如何仿真你的天线?MMANA-GAL简易入门
MMANA-GAL是一款基于矩阵法的线状天线仿真软件,最早是Black Cat System(一个搞业余无线电软件算法的公司)的MININEC工具的一个插件,德国的火腿DL2KQ和DL1PBD编写,使用Basic语言,后面拆分出来成为单独的软件。它的免费版(Basic)足够让我们分析10k段数、600馈电点,并且查看3D波瓣图、增益比、阻抗和SWR等。
如果ham只是想突发奇想看看自己做的(或设计的)DP天线/正V/倒V/折合振子等线状 天线的性能,这个软件足够用了。如果你想研究Ghz波段常用的抛物面天线,这个程序不适合,请找大佬借HFSS/ticra grasp (

下载和安装
MMANA-GAL-Basic 只有3MB左右大小,麻雀虽小五脏俱全。不过软件的语言不包括简中,网上有语言包,按提示扔到指定目录,重启就能看见中文(简体)选项了。
打开程序,可以看见有结构、视图、计算、远场图四个选项卡。这个软件的使用步骤是:

1.在“结构”中描述你天线的每一个振子(在三维空间坐标系)的坐标,并且指定馈电点在哪里、负载多少(如果有)
2.在“视图”中确认形状是否正确
3.在“计算”中确定距离地面高度、工作频率,软件开始模拟,或者你可以指定优化目标,让软件调整一部分的结构(长度/粗细),以达到最佳的SWR
4.在“远场图”中查看更多信息,比如极化方向、阻抗、SWR、仰角。
现在我以一个简单的谐振在20m波段的十字形天线(友台BG5VCG提出的设计)为例来演示。
画结构
这个天线是两根1/2λ长度振子正交的简单结构,(或者说具有四臂,每臂长度为1/4λ),形成一个与地面平行“十”字形,那么,我就可以取一个z=0的平面。考虑到它谐振在20m,或者说14Mhz,那么振子每一臂就是5m长。
MMANA-GAL里面最小的结构是“导线”。一些互相有电气连接的导线组成了“单元”。单元可以是一个倒V,方框、三角等。
第一个振子,我将其作为一个空间中的线段,它的两端坐标是(0,-5,0),(0,5,0),这个振子称作wire1。
第二个振子也类似,定义其端点坐标是 (-5,0,0) (5,0,0),称作wire2。
关于粗细,我默认4mm。我这里用的是绝对长度,如果你勾上了右上角的“波长”,就需要用λ的比值来描述振子长度。勾上“连接点联动”,就会把相互交叉的振子进行电气连接(相当于互相导电)。

左下角是馈电点,我这里因为没有勾“连接点联动”,就需要两根都馈电,这里馈电点的w1c意思是wire 1 的center(线段1的中点)。如果你想在一端馈电(比如EFHW天线),就可以填“w1e” 表示“wire 1 的end”。电压Volt保持默认,没啥关系。
至于“自动分段”的DM1 DM2 SC EC我也不知道是啥……
确认视图
这没啥好说,在“结构”里填对坐标,天线的简化模样就出来了。中间的红圈表示馈电点。z坐标和地面垂直

计算,查看远场图
在“计算”选项卡,我们可以设置地面的电介常数(dielec)、电导率(conduct),网上有一些常见生活材料的系数表,可以让你模拟草坪、水泥地、海滩沙土、金属板等各种地面材料。高度在14Mhz频段我推荐2-4m,如果10Mhz以下应该更高些。“材质”指的是振子的材料,它应该是会因为趋肤效应和电阻率而影响缩短系数,从而略微影响最终的驻波比。

记得频率也需要填目标频率。设置好后之后我们就按一下“开始”,试一试。我这里试了两次(第二次把频率改为14.05Mhz),可以看到,一开始具有略微的容性电抗(jX是一个接近0的负数),后面也是略微容性但更接近0了,说明频率确实偏低,调整方向是对的。实部分的电阻R接近50Ω。相比于点状天线的增益为5.98dB,前后比-1.84,水平极化。这些在远场图里看得也很直观。可以看出这总体是一个猪腰子形状的波瓣(在远场图中切换V+H显示,可以看出两种极化方向波瓣的叠加)


进阶用法:
假如自己的天线参数不理想,可以考虑最优化。大致过程是:设定最优化目标(因变量)。这里你可以用鼠标拖动增益、前后比、羊角、阻抗虚部、SWR等数字滑轨。滑轨左边是表示最大,右边表示最小,中间表示0(对于增益、前后比这两个)。或者也可以通过“详细设置”按钮来指定定具体数字。
然后参数那儿,你应该添加一个对象,选择对导线/单元的哪个轴的坐标或者粗细作为可优化的自变量。“电容匹配”“发夹匹配”主要用于八木天线的SWR调优,这俩选项我也不大会用(心虚)
觉得这里做的不大好,如果导线是斜着的,你没法对它的总长度缩放,只能缩放某个轴的坐标)

按一下“开始”,软件应该在数秒内就能够解算出最优化结果(并且自动修改“结构”选项卡里的值),你应该能看到当前最优化情况下新的SWR、阻抗等结果。
其他技巧
可以在编辑-天线尺寸菜单中,快速缩放单元尺寸。
可以在每次在“计算”选项卡里仿真后,通过“频率特性”按钮查看目标频率附近的驻波比情况,按“所有点”“详细”可以更加精确地模拟左右的SWR曲线。“Z”选项卡也能够直观地看到复数阻抗变化情况。

在画导线时,如果你的天线结构有一些常见模样(比如菱形天线、方框天线、圆环天线),可以通过“单元编辑”菜单快捷添加这些结构,然后再对个别导线进行微调。

另外MMANA-gal是可以保存成.maa扩展名的文件的,方便交换查阅。
最后,推荐一本ARRL的《经典线天线设计》
