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用Python实现喇叭天线设计小工具(四)

2026-06-28 03:23:41

摘要：本节主要介绍主调模块，以及GUI模块的编写。

主调模块

终于到了主调模块了，之前的章节主要介绍了参数计算，波导查值，以及HFSS封装和调用等，所有准备工作已就绪，只差一个“主体”将这些模块调用起来，实现这个功能的便是主调模块main.py。

这一步的编写相对比较简单，按我个人习惯，还是采用了面向对象的编程思路，写一个叫Horn的对象，首先通过对象的初始化功能将输入参数导入进来，然后调用“波导查值”模块确定波导尺寸、“参数计算”模块计算喇叭尺寸，再调用“HFSS调用模块”，通过规定一系列建模动作（如第三节所述），完成HFSS建模和运算。

示意代码如下，如果对于建模的动作有不太明白了，请看上一篇文章的讲解。

import paraCalc
import wg
import sim


class Horn:
    def __init__(self, freq, HPE, HPH, wg_name=None):
        self.freq = freq
        self.HPE = HPE
        self.HPH = HPH
        self.wg_name = wg_name
        self.wg_a, self.wg_b, self.horn_a, self.horn_b, self.horn_l = None, None, None, None, None

    def wg_size(self):
        if self.wg_name is None:
            self.wg_a, self.wg_b = wg.check_by_freq(self.freq)
        else:
            self.wg_a, self.wg_b = wg.check_by_name(self.wg_name)
        return self.wg_a, self.wg_b

    def para(self):
        self.wg_size()
        if (self.wg_a or self.wg_b) is None:
            print('Input error!')
        else:
            self.horn_a, self.horn_b, self.horn_l = paraCalc.calc(self.freq, self.HPE, self.HPH, self.wg_a, self.wg_b)

    def realize_in_hfss(self):
        h = sim.HFSS()

        # 设置变量
        h.set_variable('wg_a', self.wg_a)
        h.set_variable('wg_b', self.wg_b)
        h.set_variable('wg_l', self.wg_a*1.5)
        h.set_variable('horn_a', self.horn_a)
        h.set_variable('horn_b', self.horn_b)
        h.set_variable('horn_l', self.horn_l)
        h.set_variable('wg_t', 0.5)
        h.set_variable('ab', 75/self.freq)

        # 波导内腔
        h.create_centered_rectangle('wg_a', 'wg_b', 0, 'wg_in')
        h.create_centered_rectangle('wg_a', 'wg_b', 'wg_l', 'wg_in_')
        h.connect('wg_in', 'wg_in_')

        # 喇叭内腔
        h.create_centered_rectangle('wg_a', 'wg_b', 'wg_l', 'horn_in')
        h.create_centered_rectangle('horn_a', 'horn_b', 'wg_l+horn_l', 'horn_in_')
        h.connect('horn_in', 'horn_in_')

        # 波导外形
        h.create_centered_rectangle('(wg_a+wg_t*2)', '(wg_b+wg_t*2)', '-wg_t', 'wg')
        h.create_centered_rectangle('(wg_a+wg_t*2)', '(wg_b+wg_t*2)', 'wg_l', 'wg_')
        h.connect('wg', 'wg_')

        # 喇叭外形
        h.create_centered_rectangle('(wg_a+wg_t*2)', '(wg_b+wg_t*2)', 'wg_l', 'horn')
        h.create_centered_rectangle('(horn_a+wg_t*2)', '(horn_b+wg_t*2)', 'horn_l+wg_l', 'horn_')
        h.connect('horn', 'horn_')

        # 布尔运算生成喇叭，然后设为PEC
        h.unite('horn', 'wg')
        h.unite('horn_in', 'wg_in')
        h.subtract('horn', 'horn_in')
        h.set_material('horn')

        # 生成区域并赋予辐射边界
        h.create_region('ab')
        h.assign_radiation_region()
        h.insert_radiation_setup()

        # 设置端口
        h.create_centered_rectangle('wg_a', 'wg_b', 0, 'port')
        h.assign_port('port')
        h.insert_analysis_setup(self.freq)

        # 创建报告
        h.create_reports()

        # 保存工程并运行
        h.save_prj()
        h.run()


if __name__ == '__main__':
    f, E, H = 10, 30, 20
    a_horn = Horn(f, E, H)
    a_horn.realize_in_hfss()

以上代码可能没有太多需要解释的，可以看到的是，定义好HFSS接口后，调用过程就很轻松愉快了。

图形交互界面模块

开篇提到过，Python实现图形界面的方法有很多，除了Tkinter属于自带包外，其他著名的包如PyQt、wxPython等都需要额外安装，考虑到我们的小程序功能单一，界面也不需要太花哨，采用Python自带的Tkinter是一种较为经济快捷的选择。

由于第一次写界面，代码质量可能有点差，实现效果也不怎么样，好在我们要做的东西功能简单，不会影响使用。（自我安慰。。。）

不废话，直接上代码。

from tkinter import Tk, Label, StringVar, Entry, Button, Frame, TOP
import main

root = Tk()
root.title('最佳喇叭计算 by kuangzl')
root.geometry('420x280')
root.resizable(width=False, height=False)

tip = Label(root, text='由波束宽度计算喇叭尺寸，\n使得该尺寸下增益最大化', height=3,
            font=('Microsoft YaHei UI', 12, 'italic'))
tip.pack(side=TOP)

frm = Frame(root)
frm.pack()

Label(frm, text='中频(GHz):').grid(row=0, column=0)
Label(frm, text='E面(deg):').grid(row=1, column=0)
Label(frm, text='H面(deg):').grid(row=2, column=0)
Label(frm, text='波导宽(mm):').grid(row=0, column=2)
Label(frm, text='波导窄(mm):').grid(row=1, column=2)
Label(frm, text='喇叭宽(mm):').grid(row=2, column=2)
Label(frm, text='喇叭窄(mm):').grid(row=3, column=2)
Label(frm, text='喇叭长(mm):').grid(row=4, column=2)


def calc():
    f = float(v1.get())
    E = float(v2.get())
    H = float(v3.get())
    horn = main.Horn(f, E, H)
    horn.para()
    v4.set(horn.wg_a)
    v5.set(horn.wg_b)
    v6.set(horn.horn_a)
    v7.set(horn.horn_b)
    v8.set(horn.horn_l)


def hfss():
    f = float(v1.get())
    E = float(v2.get())
    H = float(v3.get())
    horn = main.Horn(f, E, H)
    horn.para()
    horn.realize_in_hfss()


v1 = StringVar()
Entry(frm, textvariable=v1, width=8).grid(row=0, column=1, padx=10, pady=5)
v2 = StringVar()
Entry(frm, textvariable=v2, width=8).grid(row=1, column=1, padx=10, pady=5)
v3 = StringVar()
Entry(frm, textvariable=v3, width=8).grid(row=2, column=1, padx=10, pady=5)


v4 = StringVar()
Label(frm, textvariable=v4, width=10).grid(row=0, column=3)
v5 = StringVar()
Label(frm, textvariable=v5, width=10).grid(row=1, column=3)
v6 = StringVar()
Label(frm, textvariable=v6, width=10).grid(row=2, column=3)
v7 = StringVar()
Label(frm, textvariable=v7, width=10).grid(row=3, column=3)
v8 = StringVar()
Label(frm, textvariable=v8, width=10).grid(row=4, column=3)

Button(frm, text='calc', command=calc).grid(row=4, column=0)
Button(frm, text='hfss', command=hfss).grid(row=4, column=1)

root.mainloop()