Приглашение к разговору.

Пусть не обижаются на столь резкий заголовок сторонники программы, ибо программа расчета антенн, как и любой другой инструмент, должна быть точна, по крайней мере, должна обеспечивать точность расчетов, удовлетворяющую пользователя, независимо от того, профессионал он или любитель. 

Мне часто приходилось слышать лестные отзывы о программе, от автора и от попробовавших рассчитать антенны с ее помощью. Слышал и отзывы тех, кто проверял с помощью этой программы параметры уже построенных антенн. Скажу сразу: много лестных и также много нелестных отзывов.

Отзывы отзывами, но субъективное мнение допустимо высказывать только об интерфейсе программы, который, по моему мнению, намного удобнее интерфейсов даже профессиональных и полупрофессиональных программ. Когда же речь идет об инструменте, каковым является  программа MMANA, необходимо отбросить эмоции и обратить внимание на точность математических расчетов. Программа не может считать хуже или лучше, программа должна считать точно. Картинка  картинкой, а постройка реальной антенны всегда сопряжена с немалыми материальными затратами и если в расчетах будут допущены серьезные  ошибки, неизбежно возникнут материальные потери и недоверие к инструменту расчета.

Во первых, сразу отброшу отрицательные эмоции, возникавшие  в некоторые моменты работы с программой и умолчу о сказанном в ее адрес, когда программа “совершенно правильно” рассчитывала входное сопротивление и коэффициент усиления на отрицательных значениях частот, или когда например, появлялось отрицательное значение входного сопротивления. Может быть по недосмотру авторов, может по какой другой причине такая некорректность имеет место в некоторых случаях. Ясно, что такого быть в правильной программе не может и с математикой здесь явно не все в порядке.

Во вторых, не стану слишком сильно заглубляться в программу, анализируя резкие и непонятные скачки реактивной составляющей входного сопротивления при весьма незначительных изменениях геометрии антенн, ибо большая часть радиолюбителей все равно никогда не сможет проверить это на практике, хотя и знает, что такого тоже в правильной программе не может быть.

В третьих, постараюсь обратить внимание на странное поведение программы при использовании файлов из библиотеки MMANA, поскольку  так легче проверить выводы моих экспериментов.

В четвертых, все же выскажу мнение, что библиотека файлов имеет антенны, которые явно не соответствуют своим названиям, например, izotrop.maa. На самом деле эта антенна не является изотропным излучателем,  такового не существует в природе и название только вводит в заблуждение неискушенных пользователей.

Ну а теперь факты.

Поводом для тщательного анализа программы послужила попытка расчета антенны Бевереджа для диапазона 137 кГц. Полученный результат поразил воображение: Провод размером в длину волны на двухметровой высоте имел усиление 27 dBi , достижимое только в сантиметровом диапазоне с  помощью параболических антенн.

Не менее ошеломительный результат (усиление более 40 dBi на частоте 1,910 мГц ) имеет антенна beverage200.maa при уменьшении высоты подвеса до 0,3 метра. Эксперименты с сегментацией позволили найти “критическую точку”: при увеличении количества сегментов от 1 до 145  усиление антенны падало с 40 dBi  до 12,8 dBi при 145 сегментах . А при разбиении провода на 146 сегментов – всего минус 1,61 dBi, и дальнейшее увеличение количества сегментов практически не изменяло усиление. Геометрия антенны и “среда ее обитания” при этом абсолютно не изменялась. Самое интересное было то, что программа “обращала внимание”  не столько на заданную частоту в пределах 1,8 – 28 мГц, сколько на количество сегментов. Критическая точка для этой высоты подвеса находилась между 145 и 146 сегментами независимо от диапазона частот. При увеличении высоты антенны до 0.5 метра критическая точка стала проявляться уже при разбиении на 87 и 88 сегментов. В принципе, математически корректная программа не может допускать столь резкий скачок, если в ней не введены условности или не вкралась ошибка. Сообщив об этом автору русского перевода, И.Гончаренко, получил ответ: “Минимальная длина сегмента должна быть не более расстояния Бевереджа от земли. Все претензии по этому поводу к янкам, которые заложили такое ограничение во все до единого NEC-и” . Все ясно. При проверке это подтвердилось. Увеличение количества сегментов с 88 до 1000 не сказалось ни на составляющих входного сопротивления, ни на усилении, ни на диаграмме направленности. Хорошо хоть так.

В процессе работы с программой удалось выяснить, что явные ошибки проявляются при длине сегмента большей, чем 4,5  высоты подвеса антенны.   В большинстве случаев  соотношение длины сегмента к высоте подвеса, при котором появляются ошибки  -  4,59. Скорее всего, это какая - то  константа в алгоритме расчета.

Следующим непонятным поведением программы стало увеличение коэффициента усиления диполя при уменьшении высоты подвеса. Была проверена антенна dipol160.maa в диапазоне высот подвеса от 5 до 20 метров над реальной землей с очень плохими характеристиками. Вполне реальные условия для радиолюбительских антенн, бывает и ниже и хуже. Чтобы сразу избежать ошибок, плечи диполя были разбиты на 100 сегментов каждый. Геометрия антенны не изменялась.

Вот результаты расчетов.

Высота подвеса, м	5	10	15	20
Усиление диполя, dBi	13,86	10,52	9,06	8,16

Получилось, что на высоте 5 метров диполь на диапазон 160 метров имеет усиление 11,7 dB относительно того же диполя, висящего в свободном пространстве. Абсурд. Над идеальной землей изменение усиления антенны незначительно. В условиях свободного пространства программа работает почти идеально.

Похожие результаты получены и при исследовании других диполей на других диапазонах. По проведенным расчетам стало ясно, что программа дает более-менее приемлемые результаты (не противоречащие теории антенн) на высотах подвеса антенн не менее  длины волны над реальной землей.

Причина такой работы программы скорее всего в том, что алгоритм расчета не учитывает изменение закона распределения тока в вибраторе при сильном взаимном влиянии между вибратором и его зеркальным отображением для условий реальной земли. Об этой особенности при расчете антенн  можно прочесть в книге “Антенны” Г.З. Айзенберга. (изд. Радио и связь, 1985 год)

“Не дружит”  программа с высотой и в случае хороших направленных антенн, хотя здесь, чтобы сбить ее с толку, уже пришлось идти на явную провокацию. Например, антенна 5el20.maa на высоте 20 метров над той же реальной землей имела усиление 14,27 dBi (фантастическое усиление для длины траверсы равной 0,6 длины волны),  на высоте 10 метров – 12,45 dBi , а на высоте всего 0,5 метра уже 16,1 dBi. Не помогла разбивка элементов на множество сегментов. При расчете направленных антенн с меньшим количеством элементов некорректное поведение программы начинается на больших высотах. Например, у антенны 2el20.maa усиление снижается одновременно с уменьшением высоты до 2, 5 метров, а при еще большем уменьшении высоты начинает возрастать, достигая 30 dBi на высоте всего 10 см от земли. Влияние высоты подвеса на точность расчетов  уменьшается по мере увеличения числа элементов. И здесь подтверждаются выводы эксперимента с диполями, поскольку по мере увеличения количества элементов их взаимное влияние на закон распределения тока оказывается значительно большим, чем взаимное влияние между вибратором и его зеркальным отображением.

Это только основные  нюансы некорректной работы  программы, которые  попались мне на глаза. Справедливости ради, надо заметить, что и другие программы, использующие этот же алгоритм, такие как NEC3WIN, NEC4WIN, EZNEC, YAGIOPTIMIZER имеют свои “глюки”  и ошибки.

Но поскольку так сложилось, что MMANA стала самой раскрученной среди русскоязычных  радиолюбителей в силу своей  “халявности” и благодаря поддержке со стороны журнала “Радио”, то неплохо было бы собрать воедино замеченные ошибки и ограничения. Надеюсь, это поможет избежать “дров” конструкторам антенн в будущем. Иначе, придется потом вспоминать, что бесплатный сыр бывает только в мышеловке.

С уважением!