Vergleich NEC4-Simulation mit Messung

Es gibt inzwischen lang bekannte Simulationsprogramme für Antennenstrukturen. Aber wie genau sind die Simulationsergebnisse? Ein kleiner Versuch soll die Möglichkeiten an einer Stelle überprüfen. Der Aufbau soll überschaubar und handlich klein im Zimmer stattfinden.

Messung

Messaufbau mit Vektor-Netzwerk-Analysator (DG8SAQ) und Dipol. Die perfekte Erde ist eine Aluminiumplatte.

Auch wenn dieses Modell einfach aussieht sind einige Überlegungen erforderlich:

• Die Abmessungen des Reflektors als Erdersatz (25cm * 25cm) sind wohl gewählt.
  Einerseits ist das die kürzeste Länge für einen aperiodischen Reflektor in Längsrichtung
  des Dipols und andererseits breit genug um den größten Anteil der Steilstrahlung
  mit einem Öffnungswinkel von 100° zu reflektieren.
• Die Höhe des Dipols über Grund ist mit 1/4λ so gewählt, daß sich ein Strahlungsmaximum
  senkrecht nach oben ergibt. Jede Flachstrahlung würde einen größeren Reflektor erfordern
  und unberechenbare Reflektionen im Zimmer bewirken.
• Durch Wahl der Länge der Speiseleitung von ca. 1/4λ kann wegen der sich ergebenden
  Impedanztransformation auf einen Balun verzichtet werden ohne das Mantelwellen entstehen.
• Die Wellenlänge passt gut zum Gehäuse des Netzwerkanalysators. Diese Metallstruktur
  (Gehäuse) ist nicht resonant und führt daher sehr wenig Strom.

Simulationsmodell (NEC 4.1)

Die perfekte Erde ist hier grün, das Metallgehäuse des Netzwerkanalysators blau. Die Simulation ist mit 4NEC2 erstellt. Das Simulationsmodell (NEC4.1, 4NEC2). Der Strom ist nur zur besseren Darstellung eingeblendet und gilt für +50 dBm Sendeleistung.

 
Berechnetes Vertikal- und Horizontal-Strahlungsdiagramm. Der Dipol strahlt fast kreisrund nach oben mit einem 3dB-Öffnungswinkel von 120°.

Vergleich

Mit dem Netzwerkanalysator kann sehr einfach die Anpassung gemessen werden. Dies ist der eine Punkt der hier überprüft wird. Auf den Seiten über die LPDA bei DK0TE können Sie auch einen Vergleich des gemessenen horizontalen Strahlungsdiagramms und der Absolutfeldstärke einer Kurzwellen-Richtantenne mit der NEC2-Simulation sehen.

Messung der Anpassung des Dipols (S11) und Simulation (Mem1) in einem Diagramm.
Hier die Touchstone-Datei der Simulation und die Touchstone-Datei der Messung.

Ergebnis

Die Kurven im oberen Bild sprechen eigentlich für sich. Es handelt sich hierbei nur um die Anpassung aber diese verblüffende Übereinstimmung bestärkt das Vertrauen in eine Simulation mit NEC4.1 auch bei anderen Modellen.

Das eine NEC4.1-Simmulation sehr gute Ergebnisse liefert ist ja eigentlich keine Neuigkeit. Es kommt es bei diesem Vergleich mehr auf die Messung an. Nur eine gründliche Planung lässt eine genaue Modellierung und damit Vergleichbarkeit zu. Alle Umstände die sich nicht einwandfrei in einem Modell widerspiegeln lassen sind zu vermeiden.

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