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摘 要：微波传输线上电压与电流传输是很复杂的过程，如何直观形象精确地实现这一过程是微波教学和研究中需要解决的问题，通过LabVIEW软件能够精确展示传输线波形传输过程，给出各种情况下波形产生仿真过程。
关键词：微波传输线；LabVIEW；驻波；仿真
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
Microwave Transmission Line State Waveform Simulation Based LabVIEW
ZHOU Xi-quan
（University of Qiqihaer，Heilongjiang Qiqihaer 161006）
Key words:microwave transmission line；LabVIEW；standing wave；simulation
波形产生模拟方法很多，但要精确定量模拟波形相对较难，尤其是高频信号波形。LabVIEW软件能够很好再现波形的形成过程，并给出传输线上各种状态波形产生过程，不但直观而且精确，是较为理想的波形仿真软件。下面给出详细波形仿真原理及过程。
1 LabVIEW软件特点
LabVIEW是一种图形化编程软件，功能强大，被广泛应用于工业采集和控制及教学科研研究，它有丰富的函数处理模块，适合对信号的分析处理。同时它的图形编程方式方便灵活，适合各种编程人群，提高了编程效率。该软件环境包含三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接端口。
程序前面板：用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制(Controls )，为虚拟仪器的框图程序提供数据。输出量被称为显示(Indicators)，显示虚拟仪器流程图中获得或产生的数据。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂。
框图程序：一个程序前面板都对应着一段框图程序，用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由节点(Node)、数据连线(Wire )构成。节点是VI程序中的执行元素，类似于文本编程语言程序中的语句、函数或子程序。节点之间数据连线按照一定的逻辑关系相互连接，可定义框图程序内的数据流动方向。节点之间、节点与前面板对象之间是用数据端口和数据连线来传递数据的。数据端口是数据在前面板对象和框图程序之间传输的通道，是数据在框图程序内节点之间传输的接口。
2 传输线波形形成机理
微波传输线是用于传输高频信号，由于微波频率较高，传输线上的分布参数起决定作用，传输线上的电压与电流满足波动方程，并以以波的形式加以描述，所以传输线传输信号与低频信号不同。按照波在传输线上形成状态，有三种波传输形式。
（1）行波状态：
行波状态就是无反射波状态，此时传输线上反射系数为零，此时的负载为匹配状态，其电压、电流瞬时表达式为
（2）纯驻波状态：
纯驻波状态就是全反射状态，此时传输线上反射系数最大，且为1，此时的负载为完全失配状态，其电压、电流瞬时表达式为
（3）行驻波状态：
行驻波状态就是介于行波与纯驻波之间的状态，其传输线上反射系数小于1，此时的负载为部分失配状态，其电压、电流瞬时表达式为
可见，行驻波的电压与电流都是由行波和驻波两部分叠加而成。
3 波形实现过程
采用LabVIEW中公式编辑器，通过分支语句将三种传输线所遵循的公式编入公式框内，在前面板分别给出时间、频率、传输线长度及传输线状态选择，这样可实现波形的各种方式显示，精确说明驻波形成特点。下图为波形演示前面板。
图1 传输线电压与电流状态演示面板
图1中演示的是纯驻波状态，可以清楚看出波峰与波谷的位置，并且波峰与波谷均在λ/4整数倍位置。当波源与传输线不变时，改变波时间因子，其波峰与波谷位置保持不变。这就是纯驻波状态下的无耗传输线电压与电流分布状态，可见，沿线电流、电压在时间和空间上相差均为π/2（或λ/4波长），故它们不能用于微波功率的传输，但因其输入阻抗的纯电抗特性在微波技术中有非常广泛应用。
同样通过调整传输线状态选择开关，可以演示行波与行驻波波传输状态。图2是波形演示系统程序框图。程序框图采用分支（case）语句，共三个分支，分别对应行波、纯驻波和行驻波。内有公式窗口，编辑各种对应的传输线状态方程，实现三种波形的显示。
图2 传输线电压与电流演示程序模块
微波传输线理论是学习微波技术的基础，其相关理论抽象和繁杂，通过LabVIEW软件可以精确描述传输线波形形成过程，更好理解微波传输机理，从而将抽象的理论加以形象化展示和分析，有利于深入探讨微波理论。从以上可以看出LabVIEW具有一般高级语言难以比拟的优点，且有大量的实用函数，其操作方便，使它成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真乃至教学不可缺少的基础软件。
参考文献：
[1]刘学观，郭辉萍.微波技术与天线[M].西安电子科技大学出版社,2006.
[2][美]Robert H. Bishop.LabVIEW 7 实用教程[M].电子工业出版社,2006.
[3]戴鹏飞，王胜开等.测试工程与LabVIEW应用[M].电子工业出版社,2006.
关键词：微波传输线；LabVIEW；驻波；仿真
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
Microwave Transmission Line State Waveform Simulation Based LabVIEW
ZHOU Xi-quan
（University of Qiqihaer，Heilongjiang Qiqihaer 161006）
Key words:microwave transmission line；LabVIEW；standing wave；simulation
波形产生模拟方法很多，但要精确定量模拟波形相对较难，尤其是高频信号波形。LabVIEW软件能够很好再现波形的形成过程，并给出传输线上各种状态波形产生过程，不但直观而且精确，是较为理想的波形仿真软件。下面给出详细波形仿真原理及过程。
1 LabVIEW软件特点
LabVIEW是一种图形化编程软件，功能强大，被广泛应用于工业采集和控制及教学科研研究，它有丰富的函数处理模块，适合对信号的分析处理。同时它的图形编程方式方便灵活，适合各种编程人群，提高了编程效率。该软件环境包含三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接端口。
程序前面板：用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制(Controls )，为虚拟仪器的框图程序提供数据。输出量被称为显示(Indicators)，显示虚拟仪器流程图中获得或产生的数据。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂。
框图程序：一个程序前面板都对应着一段框图程序，用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由节点(Node)、数据连线(Wire )构成。节点是VI程序中的执行元素，类似于文本编程语言程序中的语句、函数或子程序。节点之间数据连线按照一定的逻辑关系相互连接，可定义框图程序内的数据流动方向。节点之间、节点与前面板对象之间是用数据端口和数据连线来传递数据的。数据端口是数据在前面板对象和框图程序之间传输的通道，是数据在框图程序内节点之间传输的接口。
2 传输线波形形成机理
微波传输线是用于传输高频信号，由于微波频率较高，传输线上的分布参数起决定作用，传输线上的电压与电流满足波动方程，并以以波的形式加以描述，所以传输线传输信号与低频信号不同。按照波在传输线上形成状态，有三种波传输形式。
（1）行波状态：
行波状态就是无反射波状态，此时传输线上反射系数为零，此时的负载为匹配状态，其电压、电流瞬时表达式为
（2）纯驻波状态：
纯驻波状态就是全反射状态，此时传输线上反射系数最大，且为1，此时的负载为完全失配状态，其电压、电流瞬时表达式为
（3）行驻波状态：
行驻波状态就是介于行波与纯驻波之间的状态，其传输线上反射系数小于1，此时的负载为部分失配状态，其电压、电流瞬时表达式为
可见，行驻波的电压与电流都是由行波和驻波两部分叠加而成。
3 波形实现过程
采用LabVIEW中公式编辑器，通过分支语句将三种传输线所遵循的公式编入公式框内，在前面板分别给出时间、频率、传输线长度及传输线状态选择，这样可实现波形的各种方式显示，精确说明驻波形成特点。下图为波形演示前面板。
图1 传输线电压与电流状态演示面板
图1中演示的是纯驻波状态，可以清楚看出波峰与波谷的位置，并且波峰与波谷均在λ/4整数倍位置。当波源与传输线不变时，改变波时间因子，其波峰与波谷位置保持不变。这就是纯驻波状态下的无耗传输线电压与电流分布状态，可见，沿线电流、电压在时间和空间上相差均为π/2（或λ/4波长），故它们不能用于微波功率的传输，但因其输入阻抗的纯电抗特性在微波技术中有非常广泛应用。
同样通过调整传输线状态选择开关，可以演示行波与行驻波波传输状态。图2是波形演示系统程序框图。程序框图采用分支（case）语句，共三个分支，分别对应行波、纯驻波和行驻波。内有公式窗口，编辑各种对应的传输线状态方程，实现三种波形的显示。
图2 传输线电压与电流演示程序模块
微波传输线理论是学习微波技术的基础，其相关理论抽象和繁杂，通过LabVIEW软件可以精确描述传输线波形形成过程，更好理解微波传输机理，从而将抽象的理论加以形象化展示和分析，有利于深入探讨微波理论。从以上可以看出LabVIEW具有一般高级语言难以比拟的优点，且有大量的实用函数，其操作方便，使它成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真乃至教学不可缺少的基础软件。
参考文献：
[1]刘学观，郭辉萍.微波技术与天线[M].西安电子科技大学出版社,2006.
[2][美]Robert H. Bishop.LabVIEW 7 实用教程[M].电子工业出版社,2006.
[3]戴鹏飞，王胜开等.测试工程与LabVIEW应用[M].电子工业出版社,2006.