Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Przedmiot: Anteny i propagacja fal EM

Numer ćwiczenia:

2

Temat: Badanie anten liniowych za pomocą Metody
Momentów

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z charakterystykami promieniowania wybranych

anten liniowych za pomocą programów komputerowych działających w oparciu o metodę
momentów.

Metoda momentów wymaga wprowadzenia przybliżeń, do których należą m. in.:

zastąpienie elementów nieliniowych sumą elementów liniowych mniejszej wielkości, duża
smukłość anteny liniowej, małe rozmiary elementów składowych w stosunku do długości fali.

Program WireMoM

Zadanie: Przeprowadzić analizę numeryczną dipola półfalowego dla częstotliwości 9.4 GHz:

a)

przeprowadzić analizę anteny w dziedzinie częstotliwości (charakterystyka
częstotliwościowa anteny, rozkład rezystancji i reaktancji w funkcji częstotliwości,
wyznaczenie częstotliwości optymalnej),

b)

przeprowadzić analizę numeryczną anteny w polu bliskim,

c)

wyznaczyć rozkład prądu w antenie,

d)

wyznaczyć charakterystykę promieniowania.

1)

Uruchomianie programu WireMoM. Wywołać komendę: WireMoM.exe. Pojawi się
panel określania geometrii anteny liniowej (ang. Wire structure coordinates)

2)

Tworzenie geometrii anteny. Uzupełnić pola w zakładce Structure and excitation/Wire
structure zgodnie z poniższym rysunkiem. Zapisać projekt pod nazwą: dipol_l2_32mm

3)

Zasilanie anteny. Dodać źródło napięciowe 1 V na środku dipola.

4)

Podgląd utworzonej geometrii. Wybrać polecenie: Wires/ 3D view of structure z menu
głównego. Otwarte zostanie okno przedstawiające trójwymiarowy widok struktury anteny.

Numer
przewodu

Tryb określania źródeł napięciowych w modelu

Pozycja źródła
względem przewodu
przewodu

Część rzeczywista
napięcia

Część urojona
napięcia

Numer
przewodu

Współrzędne początku
przewodu

Współrzędne końca
przewodu

promień przewodu

Liczba
segmentów

Opis
przewodu

Sprawdzenie
geometrii anteny

Potwierdzenie
poprawności
geometrii anteny

Tryb określania geometrii
anteny

5)

Ustawianie parametrów analizy w polu dalekim. Przejść do zakładki Simulation/Far-
field directions i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Parametry te określają dokładność
obliczeń charakterystyki promieniowania anteny.

6)

Ustawianie parametrów analizy w polu bliskim. Przejść do zakładki Simulation/Near-
field points i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej.

Czynność ta określiła położenie punktów, w których wyznaczone zostaną wartości
składowych (x,y,z) pola elektrycznego i magnetycznego. Ponowne wybranie polecenia:

Wires/ 3D view of structure z menu głównego i zaznaczenie opcji Near-field pnts. Umożliwi
wizualizację położenia określonych punktów (rysunek poniżej).

7)

Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości. Przejść do zakładki Simulation/ Simulation i
uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Opcje symulacji (Simulation options) pozostawić
wyłączone. Uruchomić symulację przez wciśnięcie przycisku Start simulation.

8)

Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości (c.d.). Przejść do zakładki Results/Current i
załadować z pliku dane do analizy (przycisk Load data).

9)

Analiza anteny w dziedzinie częstotliwości (c.d.). Wcisnąć przycisk Plot I(f). W oknie
Plot selection wybrać parametry jak na poniższym rysunku.

Potwierdzenie wyboru (przycisk OK) spowoduje wykreślenie poniższej charakterystyki
częstotliwościowej. Określić optymalną częstotliwość przy pomocy narzędzia Marker/Screen
leader.

10)

Wyznaczanie rezystancji i reaktancji anteny w funkcji częstotliwości. Przejść do
zakładki Results/Current. Wcisnąć przycisk Plot I(f). W oknie Plot selection wybrać
parametry jak na poniższych rysunkach

Uzyskamy wykres przedstawiający rozkład rezystancji i reaktancji anteny w funkcji
częstotliwości.

Wyznaczyć wartość częstotliwości, dla której reaktancja wynosi 0.

11)

Analiza anteny w polu bliskim i polu dalekim. Przejść do zakładki Simulation/
Simulation i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej. Użyć częstotliwości wyznaczonej w
punkcie 10 Włączyć analizę w polu bliskim i polu dalekim (opcje symulacji -
Simulation options). Uruchomić symulację przez wciśnięcie przycisku Start simulation

12)

Wyznaczanie rozkładu prądu w antenie. Przejść do zakładki Results/Current.
Wcisnąć przycisk Plot I(x). W oknie Plot selection wybrać parametry jak na poniższym
rysunku

Uzyskamy wykres przedstawiający rozkład prądu w antenie:

13)

Analiza pola bliskiego anteny. Przejść do zakładki Results/Near-field, wcisnąć
przycisk Plot E(x), H(x) i uzupełnić pola jak na rysunku poniżej:

Obliczenia powtórzyć dla składowych x i y wektora pola elektrycznego. W wyniku analizy
uzyskamy następujący wykres:

Jakie wnioski wynikają z wykresu?

14)

Analiza w polu dalekim - wyznaczanie charakterystyki promieniowania anteny.
Przejść do zakładki Results/Far-field, wcisnąć przycisk Plot 3D i uzupełnić pola jak na
rysunku poniżej:

Uzyskamy następujący wykres trójwymiarowej charakterystyki promieniowania:

Przejść do zakładki Results/Far-field, wcisnąć przycisk Plot E(alfa) i uzupełnić pola jak na
rysunku poniżej

Uzyskamy następującą charakterystykę promieniowania:

Program 4nec2

1.

Zapoznać się z podstawową obsługą i działaniem programu 4nec2.

2.

Z biblioteki programu wybrać model anteny dipolowej (36dip.nec w folderze
HFsimple).

3.

Z menu programu otworzyć edytor modelowanego układu, wybierając najpierw edytor
geometrii w ustawieniach.

4.

Po zapoznaniu się z możliwościami edytora dokonać potrzebnych zmian w celu
uzyskania modelu dipola półfalowego. Dla uzyskania lepszego efektu wizualnego
należy po zamodelowaniu układu skorzystać z funkcji 3D (przycisk 3D w menu).

5.

Zapisać zmiany w pliku pod nową nazwą.

6.

Z menu wybrać polecenie Start optimizer.

7.

Wybrać funkcję Conv-test.

8.

Dokonać doboru odpowiedniej częstotliwości oraz liczby kroków.

9.

Uruchomić proces testowania za pomocą przycisku Start.

10.

Zapoznać się z otrzymaną charakterystyką oraz wyznaczyć kąt połowy mocy.

11.

Zapoznać się z możliwościami optymalizacyjnymi programu ze względu na
poszczególne parametry anteny (funkcja Optimize).

12.

Powtórzyć kroki 2 – 11 dla dipola cało- i ćwierćfalowego.

13.

Porównać otrzymane charakterystyki.

14.

Dokonać zmian w położeniu anteny względem ziemi (zmiana wysokości h w edytorze
modelu) oraz zaobserwować jego wpływ na charakterystykę promieniowania anteny.

15.

Zamodelować w podobny sposób układy z obciążeniami RLC (parametry podane
przez prowadzącego), dodając odpowiednie elementy w edytorze.

16.

Porównać otrzymane charakterystyki.

17.

*Opcjonalnie: Wykonać kroki 3 – 11 dla modeli LoopCirc20.nec (antena pętlowa)
oraz CoaxEnd.nec w folderze VHF Simple (przewód zakończony kablem
koncentrycznym).

18.

Porównać otrzymane charakterystyki z poprzednio otrzymanymi.

19.

Wykonać samodzielnie układy podane przez prowadzącego, nie korzystając z
bibliotek.

20.

Porównać charakterystyki z otrzymanymi za pomocą innych programów
symulacyjnych (WireMoM, MMana).

Sprawozdanie z ćwiczenia

Sprawozdanie powinno zawierać:

tabelkę z nazwą katedry, nazwą tematu, datą ćwiczenia i składem zespołu z

wyróżnioną osobą odpowiedzialną za sprawozdanie;

krótki wstęp teoretyczny dotyczący tematu;

otrzymane wykresy i charakterystyki;

porównanie otrzymanych wyników z wykresami teoretycznymi;

dokładne wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia;

opracowanie zagadnienia podanego przez prowadzącego.