天线设计软件4nec2的简易教程(图解)

天线的制作

首先打开4nec2X.exe，出现程序主界面。

这里要说一下，这个软件用F2, F3, F4…F12…当做快捷键来调出相应的窗口。这是很方便的。F2就是主界面。（下面我会用F2之类的简称来说某个窗口）。

另外还有一点就是，一个窗口的调出有很多种方法，有时候我会挑最简单的来说，其它另外的方法大家可以自己研究。(图1)

我们要先建立一个，以.nec为后缀的文件，我们天线所有数据都会在这个文件里面。

要建立.nec文件，最简单的方法是Ctrl+F4，在跳出的窗口上的菜单里选，File àSave 然后取个你自己中意的文件名保存。就OK了。(图2)

保好后，就开始设计天线。在这里我以叠双菱为例来说。

先点Symbols,按下图填好数据（不明白的看下面详细说明和图解）。注意，下图的最左下角的Scaling里要点选Meters，也就是单位是要米，如果是英制的单位那就全乱套了。(图3)

下面的是先有一个变量（字母），再等号后面给出了数量，这个变量在后面优化天线的时候要用到。单位是米，所以0.030米也就是3厘米。

L=0.030 第一个双菱（振子）的泛义边长，为什么叫泛义边长呢，因为有下面G=0.00125的缘故，菱形的边长是不一样的。有些长有些短，但是这个L是个基数。

F=45双菱的(角度/2)这个角度是用来计算坐标用的

Z=L*sin(F)振子的Z坐标基数

Y=L*cos(F)振子的Y坐标基数

Ld=0.03第二个双菱（导向器）的边长(由于不需要Gap所以直接就是边长)

Zd=Ld*sin(F)导向器的Z坐标基数

Yd=Ld*cos(F)导向器的Y坐标基数

G=0.00225馈线接点处的间隔(Gap)的一半（说明一下，一般2mm直径的线做的双菱，中间的Gap是2.5也就是这个G应该是2.5+2的一半）

R=0.001铜丝线的半径

H=0.030反射面与振子中心点的距离

Hd=0.030导向器中心点与振子中心点的距离

RW=0.2反射面的宽

RH=0.2反射面的高

(图4)

接下来点Symbol 右边的Geometry，继续填上数据(图5)

注：

1.Type里常用的选项有:线、面以及镜像。镜像的作用从上面大家可以看出，我只要写出振子的第一第二这，通过X轴Y轴镜像就能形成一个完整的菱形。

2.Tag是线的序号，这个序号最好不重复。在Type是Mirror的时候，原Tag位置的这一列会变成T-Inc,这个是Tag-Increasing也就是Tag增加的意思，我们是四条边一起镜像的，那就是镜像一次序号要增加4。为较保险起见，我在镜像后把其它线的Tag直接从97开始。

3.Segs是线的分段，和我们关系不大，一般3cm的线长，你分个十段八段五段六段都行。

4.X1，Y1……这些是坐标

5.Radius是线的半径。

6.第8号序号的线坐标是(0,0,G)(0,0,-G)这个是馈线的接线的地方，必须要有这个的。在这里我用的线的半径是1mm，当然也可以用别的粗细，但是会影响SWR（驻波比）和增益。但实际上我们的馈线不是这种理想值的，所以设计和实际应用中肯定是不一样的，这样就无所谓了，直接填上铜丝的粗细好了。

7.第9号是反射面，每边分成20片段，后面的是三个角点的坐票。

接下来点Geometry右边的Source/Load，继续填上数据(图6)

Source：是源或电源。用Current电流或Voltage电压都行，这个有什么区别我还不清楚。后面的Tag就是要和前面Geometry中的，第8号序的线的Tag相对应。后面照抄吧，我也不清楚是什么用的，懒得去研究技术资料。要研究的可以去看上面蓝色的字，上图中有“Standard Current source”字样的地方，它会随着你点击的格子不同而出现不同的提示。

接下来点Source/Load右边的Freq./Ground

这里没有什么好说的，就只要写上一个频率就行了，我填上的是第6频段，因为这个频是无线路由用的最多的频段。这个频段的频率是2437MHz.详细的频率对照表如下。

OK至此，我们的双菱在软件上就做好了。别忘了保存一下。

现在让它计算一下再显示出来。点F2上的（没忘吧，这个是主窗口）计算器。（等算好后再点3D）(图7)

在下面窗口点选FarField Pattern，再按Generate进行计算。(图8)

这个算好后再算一个。还是点刚才的那个计算器。把下面的Frequencysweep点选上。再填上频段1和频段12的频率。（抄上面的表，注意把GHz要变成MHz，也就是小数点去掉好了。）(图9)

出来的结果如下：(图10)

(图11)

(图12)

下面是F9，如果显示和我的不一样，把右边中部的Hide-patt.改成Multi-color就能显示了。(图13)

第二次计算出来的结果比较出乎意料，见下图。不过这个在后面的优化之后会好的。(图14)

天线的优化

看下图F2，可以看到，其Impedance阻抗是54，不是很好。还有SWR驻波比也有点儿高1.44我们要做一个优化。点击优化图标(图15)

出现下面的F12窗口(图16)

在F12的左上角Function下面的下拉菜单里里有几种优化方式，我目前只用两种，一种是Optimize另一种是Evolve。Optimize是用穷举法来算的，Evolve好像是比较智能的方法来算。具体到底怎么回事，我不知道，我们也不用知道。

我们先选用Optimize。

在中部有Weighting Factors 权重，下面有SWR, Gain, F/B, F/R, R-in,X-in, Rad. 这表示我们优化的时候，侧重点是什么。一般情况下，用默认也可以了，我们也可以调节。SWR默认是Minize 最小值(右键SWR在出来的小菜单中有)，Gain默认是最大值。(图17)

我们就处理这两个值，让这两个的权重都是100好了，这个数值可以自己随意设，好像9999也可以。但那也没有什么意义。

再接下来把左边的变量点一下放进去。所有变量是可调的，这里我们就调六个数据。L, F, Ld, G, H和Hd，然后点Start开始优化。(图18)

注意，这时候你的电脑会很卡，因为CPU在全力运算的天线优化，长时间坐电脑前不利健康，现在起来动动，过几分钟等它运算好之后再回来。

好了之后，点Update NEC-File,重新取个文件名，比如“叠双菱-test2.NEC”不过这次优化的结果很不好，SWR有1.4462，所以要点Resume继续进行优化。(图19)

重复上面的，直到优化到比较满意才行。

比如SWR是一点零几。Gain差不多是14的样子。

下面讲另一种优化方法。

第二种优化Evolve，界面如下，（建议还是用这种方式，虽然有可能时间很长，但值得）在Function下的下拉菜单里选Evolve(图20)

然后点选L, Ld, H, Hd, G, F这六个变量，因为前四个和波长的四分之一有关系，所以我们手动限定比默认值要小的范围：0.026~0.033，G和F也按合理的范围设个值，其它的和Optimize 模式下一样。然后点Start。

这将是一个漫长的过程，当然，如果你的机器性能很好，也许会快一些。我的机器是花了74分43秒才算好的。（CPU AMD Turion MK-36, 1.99GHz, 内存1.37 GB）(图21)

看到的最后一个是最优的结果。第30组第5次，SWR是1.0072，Gain是14.05Dbi。这个结果应该是很满意了。(图22)

然后点击Update NEC-File，取个文件名保存。

现在来看看我们的成果。

在F2里重新读入这个文件，方法是Ctrl+O，然后找到这个文件存的路径点击打开。再计算Frequency sweep得出F5窗口。(图23)

然后接着计算FarField Pattern得出以下结果。(图24)

(图25)

(图26)

主窗口中的数据显示了这个天线的一些参数，阻抗是49.6±0.05,SWR是1.01增益是14.1Dbi (图27)