“微波与天线”课程促进通信工程专业学习的探析

何山红 解良玉 纪萌茜

[摘 要] 针对通信工程中与“微波与天线”课程内容晦涩难以理解的情况，在课本之外，有针对性地增添一些富有特色的内容，将“微波与天线课程”与“通信原理”及相关课程紧密结合起来，不但可以促进学生更好地学习通信工程专业，更好地理解“微波与天线”课程，还可以拓宽学生的专业视野，激发起学生对专业和该课程的学习兴趣，达到更好的教学效果。

[关键词] 微波与天线;通信工程;专业学习

[基金项目] 安徽工业大学教学研究项目“《微波技术》课堂教学质量现状分析与提升策略研究”

[作者简介] 何山红（1973—），男，湖南南县人，硕士，安徽工业大学电气与信息学院教授，主要从事天线理论与技术研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0273-02    [收稿日期] 2019-10-12

一、引言

随着通信技术的发展，很多学校相继开设了通信工程这个专业，但在专业的建设初期，往往存在师资力量不够、教学平台缺乏等情况，再加上该专业系统性强，理論要求高，有些概念比较抽象，不好理解，慢慢地一些学生会对该专业失去兴趣，甚至产生厌学的情绪。如何最大程度地利用好现有资源，促进通信工程学生的专业学习，是很多学校面临的问题。本文将说明如何利用“微波与天线”这门专业课程来促进通信工程的专业学习。“微波与天线”课程是通信工程专业的一门重要的专业课，通过该课程，可以了解作为通信信号载体的电磁波的产生、发射、接收和处理的过程。

二、微波与天线在通信系统或相关领域的应用拓宽学生视野

现在的通信绝大部分采用的是无线通信，即使采用有线传输的光纤通信，其实质也是采用光波进行传播。通过将微波与超短波、短波相比较，分析出微波频带宽，传输信息容量大;不易受到外界的干扰;工作波长短，同样情况下天线增益高，信号传播距离远。同时因为不同频段的电磁波穿透性能不一样，因此可以广泛应用于卫星通信、蜂窝移动通信、天波通信、微波中继通信、集群通信、局域网络通信等领域。通过分析微波的似光性、直线性、波动性和散射性，阐述了与通信相关的雷达、遥感遥测、微波成像和电子对抗等信息系统的基本工作原理。在讲授传输线理论时，驻波工作状态下，电磁波在矩形波导中传播时，会周期性地出现一些电压峰值点，在波导壁上电压峰值点的位置开一些辐射缝隙，这些缝隙辐射的电磁波不但可以用来进行通信，也可以利用峰值点的周期性来进行记数。

三、微波与天线课程帮助理解通信概念

通信工程是一个系统工程，是由多个专业或者说多门课程组成的。部分核心课程，如“通信原理”，由于牵涉的知识较多，且有些概念比较晦涩难懂，限于时间和条件限制，很难讲授的面面俱到。因此在讲授“微波与天线”课程时，针对“通信原理”中与“微波与天线”有关但又难以理解或者特别重要的内容，有针对性地制订教案，可以便于学生深刻掌握通信中的许多概念。如讲解波导元件时，课堂上利用波导正交模实物，通过分析波导正交模的工作原理，可以让学生理解同一个频率的信号可以通过电磁波的振动方向（极化）不同而进行分离。同一个频率的信号可以通过极化处理，分配给多个用户，可以提高频谱的利用率。进而可以解释通信中的“极化分集”“频谱复用”等专业术语;在讲授天线方向图时，通过分析天线方向图的副瓣电平、后瓣电平和交叉极化电平的形成原理和这些参数对通信系统性能的影响，才会让学生深入理解蜂窝移动通信、卫星通信等系统的通信协议中对天线的要求，也才会让学生深入掌握“副瓣电平”“后瓣电平”和“交叉极化电平”等这些专业术语。

很多学生对通信工程理解不够深刻，很难意识到通信工程是一个系统工程，由多个专业共同组成。因此讲授“微波与天线”课程时，有意让学生认识到通信工程是一个系统工程，需要系统地学习每门课程。如通过实物图片讲授微带线在微波功率放大器中的应用时，给学生讲解这个放大器不但要输入＼输出满足要求的微波信号，还需要利用软件和常规电路对信号的状态进行控制和监测，需要设计模拟电路、数字电路和嵌入式软件等，不可能孤立地设计微波有源电路;在讲授天线的作用时，天线除了接收和发射电磁波外，还可以将多个天线排列在不同的空间位置，每个天线接收到的信号特征是不相同的，再对每个天线接收的信号进行时间上的累积，然后对这些信号进行处理，可以判断出发射信号的方向，从而抑制不需要的干扰信号，可以提高通信质量。从而让学生明白，不仅通信系统是多个专业的结合体，即使通信系统中的天线也是与时空信号处理等紧密融合在一起的;同时结合自己研制的移动卫星通信天线系统（天线系统由天线阵列、微波接收/发射系统、天线伺服控制系统、基带信号处理部分组成）给学生讲解，移动卫星通信天线系统中的天线阵列和天线伺服控制系统是整个移动卫星通信系统中的关键技术，决定着整个通信系统的性能。通过这些例子可以让学生深刻理解通信工程，从而会更加全面地学习专业课程。

四、微波与天线课程助力其他专业课程学习

“微波与天线”课程除了与“高等数学”“大学物理”和“电磁场理论”等课程紧密相关之外，还与一些看似无关的专业基础课有着千丝万缕的关系，通过该课程将更多的专业基础课程联系起来，可以巩固更多的专业基础课程学习效果。在学习“微波与天线”课程之前，会问学生，你们为什么学习过“低频电路”，还要学习“高频电路”？学习了“高频电路”，为什么今天还要学习“微波与天线”课程，高频与微波的差异是什么，是否提前思考过？在通过实物图片讲授微带线在微波有源电路中的应用时，会让学生观察图片中微波电路部分和控制等低频电路形式上会有什么差异？通过这样的启发式的教学，让学生明白微波与低频和高频有共性但又具有特殊性。微波与低频和高频在许多特性上具有共性，一些分析低频和高频的方法也可以拿来分析微波。但由于微波工作频率很高，振荡周期短，在微波传输电路中从一点到另一点的电效应的传播时间是不可忽略的，因此必须用随时间、空间变化的参量来描述其特征。因此在分析其特性时更多时候得采用一些特殊的分析方法;在讲解微波滤波器的工作原理时，会提醒学生，你们知道低频或者高频的电容或者电感是基于什么原理实现的吗？通过微波滤波器的等效电路说明微波电路中的电容和电感均是设计者利用电容和电感的物理定义自己实现的;在讲解微波网络理论时，将一个微波系统（网络）看成一个黑匣子，散射参数描述的是信号通过该系统时，输入/输出端的信号的特征，利用微波网络理论不但可以描述端口的信号特征，同时也可以作为一种用来求解端口的信号特征的数学方法。

五、结语

通过在“微波与天线”课程中增添一些针对性强的教学内容，可以拓宽学生的专业视野，帮助学生理解通信概念，助力专业课或者专业基础课的学习，这样不但可以更好地促进通信工程专业课的学习，还可以促进“微波与天线”课程的学习。

参考文献

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