home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Hacker Chronicles 2 / HACKER2.BIN / 349.MN.DOC < prev    next >
Text File  |  1988-02-08  |  14KB  |  266 lines

  1.  
  2.               MININEC Antenna Analysis
  3.  
  4.     MN is an attempt to make the MININEC antenna analysis program easier to
  5. use, especially by amateur radio operators.  No changes have been made to the
  6. modeling algorithm contained in MININEC version 10, as released by the Naval
  7. Ocean Systems Center (except to fix a bug involving S-parameter loads), but
  8. substantial changes have been made in the way the program interacts with the
  9. user.  This note is just intended to help you with some of the new features.
  10. The easiest way to learn to use the program in the first place is by trying it
  11. out on the sample antenna files provided.
  12.  
  13.                 New Features
  14.  
  15.     The most important new feature is a provision for antenna files.  This
  16. allows the antenna characteristics to be captured from a text file instead of
  17. from the keyboard.  This saves you the considerable trouble of reentering a
  18. complicated antenna geometry by hand every time you start up the program.  It
  19. allows you to interrupt your work, save it away, and come back to it later when
  20. it is convenient, without having to start from scratch. It also allows you to
  21. build up your own library of designs, from which you can easily retrieve and
  22. modify antennas for new applications.  You can use any text editor to create
  23. the antenna file, as long as it comes out in ordinary ASCII characters.
  24. Commands are available for listing, loading, viewing, and editing antenna
  25. files.
  26.  
  27.     If you have a Hercules Graphics Card, or compatible monochrome graphics
  28. card, you can plot the azimuth and elevation directive patterns on your screen
  29. in polar form using the optional Plotting Program.  The standard ARRL log dB
  30. plotting scale is used, so that your patterns can be directly related to those
  31. in amateur antenna publications.  The plots are saved automatically and can be
  32. viewed at a later time without redoing the analysis.  A comparison mode allows
  33. you to switch screens instantly between the plots of two antennas, permitting
  34. very revealing comparisons.
  35.  
  36.     A new command has been added to compute gain, front-to-back ratio,
  37. maximum sidelobe level, and beamwidth.  You no longer have to extract these
  38. antenna parameters manually from the directive pattern data.
  39.  
  40.     You may specify the antenna dimensions in feet, inches, meters,
  41. centimeters, or millimeters.  Elevation angle (the angle with respect to the
  42. horizon) is used instead of zenith angle (the angle with respect to overhead).
  43. A file containing a record of the data generated during the antenna analysis is
  44. automatically created and given the same name as the antenna file, with the
  45. extension .RUN.
  46.  
  47.     The all-capital-letters printing style has been done away with, and
  48. upper or lower case is accepted from the keyboard.  Defaults are provided for
  49. most keyboard inputs and are indicated by [brackets].  Entering just a carriage
  50. return selects the default.
  51.  
  52.     MN will run either with or without an 8087 math coprocessor chip.  If
  53. it takes more than one minute to fill and factor the mutual impedance matrix,
  54. the program will beep when it is done to alert you that results are ready.
  55.  
  56.                 Antenna Files
  57.  
  58.     An antenna file must have the extension .ANT.  The antenna file can be
  59. specified as a command line parameter when starting the program; otherwise you
  60. will be prompted for it.  In either case you need not enter the .ANT extension,
  61. it will be supplied by the program.  The format is illustrated below by a
  62. sample file for a 3 element beam.  No comments are actually permitted within a
  63. file, but they may be added freely at the end.
  64.  
  65.  
  66. 3 element Yagi        {1 line title for the antenna}
  67. free space    {Can be any other character string for antennas over ground}
  68. 24.94 MHz        { "Hz", "KHz", or "GHz" may also be used}
  69. 3 wires, inches      { "feet", "meters", "centimeters", or "millimeters"}
  70. 10  0,-111.189,0  0,111.189,0  1    {For each wire: # segments, XYZ coords
  71. 10  -69,-117.666,0  -69,117.666,0  1     of each end, radius}
  72. 10  73,-108.144,0  73,108.144,0  1
  73. 1 source        {Number of sources (feedpoints)}
  74. 5,100,0            {Segment number, voltage, phase for each source}
  75. 0 loads            {Number of loads}
  76.  
  77.  
  78.     The numbers can be separated by any combination of spaces and commas,
  79. but not by tabs.  The words "wires", "source", and "loads" actually may consist
  80. of any character strings, but must be present.  Everything is case insensitive.
  81.  
  82.     X and Y are in the horizontal plane and +Z is up.  0 deg azimuth angle
  83. is in the +X direction, and 90 deg azimuth is in the +Y direction.  The horizon
  84. is at 0 deg elevation angle and +90 deg is overhead.  Unidirectional antennas
  85. are assumed to be aimed in the +X direction by the subroutine that computes
  86. gain, F/B, max sidelobe level, and beamwidth.  The Z coordinate can be set to 0
  87. if only free space modeling is performed.
  88.  
  89.                 Segments and Wires
  90.  
  91.     MN allows you to specify how many segments each wire is divided into
  92. for analysis purposes.  The more segments used the higher the accuracy, but the
  93. longer the analysis takes.  The number required depends on the complexity of
  94. the antenna and the accuracy of the results required.  Generally 6-10 segments
  95. per half wave are adequate for most purposes.  However, for each antenna you
  96. should verify that the number of segments chosen is adequate by trying a larger
  97. number to see if the results change significantly.  The number of wires is
  98. limited to 50, and the total number of segments to 100 (twice the number of
  99. segments as the original MININEC).
  100.  
  101.     Segments include internally generated logical jumpers between the ends
  102. of individual wires, as well as wire sections having finite length and carrying
  103. current.  Segments are also called pulses.  Two wires having their ends at the
  104. same XYZ coordinates will be considered to be connected by MN, and current will
  105. be allowed to flow between the two wires as if they were soldered together.
  106. For example, each loop of a cubical Quad antenna consists of 4 wires whose
  107. endpoints share some common coordinates.
  108.  
  109.                 Sources
  110.  
  111.     Feedpoints are called sources and are permitted at any pulse.  You must
  112. have the feed symmetry in mind when you divide the driven wires into segments.
  113. In the Yagi example above, the driven element uses an even number of segments
  114. (10).  One is consumed internally by MN, leaving an odd number for antenna
  115. currents (9), and thus a single central pulse at the feed point (pulse #5).
  116. The first time an antenna file is run the .RUN output file generated by MN
  117. should be examined to verify that the pulses have been distributed and numbered
  118. the way you intended.  In fact, the easiest way to figure out which pulse
  119. number to specify as the feed point is by making an initial guess, loading the
  120. antenna file, quitting, and then examining the antenna geometry section of the
  121. .RUN file to see how the segments really were allocated.
  122.  
  123.                 Loads
  124.  
  125.     You may specify up to 50 loads for one antenna.  This number is large
  126. to allow modeling of CCD antennas having many capacitors.  Here is an example
  127. of an antenna using one resistive load:
  128.  
  129.  
  130. ZL1ACW's big rhombic
  131. free space
  132. 24.94 MHz
  133. 4 wires, feet
  134. 25   -182.7 0 35      0 81.35 35   .00337    {.00337 is the radius of
  135. 25   0 81.35 35       182.7 0 35   .00337     #12 wire in feet}
  136. 25   182.7 0 35       0 -81.35 35  .00337
  137. 25   0 -81.35 35      -182.7 0 35  .00337
  138. 1 source
  139. 100,100,0
  140. 1 load
  141. resistor    {This may be anything other than "s-parameter" for RL/RC loads}
  142. 50,740,0    {Pulse #, load resistance, load reactance}
  143.  
  144.  
  145.     S-parameter loads may be specified also.  This allows complex frequency
  146. dependent loads to be modeled, unlike RL/RC loads whose reactance values do not
  147. vary with frequency.  Here is an example of one:
  148.  
  149.  
  150. W3DZZ trap dipole for 80 through 10 meters
  151. free space
  152. 14.150 MHz
  153. 4 wires, feet
  154. 10  0 -54 0   0 -32 0  .00337
  155. 10  0 -32 0   0   0 0  .00337
  156. 10  0   0 0   0  32 0  .00337
  157. 10  0  32 0   0  54 0  .00337
  158. 1 source
  159. 20,100,0
  160. 2 loads
  161. s-parameter
  162. 10,2        {Pulse #, order of s-parameter function}
  163. 0 1        {Numerator, denominator coefficents of s^0}
  164. 8.2 0        {    "           "          "       "  s^1}
  165. 0 4.92E-4    {    "           "          "       "  s^2}
  166. 30,2        {Second load ... }
  167. 0 1
  168. 8.2 0
  169. 0 4.92E-4    {Scientific notation allowed}
  170.  
  171.     The traps for this antenna are 8.2uH in parallel with 60 pF.  The
  172. S-parameter representation for a parallel LC circuit is:
  173.  
  174.     Ls/(1+LCs^2)
  175.  
  176.     L should be in uH and C in uF, since the program works in MHz
  177. internally.
  178.  
  179.                 Real Ground
  180.  
  181.     For antennas over ground the program will ask a series of questions to
  182. establish the ground characteristics.  You can specify up to seven different
  183. ground "media", each having its own dielectric constant and conductivity,
  184. distance from the antenna, and height.  In addition, MN can accomodate ground
  185. screens consisting of radials.  To model radials, enter 2 for number of media,
  186. circular for boundary type, and the length of the radial wires for the X
  187. coordinate of the next media interface.  Enter earth dielectric constant and
  188. conductivity for both media.  The effective impedance of the ground screen is
  189. then added in parallel to that of the first ground media.
  190.  
  191.     Usually the most suitable reference for an antenna modeled over real
  192. ground is not a dipole in free space, but a dipole or monopole having the same
  193. polarization over the same kind of earth, at the same height, and operating at
  194. the same frequency.  Earth reflection coefficients vary with polarization and
  195. frequency, as well as with dielectric constant and conductivity.  Expect to see
  196. negative gains in dBd terms at very low elevation angles, using realistic earth
  197. characteristics, for antennas that exhibit gain in free space.  (Remember that
  198. dBd refers to a dipole in free space, not to a dipole substituted for the test
  199. antenna.)  In particular, keep in mind that vertical antennas have very little
  200. response at elevation angles near 0 deg over real ground (even over salt
  201. water).  The same is true for horizontal antennas over all types of ground
  202. unless they are very high.  The file EARTH.DOC is included as a guide for
  203. choosing the conductivity and dielectric constant of your particular earth when
  204. modeling antennas over real ground.
  205.  
  206.                 Gain & F/B
  207.  
  208.     The routine which finds beamwidth and maximum sidelobe level, and which
  209. produces azimuth data for the plot, only searches the radiation pattern from 0
  210. to 180 degrees.  To save time, it does not search the 0 to -180 degree half of
  211. the pattern, which is assumed to be symmetric.  For antennas which do not
  212. possess mirror symmetry, you can make a second run with the Y coordinates of
  213. all wires negated to analyze the antenna in the missing half plane.  The
  214. pattern search is done in 2 degree steps, and for an elevation angle of 0
  215. degrees for free space models.  For antennas over ground, it prompts you for
  216. the elevation angle to use while searching.  If the maximum lobe is found at 0
  217. degrees azimuth angle (the normal case for unidirectional antennas aimed in the
  218. +X direction) then the 3 dB beamwidth is displayed.  If a sidelobe is found
  219. which is larger than the rear lobe then its level and angle are displayed.  If
  220. the main lobe is found at an angle other than 0 its level and angle are shown.
  221.  
  222.     The radiation pattern used in all cases is the total pattern, which is
  223. the RMS sum of horizontal and vertical components.  This is a realistic model
  224. for evaluating HF antenna performance on randomly polarized incoming skywave
  225. signals.  It also facilitates the analysis of imperfect antennas.  For example,
  226. quads show only about 25-30 dB front-to-side ratio due to incidental vertically
  227. polarized radiation from the out-of-phase sides of the quad loops.  In
  228. addition, the performance of Beverage antennas can be accurately modeled, since
  229. this antenna consists of a long horizontal wire which responds principally to
  230. vertically polarized signals, where the pickup of horizontal fields may reduce
  231. directivity.  Note that for linearly polarized antennas the magnitude computed
  232. for orthogonal polarization terms is typically down more than 130 dB in MN
  233. analysis, so that the use of the total horizontal and vertical field will not
  234. lead to inaccurate results where only the response at one polarization is
  235. desired.
  236.  
  237.                 Aborting Calculations
  238.  
  239.     Because some of the calculations can be quite time consuming, a
  240. provision has been made for aborting from various program loops by pressing the
  241. <Esc> key.  Aborting a calculation will not disturb any calculations already
  242. completed, and the order of calculation has been arranged so that the most
  243. interesting results are available first.  This allows you to use the abort
  244. feature to get faster results, as well as to escape from command mistakes.  For
  245. example, if you are only interested in obtaining input impedance, gain, or F/B,
  246. you may hit <Esc> after they are displayed to terminate the azimuth pattern
  247. search.  This search is done to find the beamwidth and maximum sidelobe level,
  248. and also generates data for the azimuth plot.
  249.  
  250.                 Editing Antenna Files
  251.  
  252.     Your favorite text editor or word processor may be invoked from within
  253. MN to edit the current antenna file.  The name of your editor should be placed
  254. in a file called MN.CFG.  MN will append the current antenna filename to the
  255. editor name and execute this string as a DOS command whenever the E command is
  256. entered.  After you exit the editor MN will reread the antenna file.  All
  257. antenna parameters will be reset to those in the newly edited file, so any
  258. temporary changes made using the Change commands will be lost.  The .RUN file
  259. is also overwritten each time the antenna file is read back in.
  260.  
  261.                 
  262.  
  263.                     Brian Beezley, K6STI
  264.                         507½ Taylor St.
  265.                     Vista, CA 92084
  266.