譚立容　張照鋒

摘要：為了教學的更好實施，采用仿真軟件HFSS（High Frequency Structure Simulator）開發(fā)了電波與天線課程仿真模型資源庫，并結合仿真模型資源庫編寫了出版教材《電波與天線》 ，將該課程資源庫和教材用于實際教學中。經調查顯示，課程資源庫的有效運用有助于教師的教學，其教學效果整體上要好于傳統(tǒng)教學。

關鍵詞：課程資源庫天線電磁波仿真軟件高職院校

中圖分類號：G712文獻標識碼：B

1.引 言

以無線電磁波為核心的無線電技術是現(xiàn)代電子工程領域一門迅速發(fā)展的技術，對于這項現(xiàn)代電子通信行業(yè)中不可缺少的技術，掌握并且能夠靈活應用已成為相關專業(yè)學生就業(yè)的一個基本條件。目前，無線電技術專業(yè)是我們學校與其它高職院校相比具有特色的一個專業(yè)，而電波與天線課程是我校無線電技術專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課程。但是，多年來，涉及到電磁波或天線的這類課程在各個高校的教學過程中，學生普遍感覺“比較抽象、難理解，看書看不懂，很難理清頭緒”，究其原因，主要是：（1）涉及到電磁波或天線的這類課程書中普遍存在大量數(shù)學推導、計算；（2）涉及到電磁波或天線的這類課程中普遍存在大量抽象的概念，如平面波、天線方向圖等，往往難理解。

我校（南京信息職業(yè)技術學院）于2012年5月啟動“基于HFSS仿真軟件的電波與天線課程資源庫的建設”課題，該課題結合電波與天線課程標準，采用仿真軟件HFSS仿真課程教學內容所需常見器件和天線，形成仿真模型資源庫，結合仿真模型資源庫編寫配套教材《電波與天線》（2012年下半年由西安電子科技大學出版社出版），供上課使用。

2.課程仿真資源庫的開發(fā)

（1）開發(fā)工具簡介

HFSS軟件是Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件。利用它可求解任意三維射頻、微波器件的電磁場分布，廣泛地應用于各種微波器件和天線的設計。

（2）課程資源庫的建設思路

本課題的研究中，我們采用的研究策略有：研教結合、邊實踐邊總結等，具體的研究過程是這樣的：

① 從電波與天線課程標準出發(fā)，提取預期要完成的仿真模型清單

② 課題組各成員收集和學習相關資料

③ 分工完成仿真模型資源庫

④教材的編寫

⑤教學實踐（在2012下半年在電波與天線教學中使用了該課程仿真資源庫）

⑥對前期工作進行總結

⑦整理并形成研究總報告

3.課程資源庫的實踐

我們在教材如下章節(jié)中用到了課題組所開發(fā)仿真模型資源庫：

項目3、用HFSS觀察平面電磁波

項目4、用HFSS仿真線天線

項目5、用HFSS仿真天線陣

項目6、用HFSS仿真寬頻帶天線

項目7、用HFSS仿真波導縫隙天線

項目8、用HFSS仿真喇叭天線

在實際教學中，考慮到教學總學時（45）的限制，這些所開發(fā)仿真模型一部分在課堂教學時供教師課堂教學演示，一部分用于學生在課堂上操作練習，一部分用于學生在課后鞏固書中所學知識。以下是基于課題組所實現(xiàn)的仿真模型資源庫的教學具體案例：

授課章節(jié)名稱：

項目4中4.3節(jié) 用HFSS仿真對稱振子

教學過程設計：

①運用相關課程資源創(chuàng)設情景，導入問題。創(chuàng)設的情景包括：先給出對稱振子天線的實物圖片及介紹其用途，導入問題：為什么對稱振子天線能輻射電磁波等；

② 在進行適當?shù)闹R鋪墊基礎上，運用HFSS仿真半波對稱振子，仿真演示過程中突出分析以下內容：

為什么要把代表天線兩臂的兩個圓柱體在模型材料屬性Material設置為理想導體pec或銅copper，兩者有何差異？

為什么要在天線兩臂中間創(chuàng)建集總端口激勵Lumped Port？

經過求解得到仿真結果后，動畫演示天線表面電流和電場分布；

再針對具體天線的仿真增益方向圖講解什么是增益、什么是方向圖等，并提問哪個方向應是最大輻射方向；

針對具體天線的駐波比仿真曲線，提問什么是駐波比、曲線中哪個頻點的駐波比最好等；

針對具體天線效率仿真圖表，提問什么是天線效率、天線效率能大于1嗎等。

③在以上基礎上，布置練習任務：“在HFSS仿真對稱振子的實驗中，嘗試改變對稱振子的臂長，以觀察方向圖的變化”。讓學生進行深入研究學習和總結；

④學生課后完成練習，鞏固知識；

⑤學生課后通過郵件、微博、QQ群組等進行討論和展示各自的作品，并相互評審；

⑥教師進行評析、總結和回顧?？偨Y教師和學生在教學過程中與課程資源庫交互作用中所產生的經驗、方法和結果，甚至整理錯誤等。

4.基于資源庫的教學效果分析

在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)教學手段缺乏生動性，不能引起學生的有效注意。傳統(tǒng)教學在鞏固教學過程中所能運用的教學手段和形式是有限的，影響力、教學效果和效率都不夠強。并且，課堂教學內容和情景在課后是不可再現(xiàn)的。另外，學生對教材中一些內容很難形成正確的感知。