Od samého počátku jsem na těchto stránkách propagoval používání software pro modelování krátkovlnných antén. Mám pro to jeden zásadní důvod, který jsem získal mnoha zkušenostmi, hlavně experimenty s úspěšnými i neúspěšnými anténami. Experimenty s anténami nejsou levnou záležitostí. Jsou náročné na čas, materiál i znalosti. Modelování antén dokáže ušetřit mnoho času i mnoho materiálu. V dalším textu uvádím pár informací o tom, co je pro jednotlivce, klub či malou firmu, která se věnuje konstrukci antén dostupné.

Software

Pro modelování antén se nejčastěji používá tzv. NEC (Numeriacal Electromagnetics Code - Method of moments) - Nejnovější verze kódu NEC je NEC-4, který překonává většinu nedostatků v předchozích kódech. Tato verze umožňuje modelování podzemních radiálních systémů, použití prvků s různým průměrem a dalšího detailního rozmístěných paralelních vodičů všechny modelovací schopnosti starších verzí kódu. NEC-4 je proprietární kód laboratoře Lawrence Livermore National Laboratory a University of California, z nichž musí uživatel licence získat. Cena licencí za NEC-4 je asi 300 dolarů pro akademické nebo nekomerční použití, pro (neobčany US 500 babek) a asi 1100 USD pro komerční licence. (Přitlačili, musel jsem to tady přepsat.) Na stránkách institutu lze rovněž získat několik příruček, které popisují metodu NEC, včetně tzv. program description - CODE a uživatelské příručky - users guide, licenční ujednání, atd. Tady je odkaz: https://ipo.llnl.gov/data/assets/docs/nec.pdf

V současné době nabízí na svých stránkách Roy Lewallen, W7EL program  EZNEC Pro, který má možnost používat NEC-4, v případě, že máte zakoupenou licenci pro NEC-4. EZNEC Pro a EZNEC Plus jsou k dispozici také pro NEC-2 kód. Nejnovější W7EL NEC verze 5  jsou pro platformu Windows, jsou napsané ve Visual Basic 6. Bohužel, v demoverzi nelze téměř nic modelovat, ale postačí nám jako pomůcka k učení a pochopení, jak ovládat program EZNEC, jak si vyzkoušet zadávání dat modelů a generování výstupů. Nicméně, v demoverzi lze modelovat jen jednoduchý dipól, či dvouprvkovou anténu, protože je její funkcionalita omezena maximálně 20 segmenty a to je méně, než hračka pro děti. Nejlevnější placená verze (cca USD 100) toho také moc neumí (to jsou vyhozené peníze), takže aby tento program k něčemu byl, zaplatíte delší peníz, asi USD 250, a to za použitelnou verzi s NEC-2 enginem.. NEC-2 je použitelný kód, který není zpoplatněný. Je omezen na anténní prvky jednoho průměru (pokud nepoužijete korekční mechanismy softwaru).  NEC-2 není až tak jednoduše použitelný na antény s radiály v zemi, nedává dobré výsledky ani u prvků, které svírají vájemně ostrý úhel. NEC-2 a NEC-4 je v podstatě kód, engine, jádro, kterému se zadávají v textové podobě vstupní data a rovněž výstupní data jsou textová. Prostředí, které vytvořil Roy Lewallen má k dispozici nástroje pro jednodušší zadávání dat, doplněné 3D grafikou a rovněž výstupy jsou obvykle grafické. Někde jsem se dočetl, že jeho Windows prostředí má asi 70 tisíc řádků programu, ale tuto informaci berte s rezervou. Podrobnosti jsou na: http://www.eznec.com/

Dalším použitelným programem (je zcela zdarma) pro enginy NEC-2 a NEC-4 je 4NEC2,  jehož autorem je holanďan  Arie Voors. Jde o hezkou aplikaci, která má vyřešený grafický editor vstupních dat. Rovněž jsou hezky vyřešené programy, které zpracovávají vypočtená data. Samozřejmě s grafickými výstupy. Neocenitelnou službu nám dělá rovněž optimalizátor. Optimalizátor nám umožňuje různým způsobem měnit celou řadu parametrů, provádět následně výpočet a porovnávat výsledek se stanovenými kritérii. V programech EZNEC, které jsem měl, jsem musel optimalizaci dělat ručně. Odkaz na stránky s programem je zde: http://www.qsl.net/4nec2/ A ještě pohled na obrazovku mého notebooku, kam jsem si ho také nainstaloval (otevřeno modelování dipólu, o kterém ještě bude v tomto pidičlánečku řeč):

Program 4NEC2 doporučuji minimálně vyzkoušet. Já ho mám rád.

Neocenitelné služby nám však poskytnou i programy založené na MININEC. Mají také celou řadu omezení, přesto je velice rád používám právě k optimalizacím. Mám pro to rovněž svůj důvod. Tím důvodem je možnost aplikovat extrémní množství drátů (prvků), segmentů, zdrojů a dalších věcí. V MMANA GAL modeluji složité antény včetně jejich okolí. A mohl bych dlouho předvádět, co všechno se s tím dá udělat. Uvedu ještě odkaz na stránky výrobce: http://dl2kq.de/promm/ a obrázek s limitním množstvím parametrů:

Na takovou otázku není jednoznačná a ani jednoduchá odpověď. Pokusím se však o ni. Asi takto nějak...

MMANA GAL v základní verzi je zcela zadarmo. Ve verzi PRO umí zcela určitě pracovat s maximálním množstvím parametrů. Tím je předurčená k tomu, abychom s tímto programem začali modelovat, naučili se modelovat a sáhli si na limitní možnosti enginu MININEC. Po programu však sáhneme také v dalších případech, a to, když se rozhodneme modelovat vše, co se v elektromagnetické zóně antény nachází. Tedy nejenom aktivní soustavu na jedno pásmo, ale všechny soustavy pro všechna pásma, včetně kovových konstrukcí a dalších sajrajtů. A obdržíme překvapující výsledky. Zjistíme, že MININEC určitě není outsiderem v oblasti NEC software. Osobně jsem si právě pro tento software dodělal několik utilit. Umím vygenerovat rychle a jednoduše zdařilý model v AutoCadu, umím spustit svůj preprocesing, který za mě udělá celou řadu různých korekcí právě tam, kde by možnosti MMANA GAL a jeho enginu MININEC byly jinak nepoužitelné ... Také jsem si udělal udělátko na uspořádání a naformátování výstupních dat do solidního SW se Smithovým diagramem, který mi umožňuje celou řadu věcí řešit, nikoliv jen zobrazovat.

4NEC2 je mladým, rychle se vyvíjejícím SW, který má v sobě zabudovanou celou řadu utilit i různých editorů a dalších nástrojů a pracuje s použitelným enginem NEC-2 zadarmo a pokud utratíme hodně dolarů, tak s licencovaným NEC-4. Tímto získáváme obrovský nástroj s hezkým rozhraním a jednoduchou obsluhou. Většina omezení, která jsou daná použitým enginem rázem padá a jsme schopni modelovat prvky s mnoha různými průměry, s dielektrickými vrstvami na svém povrchu, atd. Soft je zadarmo, osobně ho doporučuji, i když se těm, co už dělali s MMANA bude zdát o něco méně přehledný. Ale jenom asi tak po dobu jednoho večera, než si napíšeme svůj první složitější model a spustíme si na něm optimalizátor.

EZNEC je klasika. Ruční optimalizace dají dost práce a tak používám tento SW pouze ke 2 činnostem.
1. Grafické výstupy jednodušších finálních modelů používám k publikování, protože ty výstupy veřejnost zná a akceptuje je. Na tomto svém webu jsem udělal výjimku, publikoval jsem výhradně z MMANA ...
2. Ověřuji si v EZNEC správnost optimalizovaného modelu z jiného CADu.

Osobně velice často optimalizuji dost složité modely. Takže preferuji 4NEC2 a MMANA GAL s vlastním preprocessingem pro optimalizace a návrhy.  

V mnoha časopisech, na webu a konečně i v publikacích od G. J. Burkeho a Roye Lewallena zjistíme, kde mají jednotlivé softy svou Achillovu patu, tedy, kde nám modely již nedávají přesné či použitelné výsledky. O některých jsem psal dříve, o dalších také u konkrétních antén, které jsem modeloval. V žádném případě však nemohu přijmout tvrzení, které na webu také občas vidím. A sice, že modely se podstatně liší od reality. Skutečnost jsem nedávno dokazoval jednoduchým experimentem, a sice srovnáním dvou různých modelů (NEC-2 a MININEC) téhož geometrického prototypu a reálného měření na něm. Pro srovnání jsem použil jednoduchou anténu, dipól z AL trubky, který každý zná.

Srovnání modelů a skutečné antény

Vstupní podmínky: Byl vyroben dipól z hliníkových trubek o vnějším průměru 20mm. Ten byl vyvázán, aby se tolik neprohýbal a byl instalován na štíhlý stožárek přesně do výšky H = 12m ve známém QTH, tedy v mém QTH, kde jsem si nějak (o tom chci napsat zase jindy) stanovil dielektrickou konstantu a vodivost půdy. A přesně podle této antény, která měla nejlepší VSWR na kmiročtu 14.4 MHz byly vyrobeny dva modely, jeden pro MININEC a druhý pro NEC-2 (v programu 4NEC2). A na výstupu to vypadalo takto:

Průběhy VSWR - první je NEC-2, SWR a (pod ním koeficient odrazu), následuje výstup z MMANA GAL:

a změřené VSWR mým nejpřesnějším měřákem, který pracuje s vysokým výkonem:

Vyzařování v horizontální rovině, opět NEC-2, MININEC a měření:

a měření:

Všimněte si, že změřený obrazec má minimum, stejně, jako modely prosedlané asi o 12 až 13 dB, takže shoda. Všimněte si také, že skutečný model není symetrický. A tam se mi na tom podepsaly dvě příčiny. Jedna z nich je, že rotátor, který jsem měl, je již dost "ojetý" a má značné vůle. Bohužel, musel jsem měřit, když foukal vítr. Ta druhá je opravdu kovový sajrajt v elektromagnetické zóně antény. Vidíte, že po mnoha a mnoha zkušenostech si neodpustím upozornit, že u antén jsem se mimo mizerné účinnosti častěji setkával s hříchy v její směrovosti!

Vyzařování ve vertkální rovině:

Tady v této rovině neumím měřit, takže pouze výstupy z modelů NEC-2 a MININEC:

Všimněte si, že elevační úhel je přibližně stejný, vyzařování do "nebe" je pro výšku 12 metrů potlačené v obou případech také přesně o 6 dB. Pro mě je důležitý ještě jeden detail, a sice, že NEC-2 pravděpodobně lépe řeší vyzařování v nízkých elevačních úhlech, při zemi. Tam dává MININEC jiné výsledky a to může být zavádějící např. při srovnávání rozdílných soustav, třeba vertikálu a dipólu..

Závěr

Co k tomu dodat? snad jen to, že i proudy, které protékaly tím zářičem v místě napájení byly u obou modelů přibližně stejné. Na takto jednoduchých strukturách, kde jednotlivé prvky nesvírají ostrý úhel, kde na sebe nenavazují kolmo vodiče rozdílných průměrů nebo kde nejsou příliš blízko sebe jednotlivé prvky, prostě nenačapáte ani jednoduchý model v tom, že by vám podstatně lhal! Opravdu ne! Výše popsaný experiment byl velice sugestivní a několik pozorovatelů překvapila shoda změřených dat (odchylky ve vyzařování, průběh VSWR, hodnoty R a jX) s výstupy obou modelů. Proto bych chtěl někdy v dohledné budoucnosti ukázat obdobný experiment s dvouprvkovým pětipásmovým QUADem a pětipásmovým vertikálem s paralelními zářiči. Ve všech těchto případech jsem však již pro každý model použil svůj preprocessing vstupních dat. V případě tohoto jednoduchého dipólu nikoliv, pouze jsem dosadil individuální parametry země, tj. dielektrickou konstantu a vodivost, stejné hodnoty do obou programů.

73's Míra, ok1ufc

© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014