网络仿真软件与技术

网络仿真软件与技术（共10篇）

网络仿真软件与技术 篇1

1 网络仿真技术及其应用

1.1 网络仿真技术特点

网络仿真技术是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为, 通过建立网络链路和网络设备的统计模型, 模拟网络流量的传输过程, 获取网络设计及优化所需要的网络性能数据的一种高新技术。网络仿真能够为网络的规划、设计、组织提供可靠依据。网络仿真能够有效地验证实际方案或比较多个不同的仿真设计以及组织方案, 以便于对不同的设计方案建立模型, 实施模拟, 对网络性能预测数据采取顶定量获取, 为设计、组织方案的比较和验证提供可靠的依据。

1.2 网络仿真技术在通信领域的应用

网络仿真技术在民用领域得到了非常广泛的应用, 已经成功地为各类大型通信网络的扩容、升级和改造提供仿真决策支持, 归纳起来, 主要可以应用于4个方面。

1.2.1 体制仿真

网络仿真技术在体制仿真方面的应用主要包括2个方面: (1) 使用方面。网络仿真技术可以用来确定军事通信网的装配体制、操作人员的编制、管理指挥体制等。 (2) 技术方面。网络仿真技术可以用来确定待建的通信网的网络结构、质量要求、干线节点分布、距离要求以及交换体制等方面。

1.2.2 系统及设备的辅助设计

网络仿真技术有助于制定通信网的各类规程、协议及信令。利用仿真系统可以对通信系统及设备进行辅助设计, 并得出优化的方案, 及时发现潜在的问题, 对关键技术进行详细分析, 减少时间、经济上的损失。辅助设计主要包括系统或设备的标准化、系统化设计;设备装载设计;规约与信令辅助设计等。

1.2.3 通信网运用效能评估的仿真

通信网整体运用效能, 如服务质量、网络性能等无法利用一般的仪器来测试, 也很难按真实条件去试验。通信网整体运用效能仿真包括:网络拓扑结构/配置;电磁兼容性;网络重组性等, 假如借助仿真手段来研究通信网作战效能, 无论在经济方面, 还是时效性方面都是非常可观的。

2 进行通信网络的仿真的原因

在信息化日益发展的今天, 网络研究人员要超前性地研究和思考网络仿真在新领域的算法和协议, 为仿真技术的进一步研究发展打下基础, 而且也要研究网络达到最高性能对现有的资源该怎样利用和整合。

对网络技术的分析和验证有3种方法: (1) 分析方法, 是通过初步分析判断研究对象和所依存的网络系统, 在一定的条件和假设情况下, 正确地描述研究对象, 抽象出它的数学分析模型, 参照数学分析模型进行问题求解。 (2) 实验方法, 通过建立测试床和实验室为研究提供合理的硬件和软件配置环境, 研究网络行为、网络性能和网络协议在现实网络中的意义和作用。 (3) 仿真方法, 在计算机上运行用仿真软件建立的网络系统的模拟分析模型, 分析运行过程中的输出实验结果。

但是, 前2种方法也有很多不确定性因素。假设条件影响分析方法的精确性和有效性。对于一个复杂的系统无法用一些限制性假设进行精确而有效的描述。由于实验方法的局限性, 会造成资源成本高, 并且很难共享和重新配置运用, 而仿真方法可以弥补前2种方法的短处。仿真方法设计的网络模型可以用相对较少的费用和时间了解网络在不同条件下的各种特性, 为网络研究提供精确有效的数据。网络仿真是一个高效、方便的分析和验证方法, 因此网络仿真技术的作用给现代通信网络设计和研究提供有力的支撑。

3 网络仿真的基本流程

网络仿真有3个阶段:准备阶段→模型设计→仿真与结果分析。

3.1 网络仿真研究准备阶段

网络仿真研究准备阶段需要完成的任务是理解目标网络, 明确仿真目标, 制定研究计划。网络仿真的基本流程如图1所示。

3.1.1 明确仿真目标

在进行通信网仿真之前, 必须对通信网要实现的通信服务功能、采用的主要技术体制、系统规模和可能出现的瓶颈等方面进行需求调研和分析, 明确仿真的目标。

3.1.2 理解目标网络

以目标网络为仿真对象, 或是客观存在的网络, 或是理想中的网络。通过了解网络协议的制定标准、一定的拓扑结构、合适的链路连接关系、恰当的通信应用类型、主要业务流量特性等信息来理解目标网络。

3.1.3 制定研究计划

通过对比和参考研究方案和计划来制定详细的仿真研究计划。

3.2 网络仿真模型设计阶段

3.2.1 建立模型

建立网络仿真研究的技术、网络、协议的数学模型和概念模型, 包括网络和设备以及链路向仿真模型转化过程中的模型模拟原理、实现方式、结构组成、模型模块以及业务和流量的数学描述模型等。

3.2.2 搜集数据

在仿真过程中搜集关于仿真模型的实现和验证的相关数据。需要对网络的环境、拓扑、应用特征、流量和负载状况、通信节点技术和结构配置、相应的链路参数等。数据尽量精确。

3.2.3 模型代码实现

仿真建模工具可以具体实现网络仿真模型, 而仿真软件工具决定具体的使用方法和工具。

3.2.4 检查模型

为了使仿真模型与数学模型和概念相符合, 需要检查相应的代码。

3.2.5 验证模型

为了确保仿真模型的完整性、正确性、一致性、需要对在验证代码实现的仿真模型和相同的条件下实际网络技术协议3方面的性能进行吻合验证。

3.3 网络仿真与结果分析阶段

3.3.1 仿真设计

通过仿真模型来建立仿真场景, 输入恰当的模型参数, 仿真运行时间长度、仿真启动条件、仿真统计内容、仿真的准备周期、仿真终止条件等。

3.3.2 仿真分析

利用数学方法、分析工具或数据过滤技术来获取仿真结果数据, 并且仿真结果是否合理和有效需要对相应的数据进行统计分析处理。

3.3.3 仿真运行

利用仿真软件工具做仿真实验。在网络仿真实验过程中要多次调整网络模型来获取不同的实验仿真结果, 并且要确保仿真实验的独立运行和正确性。

4 主流网络仿真软件平台比较分析

一般而言, 评价一个网络仿真平台的优缺点主要从以下几个方面考虑: (1) 仿真机制的优劣; (2) 细节程度; (3) 模型库的大小。

依据上面几个方面的因素, 对几种主流网络仿真软件平台进行了对比 (见表1) 。

5 结语

通信网络的组织、规划与优化是一门非常复杂而又必不可少的综合性、系统性学科, 也是当前国际网络界非常关注的一个研究热点。它是一种通过建立网络中的链路、设备、协议的统计模型, 并模拟网络流量的传输, 从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。

参考文献

[1]张剑, 刘伟.军用无线网络仿真[J].军事通信技术, 2002 (6) :89-91.

[2]孙屹, 孟晨.OPNET通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社, 2005.

浅谈软件无线电与网络技术的发展 篇2

关键词软件无线电网络ADSP

中国分类号：TN915.853文献标识码：A文章编号：1003-8809(2010)01-044-02

软件无线电(software Radio)是通信系统中极具发展前途的技术。软件无线电作为下一代通信技术的基础在于最新的高速数字信号处理芯片和算法的发展，以及大规模现场可编程阵列的普及。硬件及算法的进步使得人们可以使用标准的硬件设备通过改变软件配置来完成使用不同信号制式的通信。

一、软件无线电概述

软件无线电在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频(RF)波段、信道接入方式和信道调制。

一般说来，SWR就是宽带模数及数模变换器(A／D及D／A)、大量专用／通用处理器、数字信号处理器构成尽可能靠近射频天线的一个硬件平台。在硬件平台上尽量利用软件技术来实现无线电的各种功能模块并将功能模块按需要组合成无线电系统，SDR被认为仅具有中频可编程数字接入能力。

二、软件无线电的几种结构

软件无线电的实现结构主要有：传统的流水线结构、总线结构、基于交换网络的体系结构和分层的软件无线电结构等。传统结构的优点是硬件平台的结构与实际通信结构一致，效率较高，但耦合很紧密，不利于后期的扩展。而总线结构则可以利用现有的、比较成熟的T业总线标准搭建，采用这种结构搭建的硬件平台也比较简单。近几年，一种基于交换网络的结构被提出，该结构的主要优点就是各功能单元耦合比较独立，具有很好的可扩展性和通用性，硬件平台模块的增减对其自身的影响不是很大。这种新型结构具有很大的发展前途，无论是A＼D、D＼A转换器件和DDC／DUC上下变频器与交换网络的连接，DSP、基带信号处理器(BBP)等与交换网络的连接，还是监控单元和控制单元与交换网络的连接，都是通过一个适配器来实现。所以适配器成为交换网络结构的核心器件之一，它的性能直接影响整个交换网络的性能。事实上，在交换网络结构的基础上可引入ADI公司推出的SHARC结构，ADSPSHARCLINK PORT中有大量的双口RAM和并行处理接口，片内大量共享存储器，支持DMA传输，因此可方便地构成无缝连接的多片并行处理系统，此为新型的交换网络结构，在交换网络的基础上做了进一步改进，将AD－SP SHARC芯片与TI公司的DSP芯片结合，充分发挥它们各自的优势，最大程度地提高系统的综合性能。

三、ADSP信号发生器设计与实现

数字通信信号发生器系统分为微型计算机模块和波形产生模块，其中微型计算机为通用计算机或PC，波形发生模块为设计的信号发生板卡。通用微型计算机首先根据用户输入的参数。分别产生各种类型的数字调制信号和高斯窄带白噪声及各种类型的干扰信号。然后将数据通过USB接口传送到信号发生板卡。信号发生板卡再通过波形产生控制器循环取出通信波形存储器和干扰／噪声存储器中的数据，最后通过DAC产生连续的数字通信信号波形。

硬件设计中的DSPI为整个系统的核心，可直接和微型计算机通信，并且控制着DSP2的加载和运行。DSPl的加载方式为BMODE 01方式，从外部Flash Jil载：DSP2为BMODE 10方式，通过Slave SPI接口加载。DSPl首先接收微型计算机通过USB接口传送的波形数据包，并将数据包中的通信波形或通信环境波形数据以MDMA方式传送到通信／通信信号环境波形数据存储器(sDRAM1)。同时将噪声数据以SPI MDA方式传送到DSP2的内部RAM中，然后在DSP2接收后，将噪声／干扰数据以MDMA方式分别存储到噪声／干扰数据存储段(SDRAM2)内。DSPl通过SPI非DMA方式传送信噪比／干信比参数到DSF2的内部RAM中。其中通信数据的高位(D15)为基带码流数据，D14为同步信号，用于测试基带码流。

系统中，所有波形参数的采样频率为IOMHz，数据容量为16 Mxl6位，可存储1.5秒钟的波形数据。数据有效位数为14位。DSPl通过PPIDMA方式直接从SDRAMl中循环读取通信波形数据传送给DACl，产生通信波形。DSP2利用程序产生随机地址，得到MDAM0的起始地址，然后将存储的噪声波形数据从SDRAM2中读入DSP2内部RAM中，并且根据信噪比在内部RAM中进行幅度加权，然后通过PPI DMA传送给DAC2，产生噪声波形。若包含干扰信号，DSP2需要通过MD—MAl将干扰数据读入内部RAM，并根据干信比在内部RAM中进行幅度加权，然后和噪声叠加，再通过PPI DMA输出到DAC2来产生干扰与噪声的混合波形。其中PPI时钟PPI—CLK信号均由各DSP的定时器产生。

两个DAC的位数是14位。并且设置为4倍插值方式。即DAC输入数据率为IOMSPS，输出转换速率为40MSPS。DAC转换需要的时钟与PPLCLK共用，DAC连接在BF533PPI总线的低14位PPII3～PPl0基带码流通过DSPl的PPll5引脚输出，同步信号通过DSPl的PPll4～JI脚输出，经过74AC11244驱动输出波形。

网络仿真软件与技术 篇3

1 实验教学已有基础和存在问题

实践教学在计算机网络专业教学中占有非常重要的地位, 是教学活动的重要环节[1]。我院一直非常重视实践教学的建设, 于2007年建立了网络互联实验室。实验室以小组为基本单位, 建设了6组实验平台, 每组平台的实验设备包含:2台路由器 (1台H3CMSR 30-20, 1台Quidway R3680E) ;4台交换机 (2台H3C S3610, 2台Quidway S3900) ;3台计算机。实验室建成以来, 一直作为网络互联课程实验实训的专门场所, 提供真实的网络环境, 让学生实际动手搭建网络, 调试、配置网络设备, 学习交换机与路由器的使用方法。

但随着学生规模扩大, 专业实验室建设跟不上教学要求等原因, 现有条件下的网络互联技术实验教学难以达到理想效果, 出现了一些问题和不足。首先, 实验时间和空间的限制。由于学生的水平参差不齐, 造成一部分学生在指定的教学时间内不能按照要求完成学习任务, 另有部分动手能力强的学生也可能需要更多的实验设备和时间来完成更多、更复杂的实验[2]。而从教学实际考虑, 学生使用实验室的时间都是以班为单位进行安排;而且网络互联实验室由于设备多、价格高没有对学生自由开放, 学生不能利用课余时间自主学习, 这在一定程度上影响了学生学习的积极性和主动性。其次, 设备种类单一, 实验内容不够全面。我院的网络互联设备以华为产品为主, 然而, 目前市场上主流的网络设备生产商有思科、华为、锐捷等。这些厂商的设备安装的是自主研发的网络操作系统, 在操作命令和管理方法上区别明显, 导致我校学生在完成实验实训后, 却不能马上把技能投入到现实的应用中。

2 仿真软件简介

实际上, 许多院校在计算机专业的网络实训中也遇到过类似的问题, 一些院校在教学过程中引入了模拟软件进行辅助教学, 用模拟软件模仿真实的网络设备进行网络实训。模拟软件能够模拟多种网络设备和实验环境[3], 如计算机、路由器、交换机、防火墙等, 而且模拟设备不存在损耗问题, 能反复操作, 同时学生也可以在自己的PC机上安装相关软件, 可以不受时间地点的限制进行实验, 大大提高了学生自主学习的积极性。

网络设备的仿真模拟软件也有很多类型, 常见模拟器有Boson NetSim, Dynamips, 思科的Packet Tracer和华为的HW_RouteSim等。在此, 笔者简单介绍一下这些仿真软件的特点。

(1) Boson NetSim是Boson公司开发的一款模拟Cisco路由器、交换机组建虚拟网络的商业软件, 由网络拓扑图设计软件Boson Network Designer和网络设备模拟器Boson NetSim组成[4]。该软件的最大优点是可以自定义网络拓扑结构及连接, 在启动NetSim时可以选择自定义的拓扑结构, 对拓扑图里的各种网络设备进行配置管理, 缺点是虚拟实验设备种类较少, 且对某些命令的支持也不太好。

(2) Dynamips是一款主要模拟Cisco路由器的仿真软件。Boson NetSim是对IOS命令行的模拟, 而Dynamips是通过在计算机中构建运行IOS的虚拟机真正运行IOS, 实现对Cisco路由器的模拟[5]。GNS3是Dynamips的一个图形前端, 是一种可以仿真复杂网络的图形化模拟器, 具有较强的可操作性。

(3) Packet Tracer是由Cisco公司推出的一款免费模拟软件, 专门用于思科的CCNA认证培训, 是目前操作最接近真实环境的模拟工具。该软件提供了2种数据传输测试模式:Realtime模式和Simulation模式[6]。在Realtime的图形用户模式上可以直接使用拖拽方法建立网络拓扑;在Simulation的界面中以Flash动画的形式模拟数据包在网络中进行详细传输过程, 使学生更容易理解网络设备的运行原理。

(4) HW_RouteSim是华为系列设备的模拟器。但是软件的版本较低, 能够仿真的设备和支持的命令较少, 仿真功能不尽如人意。

通过对以上仿真软件的比较, 我们选择了PacketTracer作为辅助教学软件。在现有的网络互联实验室里, 使用真实设备完成华为交换机、路由器的网络实验, 引入Packet Tracer模拟软件, 在仿真环境下完成Cisco设备的配置实验。这样在教学过程中以虚、实2种方式完成知识和技能的学习, 兼顾了学生知识的多样性, 保证了校内实践锻炼与实际工作需求的一致性。

3 基于Packet Tracer的网络仿真实验

笔者通过一个配置实例演示仿真软件在网络互联实验教学中的应用。实验名称是利用Packet Tracer5.3实现跨交换机VLAN的配置。交换机上VLAN的作用是将物理上互联的网络在逻辑上划分为多个互不相干的网络, 这些网络之间是无法通信的, 因此广播也就隔离开了。它不仅解决了网络中广播的问题, 也很好地解决了网络内的安全问题。借助VLAN技术不仅能增加网络连接的灵活性, 控制网络上的广播, 而且能增加网络的安全性[7]。因此在交换机配置教学中, VLAN配置是非常重要的内容。

3.1 实验目的

(1) 学习Cisco交换机Trunk和VTP的配置方法。

(2) 理解VTP的含义及管理交换机组VLAN的用法。

3.2 实验规划

选用1台Cisco 3560交换机, 2台Cisco2950交换机, 4台PC机以及若干网线, 组建实验网络。其中, 3560的Fa0/24端口连接2950A (switch0) 交换机的Fa0/24端口, 3560的Fa0/23端口连接2950B (switch1) 交换机的Fa0/24端口;2950A交换机Fa0/1端口连接PC0的以太网口, Fa0/2端口连接PC1的以太网口;2950B交换机Fa0/1端口连接PC2的以太网口, Fa0/2端口连接PC3的以太网口。PC0和PC2属于同一子网 (VLAN2) , 它们的IP地址在C类网络192.168.1.0/24内;PC1和PC3属于另一子网 (VLAN3) , 它们的IP地址在C类网络192.168.2.0/24内。如图1所示。

3.3 配置过程

实验网络搭建完成后, 按要求设置4台PC机的IP地址, 此时整个局域网中未设置其他VLAN (只有默认VLAN1) , 这4台PC机互Ping, 应都能连通。接下来, 开始对交换机进行配置。

( 1 ) 选择2 9 5 0 A交换机, 把端口划分到相应的VlAN。相关命令如下:

2950A (confi g) #interface fa0/1

2950A (confi g-if) #switchport mode access

2950A (confi g-if) #switchport access vlan 2

2950A (confi g-if) #interface fa0/2

2950A (confi g-if) #switchport mode access

2950A (confi g-if) #switchport access vlan 3

2950A (confi g-if) #quit

同理, 选择2950B交换机并划分VLAN, 过程与2950A相似。

(2) 配置trunk链路。2个Cisco 2950交换机使用fastthernet0/24端口分别与核心交换机 (3560) 的24和23端口相连, 这两条链路应为trunk, 相连的每个端口为trunk类型, 配置命令相同。交换机2095A相关命令如下:

2950A (confi g) #interface fa0/24

2950A (confi g-if) #switchport mode trunk

2950A (confi g-if) #switchport trunk allowed vlan all

(3) 配置VTP协议。

Cisco 3560交换机作为VTP Server, 是局域网中的核心交换机。3560交换机相关配置命令如下:

3560 (confi g) #vtp domain senya

3560 (confi g) #vtp mode server

3560#sh vtp st

图2为3560交换机的VTP状态信息。其中, VTPOperating Mode值为Server, VTP Domain Name值为senya。

2个作为接入层的交换机的配置VTP的命令类似, 2950A的配置命令如下:

2950A (confi g) #vtp domain senya

2950A (confi g) #vtp mode client

2950A (confi g) #exit

2950A#sh vtp st

图3为2950A交换机的VTP状态信息。其中, VTPOperating Mode值为Client, VTP Domain Name值为senya。管理域内的每台交换机都必须使用相同的域名。

(4) 在核心交换机Cisco 3560上创建两个VLAN:VLAN2名称为technology;VLAN 3名称为sales。

(5) 连通性测试。分别在2950和3560上使用showvlan命令查看配置情况, 再用Ping命令检查各PC机之间的通信情况。

此时, 4台PC机被分割在2个不同的VLAN中 (VLAN1:technology, VLAN2 sales) , PC0与PC2划入了同一VLAN (technology) 而能Ping通, PC1与PC3划入了同一VLAN (sales) 而能Ping通, 而PC0与PC1虽然连接在同一个2950A交换机上, 但不能Ping通, 从而验证了跨交换机之间相同VLAN可以相互通信, 不同VLAN之间相互隔离。达到了任务的要求。

4 结束语

通过使用Packet Tracer模拟软件进行跨交换机VLAN配置的教学, 可以让每一位学生都能自己动手实践, 提高了学生学习的积极性, 保证了教学质量。基于模拟软件的实验, 丰富了网络互联课程实验实训内容, 但并不能完全替代真实实验, 它只能是传统实验的一种辅助和扩展。结合学院已有条件, 根据虚实交替, 优化互补的原则, 把仿真软件技术与传统实验手段有机结合起来, 让学生更好地理解知识、掌握技能, 提高综合实践能力, 这才是网络互联技术实验教学的重要意义。

参考文献

[1]李佳, 江涛.计算机网络专业实践教学环节仿真软件的应用[J].中国现代教育装备, 2010 (9) :59-62.

[2]宋白玉, 赵桂云.浅谈用Packet Tracer进行高职《网络互联技术》教学[J].科技信息, 2011 (33) :108-109.

[3]谭方勇, 张燕, 李金祥.基于虚拟仿真软件技术的计算机网络实验教学体系[J].计算机时代, 2011 (11) :51-53.

[4]董思妤, 陈立云, 曹智一.Boson NetSim在计算机网络工程教学中的应用研究[J].电脑知识与技术, 2011 (5) :3606-3607.

[5]甘敬周.虚拟技术和模拟器在网络实验室的应用[J].贺州学院学报, 2012, 28 (2) :136-139.

[6]赵思佳, 尹婷.基于Packet Tracer模拟器构建计算机网络课程教学平台[J].湖南环境生物职业技术学院学报, 2010, 1 (16) :15-18.

[7]陈建锐.软件仿真下的VLAN配置实验探索[J].实验室研究与探索, 2011, 2 (30) :78-81.

网络仿真软件与技术 篇4

关键词：软件系统 网络 知识工作 生产率

中图分类号： G202文献标识码： Ａ 文章编号： 1003-69３８（２０11）０2－0062-03

The Odds Analysis of Software and Network Technology's Effects on Knowledge Work Productivity

Yang Dan （Politics and Public Administration School，East China University of Political Science and Law，Shanghai，201620）

Abstract： As a tool to enhance knowledge work productivity， the indispensable role of modern information technology has become the consensus of scholars and entrepreneurs. However， the diversity of information technology systems, different information technology for knowledge work ,and its role in the productivity cause significant differences. Software systems and networks for the role of knowledge-work productivity differences are analyzed. The empirical research indicates that software systems and procedures act on knowledge work mainly in procedures and standards， thus improving the efficiency and the quality； the network mainly promotes knowledge sharing， enhances teamwork， accelerates the knowledge innovation， and improves customer relationships to increase productivity of knowledge work. The author tries to seek thedifferent "focal point" of software systems and networks on the productivity of knowledge work so as to ensure the efficiency of information technology.

Key words： software systems； networks； knowledge work； productivity

ＣＬＣ number： G202Document code： AArticle ID： 1003-6938（20１1）02-0062-03

1 引言

现代信息技术已经成为知识工作中不可或缺的工具，知识工作者通过对信息技术的使用，提高了其工作任务和流程的结构化、规范化程度，并带来流程的改造和自动化，信息技术的飞速发展为知识工作有序化、标准化提供了有效的手段。同时，信息技术产品以及服务不仅仅有利于处理高度结构化的工作，同时也和知识工作的非结构化、复杂信息处理任务密切相关。例如，G. Torkzadeh分别使用任务生产率、创新、客户满意度以及管理规范四个方面实证了信息技术对知识工作过程的影响。［1 ］ 其中，任务生产率的测量问题包括：节约时间，提高效率，提高质量；创新的测量问题为：拓宽思维方式，尝试解决问题的新方法，促进创新行为；客户满意度的测量问题包括：增强客户服务能力，提高客户满意度，满足客户需求；管理规范的测量问题包括：监控工作进展；促进工作过程的规范控制；增强对工作结果/绩效的规范。同时，关于信息技术对改善工作环境、促进知识共享与创新、加强团队协作等方面也有一定的研究与论述。

其中，作为信息技术的重要组成部分，软件系统的合理设计和有效使用则对知识工作及其生产率产生重要的作用。有文献指出，软件系统作为人力资本的替代，增强了对于工作过程的规范管理和程序控制，减少了主观行为变动性的影响。同时，软件系统的使用增加了单位时间内工作任务的产出，即提高了任务的生产率。［2 ］ ［3］另外，组织也可以根据自身业务的特点，在多个项目中寻找并定义标准化的流程或操作步骤等，形成专用的模板，从而提高了工作效率和项目的质量。正如王德禄所言，软件程序把已经规范的流程固化下来，使得流程所涉及的工作内容更加规范、高效，减少人为控制的行为。［4 ］

同时，随着环境和技术的变化，软件系统必须不断地被修改、调整和扩展，即必须不断地演化，才能满足用户的需求。不切合用户实际应用的信息技术项目往往是不成功的。［5 ］由于用户变得更加复杂并更多地依靠软件系统，对软件系统的快速、可靠、低成本、高效率的演化十分重要。许多因素促使软件系统通过改变、升级或者替换来进行不断的演化。软件演化已获得普遍的共识。如今，软件系统的形态已从产品形态转换为服务形态，软件需要根据用户的需求和技术变化不断改变。这种改变的频率越来越高，推动软件从低级走向高级、从幼稚走向成熟，同时与知识工作者（软件系统用户）的高效工作形成良性的循环。

另外，在信息技术的数字化、网络化发展的冲击下，知识工作者的工作环境和工作内容都已彻底改变。网络的诞生将企业组织分子化。每一个知识工作者就是组织的一个分子，可以根据工作的不同需要进行有机的组合，［6 ］通过网络合作，促进知识的共享，以知识和创意为产品增添价值。Brian Detlor分别从搜索和浏览信息、信息的交流、信息与知识的共享、学习功能、团队的协作等方面衡量网络技术在知识工作活动中的使用情况，通过半结构化访谈、领域观察以及问卷调查收集信息进行了质性分析和描述性统计分析，指出网络系统在加快知识传播、增强学习能力以及促进团队协作等方面具有显著的作用。［7 ］堂塔普斯科特在《数字经济时代》一书中则指出，现代消费者和生产者可以通过网络直接沟通，提高了客户满意度。另外，网络大大提高了知识创新活动的效益，促进了团队更好地合作，丰富了信息交流的方式，对知识创新的活动方式产生了重要影响。［8 ］

可以看出，软件系统与网络技术对知识工作生产率影响的侧重点各有不同。软件系统及其演化更多的是从程序化、规范化的角度作用于知识工作，并提高知识工作的效率，改善知识工作的质量。而网络则主要是从促进知识共享、增强团队协作、加速知识创新、改善客户关系等方面作用于知识工作。

2 研究方案的设计与假设的提出

2.1 假设的提出

基于上述关于软件系统以及网络对于知识工作生产率影响的相关论述，为寻求软件和网络对知识工作生产率的不同“着力点”，文章提出以下假设：

H：信息技术的使用，可以提高知识工作的生产率。

H.a相对于网络技术，软件系统的应用可以显著提高知识工作的数量（效率）和质量；

H.b相对于软件系统，网络技术的应用可以显著提高知识工作的客户满意度、创新行为以及协作能力。

文章通过社会调查的方法，对该假设进行论证。

2.2 问卷的设计

问卷中关于知识工作生产率、信息系统以及网络技术的相关设计，主要是在相关文献的总结的基础上，以上海市三家企业员工深度访谈资料的质性分析为依据形成的，尽量做到保证问卷设计的科学性。另外，问卷的设计是在作者进行了十二个样本（其中包括教师、企业技术人员以及企业管理人员）的预调研之后，根据他们的意见和建议，又进行了一定的调整。

问卷第一部分是对潜变量因子知识工作生产率维度的构建设计；第二部分是信息技术（分为软件和网络）对知识工作结构化以及知识工作生产率的分别影响程度的度量。

（1）知识工作生产率维度指标的构建。在过去的知识员工生产率测度中，研究者直接或间接地使用了许多生产率维度。可以看出没有任何一种方法涵盖了所有的维度，还有一些被研究者认为是及其重要的指标，但在实际测度方法中却没有很好的应用。常用的知识员工生产率维度主要包括：数量、质量、成本、创新、效益、客户满意度、责任、知识员工对生产率的感知等。［9 ］对于知识工作而言，其使用频率较高的维度为效率、质量和创新。同时我们看到，客户满意度作为一个无形的指标，仍然成为知识工作岗位的主要衡量标准，这是因为很多知识工作岗位直接服务于客户，客户对于产品/服务的评价是该类工作改进生产率的重要参考指标。协作力也是衡量知识工作生产率的重要指标。因此，知识工作生产率的测量由效率、质量、创新、客户满意度以及协作五个指标构成。

本项指标由两部分内容构成：五个维度分别在衡量生产率中的重要程度以及各指标在目前的结构化程度下的客观数值。

（2）软件与网络对于知识工作及其生产率的影响维度构建。在前期研究中，作者发现，关于软件系统可以提高生产率的各个维度的内在机理在于，软件信息系统是首先作用于知识工作上，进而提高知识工作生产率。［10］因此，在本文的问卷调查中，具体问题除了软件系统以及网络对于知识工作生产率各维度的影响之外，问卷中也涉及到软件系统及其演化对于知识工作结构化的影响，以便于进一步实证软件系统对于知识工作生产率作用的内在机理。

具体问题包括：软件的使用以及软件的不断演化／改进对于知识工作的程序、规范、效率、质量、客户关系、创新能力、团队协作的影响程度；网络的使用对于知识工作过程中的信息获取、复杂问题的解决、思维方式、学习能力、知识共享、工作质量、效率、客户关系、创新行为以及团队协作的影响程度。

问卷要求被调查者采用5级Likert 分量制来表达对各个度量的态度。其中1：非常不同意，2：比较不同意，3：不确定，4：比较同意，5：非常同意。

2.3 样本的选择

为获取相关数据，作者在A高校成人教育学院、上海三家IT企业以及B高校MBA学员进行了问卷调查。调查涉及行业金融、管理咨询、制造、保险、信息、商贸等行业，被调查人所从事的职业包括：职业经理人、研发人员、销售人员、职能管理人员、管理咨询人员以及技术服务人员以及生产操作人员。该问卷发放问卷400份（其中发放电子版本问卷28份，纸样问卷372份），回收问卷368份。最终有效问卷310份。

3 软件及网络作用于知识工作生产率的显著性检验分析

3.1软件系统及网络在知识工作中使用频率分析

软件及网络作为信息技术的重要组成部分，已经成为知识工作中不可或缺的工具，通过软件及网络使用频率的描述性统计（见表1）即可看出。q22为全体调查样本对软件使用的频率指标，其平均值为4.25；q24为全体调查样本对网络使用的频率指标，其平均值为4.36。显然，软件与网络已成为知识工作中必不可少的辅助工具。

3.2 软件及网络对生产率的影响差异性比较

生产率作为一个多维度的概念，软件与网络对于生产率各维度的影响是不同的。从已有的文献可以看出，软件更多地是从程序化、规范化的角度提高知识工作的效率和工作质量；而网络则通过促进知识的传播与共享，促进知识创新，增强团队协作，提高客户满意度。因此，该部分内容主要分析软件和网络对于生产率的五个维度（效率，质量，创新，客户满意度以及协作）影响的差异性分析。

通过简单的成对样本统计（表2）首先可以看出，软件及网络对于生产率的作用评价均值都在3以上，说明对于生产率的各个维度而言，软件与网络对生产率的作用评价都是较为认可的。其次，对于配对1（质量）和配对2（效率）而言，调查样本对于软件使用的评价高于网络使用；而对于配对3（创新）、配对4（客户满意度）以及配对5（协作）而言，网络使用的评价则高于对软件使用的评价。

为了检验这种评价的差异显著性，文章进一步进行配对样本T-检验（见表3）。

通过T－检验，可以看出，在五个指标维度上，软件和网络的作用存在显著性差异。其中，在提高效率和质量方面，软件优于网络。但在客户满意、创新性以及协作方面，网络则优于软件。

因此，对于前文的假设：信息技术的使用，可以提高知识工作的生产率。

H.a相对于网络，软件的应用可以显著提高知识工作生产率的数量（效率）和质量维度；

H.b相对于软件，网络的应用可以显著提高知识工作生产率的客户满意度、创新行为、协作能力三个维度。

得以证实。

4 结语

信息技术的生产率悖论使得众多的组织管理人员在信息技术的投资决策时，面临着两难的境地。作为信息技术的真正受益者，他们通常不知如何管理和应用信息技术，对于信息技术的价值亦不甚明了；另一方面，作为信息技术的提供商和开发人员，虽然走在信息技术革命的前沿，却也经常迷惑于如何使得信息技术产品/服务更好地满足客户的需求。本文指出，从信息技术产品对于知识工作生产率的差异化“着力点”出发，可以更有针对性的为信息技术的提供者和使用者指明方向。

本文的研究尝试着从微观层次探求信息技术对于知识工作的价值以及信息技术对于知识工作生产率的差异化作用，并得到了一定的结论：软件系统及其演化主要从程序化、规范化的角度作用于知识工作，对其生产率的作用主要体现在提高知识工作的效率、改善知识工作的质量；而网络的作用则主要体现在促进创新、协作以及提高客户满意度上。该实证结果为知识工作过程中信息技术的差异化使用以及知识工作生产率的有效提高提供了借鉴。

当然，信息技术的价值需要技术与文化相融合才能得到更好的实现。信息技术只是加强了知识工作的现有行为，如果没有相应的行为规范、态度、价值取向、激励制度等信息文化相适应，先进的信息技术未必能带来知识工作生产率的提高。

参考文献：

［1］G. Torkzadeh， W.J. Doll. The development of a tool for measuring the perceived impact of information technology on work［J］. Omega the International Journal of Management Science，1999，（27）:327-339.

［2］Kraemer KL， Danziger JN. The impacts of computer technology on the work life of information workers［J］. Social Sci Comput Rev， 1990， 8（4）：592-613.

［3］Long RJ. The impact of new office information technology on job quality of female and male employees［J］. Human Relat，1993， 46（8）: 939-961.

［4］王德禄.知识管理的IT实现［M］.北京：电子工业出版社，2003：142-143.

［5］Palmquist RA. The impact of information technology on the individual ［J］.Annual review of information science and technology （ARIST）， 1992，（27）:3-42.

［6］托马斯·H·达文波特.留住IT精神：“以人为本”的信息管理［A］.《哈佛商业评论》精粹译丛之《信息技术的商业价值》［M］.北京：中国人民大学出版社，2004:1-32.

［7］Brian Detlor， Facilitating organizational knowledge work through Web information systems ［D］.2000:231-264.

［8］Don Tapscott， Alex Lowy， David Ticoll. Blueprint to the Digital Economy: Creating Wealth in the Era of E-Business ［M］. New York: McGraw-Hill Press，1998:2-35.

［9］杨丹，戴昌钧.基于岗位知识含量的知识员工生产率测度分析［J］.科学学与科学技术管理，2006，（06）：135-140.

［10］杨丹.信息系统及其演化对知识工作的影响机制分析［J］.情报杂志，2009，28（10）.

网络仿真软件与技术 篇5

1 数控加工仿真技术的综述

近些年来,随着计算机技术的发展与普及,数控技术得到了发展,社会上对数控人才的需求量也在逐渐上升,逐渐出现了供不应求的状况,这逐渐促进了数控行业的发展,这主要是因为数控技术在工业发展上的重要性,而数控加工仿真技术是重中之重。数控加工仿真技术就是将仿真技术与图像学技术相结合,从而模拟数控加工的过程并验证数控程序的可靠性,从而提高零件加工质量,而之所以出现数控加工仿真技术的主要原因就是数控机床的昂贵以及脆弱性,使得培养一个精通数控加工技术的人才十分不易,但是数控加工技术又是能极大提高零件加工准确率的必要技术,所以数控加工仿真技术的地位不言而喻。

2 数控加工仿真的关键技术分析

由于数控加工仿真技术逐渐成为了世界上零件加工场所不可缺少的重要技术,所以精通数控加工仿真的关机技术是十分重要的。而目前数控加工仿真技术的关键技术主要有以下三种,即数控加工几何仿真技术、数控加工物理仿真技术以及数控仿真加工图像可视化技术。

2.1 几何仿真技术

数控加工几何仿真技术,顾名思义,其主要是从几何建模技术上发展而来,并随着几何建模技术的发展而发展,而数控加工几何仿真技术主要有直接实体造型法,基于图像空间的方法和离散矢量求交法以及基于曲面技术的方法所组成。直接实体造型法就是直接在实物体上进行加工,从而进行仿真得到所需的几何信息,主要通过体素法以及八叉树法提高避免零件加工失败;而基于图像空间的几何仿真技术利用图像空间的消隐算法来实现布尔运算,避免在模拟时出现空间重叠的可能,从而降低零件加工失败的可能;离散矢量求交法将待加工的曲面(或实体)按照一定的精度转变为一些代替原曲面离散的数据点,然后再利用这些离散点沿其曲面法向矢量方向与刀具扫描体进行求交运算;最后所谓的基于曲面技术的几何仿真方法主要以曲面建模为中心,通过对曲面进行加工,从而避免零件加工失败。从上数可以看出数控加工几何仿真技术的主要特点就是在整个加工过程中只需要考虑刀具与物体之间的运动,因此迄今为止在整个数控加工行业中对几何仿真技术的应用最为广泛,换句话说就是从事数控加工行业的人员对数控加工几何加工技术的研究最为深刻,也同样最为透彻。

2.2 物理仿真技术

数控加工物理仿真技术在整个操作过程中要全面的考虑好各个物理因素的影响,如受力、温度等物理因素,主要通过建立物理模型从而得到比较重要的数值,因此建立恰当的牡蛎模型是零件加工成功的关键,也是说数控加工仿真技术能够开始的关键一步。经验模型虽然操作简单,但是不具有变通性,从而衍生了理论预测性模型;所谓的理论预测模型又称为解析法模型,主要针对剪切区,通过解析关系式以求得受力等物理因素,虽然其可操作性较强,但是面并没有满意的理论预测模型;而机械模型虽然有先决条件,但是不可否认,机械模型具有相当高的准确性;而在这众多模型中,有限元法师普遍使用的,也是将复杂的图形简单化的主要方法,因此数控加工物理仿真技术主要利用恰当的模型,从而准确的分析加工所要考虑的各物理因素,从而提高零件的加工质量。

2.3 图像可视化技术

数控加工仿真图像可视化技术起于上个世纪八十年代,主要讲CG技术与计算机技术相结合,从而实现实时的观测模拟数控加工的过程,并通过对模拟的过程进行分析,从而照出程序所存在的弊端,从而提高加工的质量,降低刀具磨损的概率,从另一方面来说,数控加工仿真图像可视化技术中关键在于准确的对运动数据进行分析,生成运动轨迹和消隐着色进行处理,目前数控加工仿真图像可视化技术已逐渐成为了刀位验证的重要技术。

3 数控加工仿真技术软件开发的现状其改进措施

由于近些年来,数控仿真技术逐渐成为学者们研究的比较热门的方向,不仅促使了相应的文章增多,更在一定程度上促进了数控加工仿真软件的开发进度。目前我国的数控加工仿真软件主要上海宇龙、南京宇航、北京斐克科所开发的数控加工仿真系统为主要代表,而由于我国发展时间较晚,所以相对于国外处于简短的仿真系统存在一定的差距,主要是由于目前国内数控架空仿真系统所采用的是静态建模技术,不能很好的与实际接轨,因此当前数控加工仿真软件的开发过程中应该合理的考虑并添加动态建模技术,提高仿真算法的准确率,可以根据需求的不同采取不同的算法,如数控车削加工仿真中可以采用Open GL算法,并且在软件开发过程中采用合适的数据结构,从而提高动态仿真的准确性,同时在算法最后添加检验环节,确定加工的精度,从而使的所开发的数控加工仿真系统能更准确的进行零件加工。

4 数控加工仿真技术的发展趋势及社会意义

目前,数控加工仿真技术的应用越来越广泛,但是不可否认的是,在数控加工仿真技术操作上仍然存在着一定的误区,致使零件加工失败的情况屡屡发生,因此在进行数控加工仿真系统开发时必须完善的考虑其综合影响因素,所以数控加工仿真技术中的物理仿真技术将得到十分宽广的发展前景,成为多数开发人员所钟爱的一种模型。

结束语

综上所述,数控加工仿真技术的发展前景十分广阔,不仅因为当今社会对数控加工人才的修正在日益增长,更是因为信息时代的到来更在一定程度上刺激了智能化的发展,而目前数控加工技术作为半智能控制技术已然成为了工业中零件加工的重要一部分,因此明确数控加工仿真技术从而开发使用的软件在一定程度上能促进工业的发展。

摘要：近些年来,随着“科教兴国、人才强国”的战略的提出以及实施,我国的科技实力正逐步上升,而自电子计算机问世以来,电子行业逐渐成为了世界上发展最为迅速的一个行业,电子计算机技术也是世界上应用最为广泛的技术,因此作为计算机技术中最重要的数控加工仿真技术也逐渐成为了以工业上不可或缺的技术。主要通过对数控加工仿真技术的综述,探讨数控加工仿真的关键技术及软件开发的现状及改进措施,同时着重强调数控仿真技术的发展趋势与社会意义。

关键词：数控加工,仿真,软件开发

参考文献

[1]葛研军,江早,王启义,基于光线跟踪的虚拟数控车削加工图形生成技术[J].中国图象图形学报,Vol.4(A),No.1,Jan.1999,28-32.

网络仿真软件与技术 篇6

关键词：Proteus软件,单片机,仿真,教学改革

引言

单片机原理与应用是工科院校机电类专业普遍开设的一门实践性很强的课程。传统的授课模式往往是机械的按照教材的章节顺序,先讲概论,接着讲片内资源,指令系统,汇编语言程序设计,以及系统扩展,最后再讲几个有关的应用实例,课程的最后以学生到实验室在试验箱上完成几个验证性的实验项目而告终。由于单片机本身的特点,这种传统的教学方法很难在教学中体现单片机的实际运行过程,尤其是一些涉及硬件的知识点,仅在课堂上讲述很难让学生理解,学生也往往由最初的饶有兴趣到越听越抽象,最后导致单片机课程学习和实际开发应用的严重脱节[1]。

1 Proteus仿真软件简介

英国Labcenter公司推出的Proteus软件采用虚拟仿真技术,可以在没有单片机实际硬件环境的条件下,利用个人计算机实现单片机软件和硬件同步仿真,仿真结果可以直接应用于实际系统的设计。Proteus软件已有20多年的历史,涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型,以及多种常用元器件,包括74系列、CMOS4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD/LED显示器,还提供有示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表、I2C/SPI终端等各种虚拟仪表。这些都可以直接用于虚拟仿真,极大的提高了应用系统的设计效率,同时也使单片机的实际运行过程形象化,易于学生理解系统软硬件的组成,提高学习兴趣,这是传统的单片机教学无法做到的[2]。

2 基于Proteus仿真软件的单片机教学的优势[3]

采用Proteus软件辅助单片机教学,具有比较明显的优势,主要体现在以下几个方面:

(1)实验内容灵活。采用Proteus仿真软件,单片机系统的编程既可以采用传统的汇编语言,也可以采用C51等语言。而对于硬件接口电路的设计,也往往可以采用不同的硬件电路来实现,克服了采用单片机实验箱所面临的硬件电路固定、实验内容固定等方面的局限。

另外,Proteus仿真软件提供了三十多个元器件库、数千种元器件,其中包括大量的仿真模型,不仅能实现对微处理器的仿真,还可以实现模拟器件、数字器件,PLD器件、LCD/LED、I2C模型、串口模型、电机模型以及USB仿真等等,有助于学生对相关学科的知识体系有一个完整性的认识和掌握。

(2)节约硬件投入。有些学生想对单片机控制技术进行更深入的研究和学习,如果采用传统的实验方法,则需购置的设备比较多。采用仿真软件后,可以先在软件环境中模拟仿真,这样不仅省时省力,也可以节省因方案不正确所造成硬件投入的浪费。而且该仿真系统本身提供了很多完善的设计方案和设计范例,都可供参考和借鉴。

(3)实验过程中损耗小。在传统实验过程中,都涉及到因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁。采用Proteus仿真软件则不存在上述问题。

3 基于PROTEUS仿真软件的单片机技术应用举例

直流电动机是最早出现的电动机,也是能最早实现调速的电动机。长期以来,一直占据着调速控制的统治地位。由于其具有良好的线性调速特性和优异的动态特性,尽管近年来不断受到其他电动机如交流变频电动机、步进电动机等的挑战,但到目前为止,仍然是大多数调速控制电动机的最优选择。随着计算机控制技术以及新型电力电子器件的不断出现,使采用全控型开关功率元件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制方式已成为绝对主流,这种控制方式很容易在单片机控制中实现,从而为直流电动机控制的数字化提供了契机[4]。

在PWM调速中,以下3种方式都可以实现直流电动机的调速:定宽调频法、调宽调频法、定频调宽法。实际应用中主要使用定频调宽法。下面通过定频调宽法实现对直流电动机的控制,仿真效果如(图1)所示。

4 结语

把Proteus仿真软件引入单片机教学,可以使教学变得直观和生动,在提高学生学习积极性的同时也提高了教学效果。当然,软件仿真并不能达到与实际硬件完全一致的情况,也不考虑实际应用中存在元器件参数的分散性、误差和干扰等现象,这需要学生在实物试验中去进一步体会和掌握[5]。在实际教学过程中,可以依托Proteus仿真环境,在软硬件调试的过程中,来验证设计方案的可行性。在调试成功的基础上,觉得有必要时,再搭建实物电路进行调试,以减少硬件设计过程中浪费,从而对单片机应用系统的开发有一个完整性的认识和掌握。

参考文献

[1]毕然.单片机教学方法的探索与实践[J].科教导刊,2009,(17):18-21.

[2]徐爱钧.单片机原理与应用――基于Proteus虚拟仿真技术[M].北京:机械工业出版社,2011:15-15.

[3]徐敏.仿真系统在单片机实验教学中的应用[J].软件导刊,2010,(6):191-193.

[4]蒋辉平,周国雄.基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例[M].北京:机械工业出版社,2009:128-133.

网络仿真软件与技术 篇7

电路与电子技术基础课程是高职院校电类专业的专业基础课程, 该课程包含的内容多, 课时少, 学生在学习过程中往往会觉得难度很大。传统教学基本采用先理论讲解、后实验操作的方法, 但这两个环节在执行过程中往往会脱节, 导致学生的学习效果不理想。高职学生在学习课程时会出现以下情况:一是理论课以教师讲解为主, 学生被动地吸收知识, 课后没有复习、自学的习惯, 往往学了后面忘了前面, 慢慢地对课程失去了兴趣;二是理论的内容没有掌握好, 学生在实验实训的时候也只是单纯地操作, 不能很好地实现理论与实践的结合, 出现问题没有有效的解决办法。

随着微电子技术、计算机技术的发展, 各种EDA (电子设计自动化) 技术相继出现, 用此新方法, 电子系统设计者只要拥有一套EDA开发软件、一台计算机、一套开发装置和空白的可编程器件就能完成复杂的电子系统设计。[1]在教学中引入仿真软件可以对实验实训进行有效的补充。现在教学中常用的EDA软件有Protel、Protues、Multisim等, 各种软件在实现功能上也有所不同。Protel实现简单的模拟/数字电路的仿真、强大的PCB板设计;Proteus可以进行直观的模拟/数字电路、单片机、ARM仿真, 也可以进行简单PCB板的设计, 侧重单片机仿真的应用;Multisim侧重电路电子的分析设计, 进行模拟/数字电路的精确、细微仿真使用。因此, 在电路与电子技术课程的教学中, 笔者选择了Multisim这款软件。近几年出现了Multisim的中文版本, 让高职学生更容易上手。经过几届学生的运用, Multisim已经成为电路与电子技术基础教学中不可缺少的一个工具。

● Multisim简介

Electronics Workbench (EWB) 是加拿大IIT公司于上世纪80年代末、90年代初推出的用于电路仿真与设计的EDA软件, 又称为“虚拟电子工作台”。IIT公司从EWB6.0开始, 专门把电路仿真与设计模块更名为Multisim, 大大增强了软件的仿真测试和分析功能, 极大扩充了元件库中的仿真元件数量, 使仿真设计更精确、可靠。

Multisim10有很多特性, 即有所见即所得的设计环境, 互动式的仿真界面, 动态显示元件, 3D效果的仿真电路, 虚拟仪表, 分析功能与图形显示窗口等。仿真的手段切合实际, 选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近。此软件易学易用, 便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学, 便于开展综合性的设计和实验, 有利于培养学生的综合分析能力、开发和创新能力。

● Multisim在电路与电子技术基础教学中的具体应用

电路与电子技术基础课程最突出的特点是应用性和工程实践性。该课程已成为当今高新技术的基础, 随着电子技术的飞速发展, 新器件、新技术层出不穷, 各种专用集成电路和可编程器件大量上市[2], 在课程的教学过程中, 采用模块化的教学体系, 以基于工作过程的教学方法来对课程进行教学改革。仿真软件的应用使得学校在器件的选择上有了很大的自由空间。

1.Multisim在理论学习中的指导作用

在以往的电路与电子技术基础课程验证性的实验中, 学生的学习兴趣不大。而引入Multisim后, 学生能够直观地看到效果, 激发了学习兴趣。特别是在电路部分的内容中, 基本上是理论验证的实验。下面笔者以叠加定理的验证为例说明Multisim的应用。

图1~图3, 充分地体现了叠加定理的叠加概念。叠加定理指出[3], 在有几个独立源共同作用的线性电路中, 通过每个元件的电流或其两端的电压, 可以看成是由每一个独立源单独作用在该元件上所产生的电流或电压的代数和。在电压源支路上流过的电流体现叠加在于:I=I’+I” (0.400=-0.100+0.500) 。

此时再进行叠加定理的解释和电路的分析就非常轻松了, 学生也更容易接受了。同样, 在模拟电子技术中, 在对放大器的静态分析、动态分析、非线性失真等抽象、不易理解的内容学习中, 教师若结合Multisim软件, 也能对这些重要概念轻松解答, 能使理论课堂变得生动有趣, 不仅降低了教学难度, 而且提高了学生的学习效率。

2.Multisim对实践的指导作用

模拟电路、数字电路中有许多和实践相关的知识和电路制作, 如稳压电源、抢答器、计数器等, 笔者采用的是先仿真与理论讲解相结合, 再制作, 最后总结回顾的方法。下面笔者就以计数器的制作为例, 说明项目执行的过程。

首先, 教师先进行项目导入, 把与任务相关的知识点概括地做个介绍, 并对电路功能提出要求;在充分考虑学生现有知识和能力水平的基础上, 分组进行电路的设计。其次, 制订计划, 通过自主学习、小组协作等学习方式, 对项目的任务目标进行分析, 确定任务的实施步骤, 并为任务的实施做好充分的准备。再次, 进入“实施计划”阶段, 学生在Multisim软件中进行项目的仿真设计, 画出相应的电路图, 对出现的问题与教师及时沟通, 在进行知识建构的过程中, 形成职业岗位能力。最后, 在“制作实物”环节中, 学生在完成设计电路的电路图指导下, 进行实物制作, 制作完成后, 再进行调试。学生在调试过程中, 就出现的问题与教师探讨, 寻求解决问题的方法, 并与仿真电路进行对比, 分析问题产生的原因。整个过程体现了“理仿实一体化”的教学模式。计数器的仿真电路图如图4所示。

图4的工作原理是:555定时器产生一个秒脉冲, 由74LS192计数器进行计数, 由4511显示驱动译码器对数码管进行驱动, 显示计数的值。此电路在设计的过程中, 最初给学生的电路计数器上没有接开关。学生在仿真的过程中, 发现计数器计数的初始值是不确定的一个随机数。这时, 就要求学生对此电路进行改进, 计数从0开始。此电路计数器完成的是一位计数, 如果是8进制计数, 则计数从0、1、2、3……7、0, 依次循环显示。学生通过网上查找资料、书本知识的学习及教师指导, 确定了在计数器的清零端增加一个开关, 对74LS192进行清零, 实现了计数从0开始这个功能。这是给计数器清零的一种方法。

此电路设计完成后, 教师要求学有余力的学生继续对电路进行扩展, 完成两位数的计数功能电路的设计。经过自主学习、教师指导后, 大部分学生能完成扩展电路的设计。

仿真完成后, 再进行电路的实物制作。由于在仿真过程中, 学生对电路的连线概念比较清晰, 因此, 制作过程也比较顺利。电路调试时, 对出现的问题, 教师应提醒学生与仿真过程结合起来。例如, 数码管显示为1, 可是下面一笔 (C) 不亮, 会有哪些情况发生呢?教师先让学生自行进行分析, 然后再进行指导分析:①C不亮, 有没有可能是数码管这一笔坏了?②在仿真图中, 断开与4511相连的11脚, 看看有什么现象?③会不会是与11脚相连的电阻坏了?④4511芯片有问题?以上四种情况中前三种情况只要用万用表一测量就可以清楚地知道问题出在哪里, 如果前三种情况排除了, 第四种情况用换芯片的方法判断芯片的好坏。在实际过程中, 一般都是②③的问题, 也就是焊接连线的问题。经过这样的分析, 学生对数码管的点亮及驱动的知识有了充分的理解, 并学会了如何在电路制作中解决问题。

● 结束语

实践证明, 将Multisim仿真软件应用于电路与电子技术基础的教学, 有效地激发了学生的学习兴趣, 使理论教学不再那么枯燥, 实践教学不再孤立。“理仿实一体化”教学模式的实施, 不仅提高了课堂教学效率, 而且达到了理论与实践的结合, 同时, 培养了学生工程实践、综合分析和开发创新的能力, 提高了学生运用先进技术设计工具的能力。

参考文献

[1]翟殿棠, 赵建顺, 王玉泰.EDA技术与电工电子技术实验教学改革[J].高校实验室工作研究, 2002 (3) :21-22.

[2]成愈.电子技术教学的误区和教学改革[J].电气电子教学学报, 2002 (24) :26-28.

流体网络仿真软件开发研究 篇8

多数工业系统中都存在着各种各样的流体网络系统, 其结构各异, 构成复杂。作为流体动力传输及控制的途径, 重要作用不言而喻。在流体网络的设计、结构与性能分析、控制、结构变动和改进等工作中, 很需要掌握流体网络的状态, 热力计算工作量相当繁重。这是因为各干支线管径的大小, 是由流体的温度、流量诸参数, 以及管线的走向、敷设方式和允许压力降等多种变量决定的, 并且整个过程要反复计算, 工作量极大。如何能够进行快速有效的设计工作, 成了一个非常迫切的问题。

1研究现状

20世纪80年代中期以来, 国内外很多仿真公司和研究机构在此领域做了大量的研究工作, 相继开发了多种相类似的仿真建模软件, 但是由于应用的层面不同, 有着各种各样的局限性。国外如CET-RAN、APROS、MMS、CAMP、S3[1], 虽然都有流体网络算法, 但是有些算法不适用于实时仿真, 而且都存在着界面复杂、操作繁琐, 使得用户难以熟练应用;国内基本情况还是停留在理论研究阶段[2,3,4,5], 有的实现数字计算, 但是没有图形化界面, 计算结果不够直观;有的利用第三方软件实现模型 (如CAD) , 使得计算结果和图形建模相分离, 无法达到图形化建模和模拟计算相结合的效果;有的基于仿真平台做二次开发, 扩展、移植性较差。因此, 还需要开发一种更为操作简便、界面更加直观、应用平台更为多样的图形化仿真计算软件。

2设计方案

针对上述问题, 设计开发了一种新型热能流体管网系统仿真软件。这种图形交互式的仿真软件, 整合了图形化建模和数值模拟计算两大功能, 使得用户在图形化建模的同时可以方便地进行自己想要的数值计算, 并且得到理想的模拟结果。只要用户了解对象的设备和系统, 在图形界面上选择对应的设备图符并把它们按照实际系统连接起来, 输入实际系统的相关数据, 就可以由计算机自动生成针对该对象的仿真程序, 并且可以调试和运行。在设计图形功能时, 尽可能降低对图形功能的要求以及对模型算法的规范, 并充分考虑了人们的作图习惯和建模方法的特点。采用目前流行的面向对象编程技术, 与传统的编程技术相比, 面向对象的编程技术具有封装性、继承性等特点。编程语言为C++, Visualstudio 2005为开发工具, 开发环境为WindowsXPpro操作系统, 支持Windows98版本及以上所有Windows平台运行。

3具体实现

本软件有以下具体功能。

(1) 便捷的仿真图形绘制。提供仿真节点、管道组件的图块, 对于选中的两个节点能够自动连接。另外一些特殊的组件, 能够提供自由的绘画工具供用户自行绘制。对所画组件能够自由移动、复制、删除, 且能够对图像进行局部放大, 方便用户进行绘图操作, 以及相应的信息输入。

(2) 在用户绘制的同时, 软件能够自行记忆各节点和管道的排列次序、所在位置以及各组件定义的信息, 而且能够将其列表显示。

(3) 对应输入数据, 进行计算, 可以得到所求的压力、流量、温度等。这些值可以实时显示在图形界面上, 也可以写成数据文件供其它模块使用。

(4) 流体网络仿真图建好以后, 可以将其存入磁盘, 需要使用时再读取, 而且能够对其进行修改。

作为图形化仿真软件, 首先要有便利的图形仿真功能, 图形仿真由图形处理和参数定义两部分组成。图形处理包括图元资源库和图元编辑。图元资源库提供元件模型, 图元编辑部分完成元件的绘制、连接、删除和移动等操作。在完成网络组态图的绘制、编辑的基础上, 用户借助参数定义部分完成各个元件参数的定义。进行图形组态系统的设计时, 需要解决图形处理方式和参数存储的问题。图形信息包括两方面的内容:静态信息和动态信息。静态信息指图元属性, 如图元自身的图形信息 (如长宽、相对坐标、起始点) 。这部分信息向所有图元提供。动态信息指具体控制仿真软件系统结构某仿真图中的图形信息, 如图元在仿真图中的位置, 以及仿真图中元件的连接关系等等, 网络支路之间各不相同。作为系统的库, 静态信息用图元信息链表保存, 供仿真时使用;具体网络支路的图形信息分别用支路图元链表和支路连线链表, 构成该支路的信息链表。图形仿真程序的开发现阶段有很多成熟的方法, 可以自行编写绘图程序, 也可以利用开发平台内部封装的库函数。第一种方法对于开发者来说比较灵活, 但是要编写大量代码, 并且不利于用户的二次开发。为了便于扩展并减小复杂度, 现选择第二种方法。Visualstudio 2005中提供了MFC库函数, 针对windows中关于图形操作方面的api进行了面向对象的封装, 以类的形式提供给开发者, 为图形编程提供了极大的方便。若在图形界面上表示不同的元件, 就需要构造不同的类 (如图1) 。CElement作为组件类的基类, 封装了各组件的通用属性, 如组件类型、组件编号、组件颜色以及绘图所使用线条宽度等。从中派生出CNode类、CPipe类、CText类、CCurve类、CRectangle类CNode类对应于节点, 封装了节点独有属性, 如节点压力、节点流量、节点编号、节点温度;CPipe类对应于管段, 封装了管段独有属性, 如管段编号、连接节点编号、管段长度、管内径、管壁厚度、局阻系数、保温厚度、导热系数;CText类为用户提供了可输入文字接口, 能够在管道网络系统的任意部位添加注释;CRectangle类对应矩形, CCurve类对应曲线, 可以让用户自由绘制本软件提供以外自己定义的组件。另外, 软件从CDialog类中派生出了CNodeDlg类、CPipeDlg类和CScaleDlg类。其中, CNodeDlg类和CPipeDlg类提供两个对话框, 使用户能够对管段、节点的各项属性进行初始化 (如图2 (a) 和图2 (b) ) 。用户在元件上点击右键, 从弹出菜单上能够选择属性编辑这一项, 便能够调出对话框, 相应位置输入数据, 然后点击确定完成对管段、节点的属性初始化。

由于现在的流体网络构成复杂, 仿真图有时显得纷乱复杂, 对于节点和管路比较密集的区域, 可能会引起误操作。为此CScaleDlg类能够使用户自定义对画面想要放大的倍数, 以便于进行观察、修改, 如图2 (c) 。

用户从图元库中选择图元进行建模, 这时系统将自行调用该图元的绘制函数, 在组态区点击某处, 系统即以该店为中点绘制相应图元。移动图元时系统将自行调用该图元的绘制函数, 在组态区点击某处, 系统即以该店为中点绘制相应图元。移动图元时, 用户在组态去点击选择要移动的图元, 系统在图元外侧绘制红色边框, 同时系统在图元库中找到该图元的记录, 随着鼠标移动, 不断绘制红色边框, 实现边框的移动。用户在目标位置弹开鼠标键时, 修改图元库中该图元的记录, 填入新的坐标, 然后在组态区删除原来位置的图形及其连线, 在新位置重新绘制该图元, 实现图元的移动。连接图元时, 由用户选择要连接的图元, 系统将自动判断两个图元的性质, 节点只能和节点相连。在绘制时向图元链表中填入各节点的坐标信息, 通过判断两节点的相对位置, 自动在绘图区绘制连线, 同时在图元库中记录该连线的信息。从图形处理的角度, 删除图元可以理解为从画布上擦去, 也可以理解为用白色区域将要删除的区域覆盖。所以仍然采用重绘的模式解决删除问题。只要在需删除的图元区重新绘制与该图元包围矩形大小相同的白色矩形即可。为了从根本上保证该图元已被删除, 必须在图元链表中将有关该图元的信息都做删除标志。实现仿真图重绘时, 对于有删除标记的图元将不予绘制。在这里, 之所以不直接删除该图元的记录而只是打上标记, 主要是因为在仿真图中连接关系复杂, 数据链表中图元号都是在绘图时自动定义的, 它不仅是表示图元在作图过程中的顺序, 也表示了在数据链的位置, 即记录号, 被用于很多数据链的索引操作。如果单纯删除图元的记录, 则图元号将失去其意义, 导致有关数据链操作紊乱。为了使仿真图更直观, 方便用户对自己的图元进行注释, 软件又设计了文本输入功能。对文本的处理方式与图元的处理类似。仿真建模时输入文本, 只是在绘图区操作, 而文本的最终保存有仿真图文本数据链完成。

借助文本框使用户实现文本的输入, 采用MFC库提供的TextOut函数在组态区将用户输入的文本显示出来。在仿真图数据链中记录文本框的位置和文本内容, 下次打开时重新写在组态区。软件会在后台自动生成各个图元的类对象并且记录下表征各个图元的相关信息。比如, 当在屏幕上加入一个节点时, 软件会自动生成一个CNode类的对象, 将用户为其设定的各种属性值记录下来, 并将该节点的内存地址存入CPipeList类, 以便于实现流体网络图形建模软件的相关功能。

图形建模功能实现后, 还有数据的计算。仿真软件必须要精确再现仿真对象的运行机理和外部特性, 并且能够给出正确的计算数据, 才能体现其价值。所以建立数学模型是仿真系统中不可或缺的部分, 也是程序开发调试工作量最大的地方。通过对现行流体网络参数模拟方法的分析, 参考文献[6]提出的理论, 采用流体网络全参数模拟法。这种方法是在流量与压力模拟法以及温度模拟法的基础上扩充而来, 经过理论分析和多个算例检验, 证明是实用有效的。具体算法在文献[6]有较为详细的描述, 不再赘述。软件依据该理论建立计算函数, 用户将原始数据初始化后, 即可进行计算, 所有计算过程由软件后台自行调用函数处理, 用户可直接得到计算结果, 并可将计算结果列表显示或打印输出。

4 算例实现效果

图4所示的是一个由27个用户和3个热源 (热源节点编号分别为1、21和38) 组成的蒸汽环状流体网络, 各管道的绝对粗糙度均为0.5 mm, 所用保温材料为膨胀蛭石, 其导热系数为0.056 W/ (m℃) , 流体网络中各管段的已知结构参数见表1中的第2至第6列, 流体网络采用架空敷设。

图5是本软件图形仿真建模的结果。在保证供给各用户所要求的流量下 (给定各用户所需热负荷从而确定用户流量) , 根据三个热源的温度和压力均为285℃和0.80 MPa、环境大气温度为5.0℃、环境风速为2.0 m/s的条件, 对该流体网络的运行工况进行了模拟计算。表1给出了部分模拟计算结果。

此算例验证了, 本文所提出的流体网络建模仿真软件, 能成功地对蒸汽流体网络系统进行模拟计算。通过对给水流体网络、蒸汽流体网络系统、天然气流体网络系统、空气流体网络、油料流体网络等的验证, 表明它具有算法上的收敛性和稳定性、实用性、通用性、适用的柔性和兼容性的特征。

5 结论

介绍的流体网络图形建模仿真软件是切实可行的, 所采用的算法是稳定和高效的, 满足了实时仿真的要求, 由于采用了面向对象的编程技术, 能够方便地添加新的功能, 满足各种不同的新要求, 使其避免了繁琐的手动编程, 大大提高工作效率。

参考文献

[1]AFOPATHLF-Piping Network Modeling Pakage, AFORA, March1988

[2]陈道仑, 冷伟.可压缩流体网络图形建模软件的开发.机电信息, 2004; (19) :6—10

[3]蔡瑞忠, 王威, 吕崇德.基于流体网络模块的模块化建模方法.清华大学学报, 1999;39 (12) :62—64

[4]晏水平, 张燕平, 张东伟.流体网络仿真程序的自动生成.计算机应用, 2001;21 (5) :82—83

[5]蔡丹, 冷伟.基于图形建模的流体网络软件开发.热力发电, 2006;35 (12) :19—22

[6]杜景龙, 吴丁毅, 刘振霞, 等.流体系统及管网节点残量修正算法应用研究.燕山大学学报, 2008;32 (1) :27—31

网络仿真软件与技术 篇9

【关键词】Multisim 仿真 电子技术 教学

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）05-0017-01

Multisim是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，是一个专门用于电子电路仿真与设计的工具软件，人们可以用它自由地搭建电路原理图，并用虚拟仪器技术对电路进行仿真。

职业学校的《电子技术基础》教学一般由理论教学和实验教学两个大的教学环节构成。我们在教学过程中，结合理论教学的进程，利用Multisim仿真软件在计算机上进行电子电路实验仿真，作为教学的补充，既帮助学生更好地理解电子技术的理论知识，又能确保电子实验电路参数的准确，实践证明，这种教学、设计手段的运用，有助于增强学生的感性认识，培养学生的创新能力和综合动手能力。

1.多媒体演示仿真实验，提高课堂教学效率

以前的电子技术课程教学，多数教师主要进行理论课教学，注重原理分析、公式推导，学生听起来感觉枯燥无味，难以理解。为了提高教学效率，有时需要配合演示实验。但实物的演示实验，需要花费较多的准备时间，将多种仪器搬到教室，使用不便，而且电子元件或示波器屏幕比较小，坐在后排的同学难以看清演示的内容。而且演示操作过程，也会占用过多时间，影响教学进度。

现在将仿真软件引进课堂，在讲解理论的同时，利用多媒体同步演示，显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，提高教学的效率。下面举两个应用的实例。

在讲授三极管共发射极放大电路时，三极管具有放大和反相的作用，有的学生理解起来比较困难。我们利用仿真软件来仿真电路的实际效果，并用虚拟示波器观测波形。学生有了感性认识后，理解起来就轻松了不少。

在讲授振荡电路的起振时，通过电路的正反馈作用，输出信号就会逐渐由小变大，当振荡幅度增大到一定的程度后，由于三极管的限幅作用，最后使得输出的波形稳定。其中部分原理学生比较难理解，用实验室现有的仪器根本就不能显示出起振的波形来，现在利用Multisim仿真显示出振荡波形，振荡器起振的过程非常直观，这种教学模式生动活泼，学生自始至终保持着极高的学习兴趣，加深了理解和记忆，有效地提高了课堂教学效率。

将仿真技术应用于课堂教学后，可以把许多抽象的内容变得生动形象，化难为易，使教学中的难点、重点变得一目了然，便于学生观察与思考，从而更好地理解和掌握所学知识。

2.改革实验教学方法，提高实验教学质量

《电子技术基础》是一门实践性比较强的课程，理论学习必须与实践操作结合起来。以前，实践环节主要是上电子实验课，实验内容多为验证性实验，而创新设计、综合性实验较少。

Multisim仿真软件不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件， 还提供了各种丰富的调试测量工具：如各种电压表、电流表、示波器、分析仪等。是一个全开放性的仿真实验平台，用Multisim进行仿真模拟实验，实验过程非常接近实际电路的效果。各种元器件选择范围广，参数修改方便，不会像实际操作那样多次地把元件焊上焊下而损坏器件和印刷电路板，而且电路调试也变得方便快捷。并且《电子技术基础》课程中的大部分实验电路都能应用Multisim进行仿真。

我们在授课的过程中，抽几节课讲解Multisim仿真软件的使用方法。在电子技术实验课之前，学生必须先将电路进行仿真，得到实验结果以后，再进行实际的安装、焊接、调试。学生做实验的兴趣提高了，自信心得到了增强，实验教学质量大大提高，特别是在简单的设计性实验中，可以随时修改元件参数，并能马上获得仿真结果，直到满足电路设计要求。学生可提出各种设计方案，从而大大提高了分析问题、解决问题的能力，激发了他们的创新意识，也大大提高了学生电子电路的设计水平。

3.虚拟仿真实验应注意的问题

虽然采用虚拟仿真辅助教学，改善了教学手段，丰富了教学内容，也能更形象生动地将难以理解的知识用仿真的形式表现出来，能激发出学生设计电路的创新意识。但如果完全用虚拟实验取代实物实验，就只会在电脑上进行操作，学生对真实元器件的封装、检测等认知程度会大大降低，对使用实际仪器的操作能力会大大削弱，缺少对实际电子产品设计的布局能力、布线能力、安装调试能力。为了避免其弊端，使之与传统的教学相得益彰，融于一体，我们采用虚实结合的方式，一方面强调仿真实验对教学的辅助作用，另一方面认识到实际动手能力的重要性，两者必须相辅相成，有机结合。既要合理安排仿真实验课时，又要在实验课堂上进行实际电路的安装调试工作；精心选择仿真实验课题，为学生提供科学、合理的仿真实验题目，让学生通过实验，掌握知识，提高兴趣。还让学生做一些简单的设计性实验，自己设计、制作安装调试电子电路，使虚拟仿真实验变成看得见摸得着的电子电路。

总之，将Multisim仿真软件应用于教学中，不仅可以把许多抽象和难以理解的内容变得生动有趣，化难为易，而且能模拟一些用语言难以清楚表述的，以及现实实验不易进行的内容。它不仅提高了课堂教学效率，而且对于培养学生的创新能力、分析和解决问题的能力都起到了积极的作用。当然，也要注意仿真教学的辅助教学作用和学生实际的操作能力，两者必须相互结合，取长补短，而不能用虚拟仿真完全代替实际操作训练。

参考文献：

[1]彭利标.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社 2006

网络仿真软件与技术 篇10

一、电磁仿真软件的介绍

目前, 在微波元器件的设计中应用得比较多的电磁仿真软件有HFSS、ADS、CST等。HFSS是一款基于有限元法的三维高频电磁仿真软件, 其设计界面比较直观, 绘图功能较强大, 该软件包括矩形、圆形、立方体、圆柱体等形状的模型, 而且可对模型进行旋转、平移、等操作, 学生在采用该软件进行建模时比较方便, 容易掌握其建模方法[2,3]。HFSS仿真软件具有自适应网格以及快速扫频等特点, 它适用于不均匀介质以及一些结构比较复杂的元器件的仿真计算。但是, 该软件在求解计算的时候需要对全空间进行网格划分, 对计算机的性能也提出了一定的要求。利用该软件对微波元器件进行仿真分析可以快速精确地得到微波元器件的S参数、端口特性阻抗、本征模等相关电磁参数。HFSS电磁仿真软件适合于求解微波元器件、微带无源电路、以及天线的辐射问题等。ADS仿真软件功能强大, 包含时域电路仿真、频域电路仿真、三维电磁仿真等, 它在射频微波电路的设计方面得到了广泛的应用[4]。利用该软件既可以进行微波无源器件的设计与分析, 还可以对微波有源器件进行设计和分析。在电磁场与微波技术的教学中, 当讲授到滤波器、功率分配器、耦合器等器件时, 可以让学生利用ADS软件来进行一些实例的设计与分析, 既可以帮助学生对这些器件的工作原理有更加深入的认识, 又可以让学生对实际的电路有一定的认识。同时, 还可以让学生基于这些器件的工作原理做一定的创新性设计, 设计出性能更加优良的器件, 并且采用ADS电磁仿真软件进行仿真计算, 验证相关结果的正确性。CST是一款三维电磁仿真软件, 它能够提供无源微波器件和天线的仿真计算, 通过该电磁仿真, 可以得到S参数、天线方向图等相关电磁参数[5]。该软件的设计界面也比较直观, 绘图功能较强大, 学生在学习该软件时较容易上手。

二、微带线的电磁仿真

微带线在微波元器件的设计中具有较为广泛的应用, 其结构如图1所示。图1中灰色部分为金属导体, 上面是宽度为w的导体带, 下面为接地板;中间空白部分是厚度为h, 相对介电常数为εr的介质材料。以εr=9.6, h=0.8mm, w=0.79mm的介质材料为例, 利用电磁仿真软件对该结构进行仿真计算, 端口为50Ω, 得到的S曲线如图2所示。学生在利用电磁仿真软件做该设计分析时, 还可以改变w参数的值, 去观察相关特性的变化。当把导体带的宽度w变为0.2mm时, 得到的S曲线如图3所示。从图3可以看出, 此时S参数发生了变化。此外, 还可以考虑加入介质损耗角正切来进行仿真分析, 观察相关特性的变化, 若在w=0.79mm的情况下, 加入介质损耗角正切tanδ=0.2时, 得到的S曲线如图4所示。由以上仿真结果可以看到, 当改变微带线的相关参数时, 其S曲线会发生相应的变化。在教学中, 可以让学生利用电磁仿真软件对微带线做相关的仿真计算, 并分析得到的结果, 加深学生对微带线电磁特性的理解。将电磁仿真软件应用于电磁场与微波技术的教学中, 不仅可以帮助学生更好的掌握电磁场与微波技术的基础理论, 还可以培养学生的创新能力。

参考文献

[1]黄玉兰.电磁场与微波技术 (第二版) [M].北京:人民邮电出版社, 2012.

[2]李明洋, 刘敏.HFSS电磁仿真设计从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社, 2013.

[3]李明洋.HFSS天线设计 (第二版) [M].北京:电子工业出版社, 2014.

[4]冯新宇, 寇晓静.ADS射频电路设计与仿真入门及应用实例[M].北京:电子工业出版社, 2014.

[5]金明涛.CST天线仿真与工程设计[M].北京:电子工业出版社, 2014.

[6]周雪芳, 钱胜.仿真软件在《微波技术与天线》实验中的应用[J].实验科学与技术, 2013, 11 (3) .