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Tutorial para la simulacin de antenas con 4nec2 INDICE

1. Qu es nec2? ...............................................................................................................................2 2. Interfaz de usuario para 4NEC2 .....................................................................................................2 3. Facilidades de procesado ..............................................................................................................3 4. Modelado de la antena Geometry Edit ......................................................................................3 5. Verificacin del modelo .................................................................................................................7 6. Modelado de una antena usando el note PAD editor ..................................................................8 6.2 Estructura de una antena, distribucin de corriente y fase................................................... 11 6.3 Campo lejano. Representacin en 2D y 3D............................................................................ 13 6.4 Generar un bucle de frecuencias ........................................................................................... 14 6.5 Optimizacin de las caractersticas de la antena ................................................................... 18 6.6 Evaluacin de las caractersticas de la antena ....................................................................... 20 6.7 Anlisis de campos cercanos ................................................................................................. 20

1. Qu es nec2?Nec2 es un cdigo de computadora con cuya ayuda pueden ser representados las propiedades electromagnticas de las antenas . La abreviacin NEC significa Numeric Electromagnetic Code. Nec2. NEC2 est basado en la solucin numrica de las ecuaciones integrales para corrientes inducidas, en la estructura de una antena para fuentes y campos auxiliares. Adems NEC2 incluye un mtodo para modelar el suelo (Grounds), basado en las integrales de Somerfeld, y una opcin para cambiar las estructuras sin necesidad de repetir (la llamada funcin de Green numrica).

2. Interfaz de usuario para 4NEC2El usuario puede, en principio, dividir 4NEC2 en cuatro ventanas principales (entre parntesis se indica la tecla de acceso rpido): Main: La ventana Main los datos generales recogidos en los contenidos del archivo de entrada y salida NEC2. Las corrientes y tensiones se expresan en su valor eficaz. En esta ventana se pueden encontrar casi todas las funciones de NEC2, accesos como la creacin del diagrama de radiacin o un estudio de optimizacin y evaluacin de la estructura de la antena. Geometry: En esta ventana se crea la estructura geomtrica. Esta representacin tambin incluye fuentes de voltaje, lneas de transmisin y cargas. Pattern: Esta ventana representa el comportamiento de campos lejanos y cercanos. El diagrama de campos de campos lejanos se representa por defecto en coordenadas polares. Aunque se puede obtener representacin lineal o logartmica. Impedance: Esta ventana muestra la impedancia de entrada, la ROE y si se determina de antemano la relacin entre la frecuencia y una variable de cambio. Main (F2) Geometry (F3) Pattern (F4) Impedance (Imp / SWR / Gain F5)

3. Facilidades de procesadoBsicamente, hay dos formas de simulacin con NEC2. La primera forma es usar el editor geomtrico para desarrollar y modificar el modelado de una antena. Para que el usuario pueda optimizar y evaluar funciones, el modelo debe tener al menos una variable para optimizar. Estas variables se pueden editar slo en el bloc de notas o en el NEC2 editor (vase modelado de antena con Notepad editor).

4. Modelado de la antena Geometry EditCon Geometry Editor se establece la estructura geomtrica de la antena. Se hace de la siguiente forma: Una vez dentro de la ventana Main, en Settings, marcamos Geometry Edit. Despus de esto, si presionamos el botn Edit NEC and input file se muestra un ejemplo. ste aparece en una nueva ventana (Geometry Edit). Ahora, un nuevo modelo puede desarrollarse por separado en esta ventana pinchando en File-New. Para comprender mejor las propiedades de Geometry Editors veremos el ejemplo de modelado del dipolo /2. Antes de comenzar hemos de sealar algunos parmetros importantes: - Settings Length Unit Meters (en la ventana Main). - Options Set Segmentation medium (en la ventana Geometry Edit). Ahora se puede comenzar con el modelado: Especificar la frecuencia de diseo de la antena. Pondremos en la casilla frequency una frecuencia de 29.98 MHz (=10 m). Aadir hilos Crea un nivel XZ haciendo clic en el botn XZ. Luego debemos introducir el hilo, para ello presionamos el botn correspondiente (dibujo de hilo) y para habilitarlo presionamos el botn ADD, deberan activarse en verde la botn Add y la casilla Y(-). Ahora podemos introducir un cierto valor en Y que nos dar la altura o profundidad. En el ejemplo tomaremos una profundidad de 0m. El grosor de la rejilla podemos ajustarlo en la barra Grid que aparece en la esquina superior derecha. Para el ejemplo lo colocaremos en 0.1m. Ahora podemos, para el ejemplo, dibujar un hilo desde X=2,5m hasta X=-2,5m con un valor Z=5m arrastrando el ratn con el botn izquierdo pulsado entre los puntos deseados. El radio del hilo debe ser seleccionado, de momento, a 1mm. El tamao de la ventana podemos ajustarlo en la barra zoom que encontraremos en la esquina superior derecha.

Agregar una fuente Con el botn Add presionado, pulsamos el botn de la fuente a aadir (a la derecha del hilo). Si pinchamos una vez en cualquier punto de la ventana de edicin aparecer el smbolo de la fuente, sin levantar el dedo del botn izquierdo del ratn arrastramos hasta el punto deseado. En nuestro ejemplo lo colocaremos en el centro del hilo Y=0, Z=5, X=0. Las fuentes slo pueden situarse sobre los hilos. Para el ejemplo tomaremos una fuente de valor 1.0+j0.0 V y 1.0 V @ 0.0 deg (vase abajo a la derecha). Conductividad de los hilos Realizaremos nuestra antena con alambres de cobre. Para ello presionamos el botn load (smbolo RLC). Colocamos la carga en uno de los hilos, cerca de la fuente. Posteriormente cambiamos las condiciones del hilo Par RLC a Wire-Ld y seleccionamos cobre (copper). Veremos como el segmento apropiado del hilo se torna anaranjado. De esta forma aadimos una carga al hilo. Para que la estructura completa posea la carga, debemos cambiar Spot load por Whole struct. Ahora la estrucutura completa se tornar anaranjada. Si queremos cargar slo un hilo, debemos sealar single wire. Desplazar/voltear/escalar la antenas Ahora vamos a determinar el radio de la antena. Marcamos el botn Select object (flecha) y el botn wire geometry y seleccionamos un hilo, veremos como ste se torna de color rojo. Ahora introducimos, por ejemplo, un radio #7 para este hilo. En este modo, tanto los hilos como las fuentes y cargas pueden ser desplazados o volteados. Para ello slo debemos seleccionar el hilo. Determinacin de los parmetros de la tierra El programa, por defecto, representa la antena en espacio libre. Si queremos representarla sobre un plano de tierra debemos marcar el botn Ground params y escoger el tipo de tierra que deseemos entre Free Space, Fast ground, Perf ground, Real ground, Mininec gnd. Para el ejemplo tomaremos Real ground. Debemos determinar, a continuacin, los parmetros de la tierra. De estre todos los tipos de tierras ofrecidos elegiremos Clay/forest (Average) que indica un promedio entre tierra arcillosa y con vegetacin. Por defecto, la conductividad y la constante del dielctrico vienen fijadas a 0.005 S y 13 respectivamente. El resultado se muestra en la siguiente ilustracin:

Figura1: Dipolo /2 en el Geometry editor

Inicializacin a NEC2- Maschine y realizacin del patrn de radiacin para campos lejanos Para iniciar NEC2-Maschine presionamos el botn con smbolo de calculadora o F7 despus de guardar los datos. Nos aparecer una ventana con varias opciones para marcar. Si queremos producir el diagrama de radiacin para campos dejamos seleccionamos Far Field pattern. Seleccionamos la casilla full para obtener el diagrama de radiacin de aquella direccin en la que nuestra antena radia mejor y tomamos una resolucin de 5.

Figura2: Diagrama de radiacin para el dipolo /2

En Show NEC podemos ver el desarrollo del programa en NEC. La explicacin de cada instruccin individual se desarrollar en captulos posteriores. Si marcamos el botn Comment/Wire data podemos escribir comentarios que pudiramos considerar luego al principio del cdigo del programa. Los datos concernientes al nmero de segmentos as como al nmero de hilos los encontramos en segm-info. Las siguientes notas importantes deben ser consideradas al modelar la estructura de una antena: Los hilos deben conectarse por sus extremos. Aquellos que se aproximen sern automticamente interconectados. Por tanto, debemos evitar poner dos hilos demasiado cerca. Dos alambres no deben cruzarse ni atravesar el mismo rea, producindose errores graves al considerarse conectados. Cada hilo es dividido en segmentos individuales. The NECmaschine considera que en cada segmento se desarrolla la potencia de una sinusoide y que en la unin de los extremos de dos hilos se suman los flujos de ambos. Esto nos da un nmero finito de variables a determinar. La exactitud del resultado depende del nmero de segmentos, al igual que el tiempo de computacin.

5. Verificacin del modeloTras simular el modelo, la cuestin inevitable es si los resultados son correctos. Para comprobarlo hay, en principio, cuatro posibilidades. Se basan tanto en la experiencia del usuario como en los datos representados en la literatura (si se trata de una antena examinada anteriormente). Para un usuario que no posea conocimientos en ingeniera de alta frecuencia es muy difcil advertir si sus resultados no son correctos. A continuacin se muestran las cuatro posibilida

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