用Python實現喇叭天線設計小工具(四)

摘要：本節主要介紹主調模塊，以及GUI模塊的編寫。

主調模塊

終於到了主調模塊了，之前的章節主要介紹了參數計算，波導查值，以及HFSS封裝和調用等，所有準備工作已就緒，只差一個「主體」將這些模塊調用起來，實現這個功能的便是主調模塊main.py。

這一步的編寫相對比較簡單，按我個人習慣，還是採用了面向對象的編程思路，寫一個叫Horn的對象，首先通過對象的初始化功能將輸入參數導入進來，然後調用「波導查值」模塊確定波導尺寸、「參數計算」模塊計算喇叭尺寸，再調用「HFSS調用模塊」，通過規定一系列建模動作（如第三節所述），完成HFSS建模和運算。

示意代碼如下，如果對於建模的動作有不太明白了，請看上一篇文章的講解。

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()

# 設置變量
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)

# 波導內腔
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_')

# 喇叭內腔
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_')

# 波導外形
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_')

# 布爾運算生成喇叭，然後設為PEC
h.unite('horn', 'wg')
h.unite('horn_in', 'wg_in')
h.subtract('horn', 'horn_in')
h.set_material('horn')

# 生成區域並賦予輻射邊界
h.create_region('ab')
h.assign_radiation_region()
h.insert_radiation_setup()

# 設置埠
h.create_centered_rectangle('wg_a', 'wg_b', 0, 'port')
h.assign_port('port')
h.insert_analysis_setup(self.freq)

# 創建報告
h.create_reports()

# 保存工程並運行
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()

以上代碼可能沒有太多需要解釋的，可以看到的是，定義好HFSS接口後，調用過程就很輕鬆愉快了。

圖形交互界面模塊

開篇提到過，Python實現圖形界面的方法有很多，除了Tkinter屬於自帶包外，其他著名的包如PyQt、wxPython等都需要額外安裝，考慮到我們的小程序功能單一，界面也不需要太花哨，採用Python自帶的Tkinter是一種較為經濟快捷的選擇。

由於第一次寫界面，代碼質量可能有點差，實現效果也不怎麼樣，好在我們要做的東西功能簡單，不會影響使用。（自我安慰。。。）

不廢話，直接上代碼。

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

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

tip = Label(root, text='由波束寬度計算喇叭尺寸，\n使得該尺寸下增益最大化', height=3,
font=('Microsoft YaHei UI', 12, 'italic'))
tip.pack(side=TOP)

frm = Frame(root)
frm.pack()

Label(frm, text='中頻(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='波導寬(mm):').grid(row=0, column=2)
Label(frm, text='波導窄(mm):').grid(row=1, column=2)
Label(frm, text='喇叭寬(mm):').grid(row=2, column=2)
Label(frm, text='喇叭窄(mm):').grid(row=3, column=2)
Label(frm, text='喇叭長(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()

這段代碼實現的效果是這樣的：

點擊hfss按鈕以後的效果：小結

至此，該小程序已經完成了九成以上，作為自用已經毫無問題了！但如果還想將程序分享出來，則須打包成可執行文件（如exe），這一步貌似很簡單，卻有不少的坑，我將在下一節詳細介紹。

本篇即到此為止，下一篇將會是終篇，謝謝各位觀看(*^_^*)！

轉載自：知乎@況澤靈

系列文章：
用Python實現喇叭天線設計小工具（一）
用Python實現喇叭天線設計小工具（二）
用Python實現喇叭天線設計小工具（三）

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