Моделирование антенн

(Онлайн справочник радиолюбителя)

Существует довольно много программ для компьютерного моделирования антенн. Среди них есть как профессиональные, очень большие по объему и дорогие, так и небольшие бесплатные программы для домашнего использования. Из последних в России наиболее популярна MMANA-GAL, а в других странах получила наибольшее распространение программа 4nec2.

Программа MMANA-GAL, несмотря на ее русский интерфейс и популярность в России, нам не понравилась своим капризным редактором, в котором оказалось неудобно вносить изменения. Поэтому остановимся подробнее на программе 4nec2. Ее можно бесплатно скачать здесь.

После запуска программы можно начать редактировать новый файл, либо открыть уже созданный (благо с программой поставляется база из нескольких десятков моделей антенн). Они находятся в папке «\4nec2\models». Начать работу можно с редактора геометрии, который запускается по нажатию клавиши F6 или соответствующей иконки верхнего меню.

В редакторе есть несколько вкладок. Начнем с вкладки «Symbols». В этом редакторе можно вставлять формулы и делать модели антенн масштабируемыми, проставляя размеры не в миллиметрах, а в долях длины волны. Меняя одну строчку, можно моментально изменить все размеры антенны пропорционально новой частоте. Вот так выглядят расчеты антенны «тройной квадрат»:

Fc – частота, LAMBDA – длина волны. LA – сторона меньшего квадрата (директора), по формулам Сотникова равная 0,22 от длины волны, LB – сторона среднего (вибратора), LC – большого квадрата (рефлектора), LD и LE – расстояния между квадратами.

Здесь по координатам рисуются линии. Первые 4 линии относятся к среднему квадрату, линии 5 – 8 – к большому, а 9 – 12 – к маленькому. Средний квадрат расположен в начале координат, большой сдвинут назад на расстояние LE, а маленький выдвинут вперед на расстояние LD. Во вкладке «Freq./Ground» нужно ввести значение частоты.

Когда редактирование закончено, можно посмотреть геометрию (клавиша F3), или гораздо более красивый объемный вид – клавиша F9.

Чтобы программа на объемном рисунке отображала диаграмму направленности антенны с указанием максимального и минимального усиления, необходимо нажать клавишу F7, в появившемся меню выбрать пункт «Far Field pattern», затем нажать на кнопку «Generate», после этого выбрать в правом меню посередине вместо «Hide patt.» «Multi color». В нашем примере получилось усиление 7.31 дб по направлению на телецентр и ослабление сигналов на -22 дб. с противоположной стороны.

Изменяя расстояния между квадратами и их размеры, можно добиться наибольшего усиления.

Программа позволяет посмотреть графики зависимости усиления, входного сопротивления (и некоторые другие) от частоты. Для этого необходимо закрыть окно 3D-просмотра, нажать F7 и выбрать пункт «Frequency sweep», затем установить минимальную и максимальную частоту и шаг перерасчета. При этом показывается также диаграмма направленности.

Насколько это все соответствует действительности? Трудно сказать. В любом случае вы можете придумать с помощью этой программы свою конструкцию антенны и затем испытать ее на практике. В заключении вы можете скачать несколько готовых моделей антенн рассмотренных на этом сайте:

• Z-антенна
• Z-антенна с экраном
• антенна «волновой канал» 4 элемента
• антенна «волновой канал» 3 элемента
• антенна «двойной квадрат»
• антенна «тройной квадрат»
• четырех-элементная рамочная антенна
• сдвоенная Z-антенна с экраном вар. 1
• сдвоенная Z-антенна с экраном вар. 2

Файлы нужно извлечь из архива и скопировать в папку «\4nec2\models».