《微波技术与天线》课程教学中理论性与工程应用性的结合探讨
《微波技术与天线》课程教学中理论性与工程应用性的结合 探讨 摘要：“微波技术与天线”是一门既强调理论性又强 调工程性的课程，而传统教学时常常忽略理论性和工程性的 结合，通过在教学过程中介绍微波与天线的最新应用，教学 实践中应注重培养学生的工程思维和工程意识，将工程观点 贯彻于各个教学环节中，提高分析工程问题、解决工程问题 的能力。中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791 （2012）08（c）-0169-02 随着信息时代的到来，作为信息主要载体的高频电磁波 ——微波不仅在卫星通信、计算机通信、移动通信、射频识 别等领域得到了广泛的应用，而且深入到了各行各业，甚至 在人们的日常生活也扮演着角色，因此在教授“微波技术与 天线”课程中，不但需要把理论知识传授给学生，还要在教 学过程中增强工程应用性。
1 课程有强的理论性和强的工程应用性 “微波技术与天线”课程主要涉及微波技术、天线与电 波传播和微波应用系统等方面内容，该课程既有强的理论性 又有强的工程应用性。
“化场为路”方法分析均匀传输线，它是把传输线等效 为分布参数电路，建立传输线方程，求出满足边界条件的电 压、电流的分布，分析传输线的阻抗、反射系数及驻波比等传输特性，其结构有平行双线、同轴线、带状线和微带线。
在麦克斯韦方程基础上，求出满足边界条件的波动解，得出 空间各点的电场和磁场的表达式，进而分析电磁波传输特性， 波导理论介绍矩形波导、圆波导、同轴线等的物理构成及工 作原理，它们的场结构在三维空间分布。天线理论介绍各种 线天线、面天线的三维结构、馈电原理、辐射方向图等[1]。
本课程多方面体现与工程应用紧密联系。如同轴线应用 在有线电视、闭路监控系统、电信企业的传输部门等；
波导 应用在功率较高的场合如雷达、基站等，功率分配器、隔离 器、定向耦合器等应用在室内分布系统和基站等，天线的应 用有手机天线、蓝牙天线、基站天线等等。
2 教学理论性和工程应用性不能很好结合 教材可能由于篇幅所限，或过于陈旧，不能很好地体现 微波技术与天线的实际工程应用；
教学过程中过于偏重理论 教学，实践教学所占比重较小，在有限的课时教学中传统方 式仅仅能将基本的、重要的概念、原理、方法教授给学生， 而对微波技术的发展前沿问题、最新的工程应用涉及较少；
另外缺少学科建设及科研经费，造成实验室先进仪器设备相 对匮乏，所开实验不能体现微波与天线的工程应用，也不能 提供给学生开放式教学所必需的环境。基于上述原因，教学 理论性和工程应用性不能很好结合[2]。
3 介绍最新应用以增强工程应用性 在讲授理论课程的同时，将一些实际的工程应用结合起来，介绍其中的专业术语、性能参数、使用范围，既增强学 生的学习兴趣，也开拓学生的视野，同时加深对专业方向的 了解。
3.1 同轴线 举例来说SYV电缆全称实心聚乙烯绝缘射频同轴电缆， 就是同轴电缆中的一种。SYV-75-5：SYV为视频线；
S为射频；
Y为聚乙烯绝缘；
V为聚氯乙烯护套；
75为阻抗为75Ω；
-5为 线材的粗细。SYV电缆的使用环境：设备的支架连线，闭路 电视（CCTV），共用天线系统（MATV）以及彩色或单色射频 监视器的转送，这些应用不需要选择有特别严格电气公差的 精密视频同轴电缆。视频同轴电缆的特征电阻是75Ω，这个 值不是随意选的，理论教学中证明了信号最优化的衰减特性 发生在77Ω，在低功率应用中，材料及设计决定了电缆的最 优阻抗为75Ω。
3.2 手机天线 手机天线的技术指标为：在要求的工作频率内，驻波比 小于3，天线的效率应该在40%左右。有源测试发射功率GSM：
33±2（dBm），DCS：30±2（dBm），有源测试接收灵敏度 （误码率BER<2.4%条件下），GSM：-102（dBm），DCS：-100 （dBm）。
手机天线大多处于机身底部，外部有绝缘塑料壳，握住 时手弓形成了让天线得以正常工作的空间，因此握紧手机会 使信号衰减的说法是正确的，因为人手是导体，当射频能量穿过人手时会减少信号发射和接收的能量，一些HTC手机的 说明书就写明，用户最好不要接触天线部位。苹果iPhone4 出现“天线门”事件，就是因为iPhone4的天线容易被握住， 且还会导致围绕机身边缘的两条天线被手连通的耦合问题。
而其他大部分智能手机的天线要么在最顶部，要么在最底部， 平时打电话、发短信时用户一般不会紧握这些部位。
3.3 基站天线 移动通信基站天线是手机用户用无线与基站设备连接 的信息出（下行、发射）入（上行、接收）口，是载有各种 信息的电磁波能量转换器。基站发射时，调制后的射频电流 能量 经基站天线转换为电磁波能量，并以一定的强度向预定 区域（手机用户）辐射出去；
手机用户信息经调制后的电磁 波能量，由基站天线接收，有效地转换为射频电流能量，传 输至主设备。基站天线是电磁波传输的第一道空中闸口，它 性能的好坏，严重影响到移动通信的质量。
天线的E面和H面：设天线最大辐射方向的方向矢量为n1， 天线E场方向为n2，天线H场方向为n3。那么向量n1和n2确定 的平面就是E面。n1和n3确定的平面就是H面（表1）。
3.4 蓝牙（Bluetooth） 蓝牙（Bluetooth）是一种传输范围约为10m左右的短距 离无线通信标准，用来设计在便携式计算机，移动电话以及 其他的移动设备之间建立起的一种小型、经济、短距离的无线链路。由于运行在统一频段，无线数据传输速率可达到 720bps～1Mbps，包含一套完整的加密和认证机制，因此具 有很强的安全性。蓝牙的传输距离决定了它可以作为一种小 型局域网的终端设备来与其他室内或随身的无线设备交换 数据。
如某蓝牙天线的技术指标为：中心频率：2.45GHz；
带 宽：100MHz；
增益：1.5dBi；
电压驻波比：2.0（max），主 要应用于2.4GHz无线通信、2.4GHz蓝牙模组、蓝牙系统、 802.11b/g无线局域网络系统。
3.5 功分器 功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输 出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合 成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口 之间应保证一定的隔离度。功分器的主要技术参数有功率损 耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压 驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
如某产品说明：2.4GHz功率分配器采用微带结构，带内 平坦度好、隔离度高、插损小、驻波性能良好，安装方便， 适用于蜂窝移动通信和扩频通信的室内分布系统。产品出厂 前都经过美国HP网络分析仪的严格检定。电气参数如下。
频率范围：800～2500MHz，插入损耗（含分配比） ：
≤3.5dB，隔离度：≥20dB，驻波比≤1.4，标称阻抗：50Ω， 承载功率：50W，接头型号：N座。3.6 双向定向耦合器 采用标准BJ-26以及两个L-16/50Ω标准同轴阴接头技 术设计而成的双向定向耦合器。微波功率从1端输入，从2输 出，则从3端可取得所需衰减值的入射功率的耦合信号，其 衰减值称为定向耦合器的正向衰减耦合度；
从4端可取得所 需衰减值的反射功率的耦合信号，其衰减值称为定向耦合器 的反向衰减耦合度。反向衰减耦合度与正向衰减耦合度之差 值的分贝数称为该定向耦合器的方向性系数。为方便应用， 本产品按对称设计.即：用户也可从2端输入微波功率，此时， 1端为微波功率输出，4端可取入射功率的耦合信号，3端可 取反射功率的耦合信号（如表2、图1）。
4 结语 教学改革是一个长期不断探索、逐步完善的过程。为了 使相关课程的教学更好地服务于学生，应该在教学内容上应 不断调整，适当增加一些前沿的、热门的知识点，使枯燥乏 味的教学变得生动起来，充分调动学生的学习兴趣和积极性， 培养出适应社会真正需要的人才。
参考文献 [1] 陈玉群，杨立波，王宇，等.《微波技术与天线》 课程教学改革探索[J].科技资讯，2009（32）：216.