“信息电子技术中场与波”实验教学改革

沈长圣，柏宁丰，丁德胜，孙小菡

(东南大学电子科学与工程学院，江苏南京210096)

“信息电子技术中的场与波”是电子科学与技术专业的一门专业基础课程，其任务是使学生掌握微波与光导波的基本概念、理论和分析方法。该课程的理论性强，要求学生物理概念准确，具有较强的抽象思维能力，涉及到大量数学公式和复杂的分析手段，我院该课程组曾对“微波与光导波”和“场与路理论”等相关课程教学内容进行了重新组织，采用多媒体和Matlab工程应用软件等来形象生动地演示“场与波”。通过课程教学方法和手段的改革，提高了课堂教学效率［1，2]。但是由于种种原因，课堂教学的实例与实践机会较少，学生也因此怀疑课程的实用性。本学期我们配合所讲授的知识，设计出合适的实验，以加深学生对所学内容的理解。

1 实验教学的困难及对策

实验教学中有许多现实的困难需要解决，如经费、场地和师资等问题。因此现在此专业课程很多开设的教学实验也已不再开设。由于微波与光波的实验仪器较昂贵［3]，学校很难配置足够多的仪器，也难以为单独一门专业课提供教学实验。这在其他高校都有类似的情况［4]。我们采用的对策是:在设备套数与场地有限的情况下，增配实验指导教师，对实验学生编成多个小组，通过多开班次的办法，增加学生的动手机会，做到实验日程科学规划，合理安排，发挥实验室的最大效能。现在，市场上已推出的实验套件。比较适合高校教学实验室。我们将此与通用仪器搭配选购，在功能、指标和数量上折衷［4]。

另外，师资力量也是实验教学的一个问题。如本校在教师工作量计算时，实验课时是减半计算的。其实在实验室建设初期需要投入大量时间，如实验设计、仪器选购和实验安排等，以及实验过程中的仪器管理与维护等都是十分耗时耗力的事情。若学生分组实验，又需要更多时间。而且，专门的实验人员由于编制等原因也很难安排。我们通过选配优秀的研究生协助任课教师进行实验指导，同时鼓励任课教师本着对学生认真负责的教学态度，克服困难进行奉献来加以解决。

2 实验内容的设计

“信息电子技术中的场与波”课程内容主要包含微波与光导波两部分，教学实验也设计了微波系统与光波系统两个实验，本文以微波系统为例进行介绍。

矩形波导是一种重要的微波传输线，我们设计了三厘米微波测量实验系统。其主要仪器有YS1123信号发生器、隔离器、GX2C-1功率计、YS3892选频放大器、TC26A三厘米波导测量线和BD20A三厘米波导系统(包括同轴/波导转换器、E-H阻抗调配器、定向耦合器、可变衰减器、匹配负载、PX16直读式频率计、可变短路器和晶体检波器等)。三厘米微波测量实验实物和连接框图如图1和图2所示。

通过实验，使学生了解微波传输和测量系统常用的元器件;掌握频率/波长、波导波长、相位常数、驻波比、阻抗的测量原理和方法;掌握衰减器的衰减量和定向耦合器的耦合度的测量原理和方法。如频率/波长的测量可以用吸收式频率计作频率测量，也可以用测量线或可变短路器来测量，并比较和分析各种方法的优缺点。

电磁波有行波、驻波和行驻波三种工作状态，是课程中重要的一组概念。为了让学生能在实际的传输线中，对这三种工作状态驻波比有深入的认识，可以在图2的终端处接不同负载，如匹配负载和短路器、被测器件等，以实现不同的工作状态。如进行波导波长的测量，首先将YS1123标准信号发生器调到所需要的输出频率，仔细调节E-H阻抗调配器，使指示功率达到最大。然后图2中的终端处接可变短路器。移动测量线探针，同时适当调整放大器的增益避免在最大输出位置时使选频放大器的表头指针打表。来回移动测量线的探针，观察传输线在终端短路情况下全反射的驻波分布情况。用“平均法”找出两个相邻的最小点位置D1和D2，即:移动探针在驻波最小点左右找出两个具有相同幅度(由选频放大器读出)的位置d1和d2，然后取其平均值、即为所需的最小点位置D1，用相同的方法找出相邻的最小点D2，如图3所示。相邻两个最小点的距离即为半个波导波长，即λg=2|D1－D2|。

图3 终端短路下驻波分布

3 结语

本文对“信息电子技术中场与波”实验教学进行了一系列改革，并在课程中实施，使原本抽象的理论教学因有实验变得具体而形象。同时，通过实验过程，加深了学生对基本概念的理解，提高对理论知识的应用能力，取得了较好的教学效果。从学生实验课上的表现来看，学生对此类课程的学习态度发生转变，由畏难到产生兴趣，积极性得到很大提高，也能积极思考提问。

［1] 沈长圣，孙小菡，柏宁丰.“信息电子技术中的场与波”教学改革探讨［J] .南京:电气电子教学学报，2010，32(4):30-31

［2] 柏宁丰，沈长圣，孙小菡.场与路理论在信息电子课程中的教学实践［J] .南京:电气电子教学学报，2010，32(5):16-18

［3] 莫蓓莘.规范教学实验中心管理，追求卓越实验教学效果［J] .北京:实验技术与管理，2007，24(11):96-98

［4] 李高升，覃宇建，刘培国，黄纪军.电磁场与微波实验教学设计及其实验室建设研究［J] .西安:高校实验室工作研究，2010，(4):72-74