“射频电路与天线”课程教学的思考*

袁家德　　许志猛（福州大学，福建 福州 350116）

“射频电路与天线”课程教学的思考*

袁家德许志猛
（福州大学，福建 福州 350116）

分析“射频电路与天线”课程特点，对该课程教学中的教学方法、教学手段进行探讨，提出课程教学中应该强调对基本概念的理解、把‘抽象’知识变‘形象’、加强课程教学内容实践环节的训练、对学生课程学习的合理管理等方法进行教学改革，实践证明能够增强学生的学习兴趣和积极性，提高教学效果。

射频电路与天线；课程教学；教学效果

《射频电路与天线》课程是电子信息类重要的专业基础课，是现代无线通信系统中硬件设计的理论基础，与现代的无线通信产业、尤其是移动通信密切相关。众所周知，在无线通信系统中，采用的载波频率越高，可获得的带宽就越宽，就能更有效地传输信息。而天线在无线通信系统中是用来发射和接收信号，工作频率越高，天线所需要的尺寸就越小，这迎合了现代通信系统对通信设备小型化的需求。正是由于上述原因，越来越多的无线通信系统使用了较高频率的射频频段，带来了射频技术应用的繁荣，推动了射频技术的高速发展。同时，《射频电路与天线》又是经典的传统课程，课程中涉及到数学知识、电磁场与电磁波知识等，如何让数学和电磁理论基础并不深厚的本科生学好该门课程，理解与现代无线通信设备最密切相关的知识与技术，激发学生学习兴趣和创新精神，是摆在该门课程教学面前的一个难题［1］。对该门课程教学给出了如下的理解。

一、强调对基本概念的理解

“射频电路与天线”这门课程由两大部分组成：射频电路部分和天线原理部分。射频电路着重从“路”的角度去解决射频信号传输、滤波和放大等问题；天线则注重从“场”的角度去解决天线的辐射和接收问题。“射频电路与天线”课程涉及到传输线理论、滤波器、放大器和天线等，这些器件的性能需要指标参数来评价，即怎样衡量传输线传输信号的好坏、怎么知道天线辐射性能的优劣？这些衡量器件性能的指标参数构成了这门课程的基本概念体系，如反射系数、传播常数、特性阻抗、输入阻抗、带宽、增益、极化等等。这些基本概念是射频与天线技术领域的基石，正确的理解这些基本概念是把握运用射频与天线理论规律解决实际问题的前提，因此，研究探讨《射频电路与天线》课程中基本概念的教学问题，就成为该门课程教学过程中的关键问题。

任何一门理论科学课程都是基本概念的逻辑体系，都表现为概念的系统性，《射频电路与天线》课程中基本概念的教学地位也是极端重要的，它是学习这门课程的基本立足点和出发点。对于基本概念理解上的偏差，往往会使后续的学习和研究“误入歧途”，难以运用射频电路与天线的基本规律深入的解决实际的工程问题［2］。

二、把‘抽象’知识变‘形象’

“射频电路与天线”研究的是射频频段的相关理论与规律，而在射频频段，电路出现了许多独特的特性，这些特性打破了学生之前对低频电路的基本认识，因此课程教学开始就需要建立新的射频电路理论体系。在后续的课程教学中，出现了许多抽象学生较难理解的概念，如特性阻抗、输入阻抗，增益等等。如何把该门课程中的抽象问题化‘简’，把射频电路与看不见的场形象的结合起来，是本门课程教学设计的重要环节之一。

采用动画等多媒体手段，形象呈现射频信号传输过程。例如传输线这一章，以双线传输线为例推导了传输线方程，给出了特性阻抗、输入阻抗概念的表达式，但学生对这两个阻抗概念缺乏感性认识。如果教师在教学时运用动画等多媒体手段，将射频信号在传输线中传输和反射的过程形象的呈现，并适时点明传输线上任一位置输入行波电压与输入行波电流的比值即为特性阻抗，而传输线上任一点的输入和反射的总电压与总电流的比值即为输入阻抗。如果这样讲授学生就会很容易认识和理解射频信号在传输线中的传输过程，理解特性阻抗和输入阻抗，而不至于混淆概念。因此，采用动画等多媒体教学手段可以生动、形象地帮助学生在大脑中建立抽象概念模型，避免教师在教学过程中一味讲解的枯燥乏味，从而达到良好的教学效果。

在讲解天线的方向性系数时，方向性系数的定义为“在同一距离及相同辐射功率的条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax和无方向性天线（点源）的辐射功率密度S0之比”。学生很难对这一概念有形象的认识。这时教师可以直接呈现给学生天线的辐射方向图和无方向性天线（点源）功率分布图，指出当这两天线总辐射功率相同时，天线方向图中辐射最强点的功率密度与无方向性天线（点源）功率分布图上任一点功率密度的比值即为方向性系数。通过动画或者图形的形象呈现，学生很容易理解方向性系数。教师可进一步呈现给学生一些方向图，让学生判断它们的方向性系数，帮助学生进一步认识到方向图越窄，方向性越强，方向性系数越大这一规律。因此，通过动画或图形的形象呈现，可把抽象的概念形象的理解。

*基金项目：福建省产学研重大项目，多频段高精度北斗导航终端天线与模块的研制（2015H6014）。

作者简介：袁家德（1974-），男，汉族，江苏灌云人，博士，福州大学副教授，研究方向：天线理论与技术、射频工程和计算电磁学等。

三、加强实践环节的训练

“射频电路与天线”是一门应用性很强的课程，其内容涉及无线通信设备的硬件部分，如传输线、功分器、滤波器、放大器等。因为该门课程与工程实践密切相关，必须加强实践环节的训练。

为了理论能够联系实际，培养学生动手能力和解决实际工程的能力，该门课程需要配备专门的实验室，可以使学生通过实验更多地获得有关射频系统的基本构成、工作原理、模拟分析、测试仪器和测量技能方面的理性和感性认识，真正掌握传输线、射频模块、天线等基本的概念，并学会使用重要的射频测试仪器。如可以通过频谱仪观察各种滤波器的滤波特性；通过频谱仪读出有源放大器的放大增益；通过已学知识在实验室搭建最简单射频前端的发射和接收系统。在教学的过程中，要向学生渗透课程中所涉及射频器件和各种天线的最新发展概况，培养学生科学研究的思维，在教学中每一种器件和天线，不是直接给出理论和方法，而是简要介绍这些器件和天线的发展历程，以科学研究的观点，提出问题，分析问题，解决问题，最后的结果及需要改进的地方等几个环节展开教学，教学中充分激发学生思考，组织学生讨论，在活跃的课堂氛围中完成知识的教学［3］。

本门课程具有较强的实用性，在课堂教学的过程中，教师可以适当把相关的科研成果渗透入课堂，比如在讲到天线时，可以与工程案例相结合，给学生呈现教师科研项目中或往届学生毕业设计中所设计的天线，介绍天线的设计过程，采用课堂所学知识分析天线的工作原理、让学生学以致用。开展一些课外研究，把学生毕业设计作品呈现，让学生感觉我们所学的东西离我们很近，很容易就能达到。

四、对学生课程学习的合理管理

对学生的合理管理有助于提高课程学习。如何让课堂上的学生想学，对本门课程产生持续的学习兴趣，除了教师个人魅力、课堂讲解技巧等教师因素外，对学生的合理管理也是提高课程教学效果的关键因素之一。“射频电路与天线”课程知识点前后具有一定的关联性，例如，该门课程一开始所讲授的传输线理论、特性阻抗、输入阻抗和反射系数等概念，是课程后续内容阻抗匹配、天线等内容的基础。学生只有深入的理解课程前面部分的内容，才能更好的学好课程后续部分的知识。然而，部分学生前期虽然课堂上理解了老师所讲授的内容，但课后没投入时间训练巩固，随着所学课程知识的不断积累，导致后续听课吃力，对课程学习的兴趣随之下降。因此，在课程学习期间，对学生课程学习的合理管理是非常有必要的，如加强相关知识的巩固性训练、督促学生认真做作业和认真做实验等。对学生课程学习的合理管理，有益于学生保持持续的学习兴趣，促进对课程知识的深层次理解。

五、结束语

课程教学需要长期不断完善过程。为了使课程教学更好地服务于学生，高校应用型课程教学既要发扬传统教学模式的优点，夯实基本理论和加深对基本概念的理解，同时也要紧跟当前科学技术的发展，在课程教学中体现传统理论与当今新技术相结合，让学生直接体验到课堂所学知识是有价值的。这有益于充分调动学生的学习兴趣和积极性，使枯燥乏味的教学变得生动起来，激发学生的创新思维，培养出社会真正需要的创新型技术人才。

［1］李素萍，吴伟.“微波技术与天线”课程教学改革探讨［J］.中国电力教育，2011，195（8）：108-109.

［2］计彤，张风帆.论学科综化背景下的理工科基本概念的教学［J］.教育教学论坛，2015，15：103-105.

［3］李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析［J］.高等工程教育研究，2012，3：1-6.

Through analyzing the characteristics of the"radio frequency circuit and antenna"course and discussing on some teaching methods and teaching means of this course.This paper points out that teaching reforms should be carried out，such as emphasizing the understanding of basic concepts，changing abstract knowledge to image knowledge，strengthening practice training and implementing reasonable management for students in the course studying.It is proved that these reforms can help enhance students'learning interest and improve the efficiency of teaching.

radio frequency circuit and antenna；course teaching；teaching effectiveness

2096-000X（2016）16-0068-02

G642

A