媒体网络技术在天线专业课程中的应用研究

冉小英

(华北科技学院电子信息工程学院，北京 东燕郊 101601)

0 引言

“天线与电波传播”课程是通信、电子信息类专业一门应用性非常强的专业课程。课程以“场论”、“电路分析”、“电磁场”、“微波技术”等课程内容为理论基础，在无线通信领域得到广泛应用。课程理论抽象复杂，要求学生具有较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力。为建设好该课程，提高学生素质教育和教学质量，在教学和实践过程中，通过丰富教学内容，改进教学方法和手段，完善多媒体课件，优化实践内容，建设课程优秀网络平台等几个方面进行。利用网络优势引入课外资源，将教、科研项目及研究成果融入网站，将复杂抽象内容简单化、形象化，培养学生工程意识，不断提高本课程教学质量［1－2］。

1 课程内容及教学方法

课程分为天线与电波两大部分，包括天线的基础理论分析，线状天线及阵列、面状天线和缝隙微带天线大类几十种天线的结构、工作原理和性能参数的分析及设计，以及不同波段的电波在自由空间、地球表面、各层大气等不同媒质中传播的原理规律及特性，内容层次如图1所示［3］。

图1 课程教学内容

教学过程中，加强理论与实际结合，将教科研相关研究成果引入教学，扩展天线研究与设计方面的内容;对于抽象复杂的问题，利用仿真软件Matlab、Ansoft－HFSS、CST、ADS 及 IE3D 等，对天线的辐射和电波传播等理论编写程序或搭建模型进行仿真分析，使之可视化，进行辅助演示［4－5］;通过视频图像等多媒体资源，将理性分析与感性认知结合，扩展视野，突破教学难点;通过编写程序、制作动画，生动形象地表现抽象原理概念;通过虚拟现实技术增强交互功能，增强学生的动手能力。在网站建设的过程中通过利用多媒体技术和网络平台生动、直观、形象、信息量大的优点，以动画和仿真的形式将抽象晦涩的内容变得形象生动，将复杂的物理过程变得简单直观，激发学生的学习的兴趣［6］。

图2 课程网站结构

2 网络教学平台

2.1 网站结构

充分利用学校的网络资源，按照我校优秀课程网站建设要求，搭建了课程教学网站，如图2所示。申报网站中，对课程的教学内容、方法、手段、条件和特色等情况进行介绍;学习网站中，给出了详细的培养计划、学习导言、课程介绍、教学队伍、课程教案、实践教学、工程案例、学习园地、学习拓展和学习论坛等栏目，为学生提供了一个全方位的自主学习环境［7］。

2.2 网站特色内容

经过多年的积累完善，制作并不断完善了“天线与电波传播”课程多媒体课件及网络平台，并在2012年第十六届全国多媒体教育软件大奖赛中获得河北省一等奖。课程建设中突出该课程理论性和工程性强、逻辑严谨的特点。注重课程内容与科研成果的结合，将科教研成果融入课程教学网站［8］。下面主要对学习网站中具有特色的“工程案例”和“学习拓展”两部分内容进行详细介绍。

2.2.1 “工程案例”部分

进入“工程案例”部分，点击网站左侧不同选项分别进入“VB交互程序”、“天线模型仿真”、“天线虚拟实验室”和“教科研成果展示”四个栏目，如图3所示。

图3－a)“VB交互程序”菜单中是利用Visual Basic软件针对不同类型天线设计的多个交互式天线参数计算软件。图中选择并弹出了一个十六单元对数周期天线参数计算器，当输入该天线的中心工作频率和相关指标后，计算器可计算出该类天线的相关几何尺寸和性能指标，为设计天线提供参考，使学生学会天线参数的设计和调整过程，增强学生的动手能力［9］。

图3－b)“天线模型仿真”菜单中是利用HFSS Ansoft、CST、4NEC等软件搭建了不同类型天线的模型及仿真结果，结合Flash技术，可以360度全方位的了解天线和空间辐射性能。

图3－c)“天线虚拟实验室”菜单中是一套自主设计开发的天线虚拟实验系统软件。该系统以天线实验室硬件设备的操作流程为基础，利用电磁仿真软件和虚拟现实技术搭建而成。将天线的性能分析、设计过程和测试环节融为一体，可模拟实际测试过程，再现不同现场环境下的天线测量效果。该软件获得第十六届全国多媒体教育软件大奖赛中二等奖。

图3－d)“教科研成果展示”菜单中包含了教师的科教研成果和学生毕业设计中制作的天线资料，通过控制按钮的点击可以进入学习使用，是一个很好的展示和交流平台［10－11］。

2.2.2 “学习拓展”部分

进入“学习拓展”部分，点击网站左侧不同选项分别进入“电子杂志”、“动画演示”、“影视资料”和“源代码”四个栏目，如图4所示。

图4－a)“电子杂志”菜单中是利用电子杂志制作软件对15大类，百余幅天线进行了集成。通过利用电子杂志这种新型的媒体形式生动细致的展现天线，扩展学生视野。

图4－b)“动画演示”菜单中是利用Flash等媒体软件对天线单元的不同辐射过程进行动画演示，学生可以通过动画细节深入理解掌握天线的辐射特性。

图4－c)“影视资料”菜单中，收集了大类相关的视频资料，扩展学生视野，提高学习兴趣。

图4－d)“源代码”菜单中是利用Matlab软件对天线的工作过程进行的仿真分析，学生可以下载相关源代码进行课外深入学习。

图4 学习拓展页面菜单

另外，“学习园地”部分，包含了课程章节练习和模拟试题及答案分析;“学习论坛”部分，提供了课外学习网站和论坛资源，设计了网上辅导答疑系统，方便了与学生的互动交流。

3 总结

多年来经过课题组成员不懈的努力，“天线与电波传播”课程建设已取得了初步成效，教学效果也得到了较为明显的提高，教师的科研水平和学生的实践能力得到了提高。课程网站充分利用多媒体技术和网络平台优势，根据教学目标和教学对象的特点，运用文本、动画、音频、视频等多种媒体和专业电磁仿真软件和设计软件，生动形象、工程实践地展现抽象理论。网站在布局、风格、色彩、链接、超文本等诸方面趋于专业化、美观化，为师生之间提供了一个很好的交流平台。

［1］ 张立民，隋燕，李维祥.电子信息类综合性系统实验的教学改革与探索［J］.实验技术与管理，2006，24(10):118－120.

［2］ 周雪芳，钱胜，李齐良.电磁场与电磁波精品课程建设的探索与实践［J］.中国电力教育，2011，(4):68 －69.

［3］ 宋铮，张建华，黄治.天线与电波传播［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2003.

［4］ 姜志森，翟龙军，张树森.基于虚拟现实技术的微波技术与天线课程实验教学实践与探索［J］.实验技术与管理，2010，27(6):85 －88.

［5］ 房少军，李洪彬，段晓燕.天线实验教学仿真系统的研究［J］.实验室研究与探索，2010，29(1):50 －52.

［6］ 于臻，冉小英.天线与电波传播课程教学实践探讨［J］.廊坊师范学院学报，2009，9(6):118 －119.

［7］ 谢泽明.网络教学在“微波技术与天线”课程的应用［J］.电气电子教学学报，2008，30(3):113 －115.

［8］ 任玲玲，宋宜纯.交互式虚拟天线实验课件的研究［J］.北京广播学院学报，2000，30(2):20 －26.

［9］ 龚沛曾，陆慰民，杨志强.Visual Basic程序设计简明教程(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［10］ 万桂怡，崔建军，张振果.高校虚拟实验平台的设计及实践［J］.实验室研究与探索，2011，30(3):386 －389.

［11］ 李晓明，房少军，金红.基于VB的虚拟微波实验系统的实现［J］.实验室研究与探索，2007，26(3):49－51.