Моделирование директорной антенны в программе MMANA

В данном пособии предлагается алгоритм работы с версией программы MMANA-GAL Basic 3.0.0.31 [7]. В появившемся после запуска программы окне «Геометрия» (рис. 5.6) задается в поле «Имя» название проекта и в поле «Частота» — частота, на которой будет производиться расчет (1,2 ГГц).

Затем на вкладке «Вычисления» следует запустить графический редактор провода, который вызывается нажатием в нижнем правом углу кнопки «Правка провода» (рис. 5.7).

В появившемся диалоговом окне (рис. 5.8) выбирается плоскость X— Y, и в ней параллельно оси О К рисуется проводник произвольных размеров (активный вибратор). Чтобы нарисовать проводник, нужно нажать кнопку «Создать провод» и, зажав левую кнопку мыши, определить начало провода. Затем, двигая курсор вертикально, переместиться на несколько клеток вверх и отпустить левую кнопку мыши, задав тем самым конец провода.

Рис. 5.6. Начальное окно программы ММ AN А.

Рис. 5.7. Вкладка «Вычисления» программы MMANA.

Далее следует задать реальные размеры активного вибратора (длина — половина длины волны). Для этого после нажатия кнопки «Править провод» в поле редактора выбирается нужный провод, и правой кнопкой мыши вызывается контекстное меню. В контекстном меню следует выбрать «Описание провода» и в появившемся окне (рис. 5.9) задать длину провода и его положение вдоль оси ОХ, радиус провода R = 2 мм. Далее нажимаем «Да».

Рис. 5.8. Задание провода в программе MMANA.

Рис. 5.9. Окно правки свойств провода в программе MMANA.

Следующим шагом следует нарисовать пассивные вибраторы (один рефлектор и несколько директоров) и аналогично предыдущему действию задать их размеры, исходя из следующих соображений. Настройка многовибраторной антенны осуществляется путем подбора длины вибраторов и расстояний между ними. Обычно длина активного вибратора составляет X/2, рефлектора (0,52 + 0,55 Д, директоров (0,4н-0,45)А,; расстояние между рефлектором и активным вибратором обычно выбирается в пределах (0,1 *0,25)^; расстояние между первым директором и активным вибратором около (0,08 ^-0,15)А.; при удалении от активного вибратора расстояние между директорами плавно увеличивается с 0,1Х до 0,38Х, а длины директоров плавно уменьшаются в пределах (0,45 -г- 0,4)л. Исходя из этого требуется нарисовать в программе антенну с одним рефлектором и двумя директорами, задав в качестве длин и расстояний между вибраторами значения из рекомендованных диапазонов (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Многовибраторная антенна в окне программы MMANA.

После того как чертеж исследуемой антенны готов, следует провести расчет ее характеристик. Для этого сначала нужно, закрыв окно правки провода нажатием на кнопку «Да», в главном окне программы выбрать вкладку «Вид» и установить на активный вибратор источник питания. Установка источников питания и нагрузок производится сле;

дующим образом. На трехмерном чертеже антенны выбирается провод (активный вибратор), к которому следует подвести питание или установить нагрузку, затем нажатием правой кнопки мыши вызывается контекстное меню (рис. 5.11). В контекстном меню выбирается пункт «Подвинуть/Добавить источник в», и середина провода указывается в качестве места расположения источника.

Рис. 5.12. Результаты расчетов в программе MMANA.

Рис. 5.11. Установка источника в программе MMANA.

После установки источника питания следует перейти к расчетам. На вкладке «Вычисления» нажимаем кнопку запуска расчетов «Пуск». После проведения всех расчетов можно на той же вкладке (рис. 5.12) наблюдать время расчета, импедансные характеристики (входное сопротивление и КСВ), интегральные характеристики излучения (коэффициент направленного действия (У_а, КЗД). По нажатию кнопки «Графики» можно увидеть графики частотных зависимостей КСВ. входного сопротивления («Z»), КНД и КЗД («Усиление/FB»), ДН. На вкладке «Диаграмма направленности» основного окна программы (рис. 5.13) можно увидеть ДН антенны в главных плоскостях и другие характеристики.

Рис. 5.13. Вкладка «Диаграмма направленности» программы MMANA.

Для автоматического подбора оптимальных значений длин директоров и рефлектора, а также расстояния между ними в данной программе есть инструмент оптимизации. Оптимизация проводится после предварительного расчета следующим образом: на вкладке «Вычисления» выбирается «Оптимизация» и в появившемся окне (рис. 5.14) нажатием на кнопку «Все элементы» выбираются все доступные элементы, размеры которых будут изменяться в процессе оптимизации. Выбрать их необходимо в соответствии с рис. 5.14. Также на данной вкладке можно выбрать необходимые критерии для оптимизации, такие как коэффициент усиления {Gain), КЗД (F/B), КСВ, Согласование и другие. Когда все нужные элементы выбраны, определены характеристики для оптимизации, запускаются вычисления нажатием кнопки «Пуск». На предложение программы сохранить таблицу оптимизации можно ответить отказом.

Рис. 5.14. Окно «Оптимизация» программы MMANA.

Длины получившихся проводов и расстояния между ними можно определить на вкладке «Геометрия» (рис. 5.15) по координатам начала и конца провода {Х, Y, Z, XI, Y2, Z2).

В данном пособии приведен только алгоритм моделирования и оптимизации антенны, содержащей четыре вибратора. Сама по себе программа моделирования ММ AN, А позволяет производить моделирование проволочных антенн произвольной геометрии. Со способами моделирования других проволочных антенн в этом программном обеспечении можно ознакомиться в [8].

Рис. 5.15. Описание конструкции антенны в программе MMANA.