基于项目驱动的《电磁场与电磁波实验》教学案例研究

2020-02-26廖志斌刘宇平

科教导刊·电子版 2020年35期

廖臻廖志斌刘宇平

（[1]杭州电子科技大学浙江·杭州 310018；[2]新余学院江西·新余 338000）

1 利用工程问题构建《电磁场与电磁波实验》教学案例

传统的《电磁场与电磁波实验》课程教学以教师为主体、学生为主导被动的去学习知识。教学方式是 PPT演示的模式。教材内容固定，使得学生很难提高学习的兴趣和积极性。没有实际性的例子，学生对于复杂和抽象的概念很难理解和应用。利用项目需求构建《电磁场与电磁波实验》的教学案例，其目的在于改变现在学生被动式的学习方式，为学生构建全新的学习途径，更好的综合运用于课程知识，培养学生的创新精神和实践能力。

自从2002年2月，美国联邦通信委员会（FCC）正式将3.1-10.6 GHz的超宽带（Ultra-Wideband，UWB）频段批准用于民用通信以后，超宽带天线开始受到世界各国的广泛关注。并且随着高速集成电路的发展，目前超宽带天线的研究方向主要集中在小型化、集成化等方向。

2 超宽带单极子天线设计与电磁仿真

本文中作为典型工程项目的超宽带天线的具体结构和尺寸如图1所示。采用圆形单极子作为天线主辐射单元，馈电部分采用的是50欧姆微带线馈电，天线的结构十分简单。该天线印刷在相对介电常数为4.4、厚度为1.6 mm的FR4介质板上。

图1：天线结构

使用CST微波工作室对天线进行电磁仿真，得到该超宽带单极子微带天线的反射系数曲线，如图2所示。反射系数小于-10dB的频率为2.8到10.8 GHz，工作带宽为8 GHz，相对带宽为117%满足超宽带天线的定义。

图2：天线反射系数

为了分析天线的辐射特性，在工作频段内选择5GHz和10GHz两个频点进行研究。图3给出了天线在5GHz和10GHz的仿真三维方向图。从结果可以看出天线在低频时基本呈现良好的辐射特性。取5GHz和10GHz两个频点研究天线增益方向图。仿真结果显示在5GHz时，天线的增益为2.41dBi，天线呈全向辐射；在10GHz时，天线的增益为6.9dBi。该天线性能符合超宽带天线的设计要求。

本案例以设计符合项目需求的超宽带天线为目的，构建超宽带圆形单极子微带天线。以项目驱动的教学方法将提升学生在学习过程中的成就感，提高学习兴趣。同时在教学过程中可以将建模仿真的过程录制成教学录像，上传至网络教学平台，供学生学习，进一步提高学生的学习效率。