Home | O anténách |  |  | Kontakt |
Jak se liší vyzařování skutečné středně složité antény a matematického modelu NEC-2?
Všeobecně Tento článek jsem více méně napsal z hecu. Chtěl jsem ukázat na složitější, ale zase nikoliv až tak složité anténě, jak se její model liší od naměřených výsledků. Abych srovnání ukázal názorně, vybral jsem si dvouelementový pětipásmový quad, který je modifikovaný z quadu DK7ZB. Quad byl měřen ve dnech od 5.7.2013 do 8.7.2013 s jedním ze zářičů, s jehož použitím se uvažuje v letošní letní limitované výrobní sérii. Geometrický model quadu byl nakreslen v autocadu s mým modulem, kterému říkám airwire cad. Toto řešení má pro mě výhodu v tom, že v "nějakém normálním" CADu si člověk osvojí jeho možnosti, výhody, zavede si zvyklosti a udělá si celou řadu různých utilitek, které potřebuje k práci. Nicméně, pro publikační účely pro radioamatérskou praxi se hodí, aby data byla mnohem jednodušší, než jsou data v precizním modelu a aby to byla data, která "vypadnou" např. z editoru freewarového programu, který je zadarmo, jako např. 4NEC2. Proto právě o tomto jsem napsal pár vět na konci článku. Nyní se vrátím k vlastnímu srovnávání. Schéma antény Schéma měřené a modelované antény - pětipásmového dvouprvkového quadu, tak, jak jsem ho okopíroval z obrazovky editoru 4NEC2 je tady: Vidíte, že schéma má jen 39 drátů (viz popisky) a odhaduji, že na pásmu 20 metrů program pracoval asi s 1000 segmenty. Pouze pro informaci uvádím, že datailní schéma této antény pracuje s modelem stožárku, reálnými napáječi, s kovovými rozpěrami a má 827 drátů. Ale pro tento školní případ stačí toto jednoduché schéma, které mi sice vygeneroval airwire autocad, ale je stejné, jako to, které si nakreslíte ve vestavěném geometrickém editoru programu 4NEC2 růčo. A úplně stejné schéma jsem vygeneroval pro MMANA-GAL, je na konci článku. Montáž antény Anténa byla montována ve výšce 15 metrů na celohliníkovou konstrukci s kompozitními izolátory. Několik informací o mých quadech je zde. Jsou tam i náčrtky základních mechanických částí. Výška 15 metrů odpovídala středu antény (drátu s číslem 33). Po montáži byla anténa připojena k symetrickému dálkově řízenému L článku přes krátký žebřík. L článek byl na ráhně antény a před článkem byl balun ok1ufc, model Budweisser 2012, od kterého vedl napáječ o délce asi 3 metry. Po těchto cca 3 metrech byla instalována průchozí sonda pro měření VSWR a impedancí. Na drátech 5, 9, 13, 21 a 25 (vodorovně na reflektorech) byly nacvaknuté proudové sondy. Aby neprověšovaly reflektory, byly přidělané k dielektrickému lanku, které bylo přivázané k ráhnu. Každá smyčka byla upravena na hodnotu proudů, které odpovídaly magnitudám proudů vypočtených v NEC-2 modelu při buzení širokopásmového dipólu. Protože byl proud měřen poměrově, byly dvě referenční sondy umístěny v místě vodiče s č. 33 na napájecí žebřík. Tam se také kontrolovala symetrie napájení. Poměry proudů byly nastavované na hodnoty, které odpovídají nejlepší optimalizaci kritéria F/B ma maximální hodnotu, přičemž proměnnou veličinou byla délka reflektoru na kmitočtu, pro který se optimalizovalo. Optimalizace byla provedena 3 x po sobě na každém z pěti kmitočtů (14.070, 18.120, 21.080, 24.940 a 28.120) a takto zjištěné magnitudy proudů byly považovány za jmenovité. U reálné antény se nastavilo její buzení tak, že se odečetla od jmenovitého budícího výkonu ztráta v L článku. V tomto okamžiku byla provedena "normalizace" proudu referenčních sond. Potom byla délkou reflektoru (pro pásmo 20m na drátě č. 9) nastavena jmenovitá poměrná hodnota proudu v reflektoru. Měřeno diagramu bylo děláno za klidného počasí, téměř bezvětří. Anténní vodiče byly mírně vypnuté. Měřilo se přesně v pásmu, kontinuální vlnou a s výkonem 20 Wattů. Měřicí přijímač byl normován tak, aby na maximu signálu byla jeho referenční nula a rozsah dynamické škály byl 30 dB, co bylo považováno pro měřenou anténu za hodnotu dostačující. Tento quad, který nemá rozpěry z laminátu, ale má kovové rozpěry, má velmi dobrou tvarovou stabilitu. Také tvarová stabilita je předmětem precizního modelování. Strojírenské CADy řeší velmi snadno a rychle aeroelastické deformace a "deformovaný model" je otázkou vyplnění několika parametrů a jednoho kliknutí. Není to však úloha pro tuto demonstraci. Vyzařování antény Anténa je navržena tak, aby měla dobrou směrovost v amatérských pásmech 20, 17, 15, 12 a 10 metrů, a to na krajích pásem, tam, kde se vysílá digitálními druhy provozu. Anténu lze použít také jako bidirekcionální v pásmu 30 metrů. V tomto článku uvádím postupně modelované vyzařovací diagramy MININEC (MMANA), NEC-2 (4NEC2) a změřený diagram. Vyzařování podle MININEC na 14070 kHz: Vyzařování podle NEC - 2 na 14070 kHz: Vyzařování změřené s krokem azinutu 10 stupňů: Výsledek zkoušky U obou modelů byly porovnávány hodnoty v jednotlivých směrech a počty laloků. Stejně pak bylo postupováno s odměřeným diagramem. S výjimkou toho, že je pootočen, lze konstatovat, že změřený a modelovaný tvar vyzařovací charakteristiky si odpovídá. Stejný je rovněž počet laloků, azimuty s minimy i hodnoty úrovní v lalocích. A to nemusím podotýkat, že měřeno bylo v poměrně kritické výšce H=15 metrů, tedy ve výšce, kde se projevuje významně vliv země (mezi 1/2 x lamba a 1 x lambda). Dielektrická konstanta a vodivost byly nastaveny pro obě metody modelování stejně. Nejméně příznivý výsledek parametru F/B nám vypočítal program s enginem MININEC. Nejlepší parametr F/B měla měřená anténa. Další, nepodstatné podrobnosti ... Jak jsem psal v úvodním odstavci, geometrický návrh antén dělám ve "strojírenském" CADu. Takový CAD mi umožňuje zejména správu celé řady detailů geometrického modelu. Lze na něm využívat vrstev. Pro mě má výhodu v tom, že jsem si v minulých létech udělal celou řadu tzv. předprocesních utilitek pro NEC enginy MININEC a NEC-2 a také jsem si nakreslil více než tisíc modelů různých antén. Snadno z tohoto mého kreslítka vyrazím exportovaný soubor pro NEC program bez ohledu na to, zda jde o EZNEC, MMANA-GAL MININEC nebo NEC-2 z programu 4NEC2. Jednoduchý textový soubor s popisem středně složité antény, jako je tento dvouprvkový pětipásmový quad, který odpovídá grafickému schémátku antény, které bychom kreslili ručně ve vestavěném modulu "Geometry edit" programu 4NEC2 vypadá takto: Jak jste si mohli všimnout, jsou tam jednotlivé symboly, tagy, definice všech 39 anténních drátů, najdete tam jeden zdroj, nastavení frekvence na 14070 kHz a další detaily. Takový soubor lze "nasosat" programem 4NEC2 a v geometrickém editoru se vám po jeho importu objeví např. tato tabulka s dráty: Jde o kopii z obrazovky všech 39 drátů antény, jejíž schéma bylo také kopírováno z téhož editoru a bylo uvedeno v úvodu. Pokud byste takové schéma psali ručně v editoru 4NEC2, budete to dělat asi půl hodiny. Vstupní data pro MININEC programu MMANA-GAL jsou zde: a schéma z programu MMANA-GAL je také stejné (tedy kromě toho, že není popsané a je jinak natočené) a je zde. Můžete porovnávat a třeba i hledat rozdíly. Jeden maličký, ale nikoliv v geometrii, jsem tam pro ty pečlivější čtenáře udělal. Jak jsem říkal, geometrie je jedna věc, tam rozdíl není, ale na anténě se také ladilo, hi :-) Závěr Jak sami vidíte ze srovnání, rovněž výsledek toho nejjednoduššího modelu pro středně složitou anténu je v praxi použitelný a ani jeden ze dvou jednoduchých modelů antény pro různé "enžíny" mi nelhal.
73's Míra, ok1ufc
© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014