如何模擬您的天線?MMANA-GAL 簡易入門
MMANA-GAL 是一種基於…矩陣法這是一款線狀天線模擬軟體,最初是 Black Cat System (一家專門開發業餘無線電軟體的公司) 的 MININEC 工具的一個插件,由德國的 DL2KQ 和 DL1PBD 撰寫,使用 Basic 語言,之後被拆分成獨立的軟體。它的免費版本(Basic)足夠讓我們分析 10k 段數、600 個饋電點,並查看 3D 波瓣圖、增益比、阻抗和 SWR 等資訊。
如果哈姆僅僅是想隨意嘗試製作(或設計)的 DP 天線、正 V 型、反 V 型、或折疊式振盪器等等。線狀 這個軟體對於天線的效能來說已經足夠了。如果你想要研究 GHz 波段中常用的拋物面天線,這個程式就不適合,請尋求 HFSS/ticra grasp 的協助。

下載與安裝
MMANA-GAL-Basic 檔案大小約為 3MB,雖然它很小,但功能完整。不過,這個軟體的語言選項並未包含簡體中文,網上可以找到語言包,按照指示將其放入指定的目錄後,重新啟動即可看到「簡體中文」選項。
打開程式,可以看到有「結構」、「視圖」、「計算」和「遠場圖」四個選項卡。這個軟體的用法步驟如下:

1. 在「結構」部分,說明您天線每個振子的座標(以三維空間坐標系),並指定饋電點的位置和負載量(如果有的話)。
2. 在「檢視」選項中確認形狀是否正確。
3. 在「計算」中確定與地面的高度和工作頻率,軟體開始模擬,或您可以指定優化目標,讓軟體調整部分結構(長度/粗細),以達到最佳的 SWR。
4. 在「遠場圖」中查看更多資訊,例如偏振方向、阻抗、SWR、仰角。
現在,我以一個簡單的共振天線,在20公尺頻帶中使用十字形天線(由友台BG5VCG提出的設計)為例來示範。
繪製結構
這個天線採用兩根長度為1/2λ的共振器,且彼此垂直(也就是有四個支架,每個支架長度為1/4λ),形成與地面平行的「十」字形結構。因此,我可以選擇一個 z=0 的平面。 考慮到它在 20m 或 14MHz 處共振,那麼每個共振器的支架長度就是 5 公尺。
MMANA-GAL 中最小的結構是「電線」。一些彼此相連的電線組成了「單元」。單元可以是倒V形、方框、三角形等。
第一個振動子,我將其視為空間中的一條線段,其兩端的座標分別為 (0, -5, 0) 和 (0, 5, 0)。這個振動子被命名為 wire1。
第二個振動器也是類似的,定義其端點座標為 (-5,0,0) 和 (5,0,0),並稱之為 wire2。
關於粗細,我預設為4mm。這裡使用的是絕對長度,如果已經連接到右上角的「波長」,就需要用λ的比值來描述振子的長度。當勾上「連接點联动」時,就會將相互交叉的振子進行電氣連接(相當於互相導電)。

左下角是供電點,因為我這裡沒有勾選「連接點联动」,所以需要兩根都供電。這裡的 w1c 指的是 wire 1 的 centre(線段 1 的中點)。如果你想在一端供電(例如 EFHW 天線),就可以填寫「w1e」表示「wire 1 的 end」。 電壓 Volt 保持預設值,沒有關係。
至於「自動分段」的DM1、DM2、SC、EC,我也不清楚它們是什麼…
確認視窗
這沒有什麼好說,在「結構」中輸入正確的座標,天線就會呈現簡化的樣子。中間的紅色圓圈表示饋電點。 z座標與地面垂直。

計算、檢視遠場圖
在「計算」選項卡中,我們可以設定地面的介電常數(dielec)、導電率(conduct),網路上有一些常見的生活材料的係數表,可以讓你模擬草坪、水泥地、沙灘沙土、金屬板等各種地面材料。在高頻14MHz的頻段,我建議使用2-4公尺的長度,如果頻寬低於10MHz,則應該選擇更長的長度。「材質」指的是振子的材料,它會因為趨膚效應和電阻率而影響縮短係數,從而略微影響最終的駐波比。

請記得,目標頻率也需要填寫。設定好後,我們按下「開始」按鈕進行測試。我這邊測試了兩次(第二次將頻率調整為14.05MHz),可以觀察到,起初具有輕微的容性電抗(jX是一個接近0的負數),之後也是略微容性但更接近0,這表示頻率確實偏低,調整方向是正確的。實部分的電阻R接近50Ω。相對於點狀天線的增益為5.98dB,前後比-1.84,水平極化。這些在遠場圖中也很明顯。可以看出,整體呈現一個「豬腰」形狀的波瓣(在遠場圖中切換V+H顯示,可以觀察到兩種極化方向的波瓣疊加)。


進階使用方法:
如果自己的天線參數不理想,可以考慮進行優化。大致的流程如下:設定優化目標(因變數)。在這裡,你可以用滑鼠拖動增益、前/後比、羊角、阻抗虛部、SWR等數字滑條。滑條的左邊表示最大值,右邊表示最小值,中間表示0(對於增益和前/後比這兩個)。或者也可以透過「詳細設定」按鈕來指定具體的數字。
然後,在參數設定中,您應該新增一個物件,選擇哪個軸(例如:電線/單元)的座標或粗細作為可優化的自變數。 「電容匹配」和「發夾匹配」主要用於八木天線的SWR調整,我對這兩個選項不太熟悉(心虛)。
覺得這裡的操作不太方便。如果電線是傾斜的,就無法對其總長度進行縮放,只能縮放某個軸的座標。

點擊「開始」按鈕,軟體應該能在幾秒內計算出最佳結果(並且自動修改「結構」選項卡的內容),您應該可以看到目前最佳情況下的新的 SWR、阻抗等結果。
其他技巧
您可以在「編輯 - 天線尺寸」選單中,快速調整單元的尺寸。
可以在每次在「計算」選項卡中進行模擬後,透過「頻率特性」按鈕查看目標頻率附近的駐波比情況,按下「所有點」或「詳細」,可以更精確地模擬左右的SWR曲線。「Z」選項卡也能直觀地看到複數阻抗變化情況。

在繪製導線時,如果您的天線結構具有一些常見的形狀(例如菱形天線、方框天線、圓環天線),您可以使用「單元編輯」選單快速新增這些結構,然後再針對個別導線進行微調。

此外,MMANA-gal 也可以儲存為 .maa 檔案格式,方便交換和查閱。
最後,推薦一本 ARRL 的《經典線天線設計》。
