Skrypt do tworzenia wykresów charakterystyki kierunkowej anteny w układzie polarnym

charakterystyka_kierunkowa.py

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import rcParams
rcParams['font.family'] = 'serif'
rcParams['font.serif'] = ['Source Serif Pro']
rcParams['font.weight'] = 'regular'
rcParams['axes.titlepad'] = 18.0


def F(theta: float, k: float, l: float) -> float:
    """Funkcja obliczająca wartość charakterystyki kierunkowej
    dla podanej thety.

    :returns: obliczona wartość F(theta) -> float
    """
    licznik = np.cos((k*l*np.cos(theta))/2) - np.cos((k*l)/2)
    mianownik = np.sin(theta)

    return np.abs(licznik/mianownik)


def narysuj_char_pole_elektryczne(lmbd: float, h: float) -> None:
    """Metoda rysujaca charakterystykę kierunkową
    na podstawie wzoru 4.18 ze strony 18 instrukcji
    do ćwiczenia P4.

    Dla E: theta należy do (-π, π),
    """
    theta = np.arange(-np.pi, np.pi, 0.005)
    _k = (2*np.pi)/(lmbd)
    _l = 2*h

    f_arr = [F(_t, _k, _l) for _t in theta]
    f_arr_max = max(f_arr)

    ax = plt.subplot(polar=True, label='Pole elektryczne')
    ax.plot(theta, f_arr/f_arr_max)  # Znormalizowana do wartości max.
    ax.plot([0, np.pi], [0.5, 0.5], 'r-')  # Kierunek wskazywany przez antenę

    # Formatowanie wykresu, żeby był od -180 do 180st
    ax.set_theta_zero_location('N')
    ax.set_theta_direction('clockwise')
    ax.set_thetamin(-180)
    ax.set_thetamax(180)
    ax.set_xticks([-5/6*np.pi + _t/6*np.pi for _t in range(12)])
    plt.xlabel(r'$\theta$')

    title = plt.title('Charakterystyka kierunkowa anteny\n'
                      'w płaszczyźnie wektora pola elektrycznego')

    plt.savefig('pole_elektryczne.pdf',
                dpi=300,
                format='pdf',
                bbox_extra_artists=(title,),
                bbox_inches='tight')
    plt.savefig('pole_elektryczne.png',
                dpi=300,
                format='png',
                bbox_extra_artists=(title,),
                bbox_inches='tight')


def narysuj_char_pole_magnetyczne(lmbd: float, h: float) -> None:
    """Metoda rysujaca charakterystykę kierunkową
    na podstawie wzoru 4.18 ze strony 18 instrukcji
    do ćwiczenia P4.

    Dla H: theta = π/2, rysujemy dla phi należącego do (0, 2π).
    Z racji że F jest określone dla theta, niezależnie od phi
    F będzie miało jedną wartość, wynoszącą F(π/2), więc wyjdzie
    okrąg.
    """
    phi = np.arange(0, 2*np.pi, 0.005)
    theta = np.pi/2
    _k = (2*np.pi)/(lmbd)
    _l = 2*h
    _F = F(theta, _k, _l)

    f_arr = np.full(phi.shape, _F)
    f_arr_max = max(f_arr)

    ax = plt.subplot(polar=True, label='Pole magnetyczne')
    ax.plot(phi, f_arr/f_arr_max)  # Znormalizowana do wartości max.

    # Formatowanie wykresu, żeby był od -180 do 180st
    ax.set_theta_zero_location('E')
    ax.set_theta_direction('anticlockwise')
    ax.set_thetamin(0)
    ax.set_thetamax(360)
    ax.set_xticks([_t/6*np.pi for _t in range(12)])
    plt.xlabel(r'$\phi$')

    title = plt.title('Charakterystyka kierunkowa anteny\n'
                      'w płaszczyźnie wektora pola magnetycznego')

    plt.savefig('pole_magnetyczne.pdf',
                dpi=300,
                format='pdf',
                bbox_extra_artists=(title,),
                bbox_inches='tight')

    plt.savefig('pole_magnetyczne.png',
                dpi=300,
                format='png',
                bbox_extra_artists=(title,),
                bbox_inches='tight')


if __name__ == "__main__":
    lmbd = float(input('Podaj lambdę w metrach (np. 0.222222): '))
    h = float(input('Podaj wysokość w metrach (np. 0.2): '))
    narysuj_char_pole_elektryczne(lmbd, h)
    narysuj_char_pole_magnetyczne(lmbd, h)