收音机天线的电脑仿真

e3po · 发表于 2012-4-28 11:30:33

本帖最后由 e3po 于 2012-4-27 22:19 编辑

天线是收音机最关键的部分之一,  如果没有天线,  收音机就不能称为收音机了.

天线的结构很简单,  但是要分析它却需要做很多数学计算.

以前,  业余爱好者想比较精确地分析天线也找不到免费的软件来帮助仿真.

幸运的是,  美国政府每隔一端很长的时间就会公开一些密级比较低或者相对过时的技术,

NEC2 就是这些军转民的东西之一.

NEC全称Numerical Electromagnetic Code（数值电磁代码），是由美国加利福尼亚的劳伦斯&利沃诺实验室创建的。NEC是基于电场积分方程（EFIE）和磁场积分方程（MFIE）进行矩量

法计算的，计算出天线上各段的电流分布，从而得到天线的近场场强和远场的方向图及天线的输入阻抗、极化、轴比等电特性。

NEC软件都是基于EFIE和MFIE积分方程，进行求解天线电特性的，这些软件能够分析位于自由空间或无限大地面上的任意直导线组成的细线天线。

细线假设包括：
1) 线半径远小于工作波长和线长（a<<λ，a<<l ）;
2) 分段（每一小段）的长度均大于线半径（delta >a ），因此认为天线上只有轴向电流，而没有环向电流。

NEC2又称卡片式NEC，NEC2的程序主要由一些卡片参数控制，并且这些程序以文本的格式保存，比如保存为：*.nec的格式。
** 以前研究人员是在大型机上面输入卡片然后求解的, 结果也是打印出来的. 所以不要觉得奇怪.

NEC2的计算引擎是FORTRAN 90编译器，它采用三角形函数为基函数的伽略金矩量法（Galerking’s Procedure of Moment Method）。

从使用者的观点看，NEC2有三个主要的部分：
1.使用者把天线结构转换为模拟天线结构的数学描述的文本文件。
2.建立计算子，并用EFIE方程计算得到需要的参数。
3.结果以文本文件的形式输出，里面包含天线的结构描述、特定几何结构的分析结果和需要的天线电性能参数。

如果让咱们这些业余爱好者去用最原始的 NEC2 内核, 那绝对是要了很多人的老命.

万幸的是欧洲的工程师/爱好者 Arie Voors 先生开发和共享了一个优秀的用户端 4NEC2,
它可以让业余爱好者们通过容易得多的方式来使用 NEC2 . http://home.ict.nl/~arivoors/

"4nec2 is a completely free Nec2, Nec4 and windows based tool for creating, viewing, optimizing and checking 2D and 3D style antenna geometry structures and generate, display and/or compare near/far-field radiation patterns for both the starting and experienced antenna modeler.
"
http://home.ict.nl/~arivoors/

俺希望根据自己粗浅的认识,  通过一个结构简单的线天线让大家试着喜欢这个软件.

下面就是这个天线的模型

CM For CrystalRadio.Cn
CM 倒V天线的仿真
CM
CM
CM
CM
CE
SY H=0 '输入端的离地高度(米)
SY R=0.0005 '拉杆天线横截面的半径(米)
SY L=1.5 '拉杆天线的长度(米)
SY SEGS=201
SY ANG=150 '振子夹角
GW 1 SEGS -(L/2)*sin(ANG/2) 0 H-cos(ANG/2) -L/(2*SEGS) 0 H R 'Wire 1
GW 2 1 -L/(2*SEGS) 0 H L/(2*SEGS) 0 H R
GW 3 SEGS L/(2*SEGS) 0 H (L/2)*sin(ANG/2) 0 H-cos(ANG/2) R
GE 0
GN -1
EK
EX 0 2 1 0 1 0 0 'Voltage source (1+j0)
FR 0 0 0 0 100 0
EN

复制代码

您可以想象这是一张卡片, 上面的一些关键的字段描述了这个天线的数据.

附件里面就是
http://www.crystalradio.cn/forum ... jI1fDI3MTc2Mw%3D%3D

当天线两臂夹角从 30 度渐变到 330 度时, 天线的一些表现:

Run SWR Gain F/B F/R R-a X-a Eff. ANG
1-0 125.08 0.55 0 0 12.603 335.34 100 30
1-1 107.67 0.58 0 0 15.116 340.92 100 33
1-2 93.736 0.6 0 0 17.791 345.18 100 36
1-3 82.36 0.63 0 0 20.603 348.18 100 39
1-4 72.915 0.66 0 0 23.526 350 100 42
1-5 64.96 0.69 0 0 26.535 350.68 100 45
1-6 58.175 0.72 0 0 29.603 350.28 100 48
1-7 52.323 0.75 0 0 32.704 348.84 100 51
1-8 47.234 0.79 0 0 35.817 346.45 100 54
1-9 42.765 0.82 0 0 38.914 343.13 100 57
1-10 38.815 0.86 0 0 41.978 338.96 100 60
1-11 35.301 0.89 0 0 44.987 333.99 100 63
1-12 32.144 0.93 0 0 47.905 328.15 100 66
1-13 29.318 0.97 0 0 50.756 321.76 100 69
1-14 26.775 1 0 0 53.53 314.89 100 72
1-15 24.461 1.04 0 0 56.174 307.32 100 75
1-16 22.357 1.08 0 0 58.701 299.25 100 78
1-17 20.438 1.11 0 0 61.105 290.74 100 81
1-18 18.685 1.15 0 0 63.381 281.84 100 84
1-19 17.08 1.19 0 0 65.526 272.59 100 87
1-20 15.609 1.22 0 -0.01 67.544 263.08 100 90
1-21 14.261 1.26 0 0 69.431 253.34 100 93
1-22 13.023 1.3 0 0 71.192 243.42 100 96
1-23 11.887 1.33 0 0 72.828 233.37 100 99
1-24 10.845 1.37 0 0 74.344 223.23 100 102
1-25 9.8902 1.4 0 0 75.744 213.06 100 105
1-26 9.0154 1.43 0 0 77.034 202.9 100 108
1-27 8.2155 1.46 0 -0.01 78.22 192.79 100 111
1-28 7.485 1.5 0 0 79.303 182.76 100 114
1-29 6.8194 1.53 0 0 80.293 172.85 100 117
1-30 6.2143 1.55 0 -0.01 81.195 163.11 100 120
1-31 5.6657 1.58 0 0 82.013 153.57 100 123
1-32 5.1697 1.61 0 0 82.755 144.27 100 126
1-33 4.7227 1.63 0 -0.01 83.426 135.24 100 129
1-34 4.3213 1.66 0 0 84.03 126.52 100 132
1-35 3.962 1.68 0 0 84.573 118.13 100 135
1-36 3.6419 1.7 0 0 85.06 110.11 100 138
1-37 3.3577 1.72 0 0 85.494 102.5 100 141
1-38 3.1068 1.74 0 0 85.88 95.31 100 144
1-39 2.8865 1.76 0 0 86.222 88.582 100 147
1-40 2.6941 1.77 0 0 86.523 82.339 100 150
1-41 2.5273 1.78 0 -0.01 86.786 76.607 100 153
1-42 2.3841 1.8 0 0 87.014 71.411 100 156
1-43 2.2624 1.81 0 0 87.21 66.77 100 159
1-44 2.1605 1.82 0 0 87.375 62.705 100 162
1-45 2.077 1.83 0 0 87.512 59.235 100 165
1-46 2.0104 1.83 0 -0.01 87.621 56.373 100 168
1-47 1.9598 1.84 0 0 87.706 54.135 100 171
1-48 1.9243 1.84 0 0 87.765 52.528 100 174
1-49 1.9032 1.84 0 -0.01 87.8 51.562 100 177
1-50 1.893 1.86 0 0 87.523 51.072 100 180
1-51 1.9032 1.84 0 -0.01 87.8 51.562 100 183
1-52 1.9243 1.84 0 0 87.765 52.528 100 186
1-53 1.9598 1.84 0 0 87.706 54.135 100 189
1-54 2.0104 1.83 0 -0.01 87.621 56.373 100 192
1-55 2.077 1.83 0 0 87.512 59.235 100 195
1-56 2.1605 1.82 0 0 87.375 62.705 100 198
1-57 2.2624 1.81 0 0 87.209 66.77 100 201
1-58 2.3841 1.8 0 0 87.014 71.411 100 204
1-59 2.5273 1.78 0 -0.01 86.786 76.608 100 207
1-60 2.6941 1.77 0 0 86.523 82.339 100 210
1-61 2.8865 1.76 0 0 86.222 88.583 100 213
1-62 3.1068 1.74 0 0 85.88 95.31 100 216
1-63 3.3577 1.72 0 0 85.494 102.5 100 219
1-64 3.6419 1.7 0 0 85.06 110.11 100 222
1-65 3.962 1.68 0 0 84.573 118.13 100 225
1-66 4.3213 1.66 0 0 84.03 126.52 100 228
1-67 4.7227 1.63 0 -0.01 83.426 135.24 100 231
1-68 5.1697 1.61 0 0 82.755 144.27 100 234
1-69 5.6657 1.58 0 0 82.013 153.57 100 237
1-70 6.2143 1.55 0 -0.01 81.195 163.11 100 240
1-71 6.8194 1.53 0 0 80.293 172.85 100 243
1-72 7.485 1.5 0 0 79.303 182.76 100 246
1-73 8.2155 1.46 0 -0.01 78.22 192.79 100 249
1-74 9.0154 1.43 0 0 77.034 202.9 100 252
1-75 9.8902 1.4 0 0 75.744 213.07 100 255
1-76 10.845 1.37 0 0 74.344 223.24 100 258
1-77 11.887 1.33 0 0 72.828 233.37 100 261
1-78 13.023 1.3 0 0 71.192 243.42 100 264
1-79 14.261 1.26 0 0 69.431 253.34 100 267
1-80 15.609 1.22 0 -0.01 67.544 263.08 100 270
1-81 17.08 1.19 0 0 65.526 272.59 100 273
1-82 18.685 1.15 0 0 63.381 281.84 100 276
1-83 20.438 1.11 0 0 61.105 290.74 100 279
1-84 22.357 1.08 0 0 58.701 299.25 100 282
1-85 24.461 1.04 0 0 56.174 307.32 100 285
1-86 26.775 1 0 0 53.53 314.89 100 288
1-87 29.318 0.97 0 0 50.756 321.76 100 291
1-88 32.144 0.93 0 0 47.905 328.15 100 294
1-89 35.301 0.89 0 0 44.987 333.99 100 297
1-90 38.815 0.86 0 0 41.978 338.97 100 300
1-91 42.765 0.82 0 0 38.914 343.13 100 303
1-92 47.233 0.79 0 0 35.816 346.45 100 306
1-93 52.324 0.75 0 0 32.704 348.84 100 309
1-94 58.175 0.72 0 0 29.603 350.28 100 312
1-95 64.96 0.69 0 0 26.535 350.68 100 315
1-96 72.916 0.66 0 0 23.526 350 100 318
1-97 82.36 0.63 0 0 20.603 348.18 100 321
1-98 93.735 0.6 0 0 17.791 345.17 100 324
1-99 107.67 0.58 0 0 15.116 340.91 100 327
1-100 125.08 0.55 0 0 12.603 335.34 100 330

复制代码

至于经常被问起的, "天线的阻抗是多少欧", 相信看到这里您应该心中有数一些了吧.

http://www.crystalradio.cn/forum ... jI1fDI3MTc2Mw%3D%3D

ofmaple · 发表于 2012-4-28 11:46:25

不是一个专业的，我上学的时候，仿真过大气中ip（可吸入颗粒物）的浓度
还有我感觉没有硬件参与仿真，没有意思

e3po · 发表于 2012-4-28 11:51:45

wifi 天线也可以用 4NEC2 仿真。

e3po · 发表于 2012-8-17 04:04:37

突然想起这东西和 LTspice 可以一起玩

lgc150 · 发表于 2012-8-20 08:36:12

可以仿真wifi天线吗？

城北 · 发表于 2012-8-20 09:30:04

这个很深奥一时看不懂

e3po · 发表于 2012-8-22 14:56:18

lgc150 发表于 2012-8-19 16:36
可以仿真wifi天线吗？

为什么不可以 ?

wangge · 发表于 2012-9-20 12:03:53

看不懂。。。。。。。。。。。。。。

klb · 发表于 2012-9-24 17:41:02

about115 · 发表于 2012-9-30 08:35:54

看表哥，天线两臂夹角180度时，有个最大、最小的峰值，这表示的是啥意思呢？

网游侠 · 发表于 2012-10-2 01:54:56

简单的一个天线，学问却不小，有空的时候研究一下楼主发的资料

e3po · 发表于 2013-7-22 14:05:53

本帖最后由 e3po 于 2013-7-21 23:08 编辑

费了好多精力来写。

lgssdq · 发表于 2013-7-31 10:38:25

图文并茂，我还要深入的看看

zuiaidamao · 发表于 2013-8-26 16:42:45

这个看的头大~~~

e3po · 发表于 2014-4-3 00:34:52

看贴不回是很可耻的。

特别是那些伸手党。

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收音机天线的电脑仿真

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