10. Краткий обзор существующих программных средств
10.1. Программы серии nec (winNec, miniNec, SuperNec) и другие программные средства для анализа проволочных структур.
Рассмотренные выше частные примеры электродинамического анализа ряда проволочных антенн (уединенных вибраторов, антенн «волновой канал», коллинеарных синфазных и фазированных антенных решеток) можно легко реализовать в универсальных пакетах, специально разработанных для расчета характеристик проволочных структур достаточно общего вида. К таким пакетам относятся, прежде всего пакеты серии NEC(версия для ДОС) , и их многочисленные вариации на основе того же вычислительного ядра (winNEC,miniNEC,SuperNEC,MANA, и других, напримерAWAS).
Давая краткую характеристику этим программным средствам следует , прежде всего, отметить следующее: математическая основа всех этих пакетов – решение интегрального уравнения (системы интегральных уравнений) относительно неизвестного распределения тока ( или системы токов, если речь идет об антенной решетке). При этом в вычислительном ядре присутствуют некоторые особенности, в частности пользователю есть возможность выбирать точность представления ядра интегрального уравнения (точное ядро, или т.н. приближение тонкого провода), что позволяет фактически выбирать между точностью и скоростью решения задачи. При вычислении полей излучения есть возможность учета реальных электрических характеристик земной поверхности (проводимость и диэлектрическая проницаемость). Отличительная особенность интерфейсов этих программ обусловлена современными операционными системами и постоянно прогрессируют, при этом вычислительное ядро практически неизменно. (Исключения составляют пакеты SUPERNECиFEKO, в которых метод интегрального уравнения дополнен методом геометрической или физической оптики).
Приведем примеры представления тех или иных объектов, электродинамический анализ (рис. 11.1).
Рис.11.1 Электродинамический анализ рупорной антенны в программе SuperNEC
Рис.11.2 Электродинамический анализ зеркальной антенны в программе SuperNEC
Как видно из приведенных примеров, с помощью проволочной аппроксимации можно аппроксимировать весьма разнообразные типы антенных конструкций и других электродинамических объектов. В частности, удается моделировать характеристики антенных систем, установленных на подвижных объектах
Следует отметить, что современные программы этой серии снабжены развитым постпроцессорным разделом, позволяющим представить ближнее или дальнее поле излучения в удобной форме.
10.2. 2D и 3d программные средства сапр антенн (mwo, mws, Ansoft hfss)
Существенным недостатком приведенного выше подхода к анализу антенн при всей его универсальности является невозможность представления и адекватного электродинамического анализа различных структур с неоднородным диэлектриком (микрополосковых антенн, фильтров и т.д.). Преодолеть это ограничение удается либо усложнением интегрального уравнения с ядром, учитывающим неоднородный диэлектрик подложки (как правило, бесконечно протяженный) или используя универсальный подход, основанный на непосредственном численным решении уравнений Максвелла тем или иным методом. Примером первого подхода является пакет MWOffice, второго -AnsoftHFSS,MWStudio. Нетрудно убедиться, что проволочные антенны (антенные решетки) в свободном пространстве могут быть проанализированы этими пакетами как частный случай. Следует отметить, что временные затраты и требования к вычислительным ресурсам в этом случае существенно жестче, чем для анализа с помощью проволочной аппроксимации и метода моментов.