【文章內(nèi)容簡介】 射波和反射波的不斷變化，合成波也是不斷相應(yīng)地調(diào)整變化的。這在代碼編程中，就要考慮在同一坐標(biāo)軸上，如何控制反射波的傳導(dǎo)時間和空間。在這里，用了一個 t 變量，通過檢測坐標(biāo) z 的大小，中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 就達(dá)到了 效果 。如下面 框圖 所示： 具體代 碼編寫如下： n=100。 for i=1:n。 t=*i。 z=*(50(0::i))。 因為入射波是從坐標(biāo)軸右側(cè)向坐標(biāo)原點傳播，所以這一句，用來控制表示入射波。 z=*((50::i)50)。 （ i=50）反射波是從坐標(biāo)原點向右傳播的，那么這一句編碼就可以用來控制表示反射波。 傳輸線工作參量 傳輸線的工作參量用來定量描述傳輸線的反射情況。所用的表示參量包括：輸入阻抗 、 反射系數(shù)和駐波比。 輸入阻抗就是傳輸線上合成波的電壓與電流之比，可以這樣來理解輸入阻 抗的意義 ， 傳輸線上終端接負(fù)載 ZL 后，始端所反映的阻抗。 即 ，長度是 z 的傳輸線段與終端負(fù)載組成的傳輸線電路的等效阻抗。并且隨空間位置 z 的變化，輸入阻抗表現(xiàn)出了周期性和倒置性 [23]。 前面已經(jīng)提到，傳輸線上任意一點的波是由入射波和反射波相疊加的。波的反射是傳輸線最基本的物理現(xiàn)象，而傳輸線的工作狀態(tài)業(yè)主要取決于反射情況。 一般分析電路時，采用的是終端負(fù)載反射系數(shù)來表達(dá)整個電路的反射情況。反射系數(shù)是指傳輸線上某點的反射波與入射波之比。 反射系數(shù)一般情形下是一個復(fù)數(shù)。 傳輸線上有入射波和反射波，兩者相互疊加形成 駐波。入射波、反射波同相疊加必然是最大的，反相疊加必然得到最小。傳輸線上電壓振幅最大值和電壓振幅最小值之比稱為電壓駐波系數(shù)；電流的振幅最大值與電流的振幅最小值之比稱作電流駐波比，它們在數(shù)值上是相等的。 一般僅用電壓駐波系數(shù)，用 ? 表示 [24]。運行 入射波 反射波 合成波 i50 i=50 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 均勻無耗傳輸線上的駐波系數(shù)取決于終端連接負(fù)載，與空間位置 z 無關(guān)。 傳輸線工作狀態(tài)分析 對于傳輸線而言（為方便起見，重點研究無耗或者小損耗傳輸線），終端所接的負(fù)載阻抗不同，線上的反射情況 就 表現(xiàn)出很大的不同 ，電壓電流的分布情況也不一樣 ，主要用來描述電信傳輸效率。 有三種不同的工作狀態(tài)， 分別是無反射的 行波 狀態(tài) ， 全反射的純 駐波 狀態(tài)和部分反射的 行駐波 狀態(tài) 。 （ 1）行波狀態(tài) 當(dāng)負(fù)載阻抗等于傳輸線的特性阻抗，即 0ZZL? 時，從信號源傳向負(fù)載的信號被完全吸收，也就是說，此時的傳輸線上只有入射波，沒有反射波。在具體的仿真中，應(yīng)該表現(xiàn)為反射波與空間橫軸重合，振幅為零。行波狀態(tài)是一種匹配狀態(tài)，輸入阻抗等于負(fù)載阻抗，也等于特性阻抗；反射系數(shù)等 于零；駐波比是 1。行波狀態(tài)的特點是 [25]： ① 電壓、電流沿線的振幅不變。 ② 電壓、電流各點均同相，電壓或電流的相位隨 z 減小而滯后，線上是從波源到負(fù)載的單向行波，合成波就是入射波。 ③ 因為沒有反射波，反射功率為零，入射功率被負(fù)載完全吸收，所以傳輸能量時所希望的就是行波狀態(tài)。 （ 2）駐波狀態(tài) 當(dāng)信號源通過傳輸線傳向負(fù)載的入射波在終端 負(fù)載處發(fā)生了全反射（即反射系數(shù)等于 1），反射波和入射波的幅度相等，入射波與反射波疊加形成駐波。形成駐波的條件是：終端 處 短路，開路，或者接純阻抗負(fù)載。純駐波的特點： ① 電壓、電流振幅隨傳輸線的位置變化而變化。振幅最大值稱為波腹，最小值稱為波節(jié)。駐波的波腹是入射波振幅的 2 倍，波節(jié)是零。 ② 電壓、電流隨傳輸線的位置變化而變化，但不是均勻變化。相鄰節(jié)點之間各點的電壓（或者電流 )相位相同，節(jié)點兩邊的 點的相位相反。 ③ 傳輸線上同一位置 z 處電壓與電流的相位差 ? /2。電壓沿線是正弦變化，電流則是余弦變化。表現(xiàn)在仿真圖上就是，電壓波腹點對應(yīng)著電流波節(jié)點，電壓達(dá)最大時，電流為 0 或者相反。所以在能量方面，駐波只有能量的存儲而沒有能量的傳輸。 （ 3） 行駐波是有部分反射的情況，傳輸線終端為一般負(fù)載，負(fù)載阻抗不等于特性阻抗，反射波的振幅小于入射波的振幅，傳輸線上既有行波又有駐波， 稱為行駐波。波節(jié)不為零，波腹也不等于終端入射波振幅的兩倍 [2]。 由上述的分析知道，有耗線和無耗線在基本特性方面是一樣的，傳輸線上的電壓和電流都是入射波和反射波在一起的疊加， 而 有耗線的入射波和反射波的幅度都要沿著各自的傳播方向呈指數(shù)衰減。 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 通過對上述理論知識的 探究 學(xué)習(xí)，對所研究的方向，需要做的內(nèi)容有了清晰明確的認(rèn)識，更重要的是對理論知識的把握，使得后續(xù)的編程有條不紊，框架清晰。 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 MATLAB 軟件簡介 軟件總述 MATLAB 是 matrix 和 laboratory 前三個字母的縮寫，意思是實驗室矩陣。MATLAB 語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計算機(jī)數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言 [22]。自 1984 年由美國 Mathworks 公司推向市場以來，經(jīng)過十多年的發(fā)展與完善，MATLAB 已發(fā)展成為由 MATLAB 語言、 MATLAB 工作環(huán)境、 MATLAB 圖像處理系統(tǒng)、 MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫和 MATLAB 應(yīng)用程序接口五大部分組成的集數(shù)值計算、圖形處理、程序開發(fā)為一體的功能強(qiáng)大的體系。被譽為第四代計算機(jī)語言，是當(dāng)今國際上最具影響力、最具活力的軟件開發(fā)工具包，被譽為 “巨人肩上的工具 ”[23]。 它提供了強(qiáng)大的科學(xué)計算功能、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形生成功能及模擬、便捷的與其他程序和語言接口的功能 。 MATLAB 在工程技術(shù)界也被用來解決一些實際問題（比如數(shù)學(xué)模型問題） [24]。 本次課程設(shè)計主要運用了該軟件強(qiáng)大的編程、計算和繪圖功能，以及便捷明了的圖形用戶界面設(shè)計。 圖形用戶界面 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和圖形化操作系統(tǒng)的普及，應(yīng)用程序的外觀發(fā)生了巨大變化。 圖形用戶界面由窗口、按鍵、菜單、文字說明等對象構(gòu)成的一個用戶界面。 圖形用戶界面的應(yīng)用程序， 界面友好直觀易操作， 用戶可以更方便快 捷地對復(fù)雜的程序 進(jìn)行 運行，就像我們的手機(jī)桌面一樣 。 MATLAB 作為功能強(qiáng)大的軟件開發(fā)工具，提供了豐富的圖形用戶界面設(shè)計功能，用戶利用 MATLAB 提供的圖形用戶界面設(shè)計程序，完成應(yīng)用程序 的 開發(fā)。 使用用戶界面可以方便地創(chuàng)建 GUI 應(yīng)用程序，根據(jù)用戶設(shè)計的 GUI 布局，自動生成一個 M 文件的框架，用戶使用這一框架編制自己的應(yīng)用程序， M 文件有效地管理對象句柄、執(zhí)行調(diào)用函數(shù)等工作，一方面管理全局變量，另一方面為調(diào)用函數(shù)自動添加子函數(shù)。布局編輯器，集合排列工具，屬性編輯器等這些工具，大大減少了程序開發(fā)的代碼量，使用靈活方便 。 在 MATLAB 的命令窗口中輸入 GUIDE，確認(rèn)后就打開了一個布局編輯器窗口，通過選擇左側(cè)控件選項板里的所需控件進(jìn)行布局。同時自動生成并存儲相應(yīng)的 M 文件 [24]。如下圖所示： 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 圖形用戶界面布局編輯器窗 口 按照設(shè)計仿真需求，并且使布局美觀緊湊，選擇四個坐標(biāo)軸，分別表示入射波反射波形，合成波形，傳輸線示意圖以及幫助信息提示框。各個控件，布局如 有耗 無耗入射波和反射波傳輸線示意圖電壓 電流s t a r ts t o p幫助信息提示合成波i n f or et u r n 圖 傳輸線仿真用戶界面整體布局 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 本次設(shè)計運用 MATLAB 編程，實現(xiàn)對傳輸線方程解的仿真，同時觀察驗證無耗和有耗傳輸線的電壓、電流在三種不同工作狀態(tài)的特性。在代碼編寫方面，理論上來講，思路嚴(yán)謹(jǐn)暢通，將第二章理論推得的解的表達(dá)式正確寫入， MATLAB就能自動對其進(jìn)行分析，在布局窗口指定控件繪圖得到仿真結(jié)果。 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 4 解決方案 具體實施方案概述 首先根據(jù)設(shè)計思路，打好框架，盡可能完整地展示出要仿真得到的傳輸線特性 ,合理安排用戶界面布局，在 布局 窗體上創(chuàng)建各種組件 （比如按鈕，靜態(tài)文本框，彈出式菜單等）使得 功能全面 美觀 ， 簡潔緊湊；傳輸線有無耗和有耗兩類；傳輸特性有電壓和電流兩類；需要觀察的波形有入射波，反射波情況；入射波與反射波的疊加，即合成波情況；操作提示對話框（即幫助文本）；理論提示對比文本框；傳輸線本身示意圖等。其中的單選按鈕，運行控件按鈕等都需要回調(diào)響應(yīng)函數(shù)。 本次課程設(shè)計運用到了 MATLAB 程序設(shè)計、 MATLAB 繪圖、 MATLAB 圖形句柄、 MATLAB 圖形用戶界面設(shè)計。使用圖形用戶界面的應(yīng)用程序，用戶可以很方便的通過鼠標(biāo)點擊選擇與程序進(jìn)行信息的交換，控制程序 的運行。圖形用戶界面的設(shè)計確定了應(yīng)用程序的主要框架和基本功能，完成窗口、圖標(biāo)、菜單、按鈕等用戶界面 ， 只需要在自動生成的程序代碼中添加控制代碼，就可以完成整個應(yīng)用程序的設(shè)計了。 用到的控件有： Push Button：分別命名為“ start”，“ stop”，“ info”“， return”。用來觸發(fā)主程序繪圖仿真。 Radio Button：單選按鈕，用來選擇傳輸線類型和特性類型。并且通過編程使其具有互斥性。 Axes：坐標(biāo)軸控件，用來繪圖電壓波或者電流波和顯示圖片。坐標(biāo)軸大小通過編程改變。 Text：文本編輯。 用來做提示幫助對話框。 圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境（ GUIDE）提供了一組用于圖形用戶界面開發(fā)的工具，包括： 布局編輯器 ：在圖形窗口中創(chuàng)建及布置圖形對象。 幾何排列工具：調(diào)整各對象之間的相互幾何關(guān)系和位置。 屬性編輯器：查詢并設(shè)置對象的屬性。 對象瀏覽器：獲得當(dāng)前 MATLAB 窗口中圖形對象句柄的分級排列。 菜單編輯器：建立和編輯主菜單和圖形對象的鼠標(biāo)右鍵菜單。 參考相關(guān)指導(dǎo)書，查閱學(xué)習(xí)各句柄和控件的屬性和用法，按照預(yù)設(shè)的框架思路，一步一步完成了圖形用戶界面的設(shè)計。控件按鈕的屬性編輯器大大減少了程序代碼量，通過 設(shè)置就能方便地實現(xiàn)，而且易于修改。而操作信息提示窗口（ info）和理論指導(dǎo)窗口（ return），因為整體布局有限，所以另設(shè)了窗口，其實質(zhì)是編輯一個空白的用戶界面（ BLANK GUIDE）只要在窗口中添加文本編輯區(qū)，通過調(diào)中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 用就能顯示了。 下面是運行的一個整體結(jié)果： 圖 運行用戶界面程序的結(jié)果 可以從上圖看出，左側(cè)圖一分別以兩種顏色區(qū)別顯示了入射波和反射波，左側(cè)圖二是入射波與反射波的疊加，即合成波形。右側(cè)圖一是傳輸線示意圖，右側(cè)圖二是幫助信息提示框，因為布局有限 ，另設(shè)了窗口顯示。右側(cè)一列是各個選擇控件按鈕布局。 單選按鈕的互斥性利用了屬性中的“ value”，通過獲取“ value”值，就可以達(dá)到二者選其一的目的。以傳輸線“無耗”和“有耗”的設(shè)計編碼為例： h1=get(radio1,39。value39。)。 h2=get(radio2,39。value39。)。 if h1==1。 39。string39。,39。 有耗 39。,... 39。value39。,0,... elseif h1==0。 39。string39。,39。 有耗 39。,... 39。value39。,1,.. 可以看到，用戶在界面選擇后，當(dāng)程序獲得“無耗”的 value 值為 1，“有耗”為 0；當(dāng)獲得“無耗”的 value 值為 0 時，“有耗”為 1。以同樣的編碼方式對“電壓”、“電流”的特性也是二選一，做到了選擇的互斥性。使運行代碼更加精準(zhǔn)。 程序設(shè)計框圖： 運行用戶程序打開主界面后，首先點擊單選按鈕框選擇傳輸線類型，再選擇要仿真的傳輸線特性類型，點擊 “start” 鍵，就能看到入射波和反射波，合成波的傳輸情況， “stop” 鍵用來隨時暫停，打斷 正在運 行的波的 仿真?zhèn)鬏?演示 程序 。具體設(shè)計框圖如下： 中國計量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 運行界面程序， 打開用戶界面 界面操作說明 開始按鈕 繪 圖 選擇傳輸線類型 （有耗或者無耗） 選擇特性類型 （電壓或者電流） 停止 圖 整體設(shè)計框圖 各子程序及其功能 本次用戶界面的設(shè)計布局，共有四個單選按鈕，即 “有耗 ”、 “無耗 ”、 “電壓 ”、“電流 ”。 四個控件按鈕（ push button）。包括： “start”、 “stop”、 “info”、 “return”.其中 “stop”鍵，用來隨時停止 “start”回調(diào)函數(shù)的運行。當(dāng)然， “stop”鍵的代碼編寫