Antennenrechner: NEC-2 simulátor antén v prohlížeči

Rudolf Schuba, DA6BOC, publikoval webový simulátor antén Antennenrechner, který se používá bez registrace a bez instalace. Nástroj je vyvinut výhradně z open-source komponent a smí se používat bezplatně. Aktuální verze v době přípravy článku je 1.8.0-beta ze dne 11. října 2026. Autor výslovně upozorňuje, že za správnost výpočtů neručí: výsledky je třeba před stavbou ověřit a anténu vyladit na místě instalace.

Praktická hodnota nástroje spočívá v kratší cestě od nápadu k výkresu. Namísto lokální instalace 4nec2 nebo EZNEC a ručního psaní karet stačí zvolit typ antény, pásmo a stisknout tlačítko Starting values. Výsledkem je také hotový stavební plán v PDF.

Výpočetní jádro a architektura

Simulace běží na nec2c, což je překlad původního kódu NEC-2 z Lawrence Livermore National Laboratory do jazyka C (N. Kyriazis, verze 1.3.1, GPL-3.0). Jedná se o metodu momentů, stejnou jako v dobře známých programech pro drátové antény. Podle záznamu o verzi 1.0.0-beta nec2c běží v kontejneru Docker a zdrojový kód nec2c je součástí aplikace jako samostatný program.

Z hlediska provozu je zajímavé, že všechny knihovny a fonty jsou poskytovány z vlastního serveru, bez externích služeb. Od verze 1.2.0 má aplikace bezpečnostní hlavičky včetně Content-Security-Policy, omezení počtu požadavků na IP adresu a je určena k provozu za reverzním proxy. Limit jednoho výpočtu je 120 s a maximální velikost modelu 1500 segmentů. U velkých antén s mnoha přídavnými pásmy nebo vysokými frekvencemi je proto třeba počítat s delším časem výpočtu.

Podporované typy antén a frekvenční rozsah

Na výběr je dipól (včetně invertovaných V a Windem), EFHW a long wire, ground plane, yagi, moxon, delta loop, quad a volná geometrie z libovolných drátů. Modely z jiných programů (Help uvádí 4nec2 a EZNEC) se importují ze souborů .nec a aktuální model se rovněž exportuje. Projekt se ukládá jako soubor *.antenne.json na místní disk; na serveru se nic neukládá.

Od verze 1.6.0 přibyla mikrovlnná pásma 13 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm a 1,2 cm a frekvence do 30 GHz. Od 1 GHz uvádí stavební plán rozměry v milimetrech s rozlišením 0,01 mm. Na těchto frekvencích se místo feritových transformátorů používá plášťový balun (Sleeve balun) nebo přímé napájení koaxiálem.

Parabolická anténa (verze 1.7.0) se nepočítá v NEC-2, ale podle teorie apertury, protože reflektor má mnoho vlnových délek v průměru. Zadává se průměr a poměr f/D, nebo u stávající paraboly naměřená hloubka uprostřed od roviny okraje, ze které se f/D dopočítá. To je praktické při úpravě satelitní paraboly. Jako ozařovač lze zvolit can (kruhový vlnovod), patch nebo helix pro kruhovou polarizaci. Výstupem je zisk, šířka paprsku, první boční lalok, rozpis účinnosti a edge taper. Offsetové paraboly se zatím aproximují rotačně symetrickou parabolou stejné apertury, takže u nich jde jen o odhad.

Dostřižení a optimalizace

Po výpočtu se délka dolaďuje funkcí Trim to resonance, která upraví délku nebo obvod do rezonance; u Yagi do přizpůsobení hairpinům. Pro Yagi, Moxon a quad je k dispozici také Optimise, která zlepšuje zisk a předozadní poměr. Běží ve volném prostoru a trvá až přibližně 30s. Optimalizace bez vlivu země je kompromis: výsledek pro anténu v malé výšce nad zemí se může lišit a po optimalizaci je vhodné provést nový výpočet s reálným modelem země.

Model země se volí automaticky. Náročný Sommerfeldův výpočet se používá pouze pro antény nižší než 0,2 λ, nad touto výškou se použije sbližování přes koeficient odrazu, přičemž rozdíl je podle autora menší než 1,5 Ω.

Záložka Resonances

Širokopásmový sweep, ve výchozím nastavení od 0,4 do 3,5násobku střední frekvence, zobrazuje křivky SWR a impedance se zvýrazněnými amatérskými pásmy. Sériové rezonance (X = 0, nízká impedance) jsou označeny plným trojúhelníkem, paralelní (X = 0, vysoká impedance, typické pro EFHW) prázdným. Nálezy jsou v tabulce a v PDF. Help uvádí příklad, kdy se to hodí: zda je dipól pro 10 m použitelný i na 6 m nebo 4 m.

Přizpůsobení a baluny

Při režimu Automatic program vybere variantu s nejlepším SWR: přímé napájení, balun nebo Unun, vedení λ/4 nebo hairpin. Rozsah transformací je 1:1 až 64:1. Záložka Matching uvádí SWR pro každou možnost a údaje pro navinutí nebo délku vedení. Autor uvádí, že údaje pro navíjení balunů a ununů jsou běžné praktické hodnoty z radioamatérské praxe. U multibandových antén (EFHW, long wire, Windom) lze přes tlačítka pásem vyhodnotit přídavná pásma. Každé přídavné pásmo se počítá jako samostatný, přiměřeně segmentovaný model.

Výchozí rozměry Moxonu vycházejí z aproximačních vzorců L. B. Cebika, W4RNL, a korekce délky výložníku Yagi z aproximace podle DL6WU.

Rozhraní

Vzhled připomíná měřící přístroj: panel s 3D zobrazením, grafy a údaji, tlačítka pásem s kontrolkami a písmo B612, které Airbus a Intactile navrhly pro kokpitové displeje. Rozhraní, stránky Info i PDF se přepínají mezi němčinou a angličtinou. Pojmy s tečkovaným podtržením vysvětluje tooltip (na dotykových displejích klepnutí) a stejný výklad je v záložce Legend.

Ve 3D zobrazení se otáčí levým tlačítkem myši, posouvá pravým a přibližuje kolečkem. Vyzařovací diagram má barevnou škálu od −30 dB (modrá) po maximum (červená), volitelně i zabarvení drátů podle proudu. Právě rozložení proudu na prvcích je užitečné při diagnostice, proč se Yagi nebo quad chová jinak, než se čekalo. SWR do 1,5 je zelené, použitelné žluté a vysoké červené. Kromě toho program udává zisk v dBi i dBd, elevační úhel maxima (nízký pro DX, strmý pro NVIS), předozadní poměr, šířku paprsku v −3 dB a rozsah frekvencí se SWR pod 2.

Stavební plán v PDF

Tlačítko Build plan PDF vytvoří dokument s klíčovými údaji simulace, snímkem 3D pohledu v právě nastaveném úhlu, rozměrovým náčrtem, tabulkami modelových a řezných délek (u Yagi délky a rozteče všech prvků), seznamem materiálu a stavebními poznámkami. Obsahuje také doporučené přizpůsobení, křivky SWR a impedance, diagramy a případně přehled pásem a tabulku rezonancí. U paraboly přibude profil jako šablona žeber a rozměry ozařovače. Volba izolace vodiče ovlivňuje jen řezné délky: izolovaný drát se stříhá o něco kratší. Pokud se vstupy od posledního výpočtu změnily, PDF se před vytvořením přepočítá automaticky.

Omezení a doporučení

Simulace předpokládá volné okolí. Stožáry, budovy, stromy, napájecí kabel a skutečná země posouvají rezonanci a impedanci. Autor doporučuje stavět antény o 2 až 5 % déle a ladit je na výsledném místě na minimum SWR. Help dále upozorňuje, že po každé změně frekvence je třeba znovu stisknout Starting values.

Z historie změn lze vidět i praktický přínos zpětné vazby: verze 1.5.1 opravila chybu, při které byl napájecí bod EFHW a long wire v modelu až o 1,25 m pod zadanou výškou (8,75 místo 10 m na 80 m); chybu nahlásil DL2HXA. U dlouhých drátů tedy při starších výpočtech zvažte přepočet.

U důležitého projektu má smysl exportovat model do souboru .nec a porovnat výsledek v jiném programu, který tento formát čte, například v 4nec2.