【技术实现步骤摘要】
天线虚拟仿真实验平台
[0001]本专利技术涉及电子信息
，具体为天线虚拟仿真实验平台。
技术介绍
[0002]近年来，随着科学技术的进步和经济建设的快速发展，我国的高等教育进入了一个全新的快速发展期，技术的高速发展与教育模式改革目标对高校的教学工作提出了新的要求和挑战，在诸多专业的教学领域，学科与学科之间的交叉融合越来越频繁，研究成果的更新越来越快，同时更加注重工程技术人才的培养。在这种现状下，仅从传统的教材、课件出发的教学形式已经逐渐无法满足现代教学的需求。增加实验教学在高校专业课程教学中的比重，成为了很多高校教育改革的方向，然而对于绝大多数的国内高校而言，一方面由于经费、场地等原因的束缚，对于一些价格昂贵、维护建造成本高的实验室环境和实验设备，很多学校无法进行全面配套建设；另一方面，测量环境要求相对苛刻的实验以及强电实验或化学实验这种操作具有一定危险性的实验，也无法保证每一位同学都可以充分的进行实验操作与学习。因此，对于目前的很多实验课程，教学效果相对欠佳，学生无法对实验仪器和实验操作有充分的认知和感受，同时教师也无法对学生实验操作的学习效果进行有效地考核，对学生进行相对合理公平的评分，无法及时收到学生的实验教学反馈。这些问题的存在都从多方面制约了高校实验教学的发展。
技术实现思路
[0003](一)解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了天线虚拟仿真实验平台，解决了上述
技术介绍
中所存在的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为实现...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：包括仪器库、场景仿真模块、虚拟交互模块、数据留存储与处理模块、函数与绘图模块、考核与评分模块，所述仪器库包括实验仪器、实验天线和其他实验设备，所述数据存储与处理模块包括全局数据的存储与场强的计算，所述函数与绘图模块包括直角坐标系和极坐标系下的法向天线方向性图和轴向天线方向性图的绘制，所述考核与评分模块包括实验数据的考核与评分和实验操作的考核与评分。2.根据权利要求1所述的天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：所述实验仪器包括场强计、信号源和功率计，实验天线包括螺旋天线、八木天线和喇叭天线，其他实验设备包括天线架、天线转台、同轴线和功率计探头。3.根据权利要求1所述的天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：所述虚拟交互模块控制用户与实验平台之间的交互操作，并且还负责整个实验逻辑的控制，其主要将交互方式分为三类进行管理，第一类是基于UGUI界面的点击、输入和输出，第二类则是用户通过鼠标键盘控制第一人称控制器在虚拟实验场景里移动的操作控制，最后一类是用户与场景中实验仪器的交互控制。4.根据权利要求1所述的天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：所述数据存储与处理模块中存储的全局数据包括天线架设距离、功率值、旋转角度和场强值，这些全局数据不会随着操作的更新和场景的更换消失，数据存储与处理模块还负责整个实验平台所有数值的计算。5.根据权利要求1所述的天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：所述函数与绘图模块是实现在数据处理面板中根据用户输入的数据自动绘制天线方向性图功能的主要模块，该模块包含了法向螺旋天线、轴向螺旋天线的天线方向性函数值计算部分，能够根据传入的角度值计算对应的方向性数值，储存数据以供描点画线，绘图部分基于Chart And Graph可视化图表绘制插件开发，实现了在直角坐标系和极坐标系下天线方向性图的绘制。6.根据权利要求1所述的天线虚拟仿真实验平台，其特征在于：所述考核与评分模块负责监测用户在实验过程中的错误操作，根据实验操作部分的错误操作，触发评分模块扣除相应的分数，此外，在最终的数据提交之后，考核与评分模块会将用户提交数据与理论计算数据进行对比，数据错误的扣除相应的分数，其中试验操作部分包括功率计调零操作、校准因子操作和模式选择操作，数据包括主瓣张角数据和增益系数数据。7.天线虚拟仿真实验平台的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、进入实验环境：在进入天线虚拟仿真平台后，输入学号、姓名、专业班级、机器号等信息进入实验选择界面，点击选择天线方向性图及其增益的仿真测量实验，随后进入两天线架设间距选择界面，输入架设距离R并记录下来，然后点击确定，进入左侧楼顶3D虚拟场景；S2、测量信号源输出功率：S21、点击仪器栏，出现仪器库，然后摆放信号源、功率计，点击功率计探头并点击连接到信号源；S22、按下信号源电源开关，根据待测天线的中心频率调节信号源的频率旋钮；S23、电机信号源面板上的黑色探头，出现探头的放大图片，根据探头上标示的频率与校准因子的关系，选择频率计上的校准因子；S24、打开功率计电源开关进行调零；
S25、将信号源工作方式置等幅或方波，调节功率旋钮，使功率计表头显示一定数值的功率，可取5
‑
10mW之间的值；S26、点击数据处理，出现试验数据分析处理表项，将功率值P和两天线架设距离R添入数据表项中；S27、将信号源工作方式置外调制，关闭功率计电源，卸下功率计探头；S3、安装天线并测量场强：S31、摆放待测天线手动转台，安装待测天线并点击确定；S32、摆放标准天线架，根据待测天线中心频率，选择合适的标准天线并安装；S33、摆放场强仪，点击同轴线连接信号源与标准天线和连接场强仪与待测天线，将信号源工作方式置等幅；S34、用场强仪测量场强：S341、点击场强仪，出现放大的面板图片，电机on键开机后，首先按Ent键，然后按mode键进入测量模式选择界面，通过上下箭头选择频谱分析，按Ent键确定；S342、点击中心频率，输入待测天线的中心频率值，测量带宽默认为100MHz即可；S343、点击meas/disp测试/显示键，依次点击测量、场强、关、选择天线按键，通过上下箭头选择标准天线类型，按Ent键确定；S344、旋转天线转台，在一周内先找出极大值和极小值，并记录角度θ和场强E大小，然后根据主瓣张角，合理的选取测量的密度，在一周内测量30组数据，并记录角度和场强大小，填入表格中；S4、数据处理及绘图：S41、点击数据处理菜单进入数据处理截面，将所测得的数据填入表格；S42、点击排序按钮，所测数据按θ从小到大排序，点击计算E(mV/m)和计算E E
max
按钮，自动计算出场强及归一化值；S43、计算出主瓣张角2θ并填入表格，将E
max
值和计算出的增益值G填入表格；S44、分别点击直角坐标系和极坐标系绘制方向性图按钮，将绘出图形写入报告中；S45、点击评分菜单，查看实验成绩。8.根据权利要求7所述的天线虚拟仿真实验平台的操作方法，其特征在于：所述步骤S1中的架设距离R即为两座楼之间的距离，默认值为50m；步骤S22中按下信号源电源开关前，左旋功率旋钮调到较小值，工作方式置外调制，调节信号源的频率旋钮的具体方式为按住鼠标左键旋转；步骤S23中选择频率计上的校准因子的具体方式为按住鼠标左键旋转功率计上的校准因子旋钮；步骤S24中打开功率计电源开关的时候要将信号源置于外调制状态；步骤S32标准天线中的八木型标准天线1适于小于1GHz的频率，喇叭型标准天线2适于2
‑
10GHz的频率。9.天线虚拟仿真实验平台的开发方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、仪器3D建模：实验中所用到的天线模型、场强仪、功率计、信号源等仪器均是在Cinema4D软件中构建的，对于仪器中需要触发交互操作的部分如开关、旋钮、按键、指示灯、指针等进行了单独的建模，并通过装配体组装到一起，通过UVEdit工具展开模型的UV面，导出到photoshop中绘制三维模型的贴图，最终导入Cinema4D中，利用Cinema4D内置的材质编辑器制作模型的材
质，对材质进行相关编辑，以达到相对真实的渲染效果，通过Cinema4D软件对天线转台、喇叭天线、螺旋天线、八木天线进行三维模型的构建，在对喇叭天线进行建模时，主要使用Cinema4D内置的放样生成器工具，使用钢笔工具绘制喇叭天线波导部分样条，将样条放置在放样生成器下，复制拖拽新的样条，调整新样条的大小、旋转等参数，即可生成从初始样条到复制新样条之间的3d模型部分，通过不断的放样操作和参数调整完成喇叭天线波导部分的建模，通过扫描生成器，绘制螺旋天线金属螺旋线形状的螺旋样条轮廓，随后绘制长度样条控制扫描生成的长度,将轮廓样条和长度样条并列放在扫描生成器下，调节扫描生成器的参数：生成进度、结尾收缩、结束旋转、终点缩放等，生成理想的金属螺旋线三维模型；S2、基于UGUI的用户交互界面的开发：通过程序原型设计平台以及PhotoShop制作与实验场景主色调一致，整体风格简洁、统一的蓝色科技感主题，系统地设计了实验平台所需要的UI界面以及图形图标等元素，最终有序整理、导出，严格规范图片素材的命名，将UI图片资源导入到UGUI中，在导入UI图片资源之后，将图片全部转化成Sprite，并对其进行打包合成图集的操作；S3、实验场景搭建与优化：实验场景主要由两个相距一定距离的高楼构成，在以第三人称视角选择楼间距时，摄像机以正交方式远景拍摄两个楼的侧面画面，并将实时渲染在屏幕上，实验开展的主场景主要为两个天台场景，在场景搭建上，一方面通过布置不同楼顶物体以区分两个楼顶场景，另一方面提前布置仪器放置所需的桌面、天线架和天线转台，为避免在实验操作中错误操作导致用户跌落的情况发生，在场景设置时对用户可自由移动的范围进行了限制，在四周加设了BoxCollider，使玩家无法进入其他无法交互的布景区域，在两边天线的居中边缘处，设置了一个斜坡，用户可以移动到斜坡上观察对面楼顶天台的情况，通过设置在斜坡上的碰撞触发器，触发出传送按钮，实现在两个天台场景间的跳转，在场景编辑窗口，在Hierarchy层级管理器中创建多个空物体，并根据分组将空物体重命名，将对应的场景1仪器，场景2仪器、天线与天线转台、不同的UI界面、用户控制器、整体场景布景模型拖拽到对应的空物体下面，通过折叠对应的SceneModels使整个Hierarchy层级看起来更加简洁，方便统一管...
【专利技术属性】
技术研发人员：李大庆，于昌伟，朱宣冰，周文贺，
申请(专利权)人：于昌伟朱宣冰周文贺，
类型：发明
国别省市：
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