Smith原图的报告1

1、武汉理工大学专业课程设计 3（微波技术与天线）课程设计说明书用计算机绘制可视化Smith圆图1 .基本功能描述整体绘出Smith原图，并能分解绘制和显示其特殊的点、线、面。能够在原图上 获取某一点的输入阻抗，并显示该点的反射系数和驻波比。能够通过已知点在Smith圆图上找到该点，并计算出其输入阻抗，反射系数和驻波比。能够整体清除和显示， 并有帮助和退出等功能。2 .设计思路设计思路采用分支结构，将各个功能转化成界面的按键，每个按键对应一个响应 函数，但按键被按下的时候执行相应的功能，直到按下退出键并选择确认按键时退出 程序。流程图如图1所示：图1流程图3 .软件设计3.1 设计步骤i1武汉理工

2、大学专业课程设计 3(微波技术与天线)课程设计说明书打开MATLAB ,在编辑区输入guide然后回车，然后创建了 GUI界面，如下图2所示:1023。邙 * ., y W Cur#1 |ewrLMIiWQrfcSlulEdK 2j Hom-tn， 回 r-tawVfDFkcpMI!串 X CMAhikhd 的MddW自看 I： J *42%IE |<a-mrnnntf History xJuidiT卜1>1-13不等室可-KS-H- l>l-LG上串品够 SBHt- l>l-LG 上午 L:HJ K图2创建GUI界面然后选择Blank GUI(Default)单击OK

3、,就创建了默认的GUI界面，如下图3所示:File Edit View Layout Tools Help * R I *电B G C I串曾窜I0国咕I AIV501也150200250*3504D045n5005!霜1 千H 1 HJ .蔺 13二LZjnhTF ixi=盟当也O °r-j影a "L，=1C-JJ* 1上图3默认的GUI界面3.2界面设置1.创建控件创建所需要的控件，并进行排版，如下图4所示:2.生成文件然后点击绿色的三角形按钮生成 MATLAB文件，如下图5所示:口 0 GlXh Mwi图5生成MATLAB文件3.美化界面按照自己的想法改变控件的标题，

4、改变背景颜色，设计好如图6所示:I口再图6完整的Smith界面3.3关键功能的实现1 .三种圆和特殊点线的隐藏和显示显示部分就由画图方式来实现，用到函数plot,考虑到是画一组曲线，所以用到循环,删除可以用delete函数，delete函数可以通过获取坐标轴上的图形颜色来删除该颜色的图形。用plot画图时给不同的图形用不同的颜色，就可以删除对应的圆。具体计算过程如下:利用反射系数与归一化阻抗的关系，如下（1）、（2）、（3）、（4）所示:Z L - Z 0 - 0 Zl Z。Zin - Z0ZinZ0二 i- u vin(Z)=in(Z)=(1（4）联立得:1 -2 u(1- - u)一v2

5、2vew eejHeT22e e4 二 ejL二 - j I u J v1 - - - i-uv21V(1- u)2: v2(5)22(1 - - u)2 - - v22.取点求值和输值求点(6)(8)式，分别为电导圆和电抗圆，如下所示为电导圆和电抗圆方程:MATLAB中有可以获取绘图区的点的函数ginput利用该函数可以获取所取点的坐标，然后通过获取的坐标值画出该点的电导圆、电抗圆、反射系数圆和相角线。通过暂停 函数pause达到动画的效果，显示找点的过程。然后将计算出来的归一化阻抗，反射系数， 驻波比用set函数显示到编辑框里。对于输值求点，是将编辑框里的信用get函数获取通过 运算画出电

6、导圆、电抗圆、反射系数圆和相角线。所用方程为（7） （8）,根据获取的归一化阻抗值画出圆。2 .退出和帮助操作MATLAB中有warndlg, helpdlg和questdlg等等函数可以弹出所需要的对话框，在 程序中用questdlg产生退出对话框，warndlg产生警告对话框，对于越界操作发出警告， helpdlg弹出帮助对话框实现帮助功能。4 .结论与心得体会这次课程设计的选题我是按照自己的兴趣来选的，我对微波技术比较感兴趣而且深知Smith圆图在微波技术中的应用之广，所以选了这个课题。通过设计Smith圆图，发现了一些问题，Smith圆图不是绝对的通用，适用于无源电 路，若为有源电路则

7、需修改所画 Smith圆图。这是我课程设计的不足。在Smith圆图的应用中发现通过 Smith圆图可以求得传输线上任何一点的输入阻抗， 反射系数和驻波比等参数。体现的圆图的使用价值。在这次课程设计中，感觉原图的绘制比较容易，只是圆图的美化和应用比较费事，但 是MATLAB中有比较多的函数可以直接利用，比如获取鼠标所点点的坐标就用到ginput函数。比较方便。在小组答辩环节感觉到团队的力量，通过大家的讨论我对我的圆图的优 点和不足有了了解，知道在那些方面修改我的圆图，也听到了大家的想法并且答辩的时候 也体现了大家对原图的理解，发现能够很好地表达也是一种能力。这次课程设计我从各方面提高了自己，三次

8、答辩的过程让我更加透彻的理解了圆图，也提高了自己的逻辑思维能力和表达，重要的是不再为写程序而写程序，更多的是站在用 户的角度思考问题，懂得了程序是来用而不是来看的，要建立可懂友好的界面。虽然学到了不少，不多我在小组中不是做的最好的，有待提高。在做课设过程中，老 师和同学们给了我不少的意见，很谢谢他们对我的帮助。我也会更加努力！5 .参考文献1刘学观，郭辉萍.微波技术与天线M.西安：西安电子科技大学出版社.2006.2王新稳，李延平.微波技术与天线M.北京：电子工业出版社.2012.3 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波M.北京：高等教育出版社.2006.6 .思考题1 .阻抗、电阻和电抗的定义是什

9、么，有什么关系？答：电阻：欧姆定律定义的参数：电压与电流之比。电抗：交流电流通过电感或者电容压降时，电压与电流之比，虚数表示。阻抗：电阻与电抗的复合参数，用复数表示，实部为电阻，虚部为电抗。2 . Smith圆图能用于解决什么问题，完成什么功能？答：Smith chart全面反映了反射系数与阻抗、导纳之间的换算关系。常用于：1） 当负载阻抗，输入阻抗，反射系数，驻波比 这几个量中，只要知道一个就可以求出其他的几个。2）已知负载 可以求出个驻波量，或者波形。3）用于阻抗匹配。7 .附录7.1 调试报告1 .单击电导圆的显示，然后单击电抗圆的显示，发现电抗圆的痕迹也留在了上面， 不 只是电抗圆，反

10、射系数圆也不能够单独显示。原来我在程序中加了 hold on函数MATLAB 中该函 数使得图形覆盖，故无法分别显示，在下一次显示时用delete函数将上一次的图形删掉，因为别的功能需要保存所以不删掉 hold on。2 .单击取点画圆按钮，当画完圆后画好的电导圆，电抗圆和反射系数圆的位置会移动, 而且形状会变成椭圆。是因为没有固定坐标轴的位置，使得每次画图的时候就会随着图形 的大小自己调节坐标。用axis(-1 1-1 1);来设定坐标轴范围，使得绘图区的坐标不会变化3 .单击输值求点按钮，当画完三种圆的时候，相角线就会跑偏。检查后发现是画相角 线时横坐标少加了负号。7.2 测试结果1.显示

11、电导圆，单击显示按钮，得到动画结果，最后结果如下图7所示:图7电导圆2.显示电抗圆，单击显示按钮，得到动画结果，最后结果如下图 8所示: ?rr*lhSmith鲫图中抗以阳及显小.至即1Smith圆图分就电导圆| 2面和前面图8电抗圆Smit |i周图的应用取点求值反射案数圆显示显不显不显示性戳3.显示反射系数圆，单击显示按钮，得到动画结果，最后结果如下图9所示:图9:反射系数圆4 .显示特殊的三点和俩线，并且能够闪烁显示，最后结果如下图10所示:Smith圆图的应用轮值求与Smith圆图Reflection coefficlent=lSmith圆图分解特殊的3点、？面和树由操作如班 心匕 南

12、羚全舒皆a全部电导圆电抗圆显示I电藏I 反射系数/父I建藏I图10特殊的点、线5 .单击取点求值按钮，在圆图上找所求点，单击左键，可以看到动画显示过程，如图11所示是画到一半时候的情况，可以看到编辑框的值即对应点的值:图11取点求值（一）最后为了突出这个点的三个圆和相角线就将其他的圆都删掉得到图12:图12取点求值（二）6 .现在编辑框中输入归一化阻抗的值，然后单击输值求点可以看到动画显示过程，如 图13所示是画到一半时候的情况，可以看到编辑框的值即对应点的值：M smrihJ GCMSmith圆图Smith员图分解显示显示显不持碑的3点、？面和西面显示0 G08退出造加£可守三1七

13、二反射系数圆1舞作电抗圆隐磁I图13输值求点（一）最后为了突出这个值所对应点的三个圆和相角线就将其他的圆都删掉得到图14:图14输值求点（二）7 .单击帮助按钮，弹出对话框，提示如何操作，如图 15所示:MlSmith圆图Smith圆图的应.用Welccnie £ use SmLh Chart!Smith圆图分解电抗圆)4.1 D.2 <J.J QA 05 H D.7 D.S 05操作退出图15帮助界面8 .单击退出按钮，弹出对话框，确认是否退出，单击 OK退出程序，如图16所示:.smithSmith圆图Sm由圆度的应用09IQ Smilh ChrilSmith图图分解电导圆

14、电抗圆持疑的3点.之面和礴面阻威Q I|AfaII|a_03.1 0.2 03 04 a 0.6 07 0 B 09探作退出清除三峦三 土可图16退出界面9 .单击显示全部，就可以看到完整的 Smith圆图，如下图17所示:图17 Smith全图7.3关键源代码1 .显示全部axes(handles.axesl);delete(findobj('color','c');delete(findobj('color','k'); delete(findobj('color','b');delete(fi

15、ndobj('color','y'); axes(handles.axesl);set(handles.edit1, 'string' , num2str(0);set(handles.edit2,'string' , num2str(0);set(handles.edit3, 'string' , num2str(0);set(handles.edit4,'string' , num2str(0);for G=1:0.2:3;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-

16、rr;axes(handles.axes1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold onendfor G=3:0.5:5;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axes(handles.axes1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold onendfor G=5:2:10;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axes(handles.axesl);pl

17、ot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold on end for G=10:5:50;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axes(handles.axes1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold on end for G=0:0.1:1.1;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axes(handles.axes1);plot(cr+rr*cos(tr),r

18、r*sin(tr),'r');axis square;hold on end for G=0:0.1:1tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axes(handles.axes1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold onendfor B=0:0.1:4 ；b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axes1);plot(1+

19、rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m') elseaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g') endhold onendfor B=-4:0.1:0b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axesl);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m') elseaxis(-

20、1 1-1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor B=4:0.5:8b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m') elseaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx

21、+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor B=-8:0.5:-4b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m') elseaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g') end hold onendfor B=-5

22、0:5:-8b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axesl);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m')elseaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor B=8:5:50b=B;rx=1/(b+eps);cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1)

23、;if tx<piaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m') elseaxis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor G=0 0.2 0.5 1 2 4 8 16 32 64 128 256;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axis(-1 1 -1 1);axes(handles.

24、axes1);plot(rr*cos(tr),rr*sin(tr),'g');axis square;hold onendaxes(handles.axes1);plot(-1,0,'o');text(-1,0,' leftarrow Zl=0','FontSize',13)plot(0,0,'o');text(-0.5,0,' matchingrightarrow','FontSize',13)plot(1,0,'o')；text(0.4,0,'ZL=in巾

25、nityrightarrow ','FontSize',13)text(0.5,0.9,'leftarrow Reflection coefficient=T,'FontSize',13)x=-1:0.01:1;y=sqrt(1-x.A2);plot(x,-y,'-')hold onplot(x,y,'-')axis squaretext(-0.4,0.6,'inductive','FontSize',30)text(-0.4,-0.6,'capacitive',&#

26、39;FontSize',30) text(-0.05,0.2,'rightarrow r=1 ','FontSize',13) x=0:0.01:1;y=sqrt(0.25-(x-0.5).A2);plot(x,-y,'-')hold onplot(x,y,'-')axis squaretext(1,0,'0.25','FontSize',13)text(-0.2,1,'0.125','FontSize',13)text(-0.2,-1,'-0.12

27、5','FontSize',13)2 .取点求值axes(handles.axesl);delete(findobj('color','c');delete(findobj('color','b');delete(findobj('color','k');delete(findobj('color','y');for G=0 0.2 0.5 1 2 4 8 16;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;ax

28、is(-1 1-1 1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold onendfor B=-9 -8 -7 -6 -5-4 -2 -1-0.5 -0.3 0.3 0.5 1 2 4 5 6 7 8 9;b=B;rx=1/b;cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1-1 1);axes(handles.axesl);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m')elseaxis(-1 1-1 1);axes(han

29、dles.axesl);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor G=00.2 0.5 1 2 4 8 16 32 64 128 256;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axis(-1 1 -1 1);axes(handles.axes1);plot(rr*cos(tr),rr*sin(tr),'g');axis square;hold onendaxes(handles.axes1);U,V=ginput(1);U=-U;delete(findobj(

30、'color','k');delete(findobj('color','b');delete(findobj('color','c');if( UA2+VA2)>1)warndlg('The point is beyond the range!','warning');elseG=(1-UA2-VA2)/(1+U)A2+VA2);B=-2*V/(1+U)A2+VA2);A0=atan(V/U);if U<0A=180-(180/pi)*(A0+pi);e

31、lseif V<=0A=-180-(180/pi)*A0;elseA=180-(180/pi)*(A0+2*pi)+360;endset(handles.edit6, 'string' , num2str(A);set(handles.edit1, 'string' , num2str(G);set(handles.edit2,'string' , num2str(B);set(handles.edit3, 'string' , num2str(-U);set(handles.edit4,'string' ,

32、 num2str(V);set(handles.edit5 'string num2str(1+sqrt(UA2+VA2)./(1-sqrt(UA2+VA2);tr=2*pi*(0:0.00001:1);%y=G+B*j;pause(2);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axis(-1 1-1 1);g1=plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'c','linewidth',1.5);axis square;hold on;b=B;rx=1/b;cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);pause(1.5)

33、;if tx<piaxis(-1 1-1 1);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'y','linewidth',1.5)elseaxis(-1 1-1 1);plot(1+rx*sin(tx),cx+rx*cos(tx),'y','linewidth',1.5)endhold on;pause(1.5);r=sqrt(UA2+VA2);axis(-1 1 -1 1);g4=plot(r*cos(tr),r*sin(tr),'-','linewidth',1.5

34、);axis square;pause(2);cosA=U/sqrt(UA2+VA2);sinA=V/sqrt(UA2+VA2);r0=0:0.00001:1;axis(-1 1 -1 1);g0=plot(-r0*cosA,r0*sinA,'k','linewidth',1.5);axis square;hold on;pause(1.5)%?delete(findobj('color','r');delete(findobj('color','g');delete(findobj('co

35、lor','m');axis square;end3 .输值求点axes(handles.axes1);delete(findobj('color','c');delete(findobj('color','b');delete(findobj('color','k');delete(findobj('color','y');for G=0 0.2 0.5 1 2 4 8 16;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr

36、=1-rr;axis(-1 1-1 1);plot(cr+rr*cos(tr),rr*sin(tr),'r');axis square;hold onendfor B=-9 -8 -7 -6 -5-4 -2 -1-0.5 -0.3 0.3 0.5 1 2 4 5 6 7 8 9;b=B;rx=1/b;cx=rx;tx=2*atan(-b)*(0:0.01:1);if tx<piaxis(-1 1 -1 1);plot(1+rx*sin(tx),-cx+rx*cos(tx),'m')elseaxis(-1 1 -1 1);plot(1+rx*sin(tx),

37、cx+rx*cos(tx),'g')endhold onendfor G=0 0.2 0.5 1 2 4 8 16 32 64 128 256;tr=2*pi*(0:0.005:1);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axis(-1 1 -1 1);plot(rr*cos(tr),rr*sin(tr),'g');axis square;hold onendpause(2);G=str2num(get(handles.edit1,'string');B=str2num(get(handles.edit2,'string');R=

38、G/(GA2+BA2);X=-B/(GA2+BA2);U=(RA2+XA2-1)/(RA2+2*R+1+XA2);V=2*X/(RA2+2*R+1+XA2);tr=2*pi*(0:0.00001:1);A0=atan(V/U);if U<0A=180-(180/pi)*(A0+pi);elseif V<=0A=-180-(180/pi)*A0;elseA=180-(180/pi)*(A0+2*pi)+360;endset(handles.edit6, 'string' , num2str(A);set(handles.edit3, 'string' , num2str(-U);set(handles.edit4,'string' , num2str(V);set(handles.edit5；一'string' , num2str(1+sqrt(UA2+VA2)./(1-sqrt(UA2+VA2);rr=1/(1+G);cr=1-rr;axis(-1 1-1 1);g1=pl