何山紅 解良玉 紀萌茜

[摘 要] 針對通信工程中與“微波與天線”課程內容晦澀難以理解的情況，在課本之外，有針對性地增添一些富有特色的內容，將“微波與天線課程”與“通信原理”及相關課程緊密結合起來，不但可以促進學生更好地學習通信工程專業(yè)，更好地理解“微波與天線”課程，還可以拓寬學生的專業(yè)視野，激發(fā)起學生對專業(yè)和該課程的學習興趣，達到更好的教學效果。

[關鍵詞] 微波與天線;通信工程;專業(yè)學習

[基金項目] 安徽工業(yè)大學教學研究項目“《微波技術》課堂教學質量現狀分析與提升策略研究”

[作者簡介] 何山紅（1973—），男，湖南南縣人，碩士，安徽工業(yè)大學電氣與信息學院教授，主要從事天線理論與技術研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0273-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-12

一、引言

隨著通信技術的發(fā)展，很多學校相繼開設了通信工程這個專業(yè)，但在專業(yè)的建設初期，往往存在師資力量不夠、教學平臺缺乏等情況，再加上該專業(yè)系統(tǒng)性強，理論要求高，有些概念比較抽象，不好理解，慢慢地一些學生會對該專業(yè)失去興趣，甚至產生厭學的情緒。如何最大程度地利用好現有資源，促進通信工程學生的專業(yè)學習，是很多學校面臨的問題。本文將說明如何利用“微波與天線”這門專業(yè)課程來促進通信工程的專業(yè)學習?！拔⒉ㄅc天線”課程是通信工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，通過該課程，可以了解作為通信信號載體的電磁波的產生、發(fā)射、接收和處理的過程。

二、微波與天線在通信系統(tǒng)或相關領域的應用拓寬學生視野

現在的通信絕大部分采用的是無線通信，即使采用有線傳輸的光纖通信，其實質也是采用光波進行傳播。通過將微波與超短波、短波相比較，分析出微波頻帶寬，傳輸信息容量大;不易受到外界的干擾;工作波長短，同樣情況下天線增益高，信號傳播距離遠。同時因為不同頻段的電磁波穿透性能不一樣，因此可以廣泛應用于衛(wèi)星通信、蜂窩移動通信、天波通信、微波中繼通信、集群通信、局域網絡通信等領域。通過分析微波的似光性、直線性、波動性和散射性，闡述了與通信相關的雷達、遙感遙測、微波成像和電子對抗等信息系統(tǒng)的基本工作原理。在講授傳輸線理論時，駐波工作狀態(tài)下，電磁波在矩形波導中傳播時，會周期性地出現一些電壓峰值點，在波導壁上電壓峰值點的位置開一些輻射縫隙，這些縫隙輻射的電磁波不但可以用來進行通信，也可以利用峰值點的周期性來進行記數。

三、微波與天線課程幫助理解通信概念

通信工程是一個系統(tǒng)工程，是由多個專業(yè)或者說多門課程組成的。部分核心課程，如“通信原理”，由于牽涉的知識較多，且有些概念比較晦澀難懂，限于時間和條件限制，很難講授的面面俱到。因此在講授“微波與天線”課程時，針對“通信原理”中與“微波與天線”有關但又難以理解或者特別重要的內容，有針對性地制訂教案，可以便于學生深刻掌握通信中的許多概念。如講解波導元件時，課堂上利用波導正交模實物，通過分析波導正交模的工作原理，可以讓學生理解同一個頻率的信號可以通過電磁波的振動方向（極化）不同而進行分離。同一個頻率的信號可以通過極化處理，分配給多個用戶，可以提高頻譜的利用率。進而可以解釋通信中的“極化分集”“頻譜復用”等專業(yè)術語;在講授天線方向圖時，通過分析天線方向圖的副瓣電平、后瓣電平和交叉極化電平的形成原理和這些參數對通信系統(tǒng)性能的影響，才會讓學生深入理解蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)的通信協(xié)議中對天線的要求，也才會讓學生深入掌握“副瓣電平”“后瓣電平”和“交叉極化電平”等這些專業(yè)術語。

很多學生對通信工程理解不夠深刻，很難意識到通信工程是一個系統(tǒng)工程，由多個專業(yè)共同組成。因此講授“微波與天線”課程時，有意讓學生認識到通信工程是一個系統(tǒng)工程，需要系統(tǒng)地學習每門課程。如通過實物圖片講授微帶線在微波功率放大器中的應用時，給學生講解這個放大器不但要輸入＼輸出滿足要求的微波信號，還需要利用軟件和常規(guī)電路對信號的狀態(tài)進行控制和監(jiān)測，需要設計模擬電路、數字電路和嵌入式軟件等，不可能孤立地設計微波有源電路;在講授天線的作用時，天線除了接收和發(fā)射電磁波外，還可以將多個天線排列在不同的空間位置，每個天線接收到的信號特征是不相同的，再對每個天線接收的信號進行時間上的累積，然后對這些信號進行處理，可以判斷出發(fā)射信號的方向，從而抑制不需要的干擾信號，可以提高通信質量。從而讓學生明白，不僅通信系統(tǒng)是多個專業(yè)的結合體，即使通信系統(tǒng)中的天線也是與時空信號處理等緊密融合在一起的;同時結合自己研制的移動衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)（天線系統(tǒng)由天線陣列、微波接收/發(fā)射系統(tǒng)、天線伺服控制系統(tǒng)、基帶信號處理部分組成）給學生講解，移動衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)中的天線陣列和天線伺服控制系統(tǒng)是整個移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的關鍵技術，決定著整個通信系統(tǒng)的性能。通過這些例子可以讓學生深刻理解通信工程，從而會更加全面地學習專業(yè)課程。

四、微波與天線課程助力其他專業(yè)課程學習

“微波與天線”課程除了與“高等數學”“大學物理”和“電磁場理論”等課程緊密相關之外，還與一些看似無關的專業(yè)基礎課有著千絲萬縷的關系，通過該課程將更多的專業(yè)基礎課程聯(lián)系起來，可以鞏固更多的專業(yè)基礎課程學習效果。在學習“微波與天線”課程之前，會問學生，你們?yōu)槭裁磳W習過“低頻電路”，還要學習“高頻電路”？學習了“高頻電路”，為什么今天還要學習“微波與天線”課程，高頻與微波的差異是什么，是否提前思考過？在通過實物圖片講授微帶線在微波有源電路中的應用時，會讓學生觀察圖片中微波電路部分和控制等低頻電路形式上會有什么差異？通過這樣的啟發(fā)式的教學，讓學生明白微波與低頻和高頻有共性但又具有特殊性。微波與低頻和高頻在許多特性上具有共性，一些分析低頻和高頻的方法也可以拿來分析微波。但由于微波工作頻率很高，振蕩周期短，在微波傳輸電路中從一點到另一點的電效應的傳播時間是不可忽略的，因此必須用隨時間、空間變化的參量來描述其特征。因此在分析其特性時更多時候得采用一些特殊的分析方法;在講解微波濾波器的工作原理時，會提醒學生，你們知道低頻或者高頻的電容或者電感是基于什么原理實現的嗎？通過微波濾波器的等效電路說明微波電路中的電容和電感均是設計者利用電容和電感的物理定義自己實現的;在講解微波網絡理論時，將一個微波系統(tǒng)（網絡）看成一個黑匣子，散射參數描述的是信號通過該系統(tǒng)時，輸入/輸出端的信號的特征，利用微波網絡理論不但可以描述端口的信號特征，同時也可以作為一種用來求解端口的信號特征的數學方法。

五、結語

通過在“微波與天線”課程中增添一些針對性強的教學內容，可以拓寬學生的專業(yè)視野，幫助學生理解通信概念，助力專業(yè)課或者專業(yè)基礎課的學習，這樣不但可以更好地促進通信工程專業(yè)課的學習，還可以促進“微波與天線”課程的學習。

參考文獻

[1]薛紅，等.電磁課程中天線陣的教學與思考[J].教育教學論壇，2018，8（32）：224-225.

[2]何山紅.提高微波技術與天線課程教學效果的探索[J].安徽工業(yè)大學學報，2016，5（3）：70-71.

[3]劉學觀，等.微波技術與天線[M].西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[4]孔娃，等.通信系統(tǒng)天線課程改革探索和實踐[J].課程教育研究，2017（29）：220.