“射頻電路與天線”課程教學的思考*

袁家德　　許志猛（福州大學，福建 福州 350116）

“射頻電路與天線”課程教學的思考*

袁家德許志猛
（福州大學，福建 福州 350116）

分析“射頻電路與天線”課程特點，對該課程教學中的教學方法、教學手段進行探討，提出課程教學中應該強調對基本概念的理解、把‘抽象’知識變‘形象’、加強課程教學內容實踐環節的訓練、對學生課程學習的合理管理等方法進行教學改革，實踐證明能夠增強學生的學習興趣和積極性，提高教學效果。

射頻電路與天線；課程教學；教學效果

《射頻電路與天線》課程是電子信息類重要的專業基礎課，是現代無線通信系統中硬件設計的理論基礎，與現代的無線通信產業、尤其是移動通信密切相關。眾所周知，在無線通信系統中，采用的載波頻率越高，可獲得的帶寬就越寬，就能更有效地傳輸信息。而天線在無線通信系統中是用來發射和接收信號，工作頻率越高，天線所需要的尺寸就越小，這迎合了現代通信系統對通信設備小型化的需求。正是由于上述原因，越來越多的無線通信系統使用了較高頻率的射頻頻段，帶來了射頻技術應用的繁榮，推動了射頻技術的高速發展。同時，《射頻電路與天線》又是經典的傳統課程，課程中涉及到數學知識、電磁場與電磁波知識等，如何讓數學和電磁理論基礎并不深厚的本科生學好該門課程，理解與現代無線通信設備最密切相關的知識與技術，激發學生學習興趣和創新精神，是擺在該門課程教學面前的一個難題［1］。對該門課程教學給出了如下的理解。

一、強調對基本概念的理解

“射頻電路與天線”這門課程由兩大部分組成：射頻電路部分和天線原理部分。射頻電路著重從“路”的角度去解決射頻信號傳輸、濾波和放大等問題；天線則注重從“場”的角度去解決天線的輻射和接收問題。“射頻電路與天線”課程涉及到傳輸線理論、濾波器、放大器和天線等，這些器件的性能需要指標參數來評價，即怎樣衡量傳輸線傳輸信號的好壞、怎么知道天線輻射性能的優劣？這些衡量器件性能的指標參數構成了這門課程的基本概念體系，如反射系數、傳播常數、特性阻抗、輸入阻抗、帶寬、增益、極化等等。這些基本概念是射頻與天線技術領域的基石，正確的理解這些基本概念是把握運用射頻與天線理論規律解決實際問題的前提，因此，研究探討《射頻電路與天線》課程中基本概念的教學問題，就成為該門課程教學過程中的關鍵問題。

任何一門理論科學課程都是基本概念的邏輯體系，都表現為概念的系統性，《射頻電路與天線》課程中基本概念的教學地位也是極端重要的，它是學習這門課程的基本立足點和出發點。對于基本概念理解上的偏差，往往會使后續的學習和研究“誤入歧途”，難以運用射頻電路與天線的基本規律深入的解決實際的工程問題［2］。

二、把‘抽象’知識變‘形象’

“射頻電路與天線”研究的是射頻頻段的相關理論與規律，而在射頻頻段，電路出現了許多獨特的特性，這些特性打破了學生之前對低頻電路的基本認識，因此課程教學開始就需要建立新的射頻電路理論體系。在后續的課程教學中，出現了許多抽象學生較難理解的概念，如特性阻抗、輸入阻抗，增益等等。如何把該門課程中的抽象問題化‘簡’，把射頻電路與看不見的場形象的結合起來，是本門課程教學設計的重要環節之一。

采用動畫等多媒體手段，形象呈現射頻信號傳輸過程。例如傳輸線這一章，以雙線傳輸線為例推導了傳輸線方程，給出了特性阻抗、輸入阻抗概念的表達式，但學生對這兩個阻抗概念缺乏感性認識。如果教師在教學時運用動畫等多媒體手段，將射頻信號在傳輸線中傳輸和反射的過程形象的呈現，并適時點明傳輸線上任一位置輸入行波電壓與輸入行波電流的比值即為特性阻抗，而傳輸線上任一點的輸入和反射的總電壓與總電流的比值即為輸入阻抗。如果這樣講授學生就會很容易認識和理解射頻信號在傳輸線中的傳輸過程，理解特性阻抗和輸入阻抗，而不至于混淆概念。因此，采用動畫等多媒體教學手段可以生動、形象地幫助學生在大腦中建立抽象概念模型，避免教師在教學過程中一味講解的枯燥乏味，從而達到良好的教學效果。

在講解天線的方向性系數時，方向性系數的定義為“在同一距離及相同輻射功率的條件下，某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度Smax和無方向性天線（點源）的輻射功率密度S0之比”。學生很難對這一概念有形象的認識。這時教師可以直接呈現給學生天線的輻射方向圖和無方向性天線（點源）功率分布圖，指出當這兩天線總輻射功率相同時，天線方向圖中輻射最強點的功率密度與無方向性天線（點源）功率分布圖上任一點功率密度的比值即為方向性系數。通過動畫或者圖形的形象呈現，學生很容易理解方向性系數。教師可進一步呈現給學生一些方向圖，讓學生判斷它們的方向性系數，幫助學生進一步認識到方向圖越窄，方向性越強，方向性系數越大這一規律。因此，通過動畫或圖形的形象呈現，可把抽象的概念形象的理解。

*基金項目：福建省產學研重大項目，多頻段高精度北斗導航終端天線與模塊的研制（2015H6014）。

作者簡介：袁家德（1974-），男，漢族，江蘇灌云人，博士，福州大學副教授，研究方向：天線理論與技術、射頻工程和計算電磁學等。

三、加強實踐環節的訓練

“射頻電路與天線”是一門應用性很強的課程，其內容涉及無線通信設備的硬件部分，如傳輸線、功分器、濾波器、放大器等。因為該門課程與工程實踐密切相關，必須加強實踐環節的訓練。

為了理論能夠聯系實際，培養學生動手能力和解決實際工程的能力，該門課程需要配備專門的實驗室，可以使學生通過實驗更多地獲得有關射頻系統的基本構成、工作原理、模擬分析、測試儀器和測量技能方面的理性和感性認識，真正掌握傳輸線、射頻模塊、天線等基本的概念，并學會使用重要的射頻測試儀器。如可以通過頻譜儀觀察各種濾波器的濾波特性；通過頻譜儀讀出有源放大器的放大增益；通過已學知識在實驗室搭建最簡單射頻前端的發射和接收系統。在教學的過程中，要向學生滲透課程中所涉及射頻器件和各種天線的最新發展概況，培養學生科學研究的思維，在教學中每一種器件和天線，不是直接給出理論和方法，而是簡要介紹這些器件和天線的發展歷程，以科學研究的觀點，提出問題，分析問題，解決問題，最后的結果及需要改進的地方等幾個環節展開教學，教學中充分激發學生思考，組織學生討論，在活躍的課堂氛圍中完成知識的教學［3］。

本門課程具有較強的實用性，在課堂教學的過程中，教師可以適當把相關的科研成果滲透入課堂，比如在講到天線時，可以與工程案例相結合，給學生呈現教師科研項目中或往屆學生畢業設計中所設計的天線，介紹天線的設計過程，采用課堂所學知識分析天線的工作原理、讓學生學以致用。開展一些課外研究，把學生畢業設計作品呈現，讓學生感覺我們所學的東西離我們很近，很容易就能達到。

四、對學生課程學習的合理管理

對學生的合理管理有助于提高課程學習。如何讓課堂上的學生想學，對本門課程產生持續的學習興趣，除了教師個人魅力、課堂講解技巧等教師因素外，對學生的合理管理也是提高課程教學效果的關鍵因素之一。“射頻電路與天線”課程知識點前后具有一定的關聯性，例如，該門課程一開始所講授的傳輸線理論、特性阻抗、輸入阻抗和反射系數等概念，是課程后續內容阻抗匹配、天線等內容的基礎。學生只有深入的理解課程前面部分的內容，才能更好的學好課程后續部分的知識。然而，部分學生前期雖然課堂上理解了老師所講授的內容，但課后沒投入時間訓練鞏固，隨著所學課程知識的不斷積累，導致后續聽課吃力，對課程學習的興趣隨之下降。因此，在課程學習期間，對學生課程學習的合理管理是非常有必要的，如加強相關知識的鞏固性訓練、督促學生認真做作業和認真做實驗等。對學生課程學習的合理管理，有益于學生保持持續的學習興趣，促進對課程知識的深層次理解。

五、結束語

課程教學需要長期不斷完善過程。為了使課程教學更好地服務于學生，高校應用型課程教學既要發揚傳統教學模式的優點，夯實基本理論和加深對基本概念的理解，同時也要緊跟當前科學技術的發展，在課程教學中體現傳統理論與當今新技術相結合，讓學生直接體驗到課堂所學知識是有價值的。這有益于充分調動學生的學習興趣和積極性，使枯燥乏味的教學變得生動起來，激發學生的創新思維，培養出社會真正需要的創新型技術人才。

［1］李素萍，吳偉.“微波技術與天線”課程教學改革探討［J］.中國電力教育，2011，195（8）：108-109.

［2］計彤，張風帆.論學科綜化背景下的理工科基本概念的教學［J］.教育教學論壇，2015，15：103-105.

［3］李培根，許曉東，陳國松.我國本科工程教育實踐教學問題與原因探析［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