用VB开发阻抗圆图的应用软件包
2003 年 3 月 内蒙古大学学报(自然科学版) M ar. 2003
第34卷第2期 A cta Scientiarum N aturalium U niversitatis N eiM ongol Vol. 34 No. 2
文章编号: 1000- 1638(2003) 0220211205
用VB 开发阻抗圆图的应用软件包X
刘桂珍, 王立华, 李 鹏
(内蒙古大学理工学院电子工程系, 内蒙古 呼和浩特 010021)
摘要: 阻抗圆图是从事天线设计与微波实验工作的重要工具, 应用VB6. 0 作为开发平台开发
的阻抗圆图的应用软件包, 使圆图的应用与计算变得方便、快捷. 该软件具有操作简单, 界面友
好, 可靠性高等优点.
关键词: VB6. 0; 阻抗圆图; 界面设计; 多重窗体
中图分类号: TN 811 文献标识码: A
阻抗圆图主要用来计算阻抗与导纳, 进行阻抗匹配, 还可以用来设计一些微波元器件. 阻抗圆图
不仅广泛应用于工程技术中, 而且还是学习微波技术, 天线与电波等后续课程的基础. 本软件开发的
目的是为学生在学习中提供方便. 该软件通过形象的演示帮助学生更好的掌握圆图, 同时也可作为应
用工具帮助工程设计人员进行微波元件与天线设计.
1 面向对象的程序设计
本软件包的开发采用了面向对象的思想, 以W INDOW S98 操作系统和VB6. 0 语言为开发平台.
在设计上按照功能性的原则, 把软件包划分为几大模块. 每一模块作为一个对象分别进行了程序设
计, 提高了系统的可维护性. 在内容上, 软件由阻抗圆图的显示、阻抗圆图的放大、关于阻抗圆图的计
算、关于导纳圆图的计算等构成. 本软件也将是阻抗圆图的后续开发工作的工具.
阻抗圆图应用软件包的开发采用M ICRO SO FT 公司推出的基于W INDOW S98 的 V ISUAL
BA S IC6. 0. 它具有良好的图形用户界面(GU I) , 并支持面向对象的程序设计, 它具有结构化事件驱动
程序模式, 支持DD E 和OLD 等特性, 同时VB6. 0 还引入了可视化(V ISUAL ) 编程技术. VB6. 0 的工
作环境是集成开发环境( ID E) , 在它的开发环境下, 集成了用户用来创建、修改、测试和编译应用软件
所须的一切.
2 阻抗圆图应用软件的功能
阻抗圆图的应用软件是以微波技术中的长线理论和解析几何模型为基础开发的. 该软件增加了
初学者对于微波学习的兴趣, 使初学者对微波产生感性认识. 该软件也是从事天线设计和微波实验工
作人员的辅助设计工具, 它可以帮助天线设计和微波实验工作人员快速、方便、准确地进行系统设计,
提高效率和设计水平. 该软件包具有如下功能:
1) 显示阻抗圆图
帮助初学者对于阻抗圆图有一个直观的认识, 并且增加了初学者的学习兴趣, 调动学生学习微波
技术的积极性.
X 收稿日期: 2002210208
基金项目: 内蒙古大学出版基金资助项目
作者简介: 刘桂珍 (1943～ ) , 女, 河北省邯郸市人, 内蒙古大学理工学院副教授, 微波技术专业. 出版《微波技
术》教材一本.
2) 阻抗圆图的放大显示
阻抗圆图的放大显示向初学者展示了阻抗圆图的构成及阻抗圆图的实现方法. 程序将阻抗圆图
的不同部分以不同颜色的弧线画出来, 帮助初学者进一步的了解阻抗圆图的细节之处, 加深了初学者
对阻抗圆图的认识, 为以后的学习打下坚实的基础.
3) 关于阻抗圆图的计算
在阻抗圆图的计算页面内, 同时选中所要输入的已知条件的复选框和所要输出的结果的复选框
就可以激活阻抗圆图的计算的按钮. 点击阻抗圆图的计算的按钮, 程序就会弹出计算所需要的数据输
入对话框, 在输入相应的数值之后, 点击查看阻抗圆图的按钮, 这时所有的已知条件和相应的计算结
果分别以不同颜色的圆或弧线显示在阻抗圆图上. 我们可以根据输入、输出的数据在阻抗圆图上的显
示对结果做出大致的判断. 然后再点击查看结果按钮, 已知条件和计算结果就会以具体数值形式显示
在相应的文本框内, 为我们的工作与学习提供精确的数值.
4) 关于导纳圆图的计算
当传输线上有并联分支时, 用导纳圆图来计算比较方便. 导纳圆图与阻抗圆图是相对应的, 它们
构成规律相同, 形状也相同. 只是导纳圆图与阻抗圆图上各点的物理意义有所差别.
与阻抗圆图的计算一样, 点击选中已知条件和所需要的输出结果的复选框, 输入已知数据, 查看
相应的导纳圆图及输出结果.
3 阻抗圆图应用软件的性能
该软件的输入输出数据的精度为 10E- 6. 它可以在任何装有W in98 以上操作系统的计算机上
直接使用. 该软件既可以应用于微波技术阻抗圆图实验中, 也可以为天线设计者和微波实验人员提供
精确的计算. 该软件支持键盘输入, 输出的数据以图形和文本的方法在 CR T 上输出.
4 阻抗圆图应用软件的关键算法
阻抗圆图的应用软件是一个学习微波技术的辅助软件. 我们采用VB6. 0 的图形用户界面(GU I)
和多重窗体(M D I) 来实现该软件包的用户界面设计. 初学者和工程人员在整个的操作过程中仅需要
通过鼠标, 并用键盘输入少量的数据即可完成.
1) 阻抗圆图构成的关键算法
要想用计算机来画出阻抗圆图, 首先就要对阻抗圆图的构成进行分析, 并确定各个部分之间的关
系. 根据阻抗圆图的原理可知, 它主要由三部分构成——等电阻圆、等电抗圆、电刻度. 由于电抗圆位
于坐标轴上下两部分, 且等电抗圆不能超出 r= 1 的电阻圆, 故在 r= 1 的电阻圆内只能画弧线, 弧线
的起点在 r= 1 的电阻圆上, 但电抗圆又不能同时都与坐标轴相交, 否则电抗线将乱成一团, 于是在画
电抗圆弧的同时还应该控制其终点的角度. 为了使电抗圆弧看上去有条理, 我们需要用程序控制起止
角. 电抗线越靠近坐标轴应该越画得更稀疏, 这样才能看出来层次感, 只要控制其 step 的步长就可以
达到我们的目的. 而角度的控制, 则要建立相应的解析几何模型如图 1. O 为电阻圆的圆心,O 1 为电抗
圆的圆心,O ′为任意半径的电阻圆的圆心, P、Q 为电抗线与两电阻圆的交点, 通过解析几何的关系则
可以找出 H和 H1 与电阻圆半径 b 和电抗圆半径 a 的关系, 由其正切值而求得电抗圆的圆弧的起始角,
终止角度的大小.
对于电阻圆而言, 由于全部电阻圆弧都相切于一点, 要是全都画上, 其切点附近将会乱成一团, 以
至无法分辨. 电阻圆也需要分弧段地画出, 并且越靠近切点处的电阻圆弧线应越稀疏. 其起始角和终
止角的大小可由图 1 得到. 在求电抗圆弧时我们已经解出 H, 由解析几何知识可得到电阻圆的圆弧起
始角为 P- 2H, 终止角为 P+ 2H. 我们只要控制 step 的步长就可以实现圆弧的分段显示. 这样在计算
机上画出来的阻抗圆图看上去才有规律并且整齐.
最外层的电刻度是通过两个同心圆及画线语句来实现的.
212 内蒙古大学学报(自然科学版) 2003 年
2) 等电阻圆与等电抗圆交点及驻波比的关键算法
图 1 阻抗圆图的几何模型
F ig. 1 The geom etry of the Sm ith Chart
图 2 阻抗圆图的计算模型
F ig. 2 The calculation modle of the Sim th Chart
已知等电阻圆和电抗圆的半径, 求其等 Q圆的半径. 若用圆规和直尺在阻抗圆图上画出等 Q圆,
我们就很容易地求出 Q值. 但是让计算机去判断两圆的交点 P , 并求出O P 的长度 (等 Q圆的半径) ,
这不是一件容易的事. 为了解决这个问题, 我们从当初建立的解析几何模型(图 2) 入手使问题得以简
化. 从几何关系上我们很容易求得 tgH的值, 再利用倍角公式就可以求出 sin2H和 co s2H的值, 又因为
O ′P 已知, 那么 P 点的坐标就可以求出来. 从以上的运算可以看出, 该算法在简化了求两圆交点的运
算同时还提高了程序的运行效率, 并且增加了程序的可移植性和可维护性, 从而提高了软件的质量.
知道了等 Q圆的半径的值 r, 求 Q就变得简单多了. 只要画一个与等 Q圆相外切和 R = 1 的等电
阻圆相内切的圆即可, 由公式 r= 1- 2?(1- Q) 可得出 Q的值, 即 Q= 2?(1- r) - 1.
5 系统界面的实现
为了操作上的简单, 我们选用了多重窗体(M D I). 我们在系统的主界面上设置了三个按钮, 一个
用来显示阻抗圆图, 第二个用来计算阻抗圆图和导纳圆图, 第三个则是退出该软件. 在设计中我们采
用了窗体的 Show 方法来实现各个窗体的连接. 如:
P rivate Sub Comm and1 C lick ()
Fo rm 2. Show
Fo rm 1. H ide
End Sub
显示阻抗圆图的窗体中, 我们采用了笛卡儿坐标系, 并且添加了返回主页面和放大两个按钮. 点
击放大按钮, 显示阻抗圆图的放大. 这是通过控制阻抗圆图的公共变量 R 来实现的. 如:
P rivate Sub Fo rm A ctivate ()
Fo rm 2. Scale (- 4200, 4200) - (4200, - 4200)
C ircle ( 0 , 0 ) , R
End Sub
点击计算按钮, 程序弹出计算窗体, 我们在计算窗体中设置了多个复选框, 并将它们分别放到相
对应的框架中. 只有当相应的已知条件全部选中时, 计算按钮才会生效, 点击计算按钮就会进行相应
的运算. 如:
P rivate Sub Check26 C lick ()
If Check2. V alue A nd Check6. V alue A nd Check26. V alue Then
Comm and1. Enabled = T rue
Else
Comm and2. V alue = False
312第 2 期 刘桂珍等 用VB 开发阻抗圆图的应用软件包
End If
End Sub
输出窗体的界面设计和实现我们主要采用在
窗体上加L able 控件、Textbox 控件和 Comm and
控件的方法, 并修改相应的N am e 属性和 Cap tion
属性. 使其相应的结果写在相应的 Textbox 中
6 阻抗圆图的应用软件的逻辑结构
1) 阻抗圆图的应用软件的处理框图(图 3)
2) 阻抗圆图的应用软件的流程图(图 4)
图 3 阻抗圆图的应用软件的处理框图
F ig. 3 D iagram system of app lication
softw are of the Sm ith Chart
图 4 阻抗圆图的应用软件的流程图
F ig. 4 The flow diagram of app lication
of the Sm ith Chart
7 应用示例
1) 显示阻抗圆图(图 5)
图 5 阻抗圆图的显示
F ig. 5 D isp lay of the Sm ith Chart
图 7 结果在阻抗圆图上的显示
F ig. 7 Input and output in the Sm ith Chart
2) 关于阻抗圆图的计算
以刘桂珍老师的《微波技术》的例题为例: 已知: 特性阻抗 Z c= 758 , 工作波长 K= 30 cm , 终端负
载 ZL = 50+ j308 , 负载距 T 面的距离为 21cm.
求: 负载的归一化值, 驻波比 Q, T 面的输入阻抗, 驻波相位.
412 内蒙古大学学报(自然科学版) 2003 年
在主界面上点击“计算”按钮, 进入“计算”界面, 选中计算所需的已知条件和结果如图 6 所示, 点
击“关于阻抗圆图的计算”按钮, 弹出数据输入对话框, 分别输入已知的数据. 然后, 点击“查看圆图上
的数据”按钮, 弹出“显示输入输出在圆图上的位置”界面, 即可查看已知条件和输出结果在圆图上的
显示情况如图 7 所示, 点击“查看计算结果”按钮, 即显示输入条件和输出结果, 如图 8 所示.
图 6 计算界面
F ig. 6 The interface of calculation
图 8 输入条件和输出结果
F ig. 8 Input and output result
8 结束语
本文描述了阻抗圆图的应用软件的开发过程, 为阻抗圆图的应用软件的后续开发提供了思路. 该
软件开发成功后, 我们对其进行了测试分析, 其可用性、易适应性、方便性等优点得到了充分体现, 而
且提高了教学效率和教学质量. 目前我们已经把该软件应用到教学并取得了良好的效果.
参考文献:
[1 ] 刘桂珍. 微波技术 [M ]. 呼和浩特: 内蒙古大学出版社, 1997.
[2 ] 廖承恩, 陈达章. 微波技术与天线 [M ]. 北京: 国防工业出版社, 1978.
[3 ] 龚沛曾, 陆尉民, 杨志强. V isual Basic 程序设计教程 [M ]. 北京: 高等教育出版社, 1998. 12.
[4 ] 周霭如, 官士鸿. V isual Basic 程序设计教程 [M ]. 北京: 清华大学出版社, 2000. 3.
T he A pp lication Softw are of the Sm ith Chart D eveloped by VB
L IU Gui2zhen,WAN G L i2hua,L I Peng
(D ep artm ent of E lectronic E ng ineering , College of S ciences and
T echnology ,N eiM ongol U niversity , H ohhot 010021 , PR C )
Abstract: The Sm ith Chart is an impo rtant too l to the design of the aerial and the experim ent of
m icrow ave. The softw are of the Sm ith Chart w hich is p rogramm ed by VB6. 0 m akes the app lication
and calculation of the Sm ith Chart convenient and sw ift. This softw are has m any advantages, such
as easy operation, friendly interface, high reliability, etc.
Key words: VB6. 0; the Sm ith Chart; interface design;M D I
512第 2 期 刘桂珍等 用VB 开发阻抗圆图的应用软件包
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