微波传输线圆图计算及仿真
收稿日期 :2002 - 04 - 22
第 20 卷 第 5 期 计 算 机 仿 真 2003 年 5 月
文章编号 :1006 - 9348(2003) 05 - 0038 - 02
微波传输线圆图计算及仿真
南敬昌1 ,刘建辉1 ,刘立军2
(1. 辽宁工程技术大学电子与信息工程系 ,辽宁 阜新 123000 ; 2. 阜新市矿务局供电处 ,辽宁 阜新 123000)
摘要 :该文介绍了微波技术中实现圆图仿真和智能计算的必要性以及圆图的构成原理。详细地阐述了圆图仿真和智能计算
的实现过程 ,包括圆图的绘制原理、动画的实现和智能计算的实现 ,通过一应用实例给出了仿真结果和曲线图。并且得出结
论 —开发出的圆图计算及仿真软件可用于微波工程计算 ,同时用 Matlab 工具软件可以开发出多种仿真软件。
关键词 :微波传输线 ;圆图仿真 ;智能计算
中图分类号 :TP391. 72 ; TP391. 75 文献标识码 :B
1 引言
传输线理论中史密斯圆图是微波工程计算中不可缺少
的工具 ,在很多场合下都可以利用圆图求解一些微波工程的
实际问题。如能将圆图在计算机上仿真出来 ,并将它应用于
微波工程计算中 ,不但能得出精确的计算结果 ,而且可将圆
图的应用过程演示出来 ,这样 ,既克服了以往使用圆图的不
精确性 ,同时 ,又利于圆图应用的掌握。数学工具软件 Matlab
具有数学计算和绘制图形的超强能力 ,因此 ,本文圆图的仿
真和计算选用了 Matlab 工具软件加以实现。
2 圆图组成原理
在微波工程计算中 ,经常用到史密斯圆图 ,即图解法 ,但
其结果只能在一定的精度范围内。为了使用方便和进行精
确计算 ,我们开发了智能圆图。在仿真圆图之前 ,必须了解
圆图的构成原理。实际上 ,它是利用阻抗平面和反射系数平
面一一对应关系而画出的一簇圆所构成。推导如下 :在微波
传输线理论中 ,有
Zin = Uin
Iin
= U+ + U-
I+ + I- = U+
I+
1 + U- / U+
1 + I- / I+ = Zc
1 + Γin
1 - Γin
…Zin = Zin
Zc
= 1 + Γin
1 - Γin
= r + jx (1)
Γin = …Zin - 1
…Zin + 1 (2)
Γ = u + jv = | Γ| ejφ (3)
…Zin 和Γin 存在着一一对应的关系 ,因此在阻抗 Z( r , x) 平面
上的任一点必定可在 Γ( u , v) 平面中找到其对应点 (称为映
像) 。由于 0 ≤ r < ∞, - ∞ < x < ∞,在 Z( r , x) 平面的有
限区域内很难找到任意给定的 …Zin 值 ,但在 Γ( u , v) 平面上 ,
由于 | Γ| ≤1 ,所以 Γ的值必定在半径为 1 的单位圆内或单
位圆上。这样 ,就可以在Γ( u , v) 平面上找到任意 …Z 所对应的
点。史密斯圆图是由一簇等电阻圆和等电抗圆所构成的。下
面是等电阻圆和等电抗圆的曲线方程的推导 :
Γ = r + jx - 1
r + jx + 1 = ( r - 1) + jx
( r + 1) + jx = u + jv
将上式展开并分成虚实两项得 :
u = ( r2 - 1) 2 + x2
( r + 1) 2 + x2 (4)
v = 2 x
( r + 1) 2 + x2 (5)
联立以上两式消去 x 得
u + r
1 + r
2
+ v2 = 1
1 + r
2
(6)
消去 r 得
( u - 1) 2 + v - 1
x
2
= 1
x
2
(7)
圆图就是根据以上两个方程作出的 ,称为史密斯圆图或阻抗
圆图。
3 圆图仿真和智能计算的实现
圆图仿真是用语言在计算机上绘制出圆图图形 ,并在圆
图上进行某些应用的演示过程。智能计算实际上是利用传输
线理论中推导出的各参量之间的关系式进行编程从而得出
所求参数的精确结果。圆图仿真和计算主要包括圆图的生
成、动画和计算的实现等内容。将圆图计算和仿真程序包组
合在一起并做成统一界面 ,可方便地应用于微波电路设计和
工程计算中。下面通过一圆图应用实例来说明圆图仿真和计
算的实现过程。
已知微波传输线的终端负载为 ZL ,特性阻抗 Zc ,求距离
负载端为 L0 处的输入阻抗 Zin 、反射系数 Γin 和驻波比ρ。
1) 圆图的绘制
圆图绘制程序是根据圆图构成原理所得方程进行编写
的 ,即对式 (6) 和式 (7) 两方程进行编程。它可以绘制出相互
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图 1 等电抗圆绘制区间的确定
正交的两组圆 :等电阻圆和
等电抗圆 ,其中等电阻圆是
一组完整的圆。绘图角度自
变量 t 的取值范围为 0 ～
2π,等电抗圆实际上是与 r
= 0 电阻圆相正交的一段
圆弧 , 即绘制弧 AB 的一段
弧线 , t 的取值范围与 x 的
取值有关系 ,如图 1 所示。x
不同 , 交点 B 不同 , t2 也随
x 而发生变化。求解步骤是 :根据给定的 x ,首先由式 (4) 、(5)
求出对应 r = 0 的 u、v 值 ,再由 u、v 求出 t1 角 ,进而求出 t2 角
( t2 = π- t1 ,因圆 O 和圆 O′相互正交) ,这时绘制弧 AB 的区
间 t 就是 (3π/ 2 ,3π/ 2 - t2) ,即从 A 点画到 B 点。其绘制圆图
程序流程图和绘制出的圆图如图 2 和 3 所示。
图 2 圆图绘制流程图
图 3 史密斯圆图
2) 动画的实现
动画可以形象地表达出
圆图应用过程 , 使圆图
应用更加形象 , 易于掌
握。根据上述实例 ,动画
部分主要包括确定负载
点的动画、等反射系数
圆绘制的动画、圆点与
负载点连线的动画及圆
点与所求点连线的动
图 4 负载点的确定与等
反射系数圆的绘制
画。在 Matlab 中实现动
画采用 movie(m) 函数
和 line 函数 , m 是要显
示点的数目。当输入参
数为 ZL = 100 + 100 i ,
Zc = 100 , L0 = 0. 2(λ)
时 , 得到相应参数下的
确定负载点、绘制等反
射系数圆、确定输入阻
抗点的运行结果图形如
图 4 和 5 所示。
图 5 输入阻抗点的确定
3) 智能计算的实
现 智能计算程序是根
据传输线中推导的各参
数间的关系式来编制
的。通过本程序 ,只需
点击计算按钮 ,就可以
得出相应应用的精确计
算结果。程序和流程图
略。
4 结束语
用 Matlab 语言进行阻抗圆图的仿真 ,并将各种应用组合
在一起做成智能圆图 ,可用于微波工程计算。另外 ,根据本
思想可以开发出各类仿真软件 ,为工程技术人员设计、教师
教学、学生学习等提供更大的方便。
参考文献 :
[1] 陈振国等著. 微波技术基础[M]. 北京邮电大学出版社 ,19961
[2] 周建华等. Matlab5. 3. 学习教程[M]. 北京大学出版社 ,2000 ,121
[3] Duane Hanselman 等著 ,李人厚等译. 精通 Matlab[M]. 西安交通
大学出版社 ,1999 ,11
[4] 王立宁等. Matlab 与通信仿真[M]. 人民邮电出版社 ,2000 ,11
作者简介
南敬昌(1971 - ) ,男 (汉族) ,河南滑县人 ,讲师 ,在
读硕士研究生 ,主要从事多媒体通信、无线通信、系
统仿真方面的教学和研究工作。
刘建辉(1948 - ) ,男 (汉族) ,辽宁沈阳人 ,教授 ,博
士生导师 ,主要从事计算机网络与通信的教学与研
究工作。
刘立军 (1970 - ) ,男 (汉族) ,辽宁阜新人 ,工程师 ,主要从事供电系
统监视与检测等工作。
Smith Chart’s Simulation and Calculation in Microwave Transmission Line
NAN Jing - chang1 ,LIU Jian - hui1 ,LIU Li - jun2 (下转第 43 页)
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它的数据存储容量不受限制 ,同时当用户分析处理到 MOLAP
中没有的统计数据时 ,系统自动透明地将多维查询分析处理
的语句转变为 SQL 查询语句并且发到关系数据库 ,由关系数
据库进行查询并将结果返回用户。HOLAP 的优点 : ①对于性
能上尽管没有 MOLAP 快但也是优化的 ; ②对于用户的访问
分析处理同样能非常快速地进行响应 ; ③由于利用关系数据
库存储细节数据 ,没有容量上的限制。它的缺点 :一些数据
的预聚集程度需要用户控制 ,否则处理的效果不是很好。
参考文献 :
[1] R Agrawal , A Gupta , S Sarawagi. Modeling Mutidimensional Database
[C]. Proc. ICDE. 19971
[2] E Baralis , S Paraboschi , E Teniente. Materialized view selection in a
multidimensional database[C]. Proc. . VLDB ,1987 :156 - 1651
[3] L Cabbibo and R Torlone. Querying Multimensional Databases[ C].
Proc. DBPL ,19981
[ 4] B Dinter , C Sapia , G Hofing , MBlaschka. The OLAP Market :State of
the Art and Research Issues[C]. Proc. First International Workshop on
Data Warehousing and OLAP(DOLAP) , Bethesda ,MD ,Nov. 19981
[5] H Gupta. Selection of Views to Materialize in a Data Warehouse[ C].
Proc. ICDT , January 19971
[6] W H Inmon. Building the Data Warehouse[J ]. John Wiley & Sons.
Inc. ,19931
[7] 王珊等. 数据仓库技术与联机分析处理[M]. 科学出版社 ,1998.
作者简介
刘大昕 (1941. 11 - ) ,男 (汉族) ,江苏海门人 ,博士
生导师 ,教授 ,研究方向 :数据库与知识库、Internet/
Intranet 应用软件、CIMS。
张春林(1972 - ) ,男 (汉族) ,山东人 ,硕士研究生 ,
研究方向 :数据库与知识库。
聂亚杰(1970. 8 - ) , 男(汉族) ,河北邯郸人 ,工程师 ,硕士研究生 ,研
究方向 :数据库与知识库 ,Agent 。
张子杨 (1972 - ) ,男 (汉族) ,黑龙江哈尔滨人 ,硕士研究生 ,研究方
向 :数据库与知识库。
Data warehouse and OLAP Technology
LIU Da - xin ,ZHANG Chun - lin ,NIE Ya - jie ,ZHANG Zi - yang
(Department of Computer Science ,Harbin Engineering University ,Harbin Heilongjiang 150001 ,China)
ABSTRACT:With the development of Enterprise Decission Support , datawarehouse and relative technology such as OLAP ,datamining has
been got focused. This article gives a brief introduction of datawarehouse’s architecture , shows several OLAP technology in detail , and brings
out the difference between datawarehouse and datamart and several optimizing technology of OLAP.
KEYWORDS :Datawarehouse ;OLAP;Data Base
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Distributed Interactive Scene Simulation of Battlefield Situation Information
SUN Xiang - jun ,LIU Feng - yu ,ZHANG Hong ,XU Hui
(Computer Department , Nanjing University of Science & Technology , Nanjing Jiangsu 210094 ,China)
ABSTRACT:From the feature of scene simulation , the paper analyses classification and store of battlefield situation information , and on the
basis of which , puts forward method and key technology that realizing scene simulation of field situation information , discusses it base on data
store , graph display and entity model.
KEYWORDS :DIS;Virtual reality;Scene simulation ;Entity model
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(1. Department of Electronic and information Engineering , Liaoning Technical University , Fuxin Liaoning 123000 ,China ;
2. Department of supplying electricity in Fuxin’s mineral bureau , Fuxin Liaoning 123000 ,China)
ABSTRACT :This article introduces the necessity of developing smith chart’s simulation and intelligent calculation , as well as the principle of
smith chart construction . It expounds about implementing process of smith chart’s simulation and intelligent calculation , including drawing
principle and implementing of moving picture and intelligent calculation. give the result of simulation and curves through a example of smith
chart’s application. Moreover makes a conclusion that this simulated smith chart can be used in calculation of microwave engineering and a va2
riety of simulation software can be developed with Matlab.
KEYWORDS :Microwave transmission line ;Smith chart’s simulation ;Intelligent calculation
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