Antennenrechner: NEC-2-Antennensimulator im Browser

Rudolf Schuba, DA6BOC, veröffentlichte einen webbasierten Antennensimulator Antennenrechner, die ohne Registrierung und ohne Installation genutzt werden kann. Das Tool wird ausschließlich aus Open-Source-Komponenten entwickelt und darf kostenlos genutzt werden. Die aktuelle Version zum Zeitpunkt der Erstellung des Artikels ist 1.8.0-beta vom 11. Oktober 2026. Der Autor weist ausdrücklich darauf hin, dass er keine Gewähr für die Richtigkeit der Berechnungen übernimmt: Die Ergebnisse müssen vor dem Aufbau überprüft und die Antenne am Installationsort abgestimmt werden.

Der praktische Wert des Tools liegt in dem kürzeren Weg von der Idee bis zur Zeichnung. Anstatt 4nec2 oder EZNEC lokal zu installieren und die Karten manuell zu schreiben, wählen Sie einfach den Antennentyp und das Band aus und drücken Sie die Schaltfläche Startwerte. Das Ergebnis ist ebenfalls ein fertiger Bauplan als PDF.

Rechenkern und Architektur

Die Simulation läuft auf nec2c, einer C-Übersetzung des ursprünglichen NEC-2-Codes vom Lawrence Livermore National Laboratory (N. Kyriazis, Version 1.3.1, GPL-3.0). Dies ist die Methode der Momente, die gleiche wie in den bekannten Programmen für Drahtantennen. Laut 1.0.0-Beta-Release läuft nec2c in einem Docker-Container und der nec2c-Quellcode ist als eigenständiges Programm Teil der Anwendung.

Aus betrieblicher Sicht ist interessant, dass alle Bibliotheken und Schriftarten vom eigenen Server bereitgestellt werden, ohne externe Dienste. Ab Version 1.2.0 verfügt die Anwendung über Sicherheitsheader, einschließlich Content-Security-Policy, einer Begrenzung der Anzahl von Anfragen pro IP-Adresse, und ist für die Ausführung hinter einem Reverse-Proxy konzipiert. Die Grenze einer Berechnung beträgt 120 s und die maximale Größe des Modells beträgt 1500 Segmente. Bei großen Antennen mit vielen zusätzlichen Bändern oder hohen Frequenzen muss daher mit einer längeren Berechnungszeit gerechnet werden.

Unterstützte Antennentypen und Frequenzbereich

Es besteht die Wahl zwischen Dipol (einschließlich invertiertem V und Windom), EFHW und Langdraht, Masseebene, Yagi, Moxon, Delta-Schleife, Quad und freier Geometrie beliebiger Drähte. Modelle aus anderen Programmen (in der Hilfe werden 4nec2 und EZNEC erwähnt) werden aus .nec-Dateien importiert und das aktuelle Modell wird ebenfalls exportiert. Das Projekt wird als *.antenne.json-Datei auf der lokalen Festplatte gespeichert; Es wird nichts auf dem Server gespeichert.

Seit Version 1.6.0 wurden Mikrowellenbänder von 13 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm und 1,2 cm und Frequenzen bis 30 GHz hinzugefügt. Ab 1 GHz sind im Bauplan Maßangaben in Millimetern mit einer Auflösung von 0,01 mm aufgeführt. Bei diesen Frequenzen wird anstelle von Ferrittransformatoren ein Hülsenbalun oder eine direkte koaxiale Einspeisung verwendet.

Eine Parabolantenne (Version 1.7.0) wird nicht im NEC-2 berechnet, sondern nach der Aperturtheorie, da der Reflektor viele Wellenlängen im Durchmesser hat. Es werden Durchmesser und f/D-Verhältnis eingegeben, oder im Falle einer bestehenden Parabel die in der Mitte von der Kantenebene gemessene Tiefe, aus der f/D berechnet wird. Dies ist praktisch beim Ausrichten der Satellitenschüssel. Als Strahler kann Can (Zirkularwellenleiter), Patch oder Helix für Zirkularpolarisation gewählt werden. Die Ausgabe ist Verstärkung, Strahlbreite, erste Nebenkeule, Effizienzzusammenbruch und Kantenverjüngung. Versetzte Parabeln werden derzeit durch eine rotationssymmetrische Parabel gleicher Apertur angenähert, es handelt sich also nur um eine Schätzung.

Trimmen und Optimieren

Nach der Berechnung erfolgt die Feinabstimmung der Länge mit der Funktion „Auf Resonanz trimmen“, die die Länge bzw. den Umfang auf Resonanz anpasst; am Yagi mit Haarnadeln anzupassen. Optimize ist auch für Yagi, Moxon und Quad verfügbar, wodurch die Verstärkung und das Front-to-Back-Verhältnis verbessert werden. Es läuft im freien Speicherplatz und dauert bis zu etwa 30 Sekunden. Eine Optimierung ohne Einfluss des Bodens stellt einen Kompromiss dar: Das Ergebnis für eine Antenne in geringer Höhe über dem Boden kann abweichen, und nach der Optimierung empfiehlt es sich, eine erneute Berechnung mit einem realen Bodenmodell durchzuführen.

Das Erdmodell wird automatisch ausgewählt. Die anspruchsvolle Sommerfeld-Berechnung wird nur für Antennen kleiner als 0,2 λ verwendet, oberhalb dieser Höhe wird die Näherung über den Reflexionskoeffizienten verwendet, während die Differenz laut Autor weniger als 1,5 Ω beträgt.

Registerkarte „Resonanzen“.

Der Breitband-Sweep, standardmäßig vom 0,4- bis 3,5-fachen der Mittenfrequenz, zeigt SWR- und Impedanzkurven mit hervorgehobenen Amateurbändern an. Serienresonanzen (X = 0, niedrige Impedanz) werden durch ein ausgefülltes Dreieck angezeigt, Parallelresonanzen (X = 0, hohe Impedanz, typisch für EFHW) durch ein leeres. Die Ergebnisse liegen tabellarisch und als PDF vor. In der Hilfe finden Sie ein Beispiel dafür, wann dies sinnvoll ist: ob ein Dipol für 10 m auch für 6 m oder 4 m verwendbar ist.

Anpassung und Baluns

Im Automatikmodus wählt das Programm die Variante mit dem besten SWR: Direktversorgung, Balun oder Unun, λ/4-Leitung oder Haarnadel. Der Bereich der Transformationen liegt zwischen 1:1 und 64:1. Auf der Registerkarte „Abgleich“ werden das SWR für jede Option sowie Daten zur Wicklungs- oder Leitungslänge aufgeführt. Der Autor gibt an, dass es sich bei den Daten für Wicklungsbaluns und -ununs um gängige Praxiswerte aus der Funkamateurpraxis handelt. Bei Multibandantennen (EFHW, Langdraht, Windom) können über die Bandtasten weitere Bänder ausgewertet werden. Jedes zusätzliche Band wird als separates, entsprechend segmentiertes Modell berechnet.

Die anfänglichen Abmessungen des Moxon basieren auf den Näherungsformeln von L. B. Cebik, W4RNL, und die Yagi-Auslegerlängenkorrektur basiert auf der Näherung nach DL6WU.

Schnittstelle

Das Erscheinungsbild erinnert an ein Messgerät: ein Panel mit 3D-Anzeige, Grafiken und Daten, Bandtasten mit Kontrollleuchten und die von Airbus und Intactile für Cockpit-Anzeigen entworfene Schriftart B612. Oberfläche, Info- und PDF-Seiten wechseln zwischen Deutsch und Englisch. Konzepte mit gepunkteter Unterstreichung werden in der QuickInfo erklärt (auf Touchscreens tippen Sie darauf), und die gleiche Erklärung finden Sie auf der Registerkarte „Legende“.

In der 3D-Ansicht wird mit der linken Maustaste gedreht, mit der rechten geschwenkt und mit dem Rad gezoomt. Das Strahlungsdiagramm hat eine Farbskala von −30 dB (blau) bis maximal (rot), optional auch Einfärbung der Adern entsprechend der Stromstärke. Es ist die aktuelle Verteilung über die Elemente, die bei der Diagnose nützlich ist, warum sich ein Yagi oder Quad anders als erwartet verhält. SWR bis 1,5 ist grün, nutzbar gelb und hoch rot. Darüber hinaus gibt das Programm eine Verstärkung in dBi und dBd, einen Spitzenhöhenwinkel (niedrig für DX, steil für NVIS), ein Verhältnis von vorne nach hinten, eine Strahlbreite in −3 dB und einen Frequenzbereich mit einem SWR unter 2 an.

Bauplan im PDF

Mit der Schaltfläche „Bauplan-PDF“ wird ein Dokument mit wichtigen Simulationsdaten, einem 3D-Ansichtsbild im rechten Winkel, einer Maßskizze, Tabellen mit Modell- und Schnittlängen (bei Yagi die Längen und Abstände aller Elemente), einer Materialliste und Konstruktionshinweisen erstellt. Es enthält außerdem empfohlene Anpassungen, SWR- und Impedanzkurven, Diagramme und möglicherweise eine Bandübersicht und Resonanztabelle. Im Falle einer Parabel werden ein Profil als Rippenschablone und die Abmessungen des Strahlers hinzugefügt. Die Wahl der Leiterisolierung beeinflusst nur die Schnittlängen: Der isolierte Draht wird etwas kürzer geschnitten. Sollten sich die Eingaben seit der letzten Berechnung geändert haben, wird das PDF vor der Erstellung automatisch neu berechnet.

Einschränkungen und Empfehlungen

Die Simulation geht von einer freien Umgebung aus. Masten, Gebäude, Bäume, Stromkabel und der eigentliche Boden verändern Resonanz und Impedanz. Der Autor empfiehlt, Antennen um 2 bis 5 % länger zu bauen und sie am resultierenden Standort auf minimales SWR abzustimmen. Die Hilfe weist Sie auch darauf hin, dass Sie nach jedem Frequenzwechsel die Startwerte erneut drücken müssen.

Der Änderungsverlauf zeigt auch den praktischen Nutzen des Feedbacks: Version 1.5.1 behebt einen Fehler, bei dem der EFHW- und Langdraht-Stromanschluss im Modell bis zu 1,25 m unter der angegebenen Höhe lag (8,75 statt 10 m bei 80 m); Fehler von DL2HXA gemeldet. Erwägen Sie daher bei langen Leitungen eine Neuberechnung für ältere Berechnungen.

Bei einem wichtigen Projekt ist es sinnvoll, das Modell in eine .nec-Datei zu exportieren und das Ergebnis in einem anderen Programm zu vergleichen, das dieses Format liest, beispielsweise in 4nec2.