Antennen-Simulator

Rechnet Drahtantennen mit NEC2 — dem Verfahren, auf dem auch EZNEC und 4nec2 aufsetzen. Aus Geometrie, Speisepunkt und Bodenmodell werden Fusspunktimpedanz, SWR, Gewinn und Strahlungsdiagramm.

Läuft lokal ab 1.41

Der Rechenkern ist Teil der App und braucht keine Internet-Verbindung. Bis 1.40 lud der Simulator die Web-Fassung von toolbox.funkwelt.net nach — unterwegs ohne Empfang war er damit das einzige Modul, das gar nicht startete.

Modul öffnen

Übersicht → Antennen-Simulator. Er übernimmt wie Logbuch, SSTV, Winlink und QTH-Locator das ganze Fenster; der Knopf Übersicht oben links führt zurück.

Links stehen Modell und Eingaben, rechts die Ergebnisse. Gerechnet wird mit Simulieren oder ⌘↩.

Eigene Antennen konstruieren

Der Simulator ist nicht auf Vorlagen festgelegt. Die Tabelle Drahtsegmente ist frei editierbar — eine Zeile je Draht:

Feld	Bedeutung
Tag	Nummer des Drahtes, muss eindeutig sein. Speisepunkt und Bauteile adressieren ihn darüber
Seg	In wie viele Rechensegmente der Draht zerlegt wird
X1/Y1/Z1 → X2/Y2/Z2	Anfang und Ende in Metern. Z ist die Höhe über Grund
R mm	Drahtradius in Millimetern
SP	Speisepunkt — Radio-Knopf setzt ihn auf diesen Draht, das Segment daneben

Drähte kommen mit + Draht hinzufügen dazu und gehen über das × wieder weg. Als Startpunkte gibt es zwölf Vorlagen: Leeres Modell (ein einzelner Draht), Dipol, Inverted-V, Inverted-L, EFHW, Windom, Groundplane, Quad-Loop, Delta-Loop, Delta-Loop mit Apex unten sowie Yagi mit zwei und drei Elementen. Alle Masse folgen der eingestellten Frequenz.

Die Vorlagen sind nachgemessen ab 1.42

Ihre Masse stammen nicht aus einer Faustformel, sondern aus Läufen gegen die Engine selbst — ein Dipol steht bei 0,968 λ/2, eine Quad-Loop bei 1,06 λ Umfang, eine Delta-Loop bei 1,066 λ. Die gerundete «eine Wellenlänge» Umfang, die man überall liest, ist zu kurz: Damit steht die Loop deutlich kapazitiv da. Die Delta-Loop mit Apex unten (24 % Basis oben, 2 × 38 % Schenkel) liefert direkt rund 50 Ω und braucht keine Anpassleitung.

Für Yagi, Moxon, HB9CV, Hexbeam, Spiderbeam, Magnetic Loop und EFHW lohnt der Umweg über den jeweiligen Rechner: Dort steckt die Spezialgeometrie samt Verkürzungsfaktoren, und Im Sim öffnen übergibt das fertige Modell — inklusive Abstimm-Kondensator bzw. Verlängerungsspule.

Konzentrierte Bauteile

Spule, Kondensator, Widerstand oder Serien-RLC lassen sich an jedes Segment setzen. Damit werden der Abstimm-Kondensator einer Magnetic Loop oder die Verlängerungsspule einer verkürzten Antenne Teil des Modells — ohne sie rechnet die Antenne ohne ihre resonanzbestimmende Reaktanz.

NEC-Decks importieren und exportieren

NEC-Datei öffnen … liest ein .nec-Deck ein, Als .nec sichern … schreibt das aktuelle Modell heraus — der Weg zu xnec2c, 4nec2 oder EZNEC.

Gelesen werden die Karten, die der Simulator auch selbst schreibt: CM/CE (Bezeichnung), GW (Drähte), GE, GN (Boden), LD Typ 2 (konzentriertes RLC), EX Typ 0 (Spannungsquelle) und FR (Frequenz samt Sweep-Bereich). Drahtradien werden von Metern in Millimeter umgerechnet, ein finiter Boden auf den nächstgelegenen Katalog-Eintrag gerundet — und wenn gerundet wird, steht das als Hinweis da.

Was der Import bewusst NICHT tut

Er überliest keine Karte still. Fremde Decks enthalten oft GM (Verschieben/Replizieren — bei Yagi-Decks die Regel), GS (Skalieren), GA/GH (Bogen, Helix), TL (Speiseleitung) oder NT (Netzwerk). Diese verändern Geometrie oder Speisung auf eine Art, die hier nicht nachgebildet ist. Würde der Import sie überspringen, käme eine plausibel aussehende, aber falsche Antenne heraus — und das merkt niemand, weil ja ein Ergebnis erscheint. Deshalb bricht der Import ab und nennt die Karten beim Namen. Für solche Decks ist xnec2c oder 4nec2 das richtige Werkzeug.

Boden und Höhe

Acht Bodentypen von Freiraum über Salzwasser, Süsswasser, Acker, Mittel, trocken/städtisch bis Wüste und perfektem Reflektor. Der Unterschied im Abstrahlwinkel ist sofort sichtbar — dieselben εr/σ-Werte wie in der Web-Fassung, damit beide vergleichbar bleiben.

Höhe über Grund verschiebt das ganze Modell senkrecht. Der tiefste Punkt landet auf dem eingetragenen Wert.

Modell-Prüfung

Vor dem Rechnen werden die NEC2-Segmentierungsregeln geprüft: Segmentlänge gegen λ/10, Segmentlänge gegen den Drahtradius, Drahtdicke gegen λ, doppelte Tags, Speisepunkt und Bauteile auf gültigen Segmenten, Drähte unter dem Boden.

Warum das nötig ist

NEC2 rechnet auch mit verletzten Regeln — es rechnet dann nur falsch, ohne zu warnen. Ein zu grob segmentierter Draht liefert plausible Zahlen, die um Dezibel danebenliegen. Faustregeln: Segmentlänge ≤ λ/10 und ≥ 8× Drahtradius.

Fehler blockieren den Lauf, Warnungen nicht.

Ergebnisse

Wert	Bedeutung
Impedanz	Fusspunktwiderstand und -reaktanz in Ohm. Negative Reaktanz = zu kurz, positive = zu lang
SWR (50 Ω)	Stehwellenverhältnis gegen 50 Ω
Gewinn	Grösster Gewinn in dBi
Erhebungswinkel	Wo die Hauptkeule liegt — flach heisst DX, steil heisst Nahbereich
Vor-Rück-Verhältnis	Nur bei Richtantennen aussagekräftig

Strahlungsdiagramm

Der Umschalter Schnitte / Räumlich wählt die Darstellung.

Schnitte zeigt Polardiagramme für Azimut und Elevation, in dB skaliert mit Ringen im Abstand von 10 dB; aussen liegt das Maximum. Der orange Punkt markiert die Hauptkeule, darunter steht der −3-dB-Öffnungswinkel.

Räumlich zeichnet den Strahlungskörper zum Drehen: Ziehen dreht, Scrollen zoomt, das Raster liegt in der Waagrechten. Darunter steht ein Farbbalken mit dB-Beschriftung.

Für die Farbskala gibt es zwei Wahlmöglichkeiten:

Skala	Wofür
Ein Farbton (Vorgabe)	Blau, hell nach dunkel. Kodiert den Gewinn zusätzlich über die Helligkeit — bleibt damit bei Rot-Grün-Schwäche und im Graustufendruck lesbar, und gleiche dB-Schritte sehen gleich gross aus
Regenbogen	Blau wenig, Rot viel — das gewohnte Bild aus EZNEC und 4nec2

Der Regenbogen ist wahrnehmungstechnisch der schwächere: Die Gelb/Cyan-Bänder erzeugen sichtbare Kanten, wo die Daten glatt sind, und er kodiert nicht über die Helligkeit. Vertrautheit ist aber ein echtes Argument, deshalb steht er zur Wahl. Die Einstellung bleibt erhalten.

Der Azimut-Schnitt wird durch die Hauptkeule gelegt. Kommt der Höchstwert mehrfach vor — beim Dipol im Freiraum etwa auf dem ganzen Ring quer zum Draht —, wird der aussagekräftigste Schnitt gewählt, nicht einfach der erste.

SWR über Band

Der Schalter SWR über Band rechnet einen Sweep und zeichnet die Kurve, mit Marke bei SWR 2 und der nutzbaren Bandbreite in kHz. Vorbelegt ist ±3 % um die Arbeitsfrequenz.

Anpassglied ab 1.42

Vor die Antenne lässt sich ein Anpassglied rechnen — wahlweise ein Übertrager mit festem Verhältnis (1:1, 4:1, 9:1, 49:1 für die EFHW) oder ein L-Glied aus zwei Blindelementen. Die Bauteilwerte stehen in µH und pF da, nicht bloss als Blindwiderstand; der Entwurf nimmt die Tiefpass-Lösung mit Reihenspule und Querkondensator, weil die Oberwellen dämpft statt sie durchzulassen.

Der Sinn liegt in der Kurve daneben

Auf der Entwurfsfrequenz steht nach dem L-Glied immer SWR 1,0 — das ist keine Leistung, sondern Konstruktion. Interessant ist, was am Rest des Bandes passiert: Ein L-Glied ist schmalbandig, ein Übertrager breitbandig. Erst der Sweep über das Band zeigt, ob die Anpassung im Betrieb trägt.

Gerechnet wird analytisch auf die simulierte Fusspunktimpedanz, nicht über NT- oder TL-Karten im Deck. Ein Anpassglied sitzt ohnehin zwischen Kabel und Antenne, nicht in der Antenne — das Ergebnis ist dasselbe.

Deck ansehen

Ganz unten lässt sich das erzeugte NEC2-Deck aufklappen — die Eingabe, die an die Engine geht. Praktisch zum Nachvollziehen und um zu sehen, was eine Änderung im Modell bewirkt.

Web-Fassung

Unter toolbox.funkwelt.net/antennensim läuft der Simulator weiter im Browser — mit 14 Vorlagen, 3D-Ansicht des Strahlungsdiagramms und derselben NEC2-Engine als WebAssembly. Praktisch zum Zeigen und für alle ohne Mac.

Engine

nec2c 1.3 von Neoklis Kyriazis 5B4AZ, eine C-Übersetzung des NEC2-FORTRAN-Codes aus dem Lawrence Livermore National Laboratory. Sie läuft als eigener Prozess neben HAM-Tools — ein Modell, das die Engine nicht verdaut, kostet damit eine Fehlermeldung statt der ganzen App.

Herkunft und Lizenz stehen in der App unter Einstellungen → Lizenz → Fremdkomponenten und auf der Lizenzseite.