微波電子線路課程教學(xué)設(shè)計

姬憲法 王寧

空軍第一航空學(xué)院 河南信陽 464000

作者：姬憲法，空軍第一航空學(xué)院航空電子工程系副教授，碩士，研究領(lǐng)域為機載雷達設(shè)備。

1 課程特點

微波電子線路課程是一門研究在微波頻段工作的電子器件及其電路組成的專業(yè)基礎(chǔ)課。微波電子線路一般泛指構(gòu)成微波系統(tǒng)中各種功能模塊的元器件與電路結(jié)構(gòu)，也稱為微波有源電路。隨著微波半導(dǎo)體材料技術(shù)和工藝水平的發(fā)展，先后出現(xiàn)半導(dǎo)體二極管、砷化鎵金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管、PIN二極管和變?nèi)莨艿任⒉ò雽?dǎo)體器件，并在微波系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。這種以半導(dǎo)體為核心組成的微波電子線路稱為微波固態(tài)電路。在微波半導(dǎo)體器件發(fā)展的同時，又研制出微波混合集成電路（MIC）和單片微波集成電路（MMIC），同時，低噪聲集成電路、大規(guī)模和超大規(guī)模微波集成電路發(fā)展迅速，中功率微波發(fā)射機實現(xiàn)固態(tài)化，但是大功率微波振蕩和放大必須依靠微波電真空器件，比如行波管、速調(diào)管、磁控管等。這些微波器件在雷達、通信、導(dǎo)航、衛(wèi)星地面站等得到廣泛應(yīng)用。

微波電子線路課程所學(xué)習(xí)的內(nèi)容具有應(yīng)用廣泛、技術(shù)難度高、內(nèi)容更新較快的特點，這要求微波電子線路課程的教學(xué)要不斷地探索和研究，以適應(yīng)微波頻段電子裝備教學(xué)和工作的需要。

該課程的學(xué)習(xí)可以采用微波技術(shù)的分析方法，從電磁場的角度去分析，但是比較復(fù)雜；也可以等效成電路去分析，這是習(xí)慣的分析方法，在分析過程中做一些等效和近似在工程上是允許的，是不影響本質(zhì)的。學(xué)習(xí)過程中強調(diào)物理概念原理分析、重視實踐能力的培養(yǎng)以及最新技術(shù)發(fā)展在課程中的體現(xiàn)。教學(xué)方法體現(xiàn)啟發(fā)性，重視知識能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，注重實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，該課程教學(xué)時間為30大綱學(xué)時。依據(jù)該課程的課程標(biāo)準(zhǔn)、課程設(shè)計，理論教學(xué)20學(xué)時，實踐學(xué)時10學(xué)時；授課方式上采用理論和實踐相結(jié)合的教學(xué)方式，理論教學(xué)上突出崗位任職所需的基礎(chǔ)理論，借助實際微波器件的應(yīng)用介紹，分析微波電子器件和微波設(shè)備的發(fā)展前景。通過邊講解邊實踐的方式，加深學(xué)員的理解。

具體進度：為了方便學(xué)習(xí)和知識的交流，首先對微波傳輸線理論和其他微波無源元器件組成微波無源電路進行回顧復(fù)習(xí)；對微波無源器件及等效電路，簡要介紹一下微波電抗元件、連接元件、終接元件、衰減器和移相器、阻抗匹配器和變換器以及定向耦合器、微波濾波器諧振器、微波鐵氧體等的特點和運用。

對微波有源器件分4個模塊進行學(xué)習(xí)。

第一個模塊的內(nèi)容是微波頻率變換器（混頻器），主要介紹頻譜搬移的原因、原理及工作過程。采用數(shù)學(xué)的方法對頻率變換的原理進行定量分析，并結(jié)合實際的頻率變換電路進行講解。進而介紹微波混頻器件即微波二極管工作原理，重點分析微波混頻器的特性和主要技術(shù)指標(biāo)，介紹各種微波混頻器的工作原理，最后討論微波混頻器的鏡像回收。

第二個模塊內(nèi)容是微波晶體管放大器，主要介紹微波晶體管低噪聲放大器。與低頻放大器相比，微波放大器是采用S參量作為分析和設(shè)計放大器的主要網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，說明S參數(shù)（分布參數(shù)）與集總參數(shù)的區(qū)別、微波雙極型晶體管低噪聲放大器和微波場效應(yīng)管低噪聲放大器設(shè)計方法、使用特點與應(yīng)用場合，討論以雙極型晶體管放大器為主。

第三個模塊內(nèi)容是微波控制器件與微波控制電路。微波控制器件是組成微波控制電路的重要部件，主要講述微波控制電路及其應(yīng)用，包括微波開關(guān)、數(shù)字移相器、電調(diào)衰減器、微波調(diào)制器及限幅器等。微波控制元件有微波半導(dǎo)體器件和微波鐵氧體器件，重點內(nèi)容是微波PIN二極管的原理及其組成。

最后一個模塊內(nèi)容是微波電真空器件。盡管近年來微波半導(dǎo)體器件得到迅速發(fā)展，微波電真空器件仍然有存在的必要性。主要介紹三大電真空器件即磁控管、速調(diào)管、行波管的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用特點。

3 教學(xué)方法設(shè)計

教學(xué)改革的核心是教學(xué)方法的改革，教學(xué)方法要體現(xiàn)在整個課堂教學(xué)過程中。在教學(xué)方法上，基于任職教育學(xué)員底子薄、基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)水平參差不齊的現(xiàn)狀，力求避免單純的注入式，改用啟發(fā)式、討論式、答辯式的教學(xué)方法。將課堂講授、課內(nèi)討論、課外自學(xué)、技能訓(xùn)練等合理結(jié)合，把教學(xué)過程分為課題引入、設(shè)疑激學(xué)、講練結(jié)合、精選例題、總結(jié)鞏固等環(huán)節(jié)進行教學(xué)實踐。課題引入階段盡量由設(shè)計實例或工程實際問題引入課題，即在介紹一些重要章節(jié)前，列舉一個設(shè)計實例或工程實際問題，通過分析、設(shè)計，引入相關(guān)知識和理論，等學(xué)員的興趣被調(diào)動起來，并產(chǎn)生諸多疑問時再進行內(nèi)容講解。而有實驗條件的內(nèi)容要爭取進行現(xiàn)場教學(xué)，講練結(jié)合。即將課堂講授與技能訓(xùn)練合理結(jié)合起來，有些教學(xué)內(nèi)容可以安排在實驗、實訓(xùn)中進行，邊講邊練，講練結(jié)合。邊講邊練主要用于介紹微波電路工作原理后，由學(xué)員對電路的功能及外部特性進行測試；講練結(jié)合則是由學(xué)員根據(jù)微波電路的功能對電路進行測試后，由教師和學(xué)員對測試結(jié)果進行討論，歸納總結(jié)，以加深對理論的理解。這樣，將教學(xué)過程放在實驗、實訓(xùn)中，有利于學(xué)員實現(xiàn)由感性到理性的自然過渡，在邊學(xué)邊練中更深刻地領(lǐng)會所學(xué)知識，在頭腦中建立起理論與實際的聯(lián)系，使學(xué)員逐步提高學(xué)習(xí)能力和實踐技能，引導(dǎo)學(xué)員將基本理論、基本分析方法應(yīng)用于解決實際問題。

4 考核方式設(shè)計

該課程的教學(xué)以提高學(xué)員的綜合能力素質(zhì)為最終目標(biāo)，考核方式采用對教學(xué)全過程綜合評估，具體考核環(huán)節(jié)包括4個環(huán)節(jié)：課堂表現(xiàn)、實驗成績、創(chuàng)新能力 和課程結(jié)束考試。在4個方面進行加權(quán)，綜合評估后得出學(xué)習(xí)成績。

1）課堂表現(xiàn)：根據(jù)學(xué)員的課堂表現(xiàn)進行評價，包括學(xué)員功能的積極性、互動性、課堂回答問題的質(zhì)量等。重點考查學(xué)員學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂表現(xiàn)等情況。

2）實驗成績：實驗環(huán)節(jié)的定位在于使學(xué)員加深對理論的理解和增強實踐能力。通過觀察學(xué)員實驗的科學(xué)性、規(guī)范性，根據(jù)實驗科目的完成情況進行評價。

3）創(chuàng)新能力：由于微波電子線路是一門實踐性很強的課程，創(chuàng)新能力通過學(xué)員的小制作和參與科技創(chuàng)新活動等情況來評估。考核重點在于學(xué)員對理論知識的掌握以及相應(yīng)的實踐能力。

4）課程結(jié)束考試：課程結(jié)束考試主要考查對微波器件、電子電路的理論知識的理解掌握情況和綜合應(yīng)用能力。

5 教學(xué)效果分析

微波電子線路課程已經(jīng)在雷達、通信等專業(yè)的多個教學(xué)班進行講授，從教學(xué)效果來看，學(xué)員對微波電子線路的有關(guān)理論有了深入的認(rèn)識，順利地從集總參數(shù)的低頻電子線路跨入分布參數(shù)的微波器件和微波電子線路的分析運用，實驗技巧、動手能力得到鍛煉和加強。存在的問題主要是有的課易放難收，學(xué)員在討論中思維縱橫捭闔，天馬行空，致使教學(xué)任務(wù)完不成；課堂教學(xué)的內(nèi)容豐富了，學(xué)員的基礎(chǔ)知識掌握得又不夠牢。但總的說來，收獲總是多于問題。該課程教學(xué)設(shè)計的實施培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新精神和多元化思維，學(xué)員的成長與進步非常顯著。

[1]周道雷.任職教育理論與實踐研究[M].北京:軍事科學(xué)出版社,2009.

[2]張寶書.軍隊院校教育學(xué)[M].北京:軍事科學(xué)出版社,2006.

[3]姬憲法,王寧.MATLAB方法在雷達原理課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].學(xué)周刊,2009(2):155-156.