《微波技术与天线》课程教学中理论性与工程应

　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。
　　关键词：教学教改 工程思维 工程意识
　　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.