Разработка пакета программ для расчета фазированной антенной решетки (стр. 7 из 15)

3.3.4 Описание программы

Программа ФАР_полоса.mcd является дополнением к центральной программе пакета ФАР_вз_связь и создана для удобства обработки результатов. Расчет в полосе частот можно было бы производить и в рамках одной программы ФАР_вз_связь, но это потребовало бы значительных одновременных затрат ресурсов вычислительной техники (до 1 часа). При расчете характеристик ФАР последовательно на каждой из частот существует возможность прервать вычисления на одной из них при получении некорректного результата или при выходе результата за границы интересующего диапазона.

Алгоритм расчета, используемый в данной программы, совпадает с алгоритмом программы ФАР_вз_связь (рис.3.2). Подробное его описание можно найти в разделе 3.2.4. Отличие заключается в том, что в программе не проводится расчет массива входных сопротивлений излучателя в составе бесконечной периодической решетки Za. Этот массив считывается с файлов данных. Кроме того, пользователем не вводятся исходные данные для расчета, они также считывается с файлов данных.

Главной особенностью программы является построение характеристик ФАР (КСВ, Z_вх) в полосе частот. Количество расчетных точек должно быть не менее трех, верхний предел не ограничен, но исходя из значительных затрат машинного времени не может быть несколько десятков, которое требуется для построения гладких графиков. Для решения этой проблемы в программе предусмотрена интерполяция расчетных точек полиномом второй степени, которая осуществляется с помощью встроенной функции математического пакета.

3.4 Программа для расчета входного сопротивления изолированного излучателя

3.4.1 Описание применения

Программа, имеющая название рез_размер.mcd,проводит расчет входного сопротивления изолированного одиночного излучателя, выполненного на многослойном диэлектрической подложке, при различной геометрии излучателя (размера a и b). Программа применяется для того, чтобы выбрать резонансный размер излучателя, при котором X_вх=0. Выбранный размер используется в дальнейшем в программе ФАР_вз_связь.mcd. Выходными данными программы являются:

· график активной части входного сопротивления излучателя в зависимости от его длины b;

· график реактивной части входного сопротивления излучателя в зависимости от его длины b;

Входные данные задаются пользователем вручную в тексте программы, состав входных данных представлен в разделе 3.4.4.

3.4.2 Методика испытаний

Объектом испытаний является файл с именем рез_размер.mcd,который является программой, позволяющей определить резонансный размер излучателя. Во время испытаний следует проверить прохождение контрольного примера при решении задачи с различными входными параметрами. Испытания следует проводить на той же вычислительной установке, на которой планируется эксплуатация программы.

Для проведения испытаний нужно иметь:

· установленный математический пакет Mathcad 2001 или его более поздние версии;

· файл с именем рез_размер.mcd;

· значения входных данных, приводимых ниже;

· таблицу тестовых результатов.

В качестве тестовой задачи выступает определение резонансного размера квадратного излучателями при разных материалах подложки. Общие исходные данные следующие:

· f₀=1680 МГц;

· d₁=3 мм, d₂=1 мм;

· ε₁=1, ε₃=1, μ₁=1, μ₂=1, μ₃=1;

· b_0λmin=0,4;

· b_0λmax=0,6;

· N_b0=3.

Для открытой структуры в зависимости от материала подлжки должны быть получены следующие резонансные размеры:

1) ε₂=1, a_0λ=b_0λ =0,463;

2) ε₂=2,6, a_0λ=b_0λ =0,424;

3) ε₂=5, a_0λ=b_0λ =0,405.

3.4.3 Руководство пользователя

Программа рез_размер.mcd является дополнением к центральной программе пакета и позволяет определить резонансный размер одиночного излучателя, который используется в исходных данных для расчета программы ФАР_вз_связь.

Программа разработана в рамках математического пакета для инженерных расчетов Mathcad 2001 Professional. Требования к ресурсам вычислительной техники представлены в разделе 3.2.3 данной дипломной работы.

Для выполнения программы необходимо:

1. Загрузить математический пакет Mathcad 2001;

2. Открыть файл с именем рез_размер, имеющий расширение mcd;

3. В разделе Исходные данные для расчета ввести числовые значения нижеуказанных параметров, указывая размерность для абсолютных величин.

· f₀ – частота для расчетов;

· a, b – ширина и длина одиночного излучателя;

· d₁, d₂– толщина слоев диэлектрической подложки;

· ε₁, ε₂, μ₁, μ₂ – диэлектрическая и магнитная проницаемость слоев;

В программе предусмотрены два варианта изменения размера излучателя:

a) b=varia, a=const. В этом случае ширина излучателя aостается постоянной, а его длина bизменяется в задаваемых пределах с фиксированным шагом;

b) b=varia, a=kb. В этом случае изменяется и длина bизлучателя в задаваемых пределах с фиксированным шагом, и пропорционально длине ширина a (k – коэффициент пропорциональности);

4. Для начала вычислений нужно нажать клавишу F9, если в установках не указано автоматическое вычисление. Ошибки, которые могут возникнуть на этом этапе – это пустое поле одной из входных величин или же неверно указанная (или вовсе неуказанная) размерность величины. Признаком начала вычислений служит мигающая лампочка курсора. Время вычислений незначительно (до 2–3 мин.);

5. По окончании расчетов (признаком окончания является возвращение обычной стрелки курсора) должны быть построены графики, выведены числовые значения, которые могут быть скопированы и через буфер обмена экспортированы в другие пакеты (например Word). Поскольку для построения графиков используется интерполяция расчетных точек, может возникнуть ситуация, когда интерполированный график выходит за границы физической реализуемости параметров (например, Re(Z_вх)<0). Для устранения этого явления рекомендуется увеличить количество расчетных точек в заданном интервале. Резонансный размер излучателя определяется по графику X(b), из условия X(b_рез)=0.

3.4.4 Описание программы

Программа рез_размер.mcd явлется дополнением к центральной программе пакета ФАР_вз_связь и выполняет расчет входного сопротивления изолированного одиночного излучателя.

Алгоритм расчета входного сопротивления, используемый в данной программы, основан на алгоритме входного сопротивления излучателя в составе бесконечной периодической решетки. Для этого выбирается период решетки равный 5λ, при таком расстоянии взаимное сопротивление пренебрежимо мало по сравнения с собственным сопротивлением. Подобный алгоритм используется в программе ФАР_вз_связь.mcd, рассмотренный в разделе 3.2.4. Особенность заключается в том, что массив входных сопротивлений вычисляется при варьируемой геометрии излучателя. Блок – схема функции расчета входного сопртивления одиночного излучателя представлена на рис. 3.4.

Для увеличения быстродействия в программе проводится интерполяция расчетных точек полиномом второй степени, которая осуществляется с помощью встроенной функции математического пакета.

Рис. 3.4 Блок – схема функции расчета входного сопртивления одиночного излучателя

3.5 Программа для расчета взаимного сопротивления между излучателями

3.5.1 Описание применения

Программа, имеющая название вз_сопрот.mcd,проводит расчет взаимного сопротивления между двумя излучателями при различном угловом положении и расстоянии между ними. Программа применяется для того, чтобы исследовать как взаимная связь изменяется с расстоянием. Выходными данными программы являются:

· график активной части взаимного сопротивления между излучателям в зависимости от расстояния dмежду ними;

· график реактивной части взаимного сопротивления между излучателям в зависимости от расстояния dмежду ними;

Входные данные задаются пользователем вручную в тексте программы, состав входных данных представлен в разделе 3.5.4.

3.5.2 Методика испытаний

Объектом испытаний является файл с именем вз_сопрот.mcd. Во время испытаний следует проверить прохождение контрольного примера при решении задачи с различными входными параметрами. Испытания следует проводить на той же вычислительной установке, на которой планируется эксплуатация программы.