MMANA : Diagramme de rayonnement d'antenne - Exemple d'utilisation

Depuis plusieurs années, des logiciels spécialisés dans le domaine de
la simulation d'antennes sont apparus certains d'entre eux sont
disponibles en version freeware. Parmi ces freewares, MMANA-GAL
développé par le radio amateur japonnais JE3HHT est l'un des plus
populaires.

Nous allons tenter de simuler une antenne dont la géométrie est simple par exemple un dipôle taillé pour la bande des 27 MHz.

Démarrons MMANA-GAL


En haut et à gauche de l'écran, on distingue 4 onglets: 'Geometry', 'View', 'Calculate' et 'Far Field Plot'.
C'est l'onglet dans lequel on se trouve au démarrage de MMANA. C'est
ici qu'on définit la géométrie de l'antenne, son point d'alimentation
et la fréquence sur laquelle la simulation sera faite.
On y verra l'antenne 'Calcultate': on y lancera la simulation et voir les résultas sous forme de chiffres 'Far Field'
C'est ici que devraient apparaître les résultats sous forme numérique et graphique

Il faut savoir que dans MMANA, les antennes sont définies comme un
ensemble de fils que dont on précise les coordonnées X,Y Z de leurs
extrémités. C'est exactement le même principe que de donner sa position
géographique en indiquant sa latitude (X), sa longitude (Y) ainsi que
son altitude (Z). Dans le cas du dipôle, l'antenne est constituée d'un
seul fil (qui est interrompu par le point d'alimentation). Nous allons
donc définir les coordonnées de ses 2 extrémités.


Géométrie de l'antenne analysée

Le dipôle est parallèle sur l'axe Y et à 5m de hauteur (Z=5m). Une de
ses extrémités sera positionnée à -2m68 et l'autre à +2m68 sur l'axe Y.


La première extrémité du dipôle est donc localisée en X=0, Y=2m64 et
Z=5m. Ces valeurs sont à taper sous X1(m), Y1(m), Z1(m). De même, on
définit les coordonnées de la seconde extrémité en X=0, Y= -2m64 et
Z=5m. Taper ces valeurs sous X2(m), Y2(m) et Z2(m).

On suppose ensuite que le diamètre du fil avec lequel le dipôle sera
construit a 2mm de diamètre, soit 1mm de rayon. On tape donc la valeur
1 dans la colonne R(mm).

Le dipôle est fonctionner sur la bande des 11m. On définit sa fréquence
de travail à 27.5 MHz. Le câble coaxial d'alimentation sera connecté au
centre de l'antenne.
Pour définir l'alimentation on écrit dans la case adéquate le texte W1C (='Wire 1 Center',en français au centre du fil numéro 1)

On termine par donner un nom à l'antenne.


Entrée des paramètres de l'antenne

A ce stade, l'antenne est complétement définie. Vérifions qu'on n'a pas
commis d'erreur en visualisant l'antenne dans le second onglet dénommé
'View'. Vous devriez obtenir une image semblable à la figure
ci-dessous. Assurez vous de sélectionner 'Free Space' (espace libre),
cela évite d'inclure dans la simulation l'effet du sol sur le
comportement de l'antenne.


Vue 3D sur le dipôle

Passons dans l'onglet 'Calculate' et assurons nous qu'il est semblable
à celui présenté sur la figure 5. Cliquons sur le bouton 'Start', et
vous devriez obtenir l'écran montré sur la figure 6.


Figure 5: lancement de la simulation


Résultats sous forme numérique


Les résultats apparaissent sous forme numérique dans cet onglet.
On remarquera que l'impédance du dipôle simulé proche des 72 ohms
prévus dans la théorie, le SWR (TOS) vaut environ 1.4 pour une
impédance de 50 Ohms de référence et un Gain de 2.13 dBi, soit
quasiment le 0 dBd.

Passons aux graphiques de diagramme de rayonnement en cliquant sur l'onglet 'Far Field Plot'.
La forme du rayonnement éléctromagnétique apparaît dans les graphiques
bien connus de la figure 7 et, en cliquant sur le bouton '3D FF', cette
information apparaît dans une vue 3D sur la huitième figure.


Diagrammes de rayonnement en azimuth et élévation


Diagramme de rayonnement en vue 3D

Voilà, nous sommes maintenant arrivés au terme de cette simulation.
J'espère vous avoir fait passer un bon moment à la découverte de ce
merveilleux logiciel...
73, L X 2 D X

Autre exemple :
Supposons qu'on désire simuler une antenne verticale quart d'onde 27
MHz installée au sol . C'est un simple brin de 2m59 de longueur, d'un
diamètre 20mm (rayon =10mm).

Il faut tout d'abord définir la géométrie de l'antenne
Point de départ du brin rayonnant aux coordonnées X1=0, Y1=0 et Z1=0.
Point final du brin aux coordonnées X2=0, Y2=0 et Z2=2m59
Point d'alimentation au départ du brin No 1 (w1b signifie 'Wire 1 Begin')


Définition de la géométrie de l'antenne originale


Sur le panneau 'View', l'antenne devrait apparaître comme sur la figure
suivante. On voit le brin vertical de 2m59, ainsi que le point
d'alimentation à la base de l'antenne.


L'antenne avec son point d'alimentation à sa base


Passons sur le panneau 'Calculate' et lançons la simulation. MMANA-GAL
trouve une impédance proche de 36 Ohm, sur 27 .5 MHz (à la résonance).


Résultats de la simulation


Passons dans le panneau 'Far Field Plots' et cliquons sur le bouton '3D
FF' afin de visualiser (en 3 dimensions) l'allure de son diagramme de
rayonnement.


Diagramme de rayonnement de la verticale quart d'onde


Modifions l'antenne en la raccourcissant à une longueur de 1m80 et
voyons si il est possible de faire résoner un brin aussi court sur 27
MHz en lui ajoutant un bobinage à la base (en fait, au niveau de son
point d'alimentation).

Commençons par modifier la géométrie en raccourcissant la taille du
brin rayonnant à 1m80 au lieu de 2m59 et insérons la bobine comme
indiqué en bas, à droite, sur la figure suivante.


Géométrie de l'antenne 'raccourcie'

Passons sur le panneau 'View'. Une croix rouge est apparue à la base de
l'antenne. Il s'agit du bobinage de 0.75 microHenry que l'on vient
d'ajouter en 'w1b' (là où est défini également le point d'alimentation).


Vue sur l'antenne modifiée


Lançons la simulation et voyons ce que cela donne :


Résultats obtenus pour la simulation de l'antenne modifiée


Bien que fortement raccourcie, l'antenne a été amenée à la résonance
sur 27.5 MHz. En fait, cette antenne trop courte a été artificiellement
rallongée par la bobine qu'on a insérée juste au dessus du point
d'alimentation. Le prix à payer est la chute de l'impédance qui passe
de 36 à 12.5 Ohms.

Son diagramme de rayonnement est très semblable à celui de l'antenne originale.



Diagramme de rayonnement de l'antenne modifiée

Finalement, vous me direz une bobine de 0.75 microHenry, d'accord, mais
où vais-je trouver cela ? A nouveau MMANA-GAL peut vous aider.
Cliquez sur le petit symbôle qui représente une clé et un marteau.
C'est la boîte à outils MMANA. Une nouvelle fenêtre apparaît. Dans
cette fenêtre, cliquez sur le panneau 'Coil'(ce qui signifie 'bobine').
Je vous laisse découvrir comment MMANA-GAL vous indique comment
fabriquer une bobine de 0.75 microHenry.
Une des solutions consiste à enrouler 5 tours de fils sur un support de
2.55 cm de diamètre, en laissant un espace de 1mm entre les spires.


Conception du bobinage


A bientôt et bonnes simulations,
73, L X 2 D X

Bonjour,

Superbe présentation !

Pouvez-vous développer la méthode pour définir qu'il s'agit d'une bobine de 0.75uF dans votre exemple ?

Avec quel calcul avez-vous déterminer cette valeur ainsi que le nombre 200 dont la fonction m'échappe un peu ?

Merci pour vos renseignement

Bonjour,

il faut contacter LX2DX en fait. Vous le trouverez sur
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