Matlab在天线阵列教学中的应用

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1、Matlab在天线阵列教学中的应用　　摘要：对电磁场专业的教学现状进行了简单分析，阐述了将Matlab引入到电磁场专业课程教学的优势，并以天线阵列教学为例进行了论证。Matlab以其强大的数值计算和简单易用的UI功能，不仅使电磁场专业课程的教学摆脱了枯燥乏味的现状，而且使其变得更加生动有趣，加深了学生对原理、复杂公式的理解，为大学电磁场专业课程的教学改革提供了更加广阔的前景。　　关键词：Matlab；电磁场；天线阵　　中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671-0568（2013）05-0059-03　　一、引言　　

2、电磁场理论及其相关专业课程是研究电磁波的产生、传播、接收等现象的课程，是工科电子类专业重要的专业基础平台核心课程。电磁场专业系列课程普遍存在教师“难教”、学生“难学”、课程“难考”的问题。电磁场专业的相关课程理论抽象性强、涉及大量复杂的数学公式，学生在学习该专业知识的过程中普遍感到吃力、不易理解，教师授课的过程中若一味追求公式的推导、原理的讲述，势必造成课堂气氛的枯燥、乏味。若在授课过程中引入动画、简单的实验，将能使学生加深对概念、原理的认识，把抽象的理论简单化，提高学生分析问题解决问题的能力，取得较好的讲授认知效果。5　　二、M

3、atlab软件适用于课堂教学　　面向科学与工程计算的高级语言Matlab应用软件，以矩阵运算为基础，内含有丰富、全面的各类函数库，通过简单的函数调用即可把难于理解的电磁场理论知识、复杂的计算公式清晰地表达出来，再通过Matlab软件的高可视化科学工程计算功能，以图形图像、动画的形式展现出来，既加深了学生对理论知识的认知深度，又提升了他们的学习热情，从而取得较好的教学效果。　　Matlab软件适用于课堂教学具有如下优势：　　1.编程效率高　　Matlab是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比Basic

4、、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式求解问题。代码编写简单，编程效率高，易学易懂。　　2.用户使用方便　　Matlab语言是一种解释执行的语言，它活、方便，调试手段丰富，调试速度快，容易上手。人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接以及执行和调试。各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。　　3.扩充能力强5　　高版本的Matlab语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且Matlab的

5、库函数同用户文件在形式上一样，所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。　　4.语句简单，内涵丰富　　Matlab语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为[a，b，c…]=fun（d，e，f…），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f…和输出变量a，b，c…组成，同一函数名，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性），这不仅使Matlab的库函数功能更丰富，而且大

6、大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。　　5.高效方便的矩阵和数组运算　　Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算中。另外，它不需要定义数组的维数，并且给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。　　三、Matlab软件在天线阵列理论课堂教学中的应

7、用5　　天线阵是一类由不少于两个天线单元规则排列或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。在阵列天线的基本分析和综合中，先假设阵列单元上的电流或场与所加的激励成比例，阵列扫描时单元的激励不变，即不考虑单元在阵列中的互耦，然后再专门研究阵列天线互耦影响的计算及其弱化和补偿方法。从结构上分析，天线阵列有线阵、面阵、体阵之分，本文以线阵为例，研究天线阵列单元间距、馈电幅度等参数变化对阵列辐射特性的影响，并将其以基于Matlab编程的友好UI界面形式展现给听课的学生。　　本文中，以阵列单元按照Talyor形式馈电为例，编写了Ma

8、tlab程序并形成了可视化软件，见图1。在界面中输入线阵计算所需参数，即可绘出阵元馈电幅度分布、阵列辐射方向图等关心的关键指标。　　泰勒阵列各单元激励幅度：　　hn（p）=1+2■Sn（m）cos（mp）　　其中：　　设计时根据副瓣电平指标要求，选