用4NEC2设计天线(一) —— 双波段对数周期天线 [复制链接]

跟着老师学习天线设计

优化前需要对优化的项目、目标及权重等项目进行设置。优化的项目要根据天线的工作原理来确定。这个双段天线是以V段天线为基本结构，U段为3次谐波辐射，所以在本例中先在V段频率下对全部振子的长度进行优化，然后再在U段频率下对部分振子的长度或者全部振子的间距进行优化。

图片:优化3.png

窗口中 Weighting factors 的几个选项决定了在优化的时候目标项目的权重，以百分比表示，可以根据需要指定项目权重的百分比。
例如以驻波比、电抗、前后比为优化的目标，其中驻波比与电抗的要求高，前后比的要求低，则在相应项目下输入权重数值，驻波比权重100、电抗权重100、前后比权重50(或其他小于100的数值)。
数据为0时，表示优化时不以该项目作为优化的检测条件。

窗口中 Variable 栏中各个目标项目的含义如下：
SWR：驻波比
Gain：增益
F/B：前后比
F/R：前旁比
R-in：输入电阻
X-in：输入电抗
Eff.：效率

用鼠标右键点击数据框会出现一个菜单，菜单中的各项表示对这个项目的要求：
Minimize：要求最小。
Maxmize：要求最大。
Set Target：设定目标。选中后会弹出一个输入框，用于输入目标值。
Good enough：不知道咋说好，翻译成"够用就行"吧，不知道有没有见好就收的意思。选中后会弹出一个输入框，用于输入够用的目标值。
Freq.-sweep：频率扫描，选中后会弹出一个菜单。这个项目没做研究。

窗口中 Variable 栏里面是可进行优化的项目，也就是前面在 Symbols 选项卡设定的变量。点击变量名，该变量就进入旁边的 Selected 栏，表示是选中参与优化的变量。
窗口中其他的选项先不管他。
设定完优化目标和项目后，点击 Start 按钮开始运行优化程序。在优化优化结束之前，点击 Stop 按钮可以临时中止运行，改变一下运行参数，然后点击 Resume 按钮继续。
本例中以SWR最小和电抗最小为目标，优化振子长度和振子间距。
在确定优化项目的时候有一些讲究，最好根据天线的工作原理去选择，否则可能会优化出一个怪模怪样的天线。

优化的过程是按照顺序依次增减 Selected 栏中变量的值，改变一次就计算一次SWR和X-in，如果计算值与设定的目标值接近，则继续增或减变量值，直到计算值不再接近目标值，再改变其他变量进行计算。
优化结束后，可以看到Variable 栏中振子的长度L有所变化。将优化后的数据写入Symbols 选项卡中的变量，以备优化U段参数用。

图片:优化4.png

图片:优化5.png

将优化数据写入变量后再计算一次，得出下图的结果，比原始数据要好一些。

图片:优化6.png

V段的天线参数优化完了，下面进行U段的天线参数优化。在U段频率下进行优化有几种选择：
一. 保持振子长度不变，优化振子的间距。依据对八木天线优化的经验，振子间距对驻波比是有影响的。
二. 对天线中的部分振子的长度进行优化，因为对数周期天线的每一根振子都谐振在某一频率，改变部分振子的长度也就是改变了这部分振子的谐振频率，也会影响到天线的驻波比。而且根据以往的经验，对数周期天线前端几个振子的长度变化，对天线的驻波比影响不大，改变后驻波比仍然在可接受范围。至于对天线其他参数指标的影响可在试算中观察。
三. 对部分振子和间距进行优化。

从V段频率下振子上电流分布的情况看，靠近前端的几个振子上电流比较小，故推测对这几个振子做调整对V段的整体参数影响不大。所以选7-9号振子作为U段参数的优化对象，同时对振子长度和间距进行优化，选择的项目见下图。

图片:优化7.png

优化结束后，L和D的值有所变化。将优化后的数据写入变量，再计算一下，结果如下图。

图片:优化8.png

返回V段再计算一下，结果如下图。

图片:优化9.png

从V段和U段的计算结果看，驻波比均小于1.5，是可接受的范围，而且制作天线时还需要修剪，所以，计算结果可以作为制作数据使用。

顶礼膜拜高人。期待成品

把天线架高参数H设为10米，计算结果如下，其中蓝色为垂直波瓣，红色为水平波瓣。

图片:架高十米.png

至此双波段对数周期天线设计完毕，下一步就是实际制作，待开工后再上图片。

如果想要了解在一段频率范围内天线的性能，在计算的时候选择 Frequency sweep，在下面的 FR：这一行分别写入起始频率(Start)、终止频率(Stop)、步长(Step)，然后点击 Generate 开始计算。
V段频率范围：144-148MHz，步长0.5MHz

图片:扫描4.png

图片:扫描5.png

图片:扫描3.png

U段频率范围：430-480MHz，步长0.5MHz

图片:扫描1.png

图片:扫描2.png

图片:扫描3.png

好帖必须顶

如何仿真巴伦呢

杨立冬:如何仿真巴伦呢 (2020-10-31 19:31) 

这个软件好像不具备仿真巴伦的功能，搜了一下帮助文件，没有balun的相关内容。

4NEC2还有个图形编辑模块，按Ctrl+F3打开图形编辑窗口，显示的是当前天线模型的3维图形。

图片:图形编辑1.png

图片:图形编辑2.png

Grid(mtr)：网格数值
Res：复位
Zoom：图形缩放
Grid：网格调整
Seg’s：显示分段
Ends：显示端点
Wire-nr：显示导线序号
Tag-nr：显示标签号
Frequency：频率
Wavelength：波长
Snap to grid：捕捉到网格
Snap to wire：捕捉到导线
Use extended thin-wire kernel：使用扩展内核（关于扩展内核版主文件未见说明）

下图是不同象限里天线的投影图像。

图片:图形编辑3.png

图片:图形编辑4.png

图片:图形编辑5.png

点击那些快捷键图标，然后点击Add、箭头、Del图标，就可以对振子、激励源、传输线、环境等参数进行编辑和设定，选中某个振子后，该振子的参数显示在右边栏，可以在右边栏的相应数据框中输入数据，或者点击振子的端点拖动，均可以达到修改参数的目的。
点击铅笔那个图标后，会出现一个数据表，显示当前天线模型的几何结构数据。
参数设定完毕后，点击右边那个计算器图标进行计算。
注意：点击保存后，存储的全是数据，如果写有变量、公式，则这些变量、公式将被数据覆盖而不复存在。
重要的事情只说一遍，稍不留神就会对所做的事情追悔莫及。

新建天线模型时，点击菜单中的 Create 选项，可以直接建立一些复杂的图形，这比自己一点点输入方便多了，但无法写成变量和公式。
Rectangle：矩形
Rect-grid：矩形格栅
Circle：圆形
Helix：螺旋形
Radials：辐射状

之前想用这个软件做仿真，但网上找不到什么有用的教程，连英文版的都少见，非常感谢楼主的详细介绍。

好贴！顶 ！

我也觉得4NEC2容易使用先，以后重点学习这个软件。

但是要输入那么多数据，我去哪得到那么多数据啊？

bg7rff:但是要输入那么多数据，我去哪得到那么多数据啊？ (2021-09-08 07:24) 

天线模型的初步数据可以通过各种天线的几何参数计算公式得出，各种天线的计算网上能找到。

BG1TRP:天线模型的初步数据可以通过各种天线的几何参数计算公式得出，各种天线的计算网上能找到。 (2021-09-09 13:44) 

好的谢谢，找时间好好找找，