畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-無(wú)線系統(tǒng)中天線特性分析軟件的編制.doc

無(wú)線系統(tǒng)中天線特性分析軟件的編制專業(yè)班級(jí)： 2007級(jí)通信2班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院摘要隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，天線作為無(wú)線系統(tǒng)中的重要組成部分得到了廣泛的應(yīng)用。描述天線特性的參數(shù)很多，其中一些參數(shù)，如方向性系數(shù)、輸入阻抗、互阻抗等都需要復(fù)雜的計(jì)算，在實(shí)際應(yīng)用中很不方便。為了解決這一問(wèn)題，本文運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言編制了天線復(fù)雜參數(shù)的計(jì)算程序。首先，復(fù)習(xí)了天線的有關(guān)知識(shí)，掌握了輻射阻抗、輸入阻抗、方向性系數(shù)和增益系數(shù)等復(fù)雜參數(shù)的計(jì)算方法和公式。其次，學(xué)習(xí)了MATLAB的GUI相關(guān)知識(shí)，掌握了其界面設(shè)計(jì)的方法，并學(xué)習(xí)了繪圖的方法。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了天線參數(shù)的計(jì)算系統(tǒng)，并學(xué)會(huì)在界面設(shè)計(jì)好的基礎(chǔ)上添加相關(guān)代碼，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。最后，在界面完成的基礎(chǔ)上，根據(jù)原理進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)功能的有效性和正確性。 本文基于MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用MATLAB的GUI界面，設(shè)計(jì)了復(fù)雜天線參數(shù)的計(jì)算系統(tǒng)，并獲得了良好的效果。關(guān)鍵詞：天線 輸入阻抗 增益 MATLAB語(yǔ)言AbstractWith the rapid development of the wireless communication , the antenna has been widely used as an important part in the wireless system .There are many characteristic parameters for describing the characteristic parameters of antenna ,in which some parameters, like the pattern-propagation factor, the input impedance, the mutual impedance and so on ,all need the complex calculation, Therefore , it is quite practically inconvenient .In order to solve this problem, this text establishes the calculation procedure for the complex parameters of antenna by MATLAB language .First, the related knowledge about the antenna is necessary, and we must know more about the method and the formula for the complex parameters, such as radiation impedance, input impedance, the pattern-propagation factor and the gain factor and so on .Next, we should study the related knowledge about GUI of MATLAB, and grasp the method to design interface and to draw. Thus, we get the interface to calculate the correlated antenna parameters and build the code in it to realize the function required .Finally, above this, carry on the examination according to the principle, for testing the validity and the accuracy of the system function.With the GUI interface in the environment of MATLAB, we design the system for calculating the complex parameter of the antenna, and gain a beautiful performance.Keywords: antenna；input impedance； gain factor ; MATLAB language目錄第1章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的意義11.3 本次課題的主要工作1第2章 天線參數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)12.1 對(duì)稱振子12.2 對(duì)稱振子的輸入阻抗42.3 耦合對(duì)稱振子的輻射阻抗62.4 天線方向性系數(shù)與增益系數(shù)10第3章 Matlab開(kāi)發(fā)軟件153.1 Matlab介紹153.2 Matlab開(kāi)發(fā)軟件的應(yīng)用153.3 Matlab GUI介紹16第4章 天線參數(shù)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)174.1 界面設(shè)計(jì)174.2 界面功能驗(yàn)證25結(jié)束語(yǔ)32參考文獻(xiàn)3334無(wú)線系統(tǒng)中天線特性分析軟件的編制第1章 緒論1.1 課題研究的背景電波與天線課程中很多重要的電氣參數(shù)計(jì)算非常復(fù)雜，需要對(duì)復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行數(shù)值積分，如果讓學(xué)生完成全過(guò)程的計(jì)算，能力強(qiáng)的學(xué)生需要花費(fèi)大量的時(shí)間，能力差的學(xué)生甚至做不出來(lái)。盡管這部分內(nèi)容非常重要，但為了節(jié)省時(shí)間，目前各高校在實(shí)際教學(xué)中一般不要求學(xué)生進(jìn)行具體計(jì)算，只給出一些常用的數(shù)值表格供學(xué)生查閱，象征性的練習(xí)一下，這樣做的結(jié)果是學(xué)生不注重這些重要參量的計(jì)算方法，只會(huì)套用現(xiàn)成結(jié)果，遇到實(shí)際問(wèn)題就會(huì)感到無(wú)從下手，非常不利于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的培養(yǎng)。本文的任務(wù)是編制天線復(fù)雜參數(shù)的計(jì)算軟件，利用該軟件計(jì)算天線參數(shù)時(shí)，需要自行輸入計(jì)算公式，因此不是傻瓜式的軟件。1.2 課題研究的意義借助本文所編制的軟件，學(xué)生可以通過(guò)自己輸入的公式計(jì)算相應(yīng)的復(fù)雜的天線電氣參數(shù)，通過(guò)對(duì)天線互阻抗，輻射阻抗，方向性系數(shù)等的計(jì)算，加深對(duì)天性電氣性質(zhì)的理解。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，也可以加強(qiáng)對(duì)天線特性隨參數(shù)變化規(guī)律的把握，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和理解，有利于自身能力的提高。1.3 本次課題的主要工作本次課題主要工作是做出一個(gè)編程的工作軟件界面，首先做出主對(duì)話框，在主對(duì)話框中做出所需要的計(jì)算參數(shù)的界面，然后點(diǎn)擊主對(duì)話框的所要計(jì)算的參數(shù)按鈕，即可進(jìn)入所需計(jì)算參數(shù)的界面，輸入所需條件和計(jì)算公式即可計(jì)算出所需參數(shù)結(jié)果。本次課題的主要難點(diǎn)是積分的運(yùn)算和如何將所輸入的公式調(diào)入程序。第2章 天線參數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1 對(duì)稱振子對(duì)稱振子：又稱雙極天線，由兩段長(zhǎng)度為l的等長(zhǎng)的直導(dǎo)線構(gòu)成，在兩線間隙處由傳輸線進(jìn)行饋電。對(duì)稱振子可看作是由末端開(kāi)路的平行雙線過(guò)渡而成的(如圖2.1和圖2.2所示)，故可近似認(rèn)為對(duì)稱振子上的電流分布為純駐波分布。圖2.1 對(duì)稱振子結(jié)構(gòu)圖圖2.2 末端開(kāi)路的傳輸線過(guò)渡成對(duì)稱振子圖2.3 半波和全波對(duì)稱振子的全波分布電流分布的解析式為 (2.1)IM ：對(duì)稱振子上的波腹電流振幅值。b ：對(duì)稱振子電流的相位常數(shù)，b b 。圖2.4 直角球坐標(biāo)系中的對(duì)稱振子將對(duì)稱振子劃分成無(wú)限多個(gè)元長(zhǎng)度，而每一個(gè)元長(zhǎng)度就可以看成是一個(gè)電流元I(z)dz。已知電流元的輻射場(chǎng)為 (2.2)在對(duì)稱振子的左臂z1點(diǎn)處和右臂z2點(diǎn)處各選定一個(gè)電流元 (z10)r1 = rz1cosqr2 = rz2cosq(2.3)注：由于觀察點(diǎn)遠(yuǎn)離對(duì)稱振子，故可以近似認(rèn)為 q1 = q2 = q 。在觀察點(diǎn)P(r,q ,j)處的輻射場(chǎng)的復(fù)振幅 (2.4)注：上式中近似認(rèn)為分母中的 r1= r2 = r，但在指數(shù)中不能這樣處理。 因?yàn)楦麟娏髟椛鋱?chǎng)均為方向,故矢量場(chǎng)疊加可變成代數(shù)相加或積分(2.5)整個(gè)對(duì)稱振子的輻射場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量為 (2.6)與電流元一樣，對(duì)稱振子仍應(yīng)滿足 (2.7)2.2 對(duì)稱振子的輸入阻抗天線輸入端電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。輸入阻抗具有電阻分量Rin和電抗分量Xin。即Zin=Rin+Xin。電抗分量的存在會(huì)減少天線從饋線對(duì)信號(hào)功率的提取，因此，必須使電抗分量盡可能為零，也就是盡可能使天線的輸入阻抗為純電阻。事實(shí)上，即使是設(shè)計(jì) 調(diào)試很好的天線，其輸入阻抗中，總還有一個(gè)小的電抗分量值。因?yàn)榭梢园褜?duì)稱振子看成是由末端開(kāi)路的有損耗平行雙線逐漸張開(kāi)而形成的，所以可用等效傳輸線法來(lái)求對(duì)稱振子的輸入阻抗。已知有損耗開(kāi)路平行雙線的等效阻抗為 (2.8)上式中 a 和 b 分別為有損耗平行雙線的衰減常數(shù)和相位常數(shù)，而 (2.9)圖2.5 對(duì)稱振子平均特性阻抗示意圖由于對(duì)稱振子不是均勻分布參數(shù)系統(tǒng)，因此不能用式(2.9)計(jì)算它的特性阻抗。如圖1-3-3所示，圖(a)中的平行雙線間距D是均勻的；而圖(b)中的對(duì)稱振子兩臂對(duì)稱點(diǎn)之間的距離2z是從0 2l之間連續(xù)變化的。我們可以用對(duì)稱振子的平均特性阻抗來(lái)代替平行雙線的特性阻抗，即 (2.10)從上式可以看出，對(duì)稱振子越細(xì)、越長(zhǎng)其平均特性阻抗WA越大；反之，對(duì)稱振子越粗、越短其平均特性阻抗WA越小。實(shí)踐表明，有耗平行雙線的相位常數(shù)b 1.05b 。b為自由空間電磁波的相位常數(shù)。可以證明，對(duì)稱振子的等效平均分布電阻可以用輻射電阻RS 來(lái)計(jì)算，即 (2.11)于是，等效衰減常數(shù)為 (2.12)于是可得： (2.13)即： (2.14)圖2.6 對(duì)稱振子的輸入阻抗輸入阻抗與天線的結(jié)構(gòu) 尺寸及工作波長(zhǎng)有關(guān)，半波對(duì)稱陣子是最重要的基本天線，其輸入阻抗為Zin=73.1+j42.5.當(dāng)把其長(zhǎng)度縮短（3-5）%時(shí)，就可以消除其中的電抗分量，使天線的輸入阻抗為純電阻，此時(shí)的輸入阻抗為Zin=731.，（標(biāo)陳75歐）。2.3 耦合對(duì)稱振子的輻射阻抗1.耦合對(duì)稱振子的概念: 天線陣中的對(duì)稱振子由于受鄰近對(duì)稱振子輻射場(chǎng)和感應(yīng)場(chǎng)的影響而使其上的電壓和電流發(fā)生變化，輻射復(fù)功率也隨之發(fā)生變化，這時(shí)對(duì)稱振子的特性與孤立時(shí)的不同，稱為耦合對(duì)稱振子。圖2.7 耦合對(duì)稱振子2. 耦合對(duì)稱振子的阻抗方程和等效電壓方程，其基本參數(shù)如下:振子1孤立存在時(shí)的波腹電流的復(fù)振幅；相應(yīng)的輻射復(fù)功率，稱為自輻射復(fù)功率。振子1受振子2影響所產(chǎn)生的額外的輻射復(fù)功率（假設(shè)振子1仍保持原來(lái)的波腹電流不變），稱為感應(yīng)輻射復(fù)功率。振子2孤立存在時(shí)的波腹電流復(fù)振幅相應(yīng)的自輻射復(fù)功率；振子2受振子1影響所產(chǎn)生的額外的輻射復(fù)功率（假設(shè)振子2仍保持原來(lái)的波腹電流不變），稱為感應(yīng)輻射復(fù)功率。振子1和振子2總的輻射復(fù)功率分別為 (2.15) 設(shè) (2.16) (2-4-2)把式(2.15)和式(2.16)相比較，就能得到耦合對(duì)稱振子的阻抗方程式 (2.17) 設(shè)耦合對(duì)稱振子的等效電壓滿足以下關(guān)系： (2.18)式中等效電壓只是由兩個(gè)振子各自的電流和輻射復(fù)功率計(jì)算出來(lái)的復(fù)數(shù)電壓，它們并不是對(duì)稱振子上某處的電壓。 (2.19)把式(2-4-3)代入上式，可得 (2.20)上式中，是振子2開(kāi)路時(shí)，振子1不受其影響的等效電壓，是在振子2影響下振子1的附加電壓；是振子1開(kāi)路時(shí)，振子2不受其影響的等效電壓，是在振子1影響下振子2的附加電壓。 顯然振子1的附加電壓應(yīng)與振子2的電流成正比；而振子2的附加電壓應(yīng)與振子1的電流成正比，即 (2.21)上式中，Z12是在振子2影響下振子1的互輻射阻抗；而Z21是在振子1影響下振子2的互輻射阻抗。把式(2.21)代入式(2.20)，可得 (2.22)這就是耦合對(duì)稱振子的等效電壓方程式。耦合對(duì)稱振子等效電壓方程式還可以利用圖2.8中的4端網(wǎng)絡(luò)來(lái)幫助記憶。根據(jù)圖2.8中的電路可直接寫出等效電壓方程式，即式(2.22)。從式(2.19)中解出兩個(gè)振子的輻射阻抗，然后再代入式(2.22)；或者從式(2.21)中解出感應(yīng)輻射阻抗，然后再把它代入式(2.17)都可以得到下面的輻射阻抗方程式。圖2.8 等效電壓方程式的等效電路 (2.23) 3. 互輻射阻抗的求法耦合對(duì)稱振子互輻射阻抗的求解方法通常采用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法，該法較為復(fù)雜，實(shí)際中可直接查相應(yīng)的表格曲線。利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法可求得互電阻和互電抗的計(jì)算公式 (2.24)圖2.9給出了共軸線排列的耦合半波對(duì)稱振子(l1 = l2 = l = 0.25l)互電阻和互電抗隨距離的變化的曲線。圖中s是耦合對(duì)稱振子相對(duì)的兩個(gè)端點(diǎn)之間的距離。從圖中可以看出，隨距離s增大，互電阻R12和互電抗X12的變化幅度逐漸減小。圖2.9共軸線排列的耦合半波對(duì)稱振子的互電阻和互電抗曲線圖2.10給出了齊平排列的耦合半波對(duì)稱振子(l1= l2 = l = 0.25l)互電阻和互電抗隨間距d1的變化曲線。與共軸線排列的耦合對(duì)稱振子相似，隨距離d1增大齊平排列的耦合對(duì)稱振子互電阻和互電抗的變化幅度也是逐漸減小。 圖2.10 齊平排列耦合半波對(duì)稱振子的互電阻和互電抗曲線如果齊平排列的兩個(gè)對(duì)稱振子之間的距離逐漸縮小直到接觸到一起，就成了一個(gè)振子，這時(shí)可得對(duì)稱振子的自輻射阻抗為 (2.25)對(duì)于半波對(duì)稱振子，其自輻射阻抗為Z11 = R11 jX11 = 73.1 + j42.5 (W)2.4 天線方向性系數(shù)與增益系數(shù)方向性系數(shù)是表征天線輻射電磁波能量集中程度的參數(shù)，它與天線的方向特性和阻抗特性都有關(guān)系。方向性系數(shù)是用來(lái)表示天線某一個(gè)方向集中輻射電磁波程度（即方向性圖的尖銳程度）的一個(gè)參數(shù)。為了確定定向天線的方向性系數(shù)，通常以理想的非定向天線作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。任一定向天線的方向性系數(shù)是指在接收點(diǎn)產(chǎn)生相等電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，非定向天線的總輻射功率對(duì)該定向天線的總輻射功率之比。按照上面的定義，由于定向天線在各個(gè)方向上的輻射強(qiáng)度不等，故天線的方向性系數(shù)也隨著觀察點(diǎn)的位置而不同，在輻射電場(chǎng)最大的方向，方向性系數(shù)也最大。通常如果不特別指出，就以最大輻射方向的方向性系數(shù)作為定向天線的方向性系數(shù)。 定義1最大輻射強(qiáng)度與平均輻射強(qiáng)度之比。定義2相同距離、相同輻射功率條件下天線最大輻射方向的功率流密度與無(wú)方向性理想點(diǎn)源的功率流密度之比；定義3相同距離、相同輻射功率條件下天線最大輻射方向的場(chǎng)強(qiáng)與無(wú)方向性理想點(diǎn)源場(chǎng)強(qiáng)的平方之比。 (2.26)把式(1-4-25)和式(1-4-5)代入式(1-4-27)，可得 (2.27) 還可以用歸一化方向性函數(shù)來(lái)計(jì)算方向性系數(shù) (2.28)可以直接用輻射電阻來(lái)計(jì)算方向性系數(shù)，因?yàn)?(2.29)由此可以得到， (2.30)還可以用有效長(zhǎng)度和輻射電阻來(lái)計(jì)算方向性系數(shù)，因?yàn)?(2.31) 可以推出， (2.32)需要注意的是上式中有效長(zhǎng)度和輻射電阻以及fmax都是以相同的電流做參照的電氣參數(shù)。如，電流元的方向性系數(shù)D = =1.5；半波對(duì)稱振子方向性系數(shù)為D = =1.64；全波對(duì)稱振子的方向性系數(shù)為D = =2.41。由于可以推出， (2.33) 由（2.33）式可知，式中的場(chǎng)強(qiáng)是最大輻射方向(qM,jM)上的振幅值，當(dāng)需要計(jì)算有效值的時(shí)候，把根號(hào)中的60改為30就行了。天線的效率：輻射功率P 與輸入功率Pin之比，即 (2.34) 損耗功率：輸入功率Pin與輻射功率P 之差稱為天線的 (2.35)天線的損耗功率是由導(dǎo)體電阻、介質(zhì)漏電導(dǎo)以及其他因素引起的。 若以天線饋電點(diǎn)電流Iin做參照，則 (2.36) 它們之間應(yīng)有下面關(guān)系 (2.37)注意，即使損耗是由天線導(dǎo)體所引起的，損耗電阻Rlin也不等于天線導(dǎo)體的直流電阻R(導(dǎo)體)。由于天線導(dǎo)體直流電阻值R(導(dǎo)體)是在直流或均勻分布電流情況下測(cè)出的，而一般情況下天線上的電流振幅分布I(z)往往是不均勻的。 把式(2.36)和式(2.37)先后代入式(2.34)，可得 (2.38)提高天線的效率的兩個(gè)途徑： 1降低損耗電阻Rlin ， 2提高輻射電阻Rin 。天線的增益系數(shù)平時(shí)也簡(jiǎn)稱天線最大增益或天線增益。指在最大場(chǎng)強(qiáng)方向上某點(diǎn)產(chǎn)生相等電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，標(biāo)準(zhǔn)天線（無(wú)方向）的總輸入功率對(duì)定向天線總輸入功率的比值，稱該天線的最大增益系數(shù)。它是比天線方向性系數(shù)更全面的反映天線對(duì)總的射頻功率的有效利用程度。并用分貝數(shù)表示?？梢杂脭?shù)學(xué)推證，天線最大增益系數(shù)等于天線方向性系數(shù)和天線效率的乘積。天線增益系數(shù)的定義方式與方向性系數(shù)的定義方式很相似。 (2.39)假設(shè)天線的輸入功率能夠完全輻射到自由空間，則輸入功率折合的假想的平均輻射強(qiáng)度為 (2.40)因?yàn)?(2.41) 所以 (2.42)可見(jiàn)，增益系數(shù)G比方向性系數(shù)D更能完整地反映天線轉(zhuǎn)換和輻射電磁功率的特征。因?yàn)?所以天線在最大輻射方向上的輻射場(chǎng)還如下式所示， (2.43)其中F是場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)。第3章 Matlab開(kāi)發(fā)軟件3.1 Matlab介紹MATLAB是由美國(guó)math works公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。3.2 Matlab開(kāi)發(fā)軟件的應(yīng)用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 數(shù)字圖像處理 技術(shù) 數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。3.3 Matlab GUI介紹用戶界面(或接口)是指人與機(jī)器(或程序)之間交互作用的工具和方法，如鍵盤鼠標(biāo)、跟蹤球、話筒都可成為與計(jì)算機(jī)交換信息的窗口。圖形用戶界面(Graphical User Interfaces ,GUI)則是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說(shuō)明等對(duì)象(Objects)構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法(如鼠標(biāo)和鍵盤)選擇激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算和繪圖。用戶界面是用戶與硬件、軟件交互、通信的中介，通過(guò)用戶界面，用戶向軟件發(fā)出執(zhí)行某項(xiàng)功能的指令，該軟件利用硬件、其他軟件執(zhí)行該指令，并以圖形或文字的形式將執(zhí)行結(jié)果返回給用戶。早期的用戶界面大多是基于文字的形式，最典型的莫過(guò)于DOS系統(tǒng)。用戶輸入某一指令，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用軟件、硬件資源執(zhí)行該指令，并以文字的形式返回執(zhí)行結(jié)果?，F(xiàn)今，對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，DOS（及類似的用戶界面系統(tǒng)）似乎是一個(gè)諱深莫測(cè)的世界，不僅單調(diào)乏味，而且工作效率也很低；人們更青睞于一種所見(jiàn)即所得的用戶界面系統(tǒng)，即圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱GUI）。圖形用戶界面是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字等元素構(gòu)成的用戶視窗，用戶通過(guò)對(duì)這些元素的點(diǎn)擊、選中等就能很輕松地完成某項(xiàng)功能，這種所見(jiàn)即所得的特性尤其在圖形繪制等方面具有很好的應(yīng)用。圖形用戶界面程序可以分為兩個(gè)相對(duì)較獨(dú)立的子模塊，即界面模塊和工作模塊，界面模塊接受用戶的輸入，并將輸入數(shù)據(jù)和操作請(qǐng)求提交給工作模塊；而工作模塊通常在后臺(tái)完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)，并將結(jié)果提交到界面。相應(yīng)地，GUI程序設(shè)計(jì)可以分為界面設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)兩部分。第4章 天線參數(shù)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)4.1 界面設(shè)計(jì)做本課題主要需要用MATLAB 圖形用戶界面GUI進(jìn)行設(shè)計(jì)。做本課題前需要掌握如何運(yùn)用GUI進(jìn)行生成用戶界面，如何在相應(yīng)的CALLBACK函數(shù)中添加相應(yīng)代碼，同時(shí)還需要掌握在界面中繪圖的一些方法。主對(duì)話框生成第一步：打開(kāi)MATLAB，選擇好存儲(chǔ)路徑C:Program File MATLAB701,然后點(diǎn)擊圖標(biāo)GUIDE，將會(huì)彈出窗口如圖2.1所示。圖4.1 Matlab GUI界面選擇默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊OK按鈕，彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中添加三個(gè)按鈕，雙擊按鈕，在Property Inspector選項(xiàng)中將三個(gè)按鈕的名稱分別改為輸入阻抗 互輻射阻抗 方向性系數(shù)和增益系數(shù)。得到主對(duì)話框界面如下圖4.2所示。圖4.2 主對(duì)話框界面將主對(duì)話框保存，命名為untitledA.fig子對(duì)話框的生成跟主對(duì)話類似，點(diǎn)擊MATLAB的GUIDE，存儲(chǔ)路徑與主對(duì)話框相同，生成三個(gè)子對(duì)話框。設(shè)置子對(duì)話框1,計(jì)算互輻射阻抗，將其命名為untitleda1.fig，添加按鈕及編輯框，并對(duì)按鈕和編輯框進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，結(jié)果如圖2.3所示圖4.3 互輻射阻抗界面圖設(shè)置子對(duì)話框2，計(jì)算輸入阻抗，將其命名為untitleda2.fig，同樣添加按鈕及編輯框，并對(duì)按鈕和編輯框進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，結(jié)果如圖2.4所示圖4.4 輸入阻抗計(jì)算界面圖設(shè)置子對(duì)話框3，計(jì)算輸入阻抗，將其命名為untitleda3.fig，同樣添加按鈕及編輯框，并對(duì)按鈕和編輯框進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，結(jié)果如圖2.5所示圖4.5 計(jì)算方向性系數(shù)和增益系數(shù)界面圖設(shè)置子對(duì)話框4，繪制輸入電阻曲線，將其命名為untitledaplot1.fig，同樣添加按鈕及編輯框，并對(duì)按鈕和編輯框進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，結(jié)果如圖4.6所示圖4.6繪制輸入電阻曲線界面設(shè)置子對(duì)話框5，繪制輸入電抗曲線，將其命名為untitledaplot2.fig，同樣添加按鈕及編輯框，并對(duì)按鈕和編輯框進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，結(jié)果如圖4.7所示、圖4.7繪制輸入電抗曲線界面相關(guān)代碼添加1：主對(duì)話代碼添加在互輻射阻抗 輸入阻抗和方向性系數(shù)和增益系數(shù)三個(gè)按鈕的Callback函數(shù)中分別添加如下代碼：h=gcf; untitleda2; ；h=gcf;untitleda1;； h=gcf; untitleda; h=gcf;untitledaplot1; h=gcf;untitledaplot1; h=gcf;untitledaplot2;，建立主對(duì)話框和子對(duì)話框之間聯(lián)系，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕時(shí)便可以進(jìn)入相應(yīng)子對(duì)話框，進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算。2:子對(duì)話框代碼的添加輸入阻抗在輸入電抗的Callback函數(shù)中添加代碼如下：syms z;a= str2double(get(handles.edit1, String); b=str2double(get(handles.edit2, String);l=str2double(get(handles.edit3, String);WA=str2double(get(handles.edit4, String);e=get(handles.edit6,string);z1=e;m=eval(z1);set(handles.edit7,string,m)在輸入阻抗的Callback函數(shù)中添加代碼如下：syms z;a= str2double(get(handles.edit1, String); b=str2double(get(handles.edit2, String);l=str2double(get(handles.edit3, String);WA=str2double(get(handles.edit4, String);e=get(handles.edit5,string);z1=e;m=eval(z1);set(handles.edit7,string,m)即可實(shí)現(xiàn)輸入電阻的計(jì)算。2）互輻射阻抗在互輻射阻抗的Callback函數(shù)中添加如下函數(shù)代碼：syms z;l1= str2double(get(handles.edit1, String); l2=str2double(get(handles.edit2, String);d1=str2double(get(handles.edit3, String);d2=str2double(get(handles.edit4, String);a= str2double(get(handles.edit5, String); k1=str2double(get(handles.edit6, String);k2=str2double(get(handles.edit7, String);e=get(handles.edit8,string);z1=int(e,z,k1,k2);m=eval(z1);set(handles.edit9,string,m);即可實(shí)現(xiàn)互阻抗的計(jì)算。3）計(jì)算方向性系數(shù)和增益系數(shù)因方向性系數(shù)和增益系數(shù)的關(guān)系為：G=D*,所以，方向性系數(shù)和增益系數(shù)可以通過(guò)一個(gè)界面實(shí)現(xiàn)。計(jì)算積分Callback函數(shù)添加如下代碼，實(shí)現(xiàn)積分的運(yùn)算：syms x ya= str2double(get(handles.edit2, String); b=str2double(get(handles.edit3, String);c=str2double(get(handles.edit4, String);d=str2double(get(handles.edit5, String);e=get(handles.edit1,string);z=int(int(e,y,c,d),a,b);m=eval(z);set(handles.edit6,string,m);在計(jì)算方向性系數(shù)的Callback函數(shù)中添加代碼如下：A=str2double(get(handles.edit6, String);f=str2double(get(handles.edit7, String);e=get(handles.edit10,string);k=e;m=eval(k);set(handles.edit9,string,m)以實(shí)現(xiàn)對(duì)方向性系數(shù)的運(yùn)算。增益系數(shù)的Callback函數(shù)中添加代碼如下：n=str2double(get(handles.edit8, String);w=str2double(get(handles.edit9, String);s=n*w; set(handles.edit11,string,s);可以實(shí)現(xiàn)增益系數(shù)的計(jì)算。 4）繪制輸入電阻曲線在繪制輸入電阻曲線的Callback函數(shù)添加如下代碼l= str2double(get(handles.edit1, String); WA=str2double(get(handles.edit2, String);a=str2double(get(handles.edit3, String);b=str2double(get(handles.edit4, String);t=0:0.01:l;y=WA*(sinh(2*a*t)-(a/b)*sin(2*b*t)./(cosh(2*a*t)-cos(2*b*t);y_max,i_max=max(y);t_text=t=,num2str(t(i_max);y_text=y=,num2str(y_max);max_text=char(maxinum,t_text,y_text);plot(t,y)hold onplot(t,zeros(size(t),k)plot(t(i_max),y_max,r.,MarkerSize,20);text(t(i_max)-0.3,y_max-0.05,max_text);即可實(shí)現(xiàn)輸入電阻的繪制、5)繪制輸入電抗曲線l= str2double(get(handles.edit1, String); WA=str2double(get(handles.edit2, String);a=str2double(get(handles.edit3, String);b=str2double(get(handles.edit4, String);t=0:0.01:l;y=-WA*(a/b)*sinh(4*pi*t)+sin(4*pi*t)./(cosh(4*pi*t)-cos(4*pi*t);y_max,i_max=max(y);t_text=t=,num2str(t(i_max);y_text=y=,num2str(y_max);max_text=char(maxinum,t_text,y_text);plot(t,y)hold onplot(t,zeros(size(t),k)plot(t(i_max),y_max,r.,MarkerSize,20);text(t(i_max)-0.3,y_max-0.05,max_text);即可以實(shí)現(xiàn)輸入電抗曲線的繪制4.2 界面功能驗(yàn)證打開(kāi)untitledaB.fig文件，彈出如圖4.8所示對(duì)話框;圖4.8主界面1：輸入阻抗功能的驗(yàn)證：點(diǎn)擊主界面輸入阻抗按鈕，彈出如下界面。輸入a=0.6，b=0.1，l=7，WA=340，輸入電抗計(jì)算公式如圖，點(diǎn)擊輸入電抗按鈕。得到計(jì)算輸入電抗值為：-2040.31.同理，點(diǎn)擊輸入阻抗按鈕，得到此時(shí)輸入阻抗值為：16.591.通過(guò)驗(yàn)證，可知計(jì)算正確。圖4.9 計(jì)算輸入電阻界面2：互輻射阻抗功能的驗(yàn)證。點(diǎn)擊主界面互輻射阻抗按鈕，進(jìn)入互輻射阻抗計(jì)算界面，l1=0.25,l2=0.25,d1=0,d2=0,a=1,積分上限為0.25，積分下限為-0.25，彈出窗口中輸入實(shí)部計(jì)算公式如下圖所示，點(diǎn)擊計(jì)算互輻射阻抗計(jì)算結(jié)果如下，通過(guò)計(jì)算基本驗(yàn)證結(jié)果正確。同理可以輸入計(jì)算虛部計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果為42.5，通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證結(jié)果基本正確。圖4.10 計(jì)算互阻抗界面3：方向性系數(shù)和增益系數(shù)的驗(yàn)證：點(diǎn)擊主界面方向性系數(shù)和增益系數(shù)按鈕，進(jìn)入方向性系數(shù)和增益系數(shù)計(jì)算界面，例如積分函數(shù)為x*y，點(diǎn)擊計(jì)算積分按鈕，計(jì)算積分結(jié)果為：2.25.在輸入計(jì)算公式f/A，令f=8，計(jì)算可得方向性系數(shù)為2.6667，輸入n=0.5，可計(jì)算增益系數(shù)為1.3333.其界面如下圖所示。圖4.11 計(jì)算方向性系數(shù)和增益系數(shù)界面輸入電阻曲線繪制：點(diǎn)擊主界面輸入電阻曲線繪制按鈕，進(jìn)入輸入曲線繪制界面。輸入l/=1,a=0.8,b=6,分別輸入WA=233和WA=1000，在曲線上可以得到輸入電阻隨l/的關(guān)系，同時(shí)也可以在曲線上找到最大值點(diǎn)及其它的坐標(biāo)。得到曲線如下圖所示：圖4.12 輸入阻抗曲線繪制界面輸入電抗曲線繪制