微波技术课程设计指导材料2014

一、Smith圆图介绍

Smith圆图是P．H．Smith于1939年在贝尔实验室发明的，它主要用于计算微波网络的阻抗、导纳及网络阻抗匹配设计，还可用于设计微波元器件。Smith圆图软件不仅适用于微波工程设计，亦可用于电磁场、微波技术及天线与电波传播等课程相关内容的教学，该软件通过形象的演示可以深刻理解圆图的应用。

微波网络的正弦稳态分析含有复数计算，运算十分繁琐和耗时。在计算机运算速度和内存不够发达以前，图解分析法得到长足发展，其中多年来应用最广的

是Smith 圆图。在计算微波传输线输入阻抗、导纳及阻抗匹配等问题时，它不仅能避开繁琐的公式及复数运算，使工程设计中相关计算简单便捷，而且图解过程物理概念清晰，所得结果直观形象。随着计算机技术的飞速发展，图解法在计算精度上的固有缺陷日益显现，因为，圆图的计算精度取决于圆图中必须有足够的圆周数，而过多的圆周会导致图线过于密集，不便将阻抗、反射系数、电压驻波系数（VSWR ）及电长度等相关数据从图上直接读出。通过对圆图构成的基本原理和应用问题的分析，利用现代计算机技术可以解决圆图计算精度等方面存在的问题，为此设计的Smith圆图软件既保留圆图计算直观、便捷的大众性，又满足工程设计中相关参数的计算精度。在计算机应用日益普及的今天，该软件特别适合电磁场、微波技术与天线等领域的教学和工程设计相关参数计算使用。

圆图软件的设计特点

二、Smith圆图的软件实现

圆图软件设计要求计算结果以图形和数据并行输出，处理包括复数的矩阵运算。为使程序代码简单，执行运算速度快，计算精度高，选择MATLAB 软件作为设计技术平台较为理想（也可利用VC,VB等）。该软件数学表示、函数集丰富且功能强大、良好的用户界面以及许多函数本身会绘制图形且自动选取坐标刻度等显著优点，特别适用大量计算。利用MATLAB强大的作图功能容易画出完整的Smith 圆图。整个圆图软件分为用户图形界面模块、圆图计算模块、画图演示模块。上述: 大模块又进一步分解，其中用户图形界面模块分为：主页、主菜单；圆图计算模块分为反射系数计算、单支节匹配计算、输入阻抗计算以及整个Smith圆图；画图演示模块分为等归一化电阻圆、等归一化电抗圆、反射系数圆等；确定阻抗值在圆图上的位置、圆图的基本应用、求输入阻抗及其在圆图上的位置以及单支节匹配等问题。

三、Smith圆图软件程序及界面（参考模型）

图一  圆图软件程序结构参考模型

图二 圆图软件参考界面

四、微波技术课程设计内容、目的、任务等

1. 设计内容：Smith圆图软件及一种微波通信系统的设计。

2．设计目的：通过具体的软件编程和多媒作，进一步加深对微波通信技术的理解和掌握，提高动手能力，提高解决实际问题的综合能力。

3．涉及的课程：计算机高级语言编程（MATLAB，VC，VB等）；微波通信技术；电磁场与电磁波；多媒体技术等。

五、课程设计的时间安排

分组：一人一组。

连续进行4周（第12-第15周），每周按规定时间到计算中心一次。

每周四下午6-9节

第17周周五之前按班级提交课程设计报告。

六、工作安排（课程设计任务）

本课程设计由任务一和任务二组成，两者不可缺其一。

任务一：编写Smith圆图程序，测试程序，演示结果正确无误；（85分）

任务二：自行设计一种微波通信系统。（可参考选有的微波通信系统）（15分）

七、课程设计验收及评分标准

任务一验收标准：

1. 基本功能界面实现。（10分）

2. 各种结果演示正确。（15分）

3．交互界面清晰，美观。（10分）

4．回答教师提出的问题。（15分）

5．有创新点。（5分）

任务二验收标准：

自己另行设计一种微波通信系统，给出系统功能框图，指标参数，实现功能的说明等。可参考书籍网络等。（15分）

6．设计报告（30分）

（1）任务二的说明清晰完整。

（2）Smith圆图原理，概念清晰，设计合理。

   （3）附录完整准确，无抄袭。  

八、 课程设计报告要求及格式

报告封面按教务处给定格式填写！

题目：微波通信技术课程设计报告（三号，黑体字）

副标题：-- Smith圆图软件及一种微波通信系统的设计（小四，黑体字）

内容包括：正文为小四 宋体，其中英文为TIMES NEW ROMAN 字体

一、一种微波通信系统的设计说明

二、Smith圆图软件的简要说明

三、Smith圆图的设计目的和要求

四、Smith圆图的程序流程图

五、演示验证过程

六、总结（含心得体会，记录并回答问题等。）

        附录： 

附1．源程序（包括调试程序）

附2．主要交互界面

附3.  参考资料