Введение в моделирование антенн в программе 4NEC2 для начинающего пользователя

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Размер: px
Начинать показ со страницы:

Download "Введение в моделирование антенн в программе 4NEC2 для начинающего пользователя"

Транскрипт

1 Введение в моделирование антенн в программе 4NEC2 для начинающего пользователя Предисловие Настоящее краткое руководство написано по материалам сайта и представляет собой незначительно доработанный и частично сокращенный перевод файла GetStarted.txt из дистрибутива бесплатной программы 4NEC2, скачанного с вышеупомянутого сайта. Доработки в основном представляют собой дополнения и уточнения отдельных положений оригинала, а также некоторую корректировку стилистических особенностей авторского изложения. Три последних раздела оригинала в материал не включены как не имеющие прямого отношения к антеннам приема цифрового телевидения. Программа 4NEC2 по сути представляет собой разновидность симулятора, интегрирующего дифференциальные уравнения, описывающие процессы работы передающей антенны, с возможностью графического представления результатов вычислений. Надписи, наименования кнопок и других органов управления программой, наблюдаемые на мониторе, в тексте выделены жирным шрифтом и заключены в одинарные кавычки. Они также сопровождаются русским переводом, заключенным в круглые скобки. Добавления переводчика выделены курсивом. Следует заметить, что программа 4NEC2, предоставляющая большие возможности для анализа различных типов антенн, имеет достаточно сложное управление. По этой причине начинающему пользователю стоит предварительно полностью ознакомиться в данным материалом и только потом приступать к опробованию своих сил на приводимых примерах. Начало работы с инструментом визуализации и оптимизации 4NEC2 версии для NEC-2/4. (последнее обновление: Nov 11, 2009) Замечание: Вы можете нажать F1, когда конкретные окно активно, чтобы получить контекстно-зависимую справку для этого окна. Содержание: 1) Создание модели антенны с использованием Geometry Edit (Редактор геометрии). 2) Показ структуры; генерирование данных и просмотр распределения токов и фаз. 3) Генерирование данных для дальнего поля и просмотр полярных 2D и 3D пространственных диаграмм направленности в дальней зоне. 4) Генерирование графиков частотных кривых 5) Выполнение оптимизации антенны. 6) Свиппирование параметров антенны. Перед началом данного учебного курса обратите внимание на то, что существует два разных способа использования 4nec2. Первый способ рекомендуется для начинающего пользователя и использует рисование «Редактором геометрии» при создании или изменении модели антенны. Этот метод, однако, не позволяет пользователю напрямую 1

2 работать с традиционными и/или производными методами оптимизации. Второй способ - расширенная текстовая запись вашей модели антенны с использованием X,Y и Z координат в числовой форме. Чтобы использовать оптимизатор или свипирование, требуется чтобы модель включала по крайней мере одну переменную Symbol для оптимизации. Однако эти переменные могут быть определены только с помощью редакторов Notepad или NEC Как указать и использовать информацию о Symbolic(символических переменных), описано в пунктах ниже. Для пунктов желательно, чтобы читатель имел некоторые начальные знания о моделировании трехмерных проводных структур с использованием Nec-2 или Nec-4. Особенно это касается использования карт GW, EX, FR и LD. Информацию об этом можно найти на первых страницах руководства пользователя Nec-2 в файле с именем nec2.doc, доступного в папке... \ 4nec2 Вашего компьютера. 1) Создание модели антенны с использованием "Редактора геометрии" (Geometry Edit) В качестве отправной точки мы создадим базовый 20-метровый диполь с фидером 50 Ом. Чтобы показать использование неметрических единиц, мы представим себя на какое-то время гражданами США Спецификация параметров приведена ниже: - высота подвеса 70 футов (21.35 м) - длина плеча 33.7 футов (10.28 м) - радиус провода #12 AWG (американский 12-й калибр проводов диаметром мм) - длина фидера 69 футов (электрическая длина м) Для начала мы откроем один из файлов папки примеров HFsimple (например, 36dip.nec). Запускаем программу (файл 4nec2.exe папки exe). При первом запуске программы мы увидим два окна. Левое - окно Main(«Главное»), правое - Geomenry(«Геометрия»). По умолчанию при первом запуске загружается файл EXAMPLE1.out в оба окна. Для загрузки файла 36dip.nec нажимаем кнопку File главного окна и в выпадающем меню выбираем первую строку Open 4nec2 in/out file(«открыть вх/вых файл 4nec2»). Откроется окно папки HFsimple, в котором выделяем файл 36dip.nec и открываем его. Сделав это, нажимаем кнопку Settings("Настройки") главного окна и в выпадающем меню ставим флажок в строке Geometry Edit(«Редактор геометрии») для указания предпочтительного метода редактирования. Кроме того, выберите Feet (Футы) в качестве единиц длины и Inch / Awg(«Дюйм / Калибр») в качестве единиц радиуса проводника, используя то же самое меню Setting («Настройки»). Когда это сделано, выберите Edit Input-file(«Редактирование Входной файл») в окне Main(«Главное») или используйте клавишу <F6> для запуска «Geometry-edit» ("Редактор геометрии"). Отобразится рисунок выбранного файла примера. Если сегментрование еще не задано, выберите Options Set Segmentation Medium(«Опции Установить сегментирование Среднее») в окне Edit («Редактирование»), чтобы установить среднюю плотность сегментации. Чтобы создать новую модель, выберете File New("Файл новый") в окне Edit. Замечание Однако при выполнении этой операции в скачанном дистрибутиве вместо File New в первой строке выпадающего меню Edit может появиться Input (.nec)file (вход в новый.nec файл). Выбрав ее получим 2

3 окно редактирования нового файла с полем чертежа и трехмерным изображение координатных осей X, Y, Z. Открыть новый файл можно также нажатием на клавишу F6. *) Установка частоты проекта C открытием файла новой модели в правом нижнем углу появляются поля для ввода данных частоты (frequency data) и длины волны ( Wavelenght ). Одной из первых вещей, которые нам нужно будет сделать, является указание частоты проектируемой антенны. Введите (МHz) в текстовом поле frequency(«частота») в правой части окна. При нажатии на поле Use extended thin-wire kernel (Использовать расширенное тонкопроволочное ядро) в поле Wavelenght автоматически отображается значение длины волны, а в поле Axis (Оси) значение масштаба сетки на поле чертежа. Далее при вводе нажмите кнопку wire(«провод») в верхней части рабочего окна (та, что с единственной линией в нем). Обратите внимание, что шаг сетки с помощью перемещения движков в окнах Zoom (Масштабирование) и Grid (Сетка) может быть изменен в достаточно широких пределах, обеспечивая размещение рисунка или любой его части полностью по ширине поля чертежа в рабочем окне. Кроме того, при нажатии на одну из кнопок XZ, YZ, XY 3D-вид отображается на экране двумерной проекцией на соответствующую плоскость. По умолчанию исходной для двумерных антенн является плоскость XZ с координатой по оси Y равной нулю. (Ось Y направлена назад от наблюдателя). *) Добавление нового провода(проводов) Чтобы начать добавление новый провод, нажмите кнопку Add(Добавить). Курсор мыши изменяется на перекрестие, указывая на Add-mode (Режим добавления). Текстовое поле оси Y справа теперь подсвечивается. При необходимости вы можете указать определенную позицию depth(глубина), но в нашем случае мы останемся в XZ-плоскости для координаты Y, равной нулю. Когда вы попытаетесь разместить положение курсора мыши, в котором высота Z равна 70 футов, у Вас ничего не получится потому, что размер сетки слишком мал, чтобы отметить координату Z = 70 футов. Сначала увеличьте шаг сетки до 1 фута, нажав на левую стрелку движка Zoom (Масштаб). Когда это будет сделано, разместите курсор в любом месте поля чертежа (это часть окна, где отображается структура антенны), удерживайте нажатой правую кнопку мыши и перетяните ось X почти в нижнюю часть поля чертежа. Теперь вы можете найти положение, в котором Z равно 70 футам где-то в верхней части экрана. Так как мы хотим провести линию длиной 33,7 фута на высоте Z = 70 футов, нам нужно найти точку, для которой Z = 70 и X = -33,7 / 2 = -16,85 фута. Тем не менее, из-за того, что флажок Snap to grid(привязать к сетке) установлен, вам это не удастся. Пока же мы найдет положение, для которого X равно 17 футов. Чтобы начать рисовать провод, нажмите и удерживайте левую кнопку мыши и перетащите курсор мыши ко второму положению, для которого Z = 70 и X = 17 футов, затем отпустите кнопки мыши. Поскольку это первый провод, добавленный в модель, всплывающее окно отобразит запрос о начальном / стандартном диаметре провода. Используйте предустановленное по умолчанию значение 0,05 дюйма. Теперь создадим первый провод, собственно сам диполь. Справа от поля чертежа перечислены все данные, относящиеся к этому проводу. Вы можете редактировать координаты конца-1 или конца-2 в текстовом поле для дальнейшего уточнения конечных позиций. Вы должны также заметить, что количество сегментов равно 25, 3

4 что соответствует «средней сегментации». Второй провод для соединения другого конца с линией фидера, выполняется аналогично, вычерчивая линию от X= -1 до X = + 1 для высоты Z = 1. (Тут что-то не то )Этот второй провод автоматически разделен на 3 сегмента. Так как нам нужен только этот провод, чтобы подключить один конец фидера, вручную измените количество сегментов на 1 Не беспокойтесь, если вы не установили концы провода в правильных координатах. Чтобы переместите концы провода, нажмите левую кнопку мыши и поместите курсор мыши на конец провода для его перетягивания. Теперь курсор мыши изменится на перекрестие, что означает, что вы можете перемещать конец провода. Удерживайте нажатой левую кнопку мыши и переместите конец провода в требуемое положение. В качестве альтернативы вы также можете напрямую редактировать значения координат X,Y,Z концов -1 или -2. *) Добавление фидерных линий Затем нам нужно добавить фидерную линию. Но, прежде чем делать это, нам нужны некоторые знания о том, как провода идентифицированы в Nec-2/4. Для всех проводов назначается уникальный тег-номер. Чаще всего номер тега равен номеру провода. После операции удаления, копирования или вставки эта последовательность может измениться. Однако номера тегов все равно должны быть уникальными. Вы можете воспользоваться процедурой Resequence tag-numbers(упорядочевание тег-номеров) в меню Option (Опции), чтобы сделать номера тегов снова равными соответствующим номерам проводов. Каждый источник напряжение / тока, фидерная линия или RLC-нагрузка (см. Ниже) соотносится с проводом, использующим свой уникальный номер тега. Чтобы указать положение источника, фидерной линии или нагрузки на указанном проводе используется число сегментов между 1 и n-ым сегментами для провода. При использовании Geometryedit(Редактора геометрии) номера тегов и сегментов автоматически соотносятся. При этом существует возможность изменять эти номера вручную. Когда это делается обращайте внимание на то, как теги и номера сегментов стыкуются в Nec-2/4. Добавление / создание линии передачи осуществляется нажатием кнопки TR-line (Фидер) (та, что с изображением лестницы). Если режим добавления Add-mode не включен, нажмите кнопку Add(Добавить), чтобы начать добавление новой фидерной линии. Поместите курсор мыши в середину первого провода, нажмите и удерживайте левую кнопку мыши. Переместите курсор на середину второго провода. Когда цель достигнута, отпустите кнопку мыши. Если позиционирование не было слишком грубым, тогда новая фидерная линия оказывается добавленной. Если нет, попробуйте снова. Заметим также, что мы не учитывали коэффициент скорости распространения, мы просто использовали электрическую длину 70-1 = 96 футов. (Здесь авторская опечатка, вместо 96 должно быть 69. И вообще с этим пунктом читателю, привыкшему к строгим правилам оформления СХЭ, придется разбираться самостоятельно. Что имел автор в виду не совсем понятно. Повторение же его рекомендаций дает нечто невообразимое.) *) Добавление источника напряжения Чтобы предотвратить потерю изменений, создайте резервную копию модели с помощью команд File Save as(файл Сохранить как) и выберите папку хранения и имя файла вашей вновь создаваемой модели. Следующее, что нужно сделать, это добавить источник напряжения. Пока вы находитесь в режиме добавления, нажмите кнопку V/I Source(Источник напряжения / тока) (справа от кнопки Wire. Затем нажмите и удерживайте левую кнопку в любом месте поля чертежа. В текущей позиции указателя мыши отображается новый источник- 4

5 объект. Перетащите исходный объект к середине второго провода, затем между двумя нижними концами проводов фидерной линии и отпустите кнопку мыши. При правильном расположении новый источник будет добавлен. Если нет, повторите попытку. Теперь установим напряжение источника по умолчанию 1 + j0 вольт (1 В при 0 ). Отпустив кнопку мыши, вернемся к режиму выделения. Курсор примет вид стрелки по умолчанию, индицируя режим выделения. *) Добавление проводимости материала провода Реально мы используем медный провод для нашей антенны, поэтому нам придется учесть это в нашей модели (по умолчанию используется идеальный провод с нулевыми потерями). Для этого нажмите кнопку RLC loading(rlc нагрузка), (та, что с символами RLC). Щелкните в любом месте поля чертежа и перетащите новый объект нагрузка в любое место на первом (верхнем) проводе и отпустите кнопку мыши. Новый нагрузочный объект теперь подключен к первому проводу. Однако эта нагрузка по умолчанию - сосредоточенная нагрузка. Чтобы изменить ее на распределенную / проводную нагрузку, измените вид параметров нагрузки Par-RLC (параметры RLC) в правой части экрана на Wire-ld(Проводная нагрузка). Первый провод в окне просмотра теперь должен измениться на красную сегментированную линию. Начальная проводимость устанавливается равной мо / м. Измените это на Copper (Медь), используя поле выбора G (mho / m) (G (мо/м) справа от рисунка. Чтобы определить проводимость проводов для всей структуры, сначала измените ее в spot load(точечная нагрузки) на single-wire(однопроводная) (см. внизу справа). Обратите внимание, как весь провод становится «загруженным». Затем перейдите к Whole struct(вся структура). Wire-conductivity(Проводимость проводов) больше не видна. Это уже не дает нам дополнительной информации, потому что теперь вся структура загружена(оба провода). Чтобы включить отображение нагрузки на провода для всей структуры, используйте список опций Option Show wire loading (Опции Показать загрузку провода). Теперь мы имеем все добавляемые объекты. Переключитесь назад к Select mode (Выбор режима). *) Выбор / перемещение объектов Внимательный пользователь заметит, что мы еще не указали радиус провода (половина диаметра). Мы сделаем это сейчас. В Select-mode(Выбор режима) нажмите на кнопку провод и выберите верхний провод (провод 1). Цвет провода изменится на красный (если он еще не был установлен), указывая, что этот провод выбран для изменения. В данных о проводах в правой части экрана выберите # 12 в качестве радиуса провода для провода 1.Выберите провод 2 и измените радиус также на # 12. Также нажмите на кнопку Trans-line(Фидерная линия), чтобы установить Char- Imp./Z0(характеристический импеданс / Z0) в положение 50 Ом. Когда выбрана плоскость XY, XZ или XY (2D), вы можете перемещать конец провода в любое место внутри поля чертежа. При выборе 3D-вида, будьте осторожны с этим, потому что перемещаемый конец провода может автоматически соединиться с другим соседним концом. Чтобы отменить последнее действие перемещения используйте меню Edit (Редактирование) или перемещайте курсор мыши над концом провода до тех пор, пока не появится курсор мыши с двумя / четырьмя точками и щелкните правой кнопкой. Появится всплывающее окно, в котором вы можете выбрать Undo move(отменить перемещение). Те же принципы применяются к перемещаемым источникам, нагрузкам и линиям передачи. Тем не менее эти объекты могут быть перемещены только с одного провода (сегмента) на другой провод (сегмент). 5

6 Вы можете изменить в текстовой форме положение осей X,Y,Z, проводов, тегов или положение сегментов, выбрав требуемый объект и модифицировать данные объекта в правой части экрана. При необходимости создайте резервную копию или сохраните модель с помощью File->Save(as)(Файл-> Сохранить (как), чтобы иметь возможность восстановить предыдущую модель, если вы допустили серьезную ошибку. *) Специфицирование параметров земли По умолчанию новая модель размещена в «Свободном пространстве». Чтобы смоделировать антенну над землей, выберите самую правую кнопку Ground Params (Параметры земли) и выберите из списка проводимость земли Free-spase(Свободное пространство), Perfect-(Высокая ),Finite-(Конечная ) или SomNec-(Сводка Nec). Пока мы будем использовать конечную землю Finite-, также известную как fast-ground (быстрая земля). Перейдите с поля User-defined(Пользовательское определение) на Average(Среднее) (Clay / Forest(Глина / лес). Проводимость теперь автоматически устанавливается в значение Сим, а для параметра Diel-const(Диэлектроическая проницаемость) соответственно в значение 13. Чтобы просмотреть соответствующий синтаксис NEC для всех проводов и других объектов, которые мы создали, используйте Options->View Nec data(опции-> Просмотр данных Nec). *) Запуск процессора NEC и создание картины дальнего поля Чтобы запустить процессор NEC и оценить модель, нажмите кнопку Run Necengine(с изображением калькулятора) или нажмите <F7>. Отобразится новое всплывающее окно, запрашивая дополнительные настройки. Чтобы создать полную 3D картину дальнего поля, выберите второй вариант far-field pattern(диаграмма дальнего поля), укажите Full(Полная) и разрешение 5 градусов. Затем нажмите Generate(Выполнить). Если установлена версия 4nec2 на основе DirectX, нажмите <F9>, чтобы визуализировать новую антенную структуру. Выберите Pattern(Диаграмма) или нажмите клавишу «R», чтобы увидеть 3D картину дальнего поля Вы можете вернуться к своей модели, нажав <F6> или нажав кнопку окна Geometry-edit(Редактор геометрии). Вы можете изменить свою модель (например, установить Free-space(Свободное пространство) и запустить новый счет, чтобы увидеть результаты ваших изменений. Другой пример создания Т-антенны см. в приложении A в конце этого документа. (В материал приложение А не включено. Читателю предлагается ознакомиться с ним самостоятельно. Здравый смысл плюс переводчик Google и небольшое знание английского Вам в помощь) 2) Показ структуры, генерация данных и вида распределения токов и фаз В следующем примере объясняется, как открыть антенную модель NEC, просмотреть или редактировать (4)nec(2) данные входных файлов традиционным способом, генерировать NEC-выход, проверять геометрию структуры и отображать распределение тока и фазы по структуре. Кроме того, обсуждаются некоторые из более общих опций меню в качестве доступных в различных окнах / полях 4nec2. После запуска программы 4nec2 двойным щелчком по ярлыку 4nec2 (на рабочем столе) или 4nec2.exe (в папке размещения) отобразится окно выбора файла. Это начальное окно используется для выбора файла модели антенны (4)nec(2), чтобы открыть его и работать 6

7 с ним. В этом окне разместим файл первого примера.. \ 4nec2 \ example1.nec, для чего нажмем кнопку Open (Открыть). Если для выбранного файла еще не создан NEC-выход, данные, загруженные в 4nec2 являются входным файлом (4) nec (2). Геометрия структуры проводов, специфицированная в этом файле, отображается в окне Geometry(Геометрия). Вы можете использовать клавиши F2 или F3 для того, чтобы вывести окна Main(Главное) (F2) или Geometry(Геометрия) (F3) на передний план. Чтобы указать, что вы просматриваете данные входных файлов, фон окна Geometry (Геометрия) отображается не белым цветом. Заметим также, что в этом случае большинство полей в форме Main (F2) пустые. Вы можете использовать кнопки со стрелками для поворота, сдвига или масштабирования структуры или клавиши Page-up и Page-down для увеличения или уменьшения масштаба. Чтобы сместить чертеж вверх / вниз или влево / вправо вы также можете использовать клавишу Control вместе с одной из кнопок со стрелкой. Используйте клавишу Home для сброса окна Geometry(Геометрия). Если вы установили расширенную версию 4nec2X, вы можете использовать клавишу F9 для просмотра вашей NEC-модели, используя методы 3D-рендеринга, в реальном времени. Используйте кнопки мыши (левую, правую или обе) для поворота, сдвига и масштабирования модели. Чтобы просмотреть текстовое содержимое входного файла NEC, сначала проверьте, установлен ли в качестве редактора по умолчанию Notepad edit(редактор Notepad). Это делается с помощью опции меню Settings(Настройки) в окне Main клавиша (F2).. Если установлено, нажмите кнопку «F6» или выполните опцию меню Edit->Input-file в окне Main(Главное), чтобы начать сеанс редактирования. Активный входной файл *.nec загрузится в редактор Notepad, и вы должны увидеть что-то вроде этого: CM Example 1 : Dipole in free space Comment cards CM See GetStarted.txt CE End of comment GW Wire 1, 9 segments, halve wavelength long. GE 0 End of geometry EX Voltage source (1+j0) at wire 1 segment 5. FR Set design frequency (300 Mc). EN End of NEC input Первое, что мы видим, это две карты CM (ComMent - Комментарий), где приводятся некоторые сведения о файле. После таких карточек комментариев всегда требуется карточка CE (Commt End - конец комментария). Карты CM оригинальные карты, используемые для добавления комментариев NEC. 4nec2, также позволяют добавлять комментарии используя character (символ). Все после этого символа рассматривается как комментарий и игнорируется процессором NEC. Далее мы видим карту GW (Geometry Wire -геометрия провода), в которой указывается один проводной диполь с длиной 2 раза по метров. Координатами X, Y и Z для конца-1 являются (0, , 0) и для конца-2 (0, 0,2418, 0). Этот провод получает номер «тега» «1» и разделен на 9 сегментов одинаковой длины. После каждой карты GW всегда требуется GE (Geometry End -конец геометрии). Затем следует карта EX (Excitation - возбуждения) типа «0», указывая наиболее часто используемый тип источника напряжения. Этот источник напряжения расположен 7

8 на проводе с тегом 1 на сегменте с порядковым номером 5. (смотрим из конца-1). Напряжение возбуждения по умолчанию 1 + j0 вольт. (1 В при 0 градусах). Проектная частота для этой антенны указана на FR-карте (FRequency Частота). В вышеупомянутом примере это указано как единственная частота 300 МГц (один шаг для частоты). Конец входного файла обозначается EN-картой. Чтобы внести изменения во входной файл (4)nec(2), используется окно Edit (Редактирование), но сейчас мы выходим из этой сессии редактирования без сохранения, нажав кнопку Close (Закрыть) в окне Notepad. Чтобы запустить процессор NEC и генерировать выходные данные NEC, убедитесь, что одно из окон 4nec2 находятся сверху (имеет фокус) и нажмите клавишу F7. Отобразится новое всплывающее окно, называемое Generate (Произвести). В этом окне вы сможете указать разные варианты расчета. Давайте начнем с первого, называемого use original file (Использовать исходный файл). Если выбор еще не сделан, остановитесь на этой опции и нажмите клавишу Enter или на кнопку Generate. Когда это будет сделано, появится черное окно DOS, указывающее, что Nec2d.exe процессор работает. Этот процессор считывает данные активного входного файла *.nec, обрабатывает полученные данные и записывает результаты расчета обратно в выходной файл. Этот выходной файл создается в папке \ 4nec2 \ out. Перед запуском процессора данные входных файлов проходят предобработку 4nec2 для удаления комментариев, вычисления переменных, конвертирования источников тока или выполнения автоматической сегментациии. Промежуточный файл с расширением *.inp отправляется в NEC-процессор. Если сообщается об ошибках NEC, вы можете проверить данные выходного файла с помощью клавиши F8 или выберите Edit Output-file (Редактировать Выходной файл). Для просмотра «сырых» входных данных, отправленных в процессор NEC, используйте View Last NEC input (Просмотр Последний вход NEC) в окне Geometry (F3). Когда вычисления выполнены, окно DOS исчезает, а 4nec2 открывает выходной файл, считывает и отображает сгенерированные данные в окнах Main и Geometry. Обратите внимание, что цвет фона Geometry изменяется на белый, а большинство полей в окне Main заполнены данными. Перед запуском процессора NEC опционально выполняется geometry validation (Проверка геометрии). Если включено, регистрируются любые ошибки и предупреждения Geometry. Однако расчеты все еще выполняются. Когда вычисления закончены, 4nec2 проводит тест segment validation(проверка сегмента). В этом тесте проверяется большинство требований NEC, касающихся длины сегмента и диаметра. Если обнаружены ошибки, выводится сообщение, а провода и сегменты с ошибками или предупреждениями подсвечиваются. Используйте Validate run geometry check / run segment check (Проверить запуск проверки геометрии / сегментная проверка) для ручного запуска тестов и / или получения дополнительной текстовой информации. Чтобы получить более подробную информацию о сегменте, выберите нужный сегмент, используя мышь и нажмите левую кнопку мыши. С помощью опции меню Wire / Segment (Провод / сегмент) вы можете получить такую информацию. Подробная информация о проводе также доступна при просмотре входных файлов структуры. Выбранный провод подсвечивается замкнутой и незамкнутой окружностями. Замкнутая окружность представляет собой конец 1, незамкнутая конец 2. Чтобы просмотреть все сегменты, используйте клавишу «S» (segment) или выберите Show Segments (Показать Сегмент). Чтобы просмотреть открытые концы, используйте клавишу «E» (Еnds) или выберите Show open Ends (Показать открытые концы. Чтобы показать распределение токов по проводу диполя использует клавишу «C» (Сurrent - ток) или выберите Show Current (Показать ток).чтобы включить или выключить фазовое соотношение, введите клавишу «P» (Phase - фаза) или выберите 8

9 Show Phase(Показать фаза). Если выбрана подробная информация о сегменте (см. Выше), отображается числовое значение тока сегмента. С помощью клавиши «X» или опции Wire / Segm Polar / Cartesian ( Провод / сегмент Полярные / Декартовы), вы можете переключаться между полярным или декартовым представлением. Другим способом показать распределение токов вдоль по проводу является выбор опции Show single/multi-color(показать одно / много-цветное). Эта опция может использоваться для оценки токов в сложных структурах. 3) Генерация данных для дальнего поля и просмотр полярных 2D и 3D пространственных диаграмм направленности в дальней зоне В этом примере используется входной файл Example2.nec. Если программа 4nec2 уже запущена, воспользуйтесь клавишами Ctrl+O или процедурой File Open в главном окне и выберите файл Example2.nec. CM Example 2 : Loaded dipole in free space CM See GetStarted.txt CE End of comment SY len=.4836 Symbol: length=wavelength/4 GW len/2 0 0 len/ Wire 1, 9 segments, halve wavelength long GE 0 End of geometry LD E7 Wire conductivity for copper EX Voltage source (1+j0) at wire 1 Segment 5 FR Set design frequency (300 Mc). EN End of NEC input Сначала структура выглядит так же, как в примере 1, однако, если вы используете ключ F6, вы заметите некоторые отличия. Прежде всего, включена специальная карта 4nec2 "SY" В этой карте можно специфицировать символы (VARIABLES - переменные), константы или математические выражения (уравнения). В данном примере длина диполя представлена символом len. Он имеет значение 0,4836. В GW-карте эта переменная имеет значение len / 2, чтобы указать координаты Y для обоих концов провода диполя.. Кроме того, добавлена карта LD 5 (проводная нагрузка) для спецификации проводимости провода диполя. В окне Geometry (Геометрия) вы можете использовать клавишу «W» (wire-провод) иди процедуру Show Wire loading, чтобы изучить все загруженные сегменты. Они отображаются оранжевым или коричневым цветом цвет. Вы также можете использовать процедуру Show Excitation / Loading info (Показать Возбуждение / Информация о нагрузке) в главном окне или щелкнуть на или около провода в окне Geometry (Геометрия), чтобы просмотреть дополнительную информацию о проводе. Чтобы получить трехмерную (3D) диаграмму дальнего поля, нажмите клавишу F7 и выберите вторую опцию, называемую Far-field pattern (Диаграмма дальнего поля). В нижней половине окна отображаются дополнительные поля, чтобы указать определенное угловое разрешение и поле флажка включения поверхности волны в комбинированную диаграмму дальнего поля. 9

10 Угловое разрешение диаграммы указывает, насколько подробно формируется картина. В дальнейшем это влияет на использование памяти 4nec2 и время счета NEC. Для "простых" антенны, подобных нашему диполю, будет достаточно иметь разрешение 5 или 10 градусов. Для многоэлементных антенн подобных emeyagi.nec (волновой канал).может потребоваться понадобиться разрешение порядка 1 градуса. На данный момент опцию surface wave (поверхность волны) не следует выбирать. В поле опции справа должно быть установлено Default pattern (Диаграмма по умолчанию). Опытные пользователи NEC могут использовать один из других вариантов или даже использовать кнопку more (еще), чтобы получить дополнительные опции. Когда нажата кнопка Generate (Выполнить), запускается процессор NEC, и генерируются новые выходные данные. После выполнения вычислений отображается третье окно, называемое окном Pattern (Диаграмма). В этом окне становятся доступными двумерные диаграммы направленности для дальнего поля в горизонтальной или вертикальной плоскости. Если это окно находится сверху, клавишами со стрелками вы можете выбрать диаграмму направленности для разных азимутов φ и углов места θ. С помощью клавиши «G» (Geometry) или последовательности Show Structure(Показать Структура) структура геометрии отображается в окне диаграммы. Чтобы просмотреть 3D диаграмму направленности, откройте окно Geometry (Геометрия) клавишей (F3) и нажмите клавишу «R» или используйте опцию Show Near/Far-field (Показать Ближнее / Дальнее поле). Вы можете использовать кнопки мыши или стрелки page-up / down для перемещения, поворота или масштабирования трехмерного рисунка. Если в окне Geometry включен трехмерный рисунок и выбрано опция Pattern (Диаграмма) (F4), цвет для трехмерного рисунка изменится, а в двумерной диаграмме для выбранного угла места θ (вертикальная плоскость) или азимутального угла φ появится подсвечивание. Это поможет вам понять, где выбранная 2D диаграмма находится в полной 3D диаграмме. В опции Pattern (Диаграмма) вы можете использовать клавишу «L» для переключения между линейной и (полу)логарифмической шкалами. По умолчанию окно нормируется для максимального усиления по текущим углам θ и φ. Значение Max-gain (Максимальное усиление) отображается в левом верхнем углу. Чтобы нормировать общий максимальный коэффициент усиления, нажмите клавишу <Home>. Чтобы отключить нормирование, снова нажмите клавишу <Home>. Третий нажим возвратит в состояние по умолчанию. Для получения значений угла и усиления в конкретной точке имеется возможность выбрать точку на линиях диаграммы направленности с помощью мыши с последуюшим нажатием на правую кнопку. Используйте клавишу «I» (info информация) или опцию Show Info (Показать информация) чтобы получить дополнительные сведения о максимальном усилении, соотношении усиления вперед / назад и ширине главного луча. По умолчанию в total field (общее поле) могут быть отображены для просмотра другие рассчитанные диаграммы с использованием клавиш,(<) и.(>). 4) Генерирование графиков частотных кривых В третьем примере загружен входной файл Example3.nec. В этом файле используется инвертированная V-образная антенна 80-метрового диапазона. Верх этой антенны поднят на высоту 20 м. Параметры земли специфицированы картой CN. Для облегчения чтения использована таблица характеристик, чтобы разделить значения различных NEC карт. Если вы посмотрите на входной файл в 4nec2 по клавише F6, то вы увидите три типа CN карт. Двум из них предшествует знак " ". Поэтому они рассматриваются как комментарии. Третья карта (CN 2) «активная», так как в этом примере используется высокоточное представление земли по Зоммерфельду Нортону. 10

11 Проводимость равна Сим / м, диэлектрическая проницаемость равна 14 (средняя земля см. 4nec2 help). В этом примере математические функции «sin» и «cos» используются для вычисления дельта-x и -Z расстояния для внешних концов обоих наклонных проводов. Для генерации данных частотной кривой (частотная развертка) нажмите клавишу F7 и выберите Use frequency loop (Использовать частотную кривую). С помощью этой опции вычислений рассчитываются линейный график диаграммы направленности, коэффициент усиления вперед, отношение «вперед-назад», КСВ и входной импеданс. При выборе этой опции появляются дополнительные поля ввода. Пока мы выбираем oпцию Gain «Усиление». Введите начальное значение частоты 3.5, конечное значение 4 и величину шага 0,02 МГц. Введите значение 90 для угла φ, значение 55 для угла θ и нажмите кнопку Generate (Создать).Когда выполняются вычисления, отображается третье окно, называемое окном Line-chart (F5) (Линейная диаграмма (F5), В этом окне вы можете переключаться между отображением «S» (КСВ), «G» (усиление) и «I» (импеданс). Используйте клавишу «L» для переключения между линейным и логарифмическим масштабированием оси Y. Используйте клавишу «F», чтобы перейти к масштабированию по оси X. По умолчанию графики КСВ, Rвх и Zвх настроены на логарифм, остальные по умолчанию - линейные. Когда масштабирование линейное, вы можете использовать клавиши Up,Down, Page-up и Page-Down («Вверх», «Вниз», «Страница-вверх» и «Страница-Вниз») для перемещения и масштабирования графиков. Используйте клавишу «Tab», чтобы выбрать один или оба графика. 4nec2 также имеет возможность отображать входные импедансы на диаграмме Смита. Введите ключ F11, чтобы выбрать эту опцию. Используйте клавиши курсора, чтобы выбрать частоту. Более опытные пользователи могут использовать клавишу <Shift> в сочетании с клавишами курсора, чтобы добавить определенную длину фидерной линии. Используйте <Home> для (де)нормирования.. Чтобы просмотреть изменение, например, диаграммы дальнего поля в вертикальной плоскости, когда частота увеличивается от 3 до 30 МГц, введите F7 use frequency loop 11

12 (использовать частотную кривую) и выберете опцию Vertical (Вертикаль). Введите 3, 30 и.5 для начала, остановки и шага по частоте. Снова введите 55 для угломестной координаты θ (тета) и 90 для азимумальной координаты φ (фи) интересующего нас направления..нажмите Generate (Создать) и, когда расчеты будут выполнены, вы сможете «пробежаться» по вертикальным диаграммам дальнего поля по опции Pattern (Диаграмма) клавиша (F4) совместно с клавишами стрелок «влево» и «вправо». 5) Выполнение оптимизации антенны В этом примере снова используется входной файл «Example3.nec», но теперь мы будем выполнять оптимизацию антенны. В качестве первой попытки мы будем использовать традиционный оптимизатор скалолаз и оптимизировать длину излучателя для резонанса. Для этого запустите оптимизатор нажатием на клавишу F12. Появится новое окно с рядом с номером, выбранным окном ввода. Сначала мы устанавливаем традиционный оптимизатор, выбирая Optimize (Оптимизировать) в функциональном окне и Default (По умолчанию) в поле Option (Опция). После этого мы выбираем переменную(ые), которую(ые) мы хотим оптимизировать, щелкнув по переменной len (Length-Длина) в списке с заголовком variables (переменные). Выбранная переменная появится в правом списке. При многофакторной оптимизации вы должны выбрать один или несколько параметров антенны для оптимизации вместе с их «значимостью» (весовым коэффициентом, способствующим общему результату).чтобы оптимизировать резонанс, введите значение 100 (%) в поле X-in, (все остальные параметры должны быть установлены на ноль), что означает только реактивный компонент, вносящий 100% в общем результате (FOM, показатель заслуг). Чтобы получить резонанс, этот параметр должно быть минимизирован. Это значение по умолчанию для параметра «X-in». (Нажмите правой клавишей мыши в одном из полей параметров, чтобы изменить цель оптимизации по умолчанию) После нажатия кнопки «Старт» начинается процесс оптимизации и наименование кнопки изменяется на «Стоп». В правом верхнем поле (значение чувствительности) отображаются выбранные переменные вместе с направлением и относительным количеством, в котором они измененяются. В нижнем левом квадрате (рассчитанные результаты) отображаются вычисленные значения параметров для каждого нового шага оптимизации вместе с расчетным итоговым результатом Res% (Результат в %) и используемым размером шага. В нижнем правом поле (значения переменных) указаны значения соответствующих переменных. Поэтому можно следить за процессом оптимизации. Через некоторое время процесс должен прекратиться с сообщением Optimized in XX (Оптимизировано в XX шагах), указав тем самым, что оптимизация завершена. Чтобы преждевременно прервать процесс, вы можете нажать кнопку «Стоп». Возможно, процесс не сразу остановится. Если это так, подождите, пока последний активный шаг вычисления будет готов. Иногда может потребоваться нажимать на кнопку еще раз. После того, как процесс будет готов или прерван, вы можете изменить переменные или параметры и продолжить оптимизацию, нажав кнопку Resume (Продолжить). Если результаты оптимизации удовлетворительны, вы можете использовать кнопку Update NEC-file (Обновить NEC-файл). Укажите свой NEC-файл с новыми значениями переменной. Используйте Exit (Выход) для выхода из оптимизатора без сохранения. Точно так же вы можете провести оптимизацию Forward-Gain (Усиление вперед), и отношения Front-to-back (Вперед назад F /B). Если выбрано одно или несколько из этих свойств, вы также должны указать угол (ы) усиления вперед и назад, для которых необходимо вычислить коэффициент усиления. 12

13 Для быстрой оптимизации можно использовать разрешение «0» (ноль). В этом случае рассчитывается только коэффициент усиления для указанных прямых и обратных углов, и не вычисляются дополнительные данные F / B. Для более точной оптимизации можно установить ненулевое разрешение (например, 5 градусов). Теперь полная 3D диаграмма вычисляется для каждого шага оптимизации, поэтому разница между передним лепестком и наибольшим боковым лепестком в задней 180-градусной части диаграммы направленности рассчитывается и отображается как отношение «вперед-назад». Если оптимизируется коэффициент усиления или F / B, можно также указать дельта θ и дельта φ для прямого и / или обратного углов. Если задано ненулевое значение, коэффициент усиления равен усредненному по диапазону между (φ+δφ) и (φ-δφ). То же самое имеет место для угла θ. В основном оптимизация выполняется для общего выигрыша. При необходимости вы можете оптимизировать только горизонтальное или вертикальное усиления. Оптимизация с включением волновой поверхности также возможна.. Изменения переменных отражаются на виде «Геометрии». Чтобы просмотреть их, после запуска процесса оптимизации, пожалуйста, переместите и / или измените размер окна оптимизатора в нижней левой части экрана. Если оптимизация выполняется при коэффициенте усиления и разрешении не равном нулю, изменения диаграммы дальнего поля также отражаются на «Геометрии» (если включена 3D диаграмма) и форме диаграммы направленности. Шаги оптимизации регистрируются в лог-файле optimzer.log. Этот файл можно просмотреть с помощью опции Show Optimizer log (Показать журнал оптимизации) в окне Геометрия. 6) Свипирование параметров антенны С версией 5.3 и более поздними версиями можно оценить и графически визуализировать эффект изменения переменных антенны. Чтобы сделать это возможным, была добавлена функция свипирования переменных в окно функций оптимизатора. Если после включения окна оптимизатора нажать клавишу F12, выбирается функция Sweeper, и окно оптимизатора немного изменяется. Для каждой выбранной переменной отображаются назначенные значения для качания между минимальной (старт) и максимальной (стоп) величинами. Вы можете вручную изменить эти значения min / max. Кроме того, отображается поле ввода Nr steps (Количество шагов) со значением по умолчанию 10. Используя поле выбора опций вы может выбирать между вертикальной, горизонтальной или трехмерной диаграммами дальнего поля. Чтобы оценить влияние изменения высоты антенны от 20 до 30 метров, мы используем файл 3el-inverted-V.nec. После загрузки этого входного файла запустите оптимизатор / sweeper, выберите «Sweeper» и выберите hgh в качестве переменной для качания. Эта переменная теперь добавлена в список выбора, По умолчанию установлены значения min = 10,5 и max = 42 м. Также по умолчанию отображается 10 шагов. Чтобы изменить высоту с 20 на 30 м выделите значение «hgh» в списке выбора (щелкните еще раз, если переменная удаляется) и измените значения min и max на 20 и 30. Установите значения θ и φ на 55 и 90 градусов, чтобы указать угол, для которого вычисляется коэффициент усиления. Задайте разрешение 10 градусов. (Если разрешение равно нулю, это увеличит скорость качания, однако диаграмма не будет рассчитана и отображена) Нажмите кнопку «Start», чтобы начать процесс свипирования. Прежде всего будет сделан шаг на высоту по умолчанию 20 метров. После этого 10 шагов на возрастание, в которых каждый шаг увеличивает высоту на 1 метр. Полученные значения КСВ, усиления, отношения F / B, входного импеданса R-вх, 13

14 X-вх и эффективности для каждого шага сообщаются в поле Calculated Results (Результаты расчета). Полученная диаграмма горизонтального дальнего поля для каждого шага обновляется в окне Pattern (F4) (Диаграмма (клавиша F4) и Geometry(F3) (Геометрия(клавиша(F3). Если все шаги выполнены, вы можете использовать кнопку Exit, чтобы закрыть окно optimizer/sweeper или изменить / добавить / удалить переменные, изменить настройки и / или перейти к другому диапазон шагов, нажав кнопку Restart (Перезапуск). После закрытия окна все результаты для последней развертки отображаются в графической форме в окне клавиши F5. Горизонтальные или вертикальные диаграммы (по вашему выбору для разных шагов расчета, составляющих развертку, доступны в окне «Геометрия (F3)». Используйте клавиши со стрелками «Вправо» и «Влево» для переключения между шагами. Используйте кнопку Show Log (Показать журнал), чтобы просмотреть или распечатать последние результаты сканирования. Однако обратите внимание, что в отличие от операций 4nec2 по умолчанию, результаты свипирования сохраняются только в памяти, а не в выходном файле NEC. Эти результаты могут быть потеряны. Файл журнала сохраняется до тех пор, пока идет выполнение новой операции оптимизации или свипирования.. 14