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Text File  |  1989-07-12  |  11KB  |  232 lines
  1.                                    Goettingen, den 18.August 1987
  2.  
  3.  
  4. WICHTIGER HINWEIS:
  5. ------------------
  6. DIESES PROGRAMM IST AUSSCHLIESSLICH FUER AMATEUR- UND  LEHRZWECKE 
  7. VORGESEHEN.  EINE GEWERBLICHE NUTZUNG DARF NUR MIT  SCHRIFTLICHER 
  8. GENEHMIGUNG DES AUTORS ERFOLGEN. 
  9.  
  10. DAS PROGRAMM DARF FREI KOPIERT UND WEITERGEREICHT WERDEN,  SOFERN 
  11. ES  IN ALL SEINEN BESTANDTEILEN UND EIGENSCHAFTEN  IM  ORGINALZU-
  12. STAND BELASSEN WIRD. AUSGENOMMEN HIERVON SIND EINTRAGUNGEN IN DEN 
  13. ORDNER  'TIPS'.  HIER  KANN DER  BENUTZER  TIPS,  ANREGUNGEN  UND 
  14. MEINUNGEN FUER NACHFOLGENDE ANWENDER HINTERLEGEN.
  15.  
  16. FUER DIE RICHTIGKEIT DER ANGABEN UND ERGEBNISSE, DIE IM ZUSAMMEN-
  17. HANG  MIT  DER  ANWENDUNG DIESES  PROGRAMMS  STEHEN,  WIRD  KEINE 
  18. GEWAEHR  UEBERNOMMEN.  DIE  BENUTZUNG DES PROGRAMMS  ERFOLGT  AUF 
  19. EIGENE  GEFAHR.  FUER HINWEISE UND MITTEILUNG EVENTUELLER  FEHLER 
  20. IST DER AUTOR JEDERZEIT DANKBAR.
  21.  
  22. Hinweis  fuer Funkamateure:  Tips,  Meinungen und  Verbesserungs-
  23. vorschlaege  werden  gerne entgegengenommen.  Ich bin  ueber  den 
  24. NORD><LINK-Digipeater   DB0FE  in  PAKET  RADIO   zu   erreichen. 
  25. Meldungen koennen aus der Mailbox DK0AUG abgerufen werden.
  26.  
  27.                                         Volker Grassmann, DF5AI
  28.                                         Hannoversche Str. 103
  29.                                         3400 Goettingen-Weende
  30.  
  31. -----------------------------------------------------------------
  32.         *************************************************
  33.         *                                               *
  34.         *  OLGA - OPTIMIERUNG LINEARER GRUPPENANTENNEN  *
  35.         *                                               *
  36.         *************************************************
  37.  
  38.  
  39.    EINLEITUNG:
  40.    -----------
  41.    Dies  Programm dient zur Planung und Analyse  von  Antennenan-
  42. lagen,  bei denen mehrere Richtstrahler zu einer Gruppe zusammen-
  43. geschaltet werden. Die Untersuchung beschraenkt sich auf folgende 
  44. Bauformen und Anordnungen:
  45.    - die  Einzelantennen  sind identisch  in  ihren  elektrischen 
  46.      Eigenschaften
  47.    - die  jeweiligen Einzelantennen werden gleichphasig  und  mit 
  48.      gleicher Amplitude gespeist
  49.    - die  Einzelantennen werden in gleichen Abstaenden  montiert,    
  50.      wobei die Hauptabstrahlrichtung senkrecht zur  Antennenzeile 
  51.      erfolgt
  52.  
  53.  
  54.                             Strahlrichtung
  55.                                    ^
  56.                                    |
  57.                    _._       _._       _._       _._
  58.                    _|_       _|_       _|_       _|_
  59.                    _|_       _|_       _|_       _|_
  60.  
  61.                     1         2         3         4
  62.                     <----a---> <----a---> <---a--->
  63.  
  64. Die Skizze verdeutlicht das Schema,  wenn z.B.  vier Antennen  im 
  65. jeweiligen Abstand a angeordnet werden.  Es sei an dieser  Stelle 
  66. schon darauf hingewiesen, dass auch symmetrische Flaechenbelegun-
  67. gen auf indirektem Wege untersucht werden koennen,  so dass  z.B. 
  68. eine 4*4-Antennengruppe (zwei Antennen nebeneinander,  Abstand a, 
  69. zwei  Antennen uebereinander,  Abstand b) Gegenstand der  Analyse 
  70. werden kann. Dazu beschraenken Sie die Untersuchung zunaechst auf 
  71. zwei  Antennen.  Ist  ein  optimaler  Stockungsabstand  gefunden, 
  72. speichert man diese Anordnung als neue Einzelantenne ab. In einem 
  73. zweiten  Schritt  koennen Sie nun  die  Zusammenschaltung  zweier 
  74. dieser 'Einzelantennen' analysieren.  Die Methode der sukzessiven 
  75. Anpassung  ermoeglicht  auch die Untersuchung  komplizierter  An-
  76. ordnungen,  bei denen z.B.  vier Antennen nebeneinander  montiert 
  77. werden,  die  aeusseren  beiden aber einen anderen  Abstand  auf-
  78. weisen,  als die inneren beiden. Beachten Sie bitte, dass bei der 
  79. Zusammensetzung solcher Antennengruppen die Abstaende aber  nicht 
  80. mehr die Entfernung der Antennen untereinander  angeben,  sondern 
  81. die Entfernung der 'elektrischen Mittelpunkte'.
  82.  
  83.    GEGENSTAND DER UNTERSUCHUNG
  84.    ---------------------------
  85.    Zunaechst  muessen  Sie dem  Programm das  Diagramm  des frag-
  86. lichen  Antennentyps mitteilen (fuer die Ebene, in der die Stock-
  87. ung vorgenommen werden soll).  Wie Sie eine solche  Antennendatei
  88. zu erstellen haben, erfahren Sie weiter unten.
  89.  
  90.    Anhand  dieses  Antennendiagramms kann  fuer  unterschiedliche 
  91. Antennenanzahl und Abstaende das Gesamtdiagramm berechnet werden. 
  92. Neben  der  graphischen  Darstellung wird  auch  eine  numerische 
  93. Analyse    vorgenommen,    die   die   Lage    der    -3dB-Punkte 
  94. (Oeffnungswinkel), Vor-Rückverhaeltnis, Nebenkeulenunterdrueckung 
  95. usw.   ausgibt.  Das  Gesamtdiagramm  wird als  Produkt  aus  dem 
  96. Einzeldiagramm und dem sogenannten Gruppenfaktor  errechnet.  Der 
  97. Gruppenfaktor ist das Diagramm,  welches Sie erhalten,  wenn  Sie 
  98. Ihre  Richtantennen durch Punktstrahler  ersetzen.  Der  Gruppen-
  99. faktor  (eine etwas unglueckliche Bezeichnung,  denn  es  handelt 
  100. sich  ja  nicht nur um eine Zahl,  sondern  eine  Funktion)  kann 
  101. ebenfalls dargestellt werden.  Neben diesen  Einzeluntersuchungen 
  102. sind  die Kenngroessen der Gruppenantenne auch als  Funktion  des 
  103. Abstandes auszugeben.
  104.  
  105.    KENNGROESSEN
  106.    ------------
  107.    Die  Antennendiagramme werden stets als  Winkelverteilung  der 
  108. normierten  elektrischen  Feldstaerke behandelt und  in  linearer 
  109. Darstellung ausgegeben.  Die in den Diagrammen eingetragenen  dB-
  110. Werte  beziehen sich hingegen auf das Leistungsdiagramm  (Quadrat 
  111. der  Feldstaerke).  Daher  liegt das -3dB-Niveau  nicht  bei  0.5 
  112. (halbe Feldstaerke), sondern bei 1/SQR(2) (halbe Leistung).
  113.  
  114.    Als  Oeffnungswinkel werden die Lagen der -3dB-Punkte  bezueg-
  115. lich der Hauptstrahlrichtung bezeichnet.
  116.  
  117.    Als Nebenkeulenunterdrueckung wird die Absenkung des groessten 
  118. Nebenmaximums bezueglich der Hauptkeule bezeichnet.
  119.  
  120.    Die  P(rozent)-Werte geben an,  welchen Anteil ein  bestimmter 
  121. Winkelbereich an der gesamten abgestrahlten Leistung besitzt.  So 
  122. bezeichnet der P(3dB)-Wert,  wieviel Prozent der Leistung  inner-
  123. halb  des 3dB-Öffnungswinkels abgestrahlt werden.  Beachten  Sie, 
  124. dass sich der Oeffnungswinkel mit dem Antennenabstand aendert, so 
  125. dass diese Groesse nicht auf einen konstanten Winkelbereich Bezug 
  126. nimmt.  Daher steht eine zweite P-Groesse zur Verfuegung, bei der 
  127. Sie  einen Abstrahlwinkel vorgeben koennen.  Diesen  sollten  Sie 
  128. nicht  zu  gross waehlen,  damit der  spezifizierte  Winkelsektor 
  129. innerhalb  der Hauptkeule bleibt und nicht Strahlungsanteile  der 
  130. Nebenkeule erfasst.
  131.  
  132.    Die  Gewinnangaben  beziehen  sich stets  auf  einen  Isotrop-
  133. strahler.  Die ausgegebenen Werte sind Schaetzwerte, die zwar auf 
  134. Grund bestimmter Ueberlegungen und Gesetzmaessigkeiten  berechnet 
  135. werden, dennoch aber nur eine begrenzte Bedeutung haben. Fuer die 
  136. Berechnung des Antennengewinns (zumindest fuer die Direktivitaet) 
  137. muesste  das  vollstaendige raeumliche (!)  Antennendiagramm  zur 
  138. Verfuegung stehen.  Hingegen sind die Betrachtungen hier nur  auf 
  139. eine  Ebene  beschraenkt,  daher  ist  eine  zuverlaessigere  Er-
  140. mittelung des Antennengewinns nicht moeglich.  Es wird allerdings 
  141. angenommen,  dass das E-Diagramm der Einzelantenne identisch  zum 
  142. H-Diagramm ist,  so dass immerhin noch eine Information zu  einer 
  143. weiteren Ebene beruecksichtigt werden kann.  Der Gewinn wird z.Z. 
  144. angenaehert  durch  folgende Schaetzformel  (siehe  Literaturhin-
  145. weis):
  146.  
  147.                               41253
  148.                       G =  -----------
  149.                            Phi * Theta
  150.  
  151. wobei Phi und Theta fuer die Oeffnungswinkel einer  idealisierten 
  152. Antenne  stehen.  Die beiden Winkel werden im Programm durch eine 
  153. numerische  Integration  der  Diagramme  gewonnen.  Phi  ist  das 
  154. Integral  des  Leistungsdiagramms der  Einzelantenne,  Theta  der 
  155. Integralwert  fuer  das  Gesamtdiagramm.  Integriert  werden  die 
  156. Feldstaerkequadrate  von 0 bis 2*Pi.  Die Graphik wird mit  einem 
  157. Fragezeichen  versehen,   sollte  die   Nebenkeulenunterdrueckung 
  158. groesser -13dB werden.
  159.  
  160.    ERSTELLUNG EINER ANTENNENDATEI
  161.    ------------------------------ 
  162.   Die  Eintragungen  einer Antennendatei bestehen  aus  folgenden 
  163. Angaben:
  164.    1.Zeile:  eine  Kurzbeschreibung des Antennentyps (in  Anfueh-
  165.              rungszeichen, max.25 Buchstaben)
  166.    2.Zeile:  Frequenzangabe (in MHz) und der von Ihnen  vermutete 
  167.              Gewinn in dBiso. Letztere Angabe hat keinen Einfluss 
  168.              auf  die  Berechnungen,  soll  Ihnen  aber  auf  den 
  169.              Graphiken zur Verfuegung stehen
  170.    weitere Zeilen: Winkelwert, elektrische Feldstaerke 
  171.  
  172.    Sie sollten bestrebt sein, moeglichst viele Stuetzstellen fuer 
  173. das  Antennendiagramm anzugeben.  Insbesondere sollte die  Haupt-
  174. keule genuegend Datenpunkte aufweisen,  ferner sollten alle Null-
  175. stellen  des  Antennendiagramms enthalten sein.  Falls  ein  sym-
  176. metrisches  Antenndiagramm vorliegt,  genuegt die  Spezifizierung 
  177. einer Haelfte.
  178.  
  179. Winkelangaben: falls   Sie  das  Diagramm  vollstaendig   angeben 
  180.                koennen,  beginnen Sie bei -180 Grad und enden Sie 
  181.                bei +180 Grad.  Bei halben Diagrammen koennen  Sie 
  182.                waehlen:  von -180 Grad bis 0 Grad oder von 0 Grad 
  183.                bis +180 Grad.  Wichtig:  die jeweiligen 180-Grad-
  184.                Werte muessen unbedingt vorhanden sein, ebenso der 
  185.                0 Grad-Wert.
  186. Feldstaerke  : Geben Sie die Werte im linearen Mass an (keine dB-
  187.                Werte!).  Das absolute Strahlungsmaximum muss sich 
  188.                bei  0  Grad befinden.  Die Werte  muessen  jedoch 
  189.                nicht normiert sein (1 bei 0 Grad),  das  Programm 
  190.                nimmt die Normierung selbststaendig vor, geben Sie 
  191.                also z.B. cm-Werte einer Abbildung ein.
  192.  
  193.    Eine Antennendatei koennen Sie mit einem Texteditor anfertigen 
  194. oder auch Programmgesteuert anfertigen.  Folgendes Listing bietet 
  195. eine Loesung fuer GfA-BASIC:
  196.  
  197. filename$="Parabeam.ant"
  198. antennentitel$="Parabeam XYZ"
  199. freq=144.3
  200. gewinn=13
  201. datenpaare%=88
  202. '
  203. OPEN "o",#1,filename$
  204. WRITE #1,antennentitel$
  205. WRITE #1,freq,gewinn
  206. FOR i%=1 TO datenpaare%
  207.   READ winkel,feld
  208.   WRITE #1,winkel,feld
  209. NEXT i%
  210. '
  211. CLOSE #1
  212. '
  213. DATA -180,0.23
  214. DATA -178,0.183
  215. usw.
  216.  
  217.    Am  besten  Sie  schauen in  eine  bereits  vorhandene  Datei. 
  218. Vergessen Sie nicht,  Ihre neu geschaffenen Daten in den OLGA.ANT 
  219. Ordner zu transferieren. Bei der Weitergabe des Programms muessen 
  220. Sie  Ihre  Daten selbstverstaendlich nicht  loeschen,  die  nach-
  221. folgenden Anwender werden es danken.
  222.  
  223.    LITERATUR
  224.    ---------
  225. ANTENNEN I,II,III (Adolf Heilmann),  BI  Hochschultaschenbuecher, 
  226. Band 140, 534, 540, Mannheim 1970 
  227.  
  228.  
  229.                                         Volker Grassmann, DF5AI
  230.                                         Hannoversche Str. 103
  231.                                         3400 Goettingen-Weende
  232.