 см, значит 12 = (1.2 + И ) - 1_1
= 6,91 - 2,88 = 4,03м)
Шестой столбец (КСВ после СУ) светится радост­
ным красным цветом, индицируя, что во всех трех
диапазонах КСВ<1,2. Подробные инструкции по син­
тезу такого СУ с поясняющими рисунками имеются в
файле помощи программы, повторять их здесь нет
смысла.
Меню
Сервис
Помощь
Г Ideal Z0= 75 |RG 6
T j Zi [75
I ZL~H
F mHz
R
X
•ДТоыГ
F ¡14.200
SWRZO
Rtr
г -I
I
^ ¡с м
|б2.79
O.ÜG
46.5
¡19.41
¡70.21
¡0.00
0.2067
134
[ÏÏ93
¡74.47
¡0.00
~ E ® f ! 0.3086
I
¡Win 450
U J a rfï
Min
I l » --------
I Xtr I ISW R [ I L ift.« I
¡3.28
>/ 2
P L3 23
V ] Г
69
7-Г
[74
T ] Li Г §RG58 C/U
I
L1
[ i? /lw l
|-57.40
¡-0.1460
119.09
1x0.0397
|113.20 JxO.1569
[g
'
Nb>1
/K y
Ш а г j1
L1.L2 ¡691
iîJ
2.880
X por
n
r LC
!-------1
T ] Г
T ]
3
0.1026
L fô
|0.660
) -----------------------------
— j W |У л е й ф |
Г Ф и к с . ял.
Ç| г
Max
30 <j
Рис. 2.3.4
На рис 3.2.5 показано, как выводятся графики КСВ
сразу по трем выбранным частотам. Хорошо видно,
при каких длинах линий имеются совпадения мини­
мумов КСВ всех диапазонов (на рис. 3.2.5 в этой
точке стоит маркер — вертикальный пунктир).
На сайте автора программы http://people.freenet.de/
арак/ имеется более подробная информация по со115
Меню Сервис Помощь
Г И в а ! г о - 75 | м Л Г
"У !
тН*
Г Э 7050 I
(V Р ¡14.200 р
с
^¿¡21.200
с
N
|?5
Г IX
21
S W R Z0
Р
ГО1
и
"
Г
[ Х1г I
Ш г *- [
I |иД.у»!
“ I
Храг [ЦДл»1
jiJ . 2 0 M . ia 7 S
¡*0.039 '
г
с
Г м
п
и ____
с
! 1
Р L3 гз
|74
|УЛп450
1 ]с м Ш а г р
М|П
а2
Г|В
I]_3
|_Ш
Ы
91 :] гГ Фикс.дл.
Т ]г
3
и
2
850 / Ку 10.660
3 О ---------------------- ---- |
4.31В
ш
----------------------------------
Мох
5
Р и с . 2 .3 .5
гласованию многодиапазонных антенн. Устройства со­
гласования также рассмотрены в разделе 3.5.
2.3.3.2. АРАК-Е1.СН расчет линий для антенн
с активным питанием
При активном питании многоэлементной антенны
ВЧ энергия подводится по отдельной линии к каждому
элементу непосредственно с нужной амплитудой и
фазой. Это позволяет при любом разумном располо­
жении и размерах элементов (даже нерезонансных)
получать хорошую, направленную ДН. Активное пита­
ние также позволяет при равных размерах получить
прибавку к &г до 1с1В, который тоже на дороге не
валяется.
Расчет самих активных антенн и нужных амплитуд
и фаз каждого источника не представляет особой
трудности. Он выполняется в ММАЫА автоматической
оптимизацией фаз и амплитуд источников по критерию
максимума Р/В и Оа (см. параграф 2.2.9).
116
В результате расчета антенны мы имеем ее раз­
меры и требуемые амплитуды и фазы каждого из
источников. Остается «всего лишь» создать систему
питания. То есть устройство, которое распределит
энергию передатчика по элементам с требуемыми ам­
плитудами и фазами.
Дело резко осложняется тем, что Та элементов
оказываются комплексными (даже при резонансных
элементах) и разными, поскольку, кроме собственного
тока, по каждому вибратору течет еще и сумма токов,
наведенных от остальных вибраторов. Если попытаться
согласовать вибратор при помощи СУ, то оно произ­
вольно изменит заданные амплитуду и фазу тока в
элементе. Получается собака, гоняющаяся за своим
хвостом, — при попытке согласования импедансом
рассыпается нужное распределение фаз и амплитуд,
а при попытке поставить это распределение — не
выходит ни согласования, ни сложения сигнала в об­
щий кабель.
Для синтеза системы питания активной антенны
было придумано множество методов. Почти все они
сводились к тому, что к каждому элементу подводится
свой кабель, а на дальних от элементов концах кабелей
(хотя есть варианты, что и на обоих) устанавливаются
весьма сложные 1_С цепи, обеспечивающие нужное
распределение амплитуд и фаз с учетом импедансов
элементов и трансформирующих свойств линий. Про­
блема, однако, в том, что и расчет, и настройка таких
1_С цепей очень сложны.
Единственный метод, не требующий громоздких 1_Сцепей, был предложен А1 С г^ т а п , КВ81. Суть метода
состоит в следующем: пусть к каждому элементу ан­
тенны, возбужденному в нужной фазе и амплитуде
(мы полагаем, что они уже есть и именно такие, как
нам надо) подключена своя питающая линия. Просчи­
тывая комплексные напряжения вдоль всех линий,
можно найти точки, в которых они максимально близ­
ки. В этих точках линии соединяются параллельно (это
117
возможно, так как напряжения одинаковы). Получив­
шийся комплексный импеданс преобразуется в 50 Ом
отдельным СУ, которое уже не влияет на распределе­
ние амплитуд-фаз, т. к. стоит в общем кабеле. Это
СУ может быть любым, например Г-образным (см.
рис. 2.2.11).
Идея весьма привлекательная в практическом ис­
полнении. Но как рассчитать нужные длины кабелей?
Для этого надо численно решить уравнения распре­
деления комплексных напряжений вдоль каждой из
линий. Эту задачу и решает APAK-ELCH. Всю сложную
работу по построению графиков комплексного напря­
жения она берет на себя. Достаточно ввести данные
по источникам и входным сопротивлениям элементов
и требуемые графики будут построены автоматически.
Точка их пересечения (на плоскости с координатами
реальной и мнимой части U они имеют вид эллипсов)
и есть ответ. Достаточно движками, изменяющими
длину линий, подогнать курсоры на обеих графиках в
точку пересечения и считать необходимую длину ли­
ний. Можно сделать это и в автоматическом режиме.
Не останавливаясь на описании программы (все дос­
таточно ясно и подробно описано в файле помощи),
приведу пример расчета.
Это широко известная направленная антенна из
двух А./4 GP, расположенных на расстоянии А./8 друг
от друга, с усилением на 4 dB больше, чем у одиночного Х/Л GP. Ее приводит для иллюстрации сам
KB8I. Данные по источникам после оптимизации в
MMANA:
Первый: Е = 0,5 V, фаза 0 градусов, Z = 10,94j 18,79 Ом,
Второй: Е = 0,55 V, фаза -18 градусов, Z = 11,65j22,47 Ом.
Вводим эти данные в АРАК-EL (первые 4 столбца
в таблице) и получаем:
Точка пересечения выбрана в левом верхнем квад­
ранте. К первому элементу подключен кабель 50 Ом
¡
1
.
'
\
j
АРАК-ELPhasingNetwork
Меню
I
Установки
Сервис
£>Н ® 7*]
EL
Е
й
1°Х“ ¡0 ¡1 0 .9 4
Г ¡0.55
рГв
¡1 1 .6 5
IX
Е
« IS
»г
¡-1 8 .7 9
|
. • :[
¡2 2 .4 7
O C S E 'Æ
I"
I» >
Е [Ô
Е=0
Помощь
¡1 3 .8 7 5 |-3 2 .8 3
i l 5-2 0
1°
Е=0
Г7 П
Р zo
¡1 6 6 .6 8 ¡50
V]
¡1 4 .4 3 5 ¡3 4 .3 9 6 ¡1 9 8 .8 7 ¡50
Т ]
¡5
3
[
5
[о
И
l°
I"
1°
I50 d
146.83
!t-2.47
I
______ |
Д л и н а L/Lw
2SS liljfcTibl
P t\ Q2 '
,0Q
Ч ;
SE]
ora
' ЕЛ
P _Ç] E S '
\
DO
.СИ
\
I
Г
Cj Е И
'
51П
...m
t.
ЕО
ED
Min '.................F
Рис. 2 .3 .6
длиной 0.463А. (надписи над движками), а ко второму —
такой же кабель, но длиной 0,5302Х.
Обратите внимание: разность фаз питающих на­
пряжений 18 градусов, разность фаз питающих токов
135 градусов, а разность электрических длин кабелей
(предпоследний столбец в таблице) 24 градуса. Все
три цифры разные, так и должно быть на комплексных
сопротивлениях, и именно это представляет наиболь­
шую трудность в синтезе системы питания активной
антенны.
На противоположных концах кабелей будут прак­
тически одинаковые (отличие менее 0,1%) комплекс­
ные напряжения 0,715 + Д 133 В (выделенные в таб­
лице 5-й и 6-й столбцы). Поэтому можно соединить
кабели параллельно. В этой точке получится сопро­
тивление Т\п = 46,8^2,5 Ом (окошко над длинами
линий). Поэтому СУ не требуется, и можно непо­
средственно подключать питающий кабель 50 Ом
любой длины.
Вид ДН (ее очень просто переключать на два на­
правления) антенны показан на рис. 2.3.7. Для ком­
мутации ДН на два направления от каждого элемента
119
до коммутатора должен идти кусок кабеля 0,463?1, а
дополнительный отрезок длиной (0,5302 - 0,463) =
= 0,0672Х включается в направлении заднего лепестка.
йа :4.02МВО = 0с1В енЛппд
Р/В :20.87(аВ) йеаг:Аит60с1дЕ1еу20с1д
Ргед:7.050(МНх)
г :10.943-} 18.788
SWR :5.24(50.00т) 54.89(6000т)
Е1еу;23.9йд(йеа1 ЗЫО :0.0тН)
Рис. 2.3.7
2.3.3. ММ1Ш1
Наиболее наглядной формой вывода информации
является график. Хотя в ММАЫА предусмотрены гра­
фики основных параметров антенны в зависимости от
частоты, но в антенной технике бывают нужны и другие
графики — от высоты над землей, от расстояния
между элементами, от размера элемента и т. д. По­
лучить в цифрах эти зависимости в ММАЫА просто —
задать оптимизацию, поставив флаг не цель (просто
сканирование), а в таблице Изменяемые парамет­
ры одной строкой описать тот параметр, от которого
вы желаете получить зависимость. Поскольку в ММАЫА
можно задать изменение без малого сотни парамет­
ров, то выбрать что-то можно — высоту, дистанцию
между элементами, величину нагрузки, периметр,
элементы, параметры источника и еще много всего.
В той же строке таблицы Изменяемые параметры
вручную поставьте необходимые минимальную и мак­
симальную величины параметра и желаемый шаг его
изменения. И по нажатию кнопки Старт ММАЫА сде-
120
?
лает расчеты антенны для всех заданных вами значе­
ний параметра.
Но результат будет в табличном виде (в окне Обзор
шагов оптимизации или в закладке Вычисления —
в окне текущего состояния расчетов). Чтобы предста­
вить эти цифры в виде удобных графиков Ferenc Nenn­
et, НА7ЕА написал программу MMUtil, а автор этих
строк сделал ее русскую версию. Эту бесплатную про­
грамму можно скачать с http://www.qsl.net/dl2kq/mmana74-5.htm. (размер 440 кБ) или заказать на дискете
(см. параграф 1.2).
Итак, что умет MMUtil и как с ней работать? Умеет
эта утилита только строить графики. Но разные, отчего
и полезна. Для построения графика подготовить для
него данные по следующей методике:
• в MMANA провести сканирование (как описано
выше) по выбранному параметру (то есть по той
величине, которая будет отложена по горизон­
тальной оси будущих графиков).
• В закладке Вычисления в окне текущих расчетов
(правое верхнее) щелкнуть правой кнопкой мыш­
ки, выбрать команду Выделить все и скопировать
содержимое окна в буфер обмена.
• Открыть любой текстовый редактор и вставить
туда содержимое окна из буфера.
• В текстовом же редакторе удалите заголовок, знак
* в конце первой строки цифр, все строки-заголовки вида Val Para R jX SWR Ga F/B El (MMANA
их автоматически вставляет через каждые 10 строк)
и последнюю строку с указанием длительности
расчета.
В итоге должно получиться что-то вроде:
1 1 3.5000
2 1 4.0000
3 1 4.5000
4 1 5.0000
... и т. д.
53.0
64.4
74.9
83.9
49.1
49.7
47.6
43.2
2.51
2.42
2.34
2.28
6.83
6.48
6.12
5.78
-0.97 90.0
-0,83 90.0
-0.67 90.0
0.00 68.4
121
• Сохраните полученный текстовый файл — это ис­
ходный материал для MMUtil.
Запускаете MMUtil и открываете в ней этот файл.
Поочередно выбирая закладки, смотрите 6 графиков:
КСВ, Ra, jXa, Ga, F/В и зенитного угла в зависимости
от параметра, по которому проводилось сканирование.
На рис 2.3.8 и 2.3.9, например, показаны постро­
енные в MMUtil зависимости Ra и jXa горизонтального
Х/2 диполя диапазона 20 м в зависимости от высоты
(в метрах) его подвеса над землей.
КСВ [R_TJjX
| УсилениеGa]r/В | Зенитныйугол|
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 23 29 3Q 31 32 33 34 35 38 37
Параметр,которыйизменялсявM
M
ANA
Рис. 2.3.8
5 Б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1Б 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Параметр, который изменялся 8 MMANA
Рис. 2.3.9
122
Видны типичные для зависимостей от высоты над
землей колебательные графики. Колебания идут во­
круг значений Яа и ]Ха этой же антенны в свободном
пространстве. Размах колебаний убывает с высотой.
Кстати, график рис 2.3.9 опровергает застарелое за­
блуждение, что, дескать, с ростом высоты над землей
резонансная частота антенны уходит только вверх. Для
высот <Х/2 это действительно так. Но для диапазона
высот 0,5>_0,75Л. (от 10 до 15 метров на рис. 2.3.9)
с увеличением высоты резонанс антенны сдвигается
вниз ОХа увеличивается). Подробно характеристики
диполя от высоты над землей и происходящие при
этом процессы описаны в параграфе 3.3.4.
ММШ1 позволяет легко видеть не только устояв­
шиеся ошибки, но и новые вещи — малоизвестные,
а то и вовсе не описанные в массовой литературе.
Казалось бы, что можно узнать о простейшем Х/2
диполе такого нового, о чем не сказано в доступной
литературе? Однако посмотрим, например, на график
зависимости Оа Х/2 диполя от высоты над хорошо
проводящей землей (рис. 2.3.10).
8
I7
>■
6
*
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Параметр, который изменялся в ММАМА
Рис. 2.3.10
И видим очень нетривиальный результат: оказыва­
ется, усиление полуволнового диполя имеет абсолют­
ный максимум при высоте 0,625Л.! При дальнейшем
увеличении высоты через каждые полволны хотя и
есть локальные максимумы, но все они ниже (хотя и
не намного) основного! Вы встречали упоминание об
этом где-либо? О том, что над хорошей землей диполь
для получения максимального Ga оптимально подве­
шивать на высоте 0 , 6 2 5 а ? Я, откровенно говоря, встре­
чал. Но лишь единственный раз. И не в десятках
перерытых любительских и профессиональных книг по
антеннам и сотнях статей и сайтов, а в небольшой
специальной брошюре-памятке от фирмы Rhode &
S h w a r z посвященной радиосвязи и распространению
радиоволн.
И таких любопытных сведений при помощи MMUtil
можно увидеть немало.
ЗА К Л Ю Ч ЕН И Е К П ЕРВ О Й
И МОИ
ЧАСТИ
БЛАГОДАРНОСТИ
Я хочу надеяться, что использование описанных
здесь инструментов моделирования принесет вам
много новых, полезных и интересных сведений по
антеннам, сбережет немало времени, позволит «по­
верить алгеброй» чужие разработки и увидеть, дейст­
вительно ли так они хороши, как об этом говорят,
предотвратит ненужный труд по изготовлению плохо
спроектированных антенн и поможет разработать свои
собственные новые и интересные конструкции именно
под ваши условия и материалы. Во всяком случае,
все это вполне достижимо и не потребует специальных
знаний и сверхусилий...
А мне остается только выразить свою искреннюю
благодарность и признательность людям, сделавшим
возможным реализацию этого проекта:
• Makoto Mori (JE3HHT), создавшему японскую вер­
сию MMANA;
•Александру Ашихмину (RZ1ZR), обратившему мое
внимание на отличные свойства японской MMANA
и помогшему мне сделать первые шаги по пере­
воду программы;
• Сергею Носакову (UA6LGO), оказавшему неоцени­
мую помощь в переводе японских иероглифов;
• Nobuyuki Oba (JA7UDE) за совместную работу над
английской версией MMANA;
• Дмитрию Федорову (UA3AVR), создавшему NEC2
for MMANA;
• Александру Шевелеву (DL1PBD) за создание
АРАК-EL и огромную помощь в работе над не­
мецкой версией MMANA;
• Ferenc Nemet (НА7ЕА), написавшему MMUtil;
• Всем участникам рефлекторов HZ (подписка Hzsubscribe@yahoogroups.com) и АНТЕННА (подпис­
ка AHTEHHA-subscribe@vahooaroups.com). в кото-
125
рых шло и идет обсуждение затронутых в этой
книге вопросов (кстати, свои вопросы и пожелания
пишите именно в эти рефлекторы, а не мне лично);
• Борису Степанову (RU3AX), приложившему много
усилий, чтобы эта книга увидела свет;
• И наконец (last, but not least), самому близкому
и дорогому мне человеку, благодаря терпению и
пониманию которой, мне удалось большую часть
свободного времени отдать этой книге.
...Вы заметили? Книга-то не окончена. Нам пора
вторую часть...
ИЗДАТЕЛЬСТВО «РАДИОСОФТ»
http://www.radiosoft.ru
e-mail: info@radiosoft.ru
Отдел реализации
тел./факс: (095) 177-4720
e-mail: real@radiosoft.ru
ЖУРНАЛ «РАДИО»
http://www.paguo.ru
e-mail: radio@paguo.ru
Отдел реализации
тел./факс: (095) 207-7228
e-mail: sale@paguo.ru
Адрес и телефон
для заявок на книги по почте:
111578 Москва, ул. Саянская, 6а, «Пост-Пресс»
тел: (095) 307-0661, 307-0621
e-mail: postpres@dol.ru
Гончаренко Игорь Викторович
А нтенн ы КВ и У К В
Часть!
К
о м
п ь ю
т е р н о е
м
о д е л и
р о в а н
и
е .
М
М
А Ы
А
Ответственный за выпуск
А. А. Халоян
Редактор
М. Ю. Н е ф е д о в а
Дизайн обложки
С. П. Б о б к о в
Компьютерная верстка
Е. Р. Д а н и л о в
Сдано в набор 04.09.2003. Подписано в печать 19.12.2003.
Формат 84x108/32. Гарнитура «Прагматика». Бумага офсетная.
Печать офсетная. Печ. л. 4. Тираж 5000 экз. Заказ 2 1 7 0
Издательское предприятие РадиоСофт
109125, Москва, Саратовская ул., д. 6/2
Журнал «Радио»
103045, Москва, Селиверстов пер., 10
ОАО «Владимирская книжная типография»
600000. г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7.
Качество печати соответствует качеству предоставленных диапозитивов