前言

作為系列文章的第一篇，本文主要介紹采用 Python 編寫一個圖形化界面的小程序，方便快速根據波束寬度設計出最優(yōu)化喇叭天線，一鍵調用 HFSS 進行仿真，并可打包為 exe 文件方便其他人使用，其效果如下：

初始界面

根據頻率和波束寬度算出增益最大化的尺寸

一鍵調用 HFSS 進行仿真計算并自動生成 report

打包為 exe 文件

本文的理論部分很淺顯，但編程部分有些許難度，因為考慮到本文的主要讀者是和我一樣從事天線設計的工程師或學生黨，看起來可能要費力一些，故這部分我會盡量介紹詳細點，主要是為有興趣進行類似工作的讀者提供一些思路，也是對自己學習 Python 一年來的一個總結。

正文

在我設計過的所有天線中，喇叭（Horn）是我最為偏好的形式，也是用的最多的形式，其主要好處有結構簡單、性能可靠、設計方便，且規(guī)整的口面使其成為完美之口徑天線，便于利用教科書里的各種理論公式進行快速計算，因而時常作為設計第一備選，就算最終沒能用上，也常作為最初估算對象，或者性能對標對象。

時常出現的工作場景是：

總體：“我們需要一個天線，工作于 X 頻段，方位覆蓋 90 度，俯仰覆蓋 30 度，你估計下尺寸多少？增益能到多少？要快?。∫惨獪蚀_?。∽詈媚芊孪?！我正在和用戶談，盡快答復??！”

我：“......”

這個時候，最快速的方法是用喇叭口面公式估算尺寸，再用口面效率公式估算增益，當然估算結果不會太精確，如果要進一步做到更準確的估算，就要祭出電磁仿真神器海飛絲（HFSS）跑一把了。

對于喇叭這種簡單天線，HFSS 當然可以輕松搞定，仿得準，算得也快，但建模啥的好歹也要花些時間，如果恰好仿出來與預想結果偏差較多，免不了又要迭代個一兩輪才能得到滿意結果，于是我就想：能否更快更好地解決問題呢？

想到了之前收藏的一篇講最優(yōu)喇叭設計的論文：

《Pyramidal-Horn Design Under Constraints On Half-Power Beamwidth》（IEEE Antenna and Propagation Magazine, Vol. 44, No. 1, February 2002 ）

這篇文章給出了完備的公式、參數和設計步驟，我用 Mathcad 寫入公式并試著算了下，確能得到較為可靠的最優(yōu)喇叭尺寸，并非一篇灌水之文，于是就花了幾天時間用 Python 寫了個更完備的程序，包括標準波導查值、簡單圖形交互界面（GUI）和調用 HFSS 進行仿真，最后還能打包成 exe 發(fā)給其他人使用。

在程序編寫過程中，由于 Python 知識還比較淺薄，遇到了相當多的難點，克服的過程免不了反復試錯和網上搜索，這個過程比較枯燥繁瑣，但也挺有意思，過后來看自己的編程技術也長進了不少，具體來講，難點主要有以下：

功能似乎很簡單，但實現起來發(fā)現有好幾個子功能模塊，主要包括參數計算模塊、標準波導查詢模塊、GUI 模塊、HFSS 調用模塊，如何進行分而治之，然后有效調用？

第一次寫圖形交互界面，Python 的圖形包很多，有名的包括 Tkinter、PyQt、wxPython 等，該選用哪一種？如何實現？

如何在圖形界面中調用 HFSS 建模、仿真、生成報告？

如何打包成 exe 文件并在不同的電腦上順利運行？

后續(xù)文章將會從每個模塊進行介紹，并附上完整的代碼，希望提供一些思路，對各位的設計工作有所幫助。

轉自：知乎@況澤靈 2018 年 11 月