![]() |
|
|
Programul de simulare 4NEC2 şi Magnetic LOOP
Abstract Pentru
constructorii de antene sau evaluatorii performanţelor unor antene
existente programele de simulare au devenit un puternic instrument de lucru
care poate economisi timp precum şi resurse materiale şi financiare.
Încercăm să dăm un exemplu relevant de simulare pentru o
antenă magnetică în banda de 7 MHz cu ajutorul programului 4NEC2. 1.
Cine este 4NEC2? Programul 4NEC2 este unul din cele mai performante programe pentru
simularea sau evaluarea parametrilor şi performanţelor antenelor. A
fost creeat de olandezul Arie Voors şi se poate descărca gratuit
ultima versiune V5.8.14 din http://www.qsl.net/4nec2/ precum şi tutoriale şi
documentaţie de ajutor. Numărul utilizatorilor se aprolpie de 50.000. După o decompresare „unzip”
programul se instalează foarte simplu cu “setup” într-un folder din discul C:4nec2 cu generare de
icon-uri pentru lansare din display. Programul dispune în subfolderul „models” de nenumărate modele de antene de la
cele mai simple antene dipol până la aperiodice “beverage”, directive sau
“fractal”. Pentru
cei interesaţi să facă un exerciţiu de lucru cu 4NEC2 cu
propunerile deja simulate în pachetul “models” găsiţi o
excelentă exemplificare în limba română în cartea lui Florin
Creţu YO8CRZ “RADIOTEHNICA Teorie şi Practică” capitolul 6.9
pag. 128÷146. 2.
Dece o simulare cu
4NEC2 pentru o antenă magnetică? Motivul este simplu. Se doreşte argumentarea cu cele mai
performante instrumente de proiectare valabilitatea şi oportunuitatea unei
astfel de opţiuni pentru o antenă magnetică în condiţiile
de instalare şi funcţionare actuale în mediul citatdin.
Performanţele sunt la fel de bune, dacă nu chiar mai bune, decât cele
ale unor antene dipol sau filare simple montate în amplasamentele urbane 3.
Resurse. Programul
4NEC2 oferă în C > 4nec2 > models > HFsimple > magnetic2 un
exemplu simplu pentru o antenă de formă patrată în banda de 14
MHz, care poate fi însă folosit numai ca exemplu pur orientativ. Un
exemplu complex, real, care ţine cont de material, dimensiunile acestuia,
calitatea solului, amplasare, etc. a fost elaborat de către KP4MD dr.
Carol Milalzzo (YL) sub numele de “Universal Magnetic Loop Antenna NEC
Model”. Fişierul pentru această exemplificare poate fi
descărcat din http://www.qsl.net/kp4md din link-ul cu numele de mai sus. În
APPENDIX-ul din acestă pagină sunt date trei modele de antene
magnetice universale care pot fi testate cu datele intrinseci sau li se pot
modifica datele, parametrii constructivi, pentru a evalua un nou model dorit.
Fişierele modelelor universale oferite se importă în foderul “models”
din C > 4nec2 de unde se pot începe simulările pentru datele existente
sau modificările pentru un nou model. Importul din pagina html se face cu
click dreapta pe numele fişierului şi Save as... în C > 4nec2 >
models > KP4MD ca folder nou creat pentru antene magnetice sau ori unde
doriţi. Mai simplu, pentru doritorii de exerciţiu, două din
fişierele .nec pentru simularea unor antene magnetice cu orientare
verticală sau orizontală sunt ataşate prezentului material de
unde pot fi salvate şi incluse în folderul „models”. Fişierul complet parametrizat de către Carol KP4MD
ne oferă un fişier .nec pentru o antenă magnetică
portabilă funcţionând în banda de 7 MHz. Pentru
informare se prezintă tabelul cu valorile parametrilor constructivi ai
acestei antene care sunt incluşi în fişierul de generare “input.nec”.
După cum se vede în fişierul original toate dimensunile
sunt date în unităţi de măsură anglo-saxsone “feet” şi
“inch” (1 feet = 0,3048m, 1 inch = 25,4mm) atât pentru bucla principlaă
cât şi pentru bucla de cuplaj, alimentare. Dimensiunile din paranteze
şi cu asterisc sunt pentru antena magnetică orizontală. Variable values Main Loop Coupling Loop Loop
diameter (input feet) d=6.5 d2=1.84
(1.61)* Loop
radius (calculated feet) r=3.25 r2=0.92
(0.80)* Loop
wire braid diameter (input inches) dia=0.32 dia2=0.135 Loop
wire braid radius (calculated feet) rad=0.0133 rad2=0.00562 Loop
wire outer diameter (input inches) od=0.405 od2=0.195 Loop
wire outer radius (calculated feet) orad=0.0168 orad2=0.0081 Number
of polygon sides (input) n=18 n2=18 Angle
increment (calculated as 360°/n) inc=20 inc2=20 Segments
per wire seg=1 seg2=1 Height
of loop center above ground (feet) ht=15.25
(12)* ht2=17.40
(12)* Height
of main loop base above ground (feet) h=12 Distance
between tops of loops (feet) h2=0.19
(0.14)* Operating
frequency frq=7.05 MHz frq Resonating
capacitance pF c=53.7
(53.6)* Capacitor
Q=2000 (typical) qc Capacitor
resistance Rc (calculated) rc După
lansarea programului din icon-ul de pe display şi deschiderea
fişierului Open > magloop.net (6kB) din “models” urmat de apăsarea
butonului care seamănă cu un calculator de masă (al cincilea de
la dreapta la stânga) se pot constata, în fereastra Main [V5.8.14] care se
deschide, următoarele calcule pentru parametrii principali:
Ca rezultate principale ale calculului, după ce s-a apăsat pe butonul “RUN nec” (indicaţie care apare când plimbaţi prompterul pe butoane): Puterea radiată = 56,57watt / Impedanţa = 49,8+j0,17 ohmi / SWR = 1 ş.a. Notă: O antenă magnetică similară ca material, portabilă, pentru o putere de 10watt în benzile superioare a fost prezentată de către YO3GGX – Dan cu titlul “Antenă portabilă tip buclă magnetică (Magnetic Loop)” în site-ul: http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=814 4. Rezultate. Fiindcă nişte grafice şi poze sugestive furnizate de către 4NEC2 fac mai mult decât 1000 de cuvinte să trecem la treabă şi să prezentăm: a. O antenă magnetică are ambele tipuri de polarizare în modelul său de radiaţie. Cele două tipuri de polarizare, verticală şi orizontală, produc lobi de radiaţie diferiţi şi câştiguri spaţiale diferite în geometria “pattern”-ului antenei. b. Sunt prezentate în continuare grafic următoarele situaţii pentru câştigul specific al antenei magnetice: - radiaţia polarizată vertical cu reprezentările spaţiale şi secţiunile maxime în plan vertical şi orizontal (Ver-gain) - radiaţia polarizată orizontal cu reprezentările spaţiale şi secţiunile în plan vertical şi orizontal (Hor-gain) - radiaţia totală a antenei cu ambele tipuri de radiaţie şi secţiunile „pattern” în plan vertical şi orizontal (Tot-gain) - reprezentările spaţiale colorate iar culorile sunt însoţite în partea dreaptă a ferestrei de o scară care prezintă atenuarea în dBi faţă de radiatorul ideal. - ultimele două reprezentări grafice sunt legate de determinarea E [V/m] şi H [A/m] a câmpului radiant apropiat (near-field) faţă de distanţa până la antenă pentru a preveni radiaţiile nocive. Se poate determina pentru orice punct din spaţiul antenei. Este prezentată valoarea câmpului E de 22,16V/m şi H de 0,049 la distanţa de 4,5m.
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia polarizată vertical şi secţiune in planul vertical
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia polarizată vertical şi secţiune in planul orizontal
Intensitatea radiaţiei cu polarizare verticală a antenei magnetice în dBi
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia polarizată orizontal şi secţiune in planul vertical
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia polarizată orizontal şi secţiune in planul vertical
Intensitatea radiaţiei cu polarizare orizontală a antenei magnetice în dBi
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia totală şi secţiune in planul vertical
Forma spaţială a lobilor pentru radiaţia totală şi secţiune in planul orizontal
Notă: Fiind o antenă portabilă, construită din cablu coaxial RG8/U, condensatorul variabil, care prezintă o greutate care poate deforma forma circulară a antenei, a fost montat în partea de jos. Link-ul de alimentare a fost amplasat la partea superioară. Intensitatea curentului în buclă precum şi intensităţile câmpurilor electric şi magnetic E şi H sunt maxime la partea superioară a antenei.
O ultimă intervenţie şi un mic comentariu asupra unui parametru deosebit de comentat şi contestat pentru antena magnetică şi anume: câmpul radiant apropiat – Near Field – şi determinarea valorilor lui cu ajutorul simulatorului pentru antene 4NEC2. Când apăsăm butonul Generate (F7) programul ne prezintă fereastra de mai jos de unde ne alegem situaţia de analizat pe care dorim să mergem. Toată expunerea de până acum a fost făcută pe opţiunea “Far Field pattern”. În continuare vom genera cu ajutorul programului şi valorile pentru opţiunea „Near Field pattern” pentru a determina valorile de câmp din apropierea antenei. Aşa cum se vede s-a ales spaţiul pe verticală între 0 şi 10 metrii cu pasul de 0,5m şi spaţiul în planul antenei (axa X care generează câmpurile cele mai mari) între -5 şi +5 metrii cu pas de 0,5.
Câmpurile E şi H la distanţa de 4,5m au valorile de 22,16V/m respectiv de 0,049A/m ceea ce este rezonabil.
5. Scurte concluzii. Pentru proiectanţii şi constructorii de antene pentru radioamatori este util să evaluaze o eventuală nouă realizare cu ajutorul unor instrumente gratuite şi extrem de performante. 4NEC2 este un program relativ simplu şi prietenos cu o paletă bogată de exemple din care se pot învăţa multe aspecte din tainele antenelor şi ale propagării. 4NEC2 are şi dezvoltări mult mai sofisticate care însă se vor descoperii pe măsura utilizării lui şi a consultării documentaţiei şi a discuţiilor pe forum. Cu acestă prezentare am făcut în continuare “lobby” pentru Magnetic LOOP care este în definitiv o antenă ca oricare alta, cu un bun compromis între dimensiuni şi performanţe. La prezenta expunere sunt ataşate fişierele magloop.nec şi maglooph_gh.nec pentru cei care doresc să testeze şi să se familiarizeze cu programul 4NEC2. Este ataşat şi fişierul .pdf al expunerii pentru cei care doresc să-l salveze sau sa-l tipărească. Vă urez lectură plăcută şi cât mai multe DX-uri.
Articol aparut la 10-11-2014 7595 Inapoi la inceputul articolului |
Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse iar dupa caz se va ridica dreptul de a posta comentarii.
|
Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Regulamentul portalului | Contact |