本发明属于教学用具技术领域，涉及一种绘制smith圆图的圆图尺。
背景技术：
微波课程教学中大量使用smith斯圆图，与工程实际联系非常紧密。为了将理论和实际联系，目前采取措施可归纳如下：
在《微波技术与天线》课程中在讲解基本理论的基础上，使用smith圆图解决典型问题。即学即用，概念清晰，操作容易。然而，解决的问题仅涉及smith圆图的少数典型应用。同时在解决问题的过程中学生使用的是现成的纸质smith圆图，绘制匹配线时需要使用多种工具，且工具上并没有相应的smith圆图刻度，圆图的测量与绘制依赖于圆图本身自带的刻度线和使用者的计算。
另外，为了满足射频工程实践的需求，一些企业不断推出功能强大的软件，如安捷伦的ads和wavedimension的rfoffice等。这些软件不仅可以实现smith圆图的自动匹配，还能利用圆图来更直观的设计滤波器、放大器和天线等，但它们更多的是应用于射频工程的计算机辅助设计，没有考虑smith圆图教学或学生自学的需要。对本科生尤其是非微波专业的本科生来说，需要熟练掌握长线理论和工程设计基本知识，学会专业软件，难度较大。且由于是利用软件解决问题，无法起到教学的作用。
为了使学生更易理解和使用smith圆图，大连海事大学等地方高校开发了基于vb语言的smith圆图的教学软件。该教学软件由教学应用和帮助信息两个模块组成。该软件很好的将教与学结合起来，注重软件的交互性，界面简洁、操作方便、易于教师和学生学习。但其对于smith圆图的应用较单一，局限于教学内容，缺乏灵活性，且内容在电脑上完成，缺少动手环节。
综上，现有绘制smith圆图注重严格的设计理论知识基础和专业仿真软件基础，仅适合少量应用的辅助性教学，而缺乏动手能力的锻炼。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种绘制smith圆图的圆图尺，解决了现有绘制smith圆图的软件难度高且无法适应于教学的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种绘制smith圆图的圆图尺，包括第一圆图尺、第二圆图尺、第三圆图尺和第四圆图尺，第一圆图尺、第二圆图尺和第三圆图尺均为直尺，第四圆图尺为圆环尺，第一圆图尺和第二圆图尺上均刻有反射系数刻度线、电抗值刻度线和电阻值刻度线，第三圆图尺上刻有电抗值刻度线，第四圆图尺上由内而外依次刻有反射系数相位刻度线、向负载电长度刻度线及向信号源电长度刻度线，第二圆图尺的一端活动连接于第一圆图尺上，第二圆图尺的另一端与第三圆图尺活动连接，第一圆图尺的一端活动连接于第四圆图尺上。
本发明的特点还在于，
第一圆图尺包括第一硬尺，第二圆图尺包括第二硬尺，第一硬尺和第二硬尺上沿长边方向均开设有镂空槽，第一硬尺和第二硬尺之间、第二硬尺和第三圆图尺之间均通过穿过镂空槽的活动钉连接。
第一硬尺的一端通过活动钉与第四圆图尺活动连接，且第一硬尺一端的反射系数刻度线的最大值刻度线与第四圆图尺上的反射系数相位刻度线的最小值刻度线重合。
第一圆图尺上，反射系数刻度线位于镂空槽的一侧，电抗值刻度线和电阻值刻度线位于镂空槽的另一侧。
在第一硬尺上刻有两段零刻度线共用的反射系数刻度线，且零刻度线位于第一硬尺的中心轴，两段反射系数刻度线的最大值刻度线分别位于第一硬尺的两端；电阻值刻度线的起始刻度线位于反射系数刻度线的最小值刻度线的正下方，电阻值刻度线的末尾刻度线位于反射系数刻度线靠近第四圆图尺的最大值刻度线的正下方。
第一硬尺上连接有第一软尺，第一圆图尺上的电抗值刻度线的一部分刻于第一硬尺上，另一部分刻于第一软尺上，且电抗值刻度线的起始刻度线位于反射系数刻度线远离第四圆图尺的最大值刻度线的正下方，电抗值刻度线的末尾刻度线位于反射系数刻度线靠近第四圆图尺的最大值刻度线的正下方。
第二圆图尺上，反射系数刻度线位于镂空槽的一侧，电抗值刻度线和电阻值刻度线位于镂空槽的另一侧，且电阻值刻度线的起始刻度线和电抗值刻度线上刻度值为1.0的刻度线均位于反射系数刻度线的最大值刻度线的正下方，反射系数刻度线的最小值刻度线处通过活动钉固定于第一硬尺上的镂空槽内。
第二硬尺上还连接有第二软尺，第二圆图尺上的反射系数刻度线和电阻值刻度线均刻于第二硬尺上，电抗值刻度线的一部分刻于第二硬尺上，另一部分刻于第二软尺上。
第三圆图尺的电抗值刻度线与第二圆图尺上的电抗值刻度线连续。
第四圆图尺的内圆为反射系数为1的圆。
本发明的有益效果是：
本发明的一种绘制smith圆图的圆图尺，通过将反射系数刻度线、电抗值刻度线及电阻值刻度线相应的设置于第一圆图尺、第二圆图尺及第三圆图尺上，并将反射系数相位刻度线、向负载电长度刻度线及向信号源电长度刻度线由内而外依次设置于第四圆图尺上，四个圆图尺活动固定，根据绘制要求，任意组装，不仅克服了软件教学的难度大而不适用于教学的缺陷，不需要苛求非常严格的设计理论和专业仿真软件基础，而且能够实现smith圆图的绘制灵活性，学生可动手绘制等反射系数圆、等电阻(电导)圆、等电抗(电纳)圆，并可通过本发明的圆图尺测量圆的反射系数、电阻值、电抗值、反射系数相位、向负载电长度及向信号源电长度，且操作简单，活动钉保证了拆卸方便。
附图说明
图1(a)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的整体结构示意图；
图1(b)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的局部放大图；
图2(a)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的第一圆图尺的第一种状态结构示意图；
图2(b)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的第一圆图尺的第二种状态结构示意图；
图3(a)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的第二圆图尺的第一种状态结构示意图；
图3(b)是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的第二圆图尺的第二种状态结构示意图；
图4是本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的第三圆图尺的结构示意图；
图5(a)是本发明在绘制等反射系数圆和测量反射系数大小及相位时的装配图；
图5(b)是采用本发明的一种绘制smith圆图的圆图尺绘制的等反射系数圆圆；
图6(a)是本发明在绘制等电阻圆、等电导圆及测量电阻和电导时的装配图；
图6(b)是采用本发明的一种绘制smith圆图的圆图尺绘制的等电阻圆；
图7(a)是本发明在绘制等电抗圆、等电纳圆及测量电抗和电纳时的装配图；
图7(b)是采用本发明的一种绘制smith圆图的圆图尺绘制的等电抗圆。
图中，1.第一圆图尺，101.第一硬尺，102.第一软尺，2.第二圆图尺，201.第二硬尺，202.第二软尺，3.第三圆图尺，4.第四圆图尺，5.镂空槽，6.拉绳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种绘制smith圆图的圆图尺，如图1(a)所示，包括第一圆图尺1、第二圆图尺2、第三圆图尺3和第四圆图尺4，第一圆图尺1、第二圆图尺2和第三圆图尺3均为直尺，第四圆图尺4为圆环尺，如图1(b)所示，第一圆图尺1和第二圆图尺2上均刻有反射系数刻度线、电抗值刻度线和电阻值刻度线，第三圆图尺3上刻有电抗值刻度线，第四圆图尺4上由内而外依次刻有反射系数相位刻度线、向负载电长度刻度线及向信号源电长度刻度线，第二圆图尺2的一端活动连接于第一圆图尺1上，第二圆图尺2的另一端与第三圆图尺3活动连接，第一圆图尺1的一端活动连接于第四圆图尺4上。
如图1(b)所示，第一圆图尺1包括第一硬尺101，第二圆图尺2包括第二硬尺201，第一硬尺101和第二硬尺201上沿长边方向均开设有镂空槽5，第一硬尺101和第二硬尺201之间、第二硬尺201和第三圆图尺3之间均通过穿过镂空槽5的活动钉连接，保证第一圆图尺1的一端可沿镂空槽5移动并可绕活动钉旋转一周，第三圆图尺3可绕第二硬尺201一端旋转一周。
如图1(b)所示，第一硬尺101的一端通过活动钉与第四圆图尺4活动连接，保证了第四圆图尺4能够绕第一硬尺101的一端旋转一周，且第一硬尺101的反射系数刻度线的最大值刻度线1.0与第四圆图尺4上的反射系数相位刻度线的最小值0.0重合。
如图2(a)所示，第一圆图尺1上，反射系数刻度线位于镂空槽5的一侧，电抗值刻度线和电阻值刻度线位于镂空槽5的另一侧，在第一硬尺101上刻有两段零刻度线共用的反射系数刻度线，且零刻度线位于第一硬尺101的中心轴，两段反射系数刻度线的最大值刻度线分别位于第一硬尺101的两端，电阻值刻度线的起始刻度线0.0位于反射系数刻度线的最小值刻度线0.0的正下方，电阻值刻度线的末尾刻度线∞位于反射系数刻度线靠近第四圆图尺4的最大值刻度线1.0正下方；第一硬尺101上连接有第一软尺102，第一圆图尺1上，电抗值刻度线的一部分刻于第一硬尺101上，另一部分刻于第一软尺102上，且电抗值刻度线的起始刻度线位于反射系数刻度线远离第四圆图尺4的最大值刻度线的正下方，电抗值刻度线的末尾刻度线位于反射系数刻度线靠近第四圆图尺4的最大值刻度线的正下方，且第一软尺102上电阻值刻度线的起始刻度线刻度值为1.0，将第一软尺102上翻至第一硬尺101上，使电抗值刻度线连续，如图2(b)所示。
如图3(a)所示，在第二圆图尺2上，反射系数刻度线位于镂空槽5的一侧，电抗值刻度线和电阻值刻度线位于镂空槽5的另一侧，且电阻值刻度线的起始刻度线0.0和电抗值刻度线的1.0刻度线均位于反射系数刻度线的最大值刻度线1.0正下方，反射系数刻度线的最小值刻度线0.0处通过活动钉固定于第一硬尺101上的镂空槽5内；反射系数刻度线和电阻值刻度线均刻于第二硬尺201上，在第二硬尺201上还连接有第二软尺202，电抗值刻度线的一部分刻于第二硬尺201上，刻于第二硬尺201的电抗值刻度线的量程为0.9～1.0，另一部分刻于第二软尺202上，且第二软尺202上电抗值刻度线的量程为1.0～∞，将第二软尺202上翻至第二硬尺201上，如图3(b)所示。
如图4所示，第三圆图尺3呈“l”型结构，其转角处通过活动钉与第二硬尺201连接，另一端设置有拉绳6，为用于旋转第三圆图尺3，第三圆图尺3上的电抗值刻度线与第二硬尺201上的电抗值刻度线连续，且第三圆图尺3的电抗值刻度线的量程为0.5～0.9，且刻度线0.5位于在靠近拉绳6一端。
如图1(a)所示，第四圆图尺4的内圆为反射系数为1的圆。
本发明一种绘制smith圆图的圆图尺的使用方法如下：
绘制等反射系数圆和测量反射系数大小及相位时，本发明的smith圆图的圆图尺的状态如图5(a)所示，仅使用第一圆图尺1、第二圆图尺2和第四圆图尺4，第三圆图尺3重叠在第二圆图尺2后方，顺时针旋转第四圆图尺4，直至第一圆图尺1上另一端位于第四圆图尺4上向信号源电长度刻度线为0.00处，当绘制反射系数为a的圆时，将笔置于第二硬尺201上的镂空槽5内，且笔尖位于反射系数为a处，旋转第二硬尺201，即可绘制出反射系数为a(0.0≤a≤1.0)的圆，如图5(b)所示；同时，可利用第四圆图尺4上的反射系数相位刻度线测量出反射系数的相位，利用向负载电长度刻度线及向信号源电长度刻度线可以分别测量向负载和向信号源的电长度。
绘制等电阻圆、等电导圆，测量电阻和电导时，本发明的smith圆图的圆图尺的状态如图6(a)所示，仅使用第一圆图尺1和第二圆图尺2，将第三圆图尺3重叠在第二圆图尺2后方，第四圆图尺4旋转至第一圆图尺1一端不用；绘制和测量等电阻圆时，可沿第一硬尺101上的镂空槽5进行移动，来改变等电阻圆的圆心，确定圆心后，将笔尖置于第二硬尺201上的镂空槽5中，且笔尖位于电阻值为b处，旋转第二圆图尺2，即可绘制出电阻值为b(0.0≤b≤∞)的圆，如图6(b)所示，利用第一圆图尺1和第二圆图尺2上的电阻值刻度线来观察电阻的大小；对于等电导圆的绘制，可将图6(a)旋转180°使用，原理与绘制等电阻圆相同。
绘制等电抗圆、等电纳圆，测量电抗和电纳时，本发明的smith圆图的圆图尺的状态如图7(a)所示，使用第一圆图尺1、第二圆图尺2和第三圆图尺3，将第一圆图尺1竖直放置，即将图6(a)状态下的第一圆图尺1顺时针旋转90°，并将第三圆图尺3通过拉绳6拉出，使其上的电抗值刻度线与第二硬尺201上的电抗值刻度线处于同一水平线，第四圆图尺4旋转至第一圆图尺1一端不用；绘制和测量等电抗圆时，将第二圆图尺2和第三圆图尺3作为一个尺来使用，第二圆图尺2的一端沿第一硬尺101上的镂空槽5进行移动，来改变等电抗圆的圆心，确定圆心后，将笔尖置于第二硬尺201上的镂空槽5中，且笔尖位于电抗值为c处，旋转第二圆图尺2，即可绘制出电阻值为c(0.5≤c≤∞)的圆，如图7b所示，利用第一圆图尺1和第二圆图尺2上的电抗值刻度线来观察电抗的大小；对于等电纳圆的绘制，可将图7(a)整体旋转180°使用，原理与绘制等电抗圆相同。