home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Antennas / Antennas_CD-ROM_Walnut_Creek_September_1996.iso / mininec / mn3docs / mntheory.doc < prev    next >
Text File  |  1996-06-30  |  6KB  |  146 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.      ELEMENTS OF MININEC THEORY
  6.      
  7.      MININEC solves a set of complex relations involving a number of
  8.      aspects of electromagnetic propagation. Detail understanding of these
  9.      is not necessary to make practical use of the program. However, a
  10.      basic understanding of the principles is helpful in setting up the
  11.      data input and run conditions for the program. Planning can reduce the
  12.      time needed for a run, can give the best accuracy, and lead to proper
  13.      interpretation of results.
  14.      
  15.      The following is not a complete exposition of the theory. For one
  16.      thing, it has been kept free of mathematics, only concepts being
  17.      covered. The actual program is based on the mathematics of
  18.      electromagnetic propagation. For full analysis, the following
  19.      (unclassified, general distribution documents) should be consulted:
  20.      
  21.      Mininec: a MINI-NUMERICAL ELECTROMAGNETICS CODE, Alfredo J Julian,
  22.      James C Logan and John W Rockway, Naval Ocean System Center Technical
  23.      Document 516, 6 September, 1982,
  24.      
  25.      The New MININEC (Version 3): A Mini-Numerical Electromagnetic Code, J.
  26.      C. Logan and J. W. Rockway, Naval Ocean System Center, Technical
  27.      Document 938. September 1986.
  28.      
  29.      Both of these are available from The National Technical Information
  30.      Service, 5285 Port Royal Road, Springfield, VA, 22161.
  31.      
  32.      The Basic Concepts
  33.      
  34.      Mininec deals with wires, or elements which are thin enough to be
  35.      treated as wires. For simplicity, wires are assumed to be straight.
  36.      Each wire is assumed to be divided into segments, such as -----, but
  37.      with the segments long enough to connect to each other. Note that
  38.      Mininec treats wire ends as being half-segments, so this wire would be
  39.      a 4-segment dipole.
  40.      
  41.      Somewhere in the assembly of wire segments which make up the antenna,
  42.      there must be at least a single segment which is fed by a current from
  43.      an external source. For example clarity, assume that there is a single
  44.      driven segment, and that this is the center segment of the lower of a
  45.      pair of wires, as =====.
  46.      
  47.      The radio frequency current flowing in this driven segment induces an
  48.      electric field in the surrounding space. The intensity of this is a
  49.      function of the distance and angle from the driven wire. A result of
  50.      the difference of intensity is that each of the segments of the top
  51.      wire sees a different intensity, maximum for its center segment and
  52.      decreasing towardd the ends. The field difference causes a difference
  53.      in the electric charge along the wire, that is, a potential difference
  54.      between one place to another.
  55.      
  56.      As a consequence of this potential difference, current will flow in
  57.      the segments of the top wire. Equally, there will be a potential
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63.  
  64.  
  65.  
  66.  
  67.  
  68.  
  69.  
  70.  
  71.      difference for the non-driven segments of the bottom wire, and current
  72.      flowing in each segment. Since current is now flowing in all segments,
  73.      each will produce a field component, and in turn, a current component
  74.      in all other segments. Solution of the antenna performance requires
  75.      that all of these currents be evaluated.
  76.      
  77.      Since the process relates to voltages and currents, it is convenient
  78.      to express their inter-relation in accord with the alternating current
  79.      version of Ohm's law, as:
  80.      
  81.           Current=Voltage/Impedance
  82.      
  83.      Where each of the three quantities has many components, one for each
  84.      wire segment for current and voltage, and the square of this number
  85.      for impedance.
  86.      
  87.      Mininec solves these relations from the antenna geometry, plus the
  88.      supplied driving current. In the process, it also provides data for
  89.      other important items, the major ones being:
  90.      
  91.           Driving Impedance
  92.           Input Power
  93.           Mutual Impedance
  94.      
  95.      Since the current in each segment is now known, and the geometry, the
  96.      radiation field can be calculated by array theory. This gives the
  97.      radiation pattern. Front/back and front/side ratios can be
  98.      calculated.
  99.      
  100.      Refinements
  101.      
  102.      A number of refinements are available. Two or more wires can be
  103.      connected at a point, to form antennas such as the "T". Impedances can
  104.      be introduced at any segment, as in loaded antennas or for impedance
  105.      matching.
  106.      
  107.      One of the important added faactors is the presence or absence of the
  108.      earth. Mininec assumes either that the earth is remote, or that the
  109.      part directly under the antenna is perfect. This corresponds to adding
  110.      a image antenna identical to the source, and underground by the
  111.      antenna height. However, the radiation pattern is  calculated either
  112.      for a remote earth, or for a near earth using provided earth
  113.      constants. An option for these is a perfect earth.
  114.      
  115.      Practical Computer Limits
  116.      
  117.      Storing the arrays used by Mininec, especially the impedance array,
  118.      takes memory. As a result, a given computer will have a limit to the
  119.      antenna complexity it can handle. Similalary, because of the enormous
  120.      number of computations necessary, Mininec will be slow when dealing
  121.      with antennas with a large number of wire segments.
  122.      
  123.      This matter of run time should not discourage use of Mininec on large
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.      problems. The solution is simply to accept the time necessary, and to
  138.      do something else while the computer is running. For example, for a
  139.      full scan of pattern versus frequency over an entire band, it is
  140.      convenient to start the run in the evening, and have the results the
  141.      next morning. (Just be certain that there is a surge protector on the
  142.      power line. An unninterruptable power supply is nice also, but a
  143.      re-run is just as good, and costs much less).
  144.      
  145.      See the file MNinput for hints on getting good accuracy with
  146.      reasonable time.