MMANA-GAL
–
это программа для расчета и анализа антенн. Любых
антенн, которые можно представить как произвольный набор тонких
проводов. Расчет производится методом моментов. Вычислительной основой
программы является MININEC3 (переработанный и
модифицированный под современные средства).
|
Содержание
Параметры
|
Copyright
|
Скачать MMANA-GAL
|
Количество скачиваний
MMANA-GAL basic скачана*:
* начиная с версии программы 3.0.0.0. |
Введение
Для расчета и анализа антенн используются программы основанные на методе моментов. Наибольшее распространены NEC2 и MININEC3. Несмотря на почтенный возраст эти программы считают антенны с достаточной для практики (собственно в формулах, описывающих уравнения электромагнитного поля ничего не изменилось со времен Максвелла). Однако непосредственная работа с ними весьма трудна, так как ввод информации и ее вывод возможен только в текстовом режиме. То есть пользователь вводит цифры и цифры же получает. MMANA-GAL является одной из программ, позволяющей комфортно подготавливать данные для расчетов в модифицированном MININEC3 и анализировать полученный результат. Для создания модели антенны и вывода результатов в MMANA можно использовать как текстовый, так и графический режимы. Кроме подготовки-обработки данных MININEC3, MMANA включает в себя множество дополнительных функций, облегчающих жизнь проектировщику антенн. Для использования в MMANA-GAL MININEC3 был переведен в C/C++ и существенно модифицирован (прежде всего для повышения точности, ускорения расчетов, а также автоматической коррекции многих ошибок пользователя в описании антенны) и непосредственно включен в код программы. Естественно, что MMANA-GAL унаследовала ограничения MININEC3, главным из которых является то, что при расчете входного сопротивления и параметров ближнего поля не учитываются потери в земле. Это приводит к погрешности при расчетах Za и Ga горизонтальных антенн, подвешенных ниже 0,16l и вертикалов с противовесами, приподнятыми на высотах от 0,005l до 0,05l. MININEC3 в этих случаях дает погрешность тем бОльшую, чем сильнее отличаются параметры земли от идеальных. Поэтому если ваш случай попадает под указанные ограничения, то просчитайте свою модель в программе, использующей NEC2, например, GAL-ANA. При расчете диаграммы направленности влияние параметров реальной земли в MININEC3 всегда учитывается корректно. Данный файл помощи является ознакомительным и не описывает всех функций MMANA. Подробное описание программы приведено в книге И. Гончаренко Антенны КВ и УКВ. Компьютерное моделирование антенн MMANA. Формулы и точностьПоскольку расчеты являются универсальными, для любого расположения проводов, то базироваться они могут только на наиболее общих формулах. Собственно, на них они и базируются: в основе вычислений лежит система уравнений Максвелла. Однако для численных методов удобнее преобразовать эту систему в так называемое интегральное уравнение электрического поля (Electric-field integral equation (EIFE)). По сути, это та же самая система уравнений Максвелла, но выраженная в более подходящем для вычислений виде. EIFE позволяет вычислять напряженность излучаемого поля а зависимости от распределения тока в антенне. Два свойства EIFE делают его незаменимым для расчета антенн:
В качестве исходных результатов EIFE требует распределение токов в антенне. Для вычисления этого распределения все провода антенны разбиваются на сегменты, в каждом из которых вычисляется как собственный (от источника) ток, так и наведенный от каждого их всех остальных сегментов. Понятно, что если мы разбили антенну на n сегментов, то при вычислении распределения токов образуется квадратная матрица со стороной n (для каждого из n сегментов мы считаем n токов: один свой и все наведенные). Поэтому время ее расчета и необходимая для этого память растут пропорционально квадрату числа сегментов. Основные погрешности моделирования связаны именно с разбиением антенны на сегменты (сегментацией). То есть от количества сегментов и способа разбиения. Ток в каждом сегменте предполагается линейно изменяющимся. Если это условие в антенне не выполняется, то рассчитанное распределение токов будет неверным. А, следовательно, рассчитанное на основе этого распределения, поле антенны, т.е. ее характеристики. Нарушение вышеуказанного условия может происходить, например, если:
Закладка "Геометрия"Закладка Геометрия содержит три таблицы, служащие для ввода и редактирования проводов, источников и нагрузок. Кроме того на ней расположены элементы позволяющие настроить параметры сегментации и установить основную частоту. Таблица проводовтаблица расположена в верхней части окна и имеет 8 колонок. Первые шесть (X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2) описывают координаты (декартовы) начала и конца провода. Седьмая колонка R описывает радиус провода, в соответствии со следующей таблицей:
Последняя, колонка Seg описывает способ сегментации (деления данного провода на сегменты для метода моментов) в соответствии со следующей таблицей:
Общие ограничения метода моментов по сегментации и расположению проводов1. Провод. Минимальная длина сегмента должна быть меньше чем:
2. Точка соединения разных проводов Отношение длины сегментов в соединяемых проводах должно быть менее 2. Практически всегда наилучшим выходом является одинаковый способ сегментации для всех проводов антенны.Отношение радиусов проводов, образующих переход должно быть менее 10. 2. Близко расположенные провода Невозможно рассчитывать структуры, в которых один провод частично находится внутри другого (коаксиальные, экранированные).Отношение радиусов проводов, образующих переход должно быть менее 10. Некоторые из приведенных выше ошибок MMANA-GAL может либо скорректировать автоматически, либо вывести предупреждающее пользователя сообщение. Однако не стоит сильно на это надеяться: основа правильного описания антенны не автоматы коррекции MMAN-GAL, а ваша (да-да, персонально ваша) голова и понимание ею ограничений метода моментов. Таблица источников напряжения
Таблица нагрузокТаблица нагрузок служит для задания RLC элементов включенных в провода антенны. Количество используемых колонок зависит от способа описания нагрузки. Колонка Pulse служит для описания места включения нагрузки, которое описывается так же, как для источников. В колонке Type описывается тип нагрузки: LC, R+jX, S.
Для выбора типа нагрузки следует ввести в первый столбец Pulse место расположения нагрузки, нажать Enter, а затем щелкнуть левой кнопкой мыши в колонке Type и выбрать желаемый тип из всплывающего меню. Нагрузки можно включать отключать отмечая окошечко Включить нагрузки. Внимание! Для включения источников и нагрузок лучше всего создавать отдельный короткий провод. В таком случае не возникают проблемы со сдвигом положения при изменении плотности сегментации и при переводе модели из *.maa в *.nec.
Закладка "Вид"Закладка Вид служит для вывода изображения антенны и токов. Последние выводятся только в том случае, если антенна была просчитана. Изображение антенны можно вращать двигая мышью с нажатой левой кнопкой по полю с изображением. Для перемещения антенны следует дополнительно нажать клавишу Shift (или Ctrl) клавиатуры. Выделить один из проводов антенны можно при помощи щелчка мышью или при помощи кнопок вверх/вниз в меню Выбор провода. Выбранный провод изображается утолщенной линией, а в правом нижнем углу появляется полупрозрачная таблица с описанием координат провода в декартовых и полярных координатах. Движок Масштаб служит для изменения размера изображения модели антенны и токов, а движок Масштаб токов для изменения масштаба изображения токов. Окошки:
Элементы Вращать:
При помощи кнопки Сохранить рис. вызывается диалог сохранения изображения (форматы *.jpg или *.bmp). При помощи двойного щелчка на поле изображении можно вызвать окно с описанием провода. При помощи правой кнопки мыши вызывается всплывающее меню с дополнительными функциями Внимание! Для включения источников и нагрузок лучше всего создавать отдельный короткий провод. В таком случае не возникают проблемы со сдвигом положения при изменении плотности сегментации и при переводе модели из *.maa в *.nec.
Закладка "Вычисления"Закладка Вычисления служит для запуска расчетов и вызова окон оптимизации, графиков и редакторов провода и элементов. На этой странице можно устанавливать частоту для текущего расчета, параметры земли и материал проводов (материал можно выбирать из нескольких предустановленных или выбрав тип пользователя описать параметры своего материала). Результат последнего вычисления выводится в верхней строке таблицы и дублируется в поле правого верхнего угла окна. В случае модели с несколькими источниками в таблице выводится Za только для первого источника. Za для остальных источников – в поле правого верхнего угла. Поле Доб высота показывает цифру, которая будет автоматически добавлена ко всем координатам Z антенны. Изменением этой цифры удобно оперативно двигать антенну по высоте. Однако, если вы проектируете антенну, касающуюся земли, то сумма координаты Z конца провода, касающегося земли и цифры в поле Доб высота должны быть равны 0. Окошко Земля позволяет выбрать тип земли, а также при выборе реальной земли задать и посмотреть её профиль, как набор из нескольких участков с разными характеристиками-высотами. Для первичного изучения антенны рекомендуется выбирать либо Свободное пространство либо Идеальную землю. И только разобравшись с работой самой антенны переходить к Реальной земле и изучать влияние земли на антенну. Понимание антенны сразу над реальной землей – это непростая задача, особенно для неопытного пользователя. Следует учитывать, что используемый в MMANA-GAL модифицированный MININEC-3 рассчитывает входное сопротивление и ближнее (реактивное) поле без учета потерь в реальной земле (т.е. полагая землю идеально проводящей). Потери в земле учитываются только при расчете диаграммы направленности модели. Радиус ближней зоны составляет около l/2p = 0,16l. Поэтому, если над реальной землёй рассчитываются: или горизонтальная антенна содержащая хотя бы один провод ниже 0,16l, или вертикал с противовесами, приподнятыми на высотах от 0,005l до 0,05l, то более точные результаты по Za и Ga дают вычисления на ядре NEC2. MININEC3 в этих случаях дает погрешность тем бОльшую, чем сильнее отличаются параметры земли от идеальных. Поэтому если ваш случай попадает под указанные ограничения, то просчитайте свою модель в программе, использующей NEC2, например, GAL-ANA.
Окно "Графики"Выводится нажатием кнопки Графики. Для первого анализа достаточно нажать кнопку По 2 точкам – график будет построен грубо, только по двум точкам. Остальная часть его будет построена экстраполяцией - предположениями как же этот график должен по ее мнению идти дальше (точность таких предположений довольно высока, но конечно не абсолютна). При нажатии кнопки Вся сетка - просчитывается каждый шаг сетки, а при нажатии Доп. точки, просчитываются несколько дополнительных точек между шагами сетки. Кнопка Поиск резонанса предназначена для автоматического поиска резонансной частоты антенны. В закладке Z показаны графики R(f) и jX(f). Можно включить (во всплывающем под меню) на этом графике согласующее устройство и посмотреть, как измениться график. Закладка КСВ выводит график КСВ. Закладка ДН выводит разными цветами диаграммы направленности антенны для шагов сетки, а также табличку изменения основных параметров. Если ДН на каких-то частотах вам не нужны, их можно выключить, щелкнув в строке соответствующей частоты, в столбце On. Закладка Установки задает центральную частоту графиков (по умолчанию равна указанной в закладке Вычисления), полосу графиков, а также включает\выключает СУ на графиках. Кроме того, тут задается число дополнительных точек расчета графиков.
Окно "Правка провода"Окно правки проводов служит для редактирования проводов антенны в графическом режиме. Модель антенны можно просматривать и изменять объемном виде или в одной из 3 плоскостей. В верхней правой части выводится информация о выбранном проводе. Для удобства на двухмерных плоскостях выводится сетка, шаг которой может определяться автоматически или устанавливаться в ручную. Следует обратить внимание на то, что длина редактируемых или вновь созданных проводов кратна шагу сетки. Меню Показ устанавливает что именно следует показать: всю антенну, элемент, провод которого выделен или же все провода, лежащие в одной плоскости с выделенным проводом. На трехмерном изображении возможно только соединение выделенного провода с концами других проводов. На двухмерных графиках возможно вводить новые провода и рамки. Из всплывающего меню можно вызвать дополнительные функции редактирования проводов.
Окно "Правка элемента"В этом окне объектом правки служит не отдельный провод, а элемент - несколько соединенных между собой электрически проводов. Например, одна рамка или один из диполей многоэлементной антенны. Очень удобно для ввода и редактирования параметров многоэлементных антенн в интуитивно ясной форме. Просто указываются размеры каждого элемента и расстояния между ними. Сменить форму элемента, можно командой Изменить форму элемента всплывающего меню, в дополнительном меню которой имеется набор наиболее часто встречающихся в радиолюбительской практике форм элементов. Выбрав закладку Вид, можно оперативно посмотреть на антенну после преобразования формы элемента, или правок в таблице закладки Параметры. Интерфейс и команды этого окна практически совпадают с главной закладкой Вид.
Окно "Оптимизация"MMANA-GAL позволяет оптимизировать антенну по различным критериям и параметрам. Критерии задаются семью движками. Положение движка определяет важность (удельный вес) данного параметра для вас. Крайнее левое положение движка - параметр для Вас совсем не важен, крайнее правое - максимально важен. Назначение движков F/B, Усиление, КСВ очевидно. Остальные:
Что именно менять в антенне, для получения заданных выше критериев, описывается в таблице Изменяемые параметры. Двойным кликом в столбце Тип вызывается меню, из которого выбирается тип параметра оптимизации. А двойной клик в столбце Что вызывает меню установки что именно в данном параметре вы хотите позволить менять. Строк в таблице может быть столько, сколько параметров вы намереваетесь менять. Например, можно вписать несколько строк "Элемент", в каждой из них установив свои параметры (Интервал, Позиция, Ширина, и т.д.). И/или вписать несколько строк "Провод", в каждой из них установив изменение одного параметра (например, в первой - X2, во второй - Y2, в третьей - R, и т. д.). Здесь следует быть внимательным, чтобы ошибочно не задать изменение несуществующих или взаимоисключающих параметров, иначе процесс оптимизации не начнется. Порядок строк в таблице имеет значение: сначала идет оптимизация по параметру, описанному в первой строке, потом во второй, и т.д. - потом процесс циклически и повторяется. Если оптимум единственный (что бывает редко), то при любом порядке строк получится одно и тоже. А если же нет (как правило), в зависимости от порядка строк результаты оптимизации будут разными. Поначалу, пока вы не освоите хорошо оптимизацию, не описывайте больше одной (максимум двух) строки в этой таблице! Многофакторная оптимизация процесс очень сложный, требующий осмысления и без навыка получить хорошие результаты очень трудно. Нельзя сказать компьютеру: "Да меняй все что захочешь, мне неважно что, но создай хорошую антенну!" - это непосильная задача для машины. Оптимизация, в отличие от обычных вычислений параметров антенны, – процесс не имеющий однозначного результата. Одна и та же цель может достигаться разными путями, в антеннах всё со всем связано. В изменениях характеристик антенны, как правило, есть множество локальных минимумов-максимумов, за которые "цепляется" процесс оптимизации. Поэтому кроме компьютера требуется еще и наличие думающей человеческой головы.
Окно "Сравнить"Окно позволяет объективно сравнивать разные антенны. Если вы попадаете в него после расчета своей антенны (закладка Вычисления – кнопка Пуск), то увидите ДН и характеристики своей антенны. Кнопкой Открыть *.mab файл можно вызвать ДН и характеристики другой антенны (заранее сохраненные в *.mab файле и увидеть их наложенными друг на друга.
Закладка "Диаграмма направленности"На этой закладке выводится диаграммы направленности. По умолчанию горизонтальная диаграмма выводится для зенитного угла, соответствующего максимальному усилению. Изменить зенитный угол построения горизонтальной ДН можно нажав кнопку Зенитный угол. ДН в вертикальной плоскости строится для азимутального угла 00 (т.е. вдоль оси Х). Изменить этот угол можно вращением антенны вокруг оси Z, вызвав окно для вращения из меню Правка – Вращение. На обеих ДН можно вызвать (левым кликом) измерительный вектор, перемещаемый по ДН. Данные по усилению для текущего угла выводятся в середине вверху. Отключается вектор правым кликом. Вектор не выводится в режиме V+H и после оптимизации. По двухмерной диаграмме бывает очень трудно определить направленность антенны и это может привести к неверному представлению о характеристиках антенны. Поэтому введена возможность просмотра 3Д (трехмерного изображения) диаграммы направленности), для вызова окна с трехмерным изображением диаграммы направленности следует нажать кнопку 3Д ДН.
Типы файлов*.maa – файл описания антенныТекстовый файл содержащий информацию о проводе, источниках, нагрузках и т.д. Этот файл может быть открыт и отредактирован внешним редактором текст. *.mab – файл результата вычисленийБинарный файл содержит полное описание антенны и результаты последних расчетов. Такие файлы необходимы для сравнения результатов расчетов. *.mao – файл шагов оптимизацииБинарный файл, в котором записаны последние 256 шагов оптимизации и параметры антенны на них. Полезен для неторопливого анализа в окне Шаги оптимизации. *.csv – таблица токовВ файле записана таблица токов. Открывается в Excel`e. Таблица имеет вид:
*.csv – таблица ближнего поляВ файле записано усиление антенны для различных зенитных и азимутальных углов. Открывается в Excel`e. Таблица имеет вид:
*.csv – таблица углы/усилениеВ файле записано усиление антенны для различных зенитных и азимутальных углов. Открывается в Excel`e. Таблица имеет вид:
*.csv – таблица F/KCB/усиление/ZВ файле (открывается в Excel`e) записано как изменяются параметры R, jX, KCB, Ga и F/B от частоты.
Язык пользователяВ MMANA-GAL имеется возможность возможность смены языка надписей и сообщений программы. Если вы хотите, чтобы MMANA-GAL общалась с вами на родном языке, то сделайте следующее:
Аналогичную описанной выше процедуру (пункты 2 – 6) можно проводить и в том случае, если вы не переводите сообщения программы, а просто обнаружили на опечатку или неудачное на ваш взгляд выражение в названиях. Просто исправьте не устраивающее вас выражение в имеющихся файлах *.mmn и *FF.txt. Обратите внимание, что изменение языка на желаемый возможно лишь в том случае, если у вас работает Windows на соответствующем языке |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||