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摘 要:天线技术具有应用性强的特点,且“天线理论与设计”课程的理论教学难度较大。因此,如何在本科教学中促进学生理解并掌握基础理论和应用技术,成为教学过程中最为重要的问题。本文对该课程的教学目标和教学方法进行了探究,以期为相关研究提供参考。
关键词:天线理论与设计;教学改革;教学方法
“天线理论与设计”课程是通信类专业的重要课程,对通信工程专业的应用及理论研究具有非常重要的作用。“天线理论与设计”课程是与实际应用紧密结合的一门应用型课程。同时,“天线理论与设计”又是经典的传统课程,课程中涉及数学、电磁场与电磁波微波工程等知识,对基础并不扎实,相关理论素养较为欠缺的本科生来说,这门课程的理论部分无疑是较难理解和掌握的。所以,如何传授天线理论基础知识,激发学生对天线设计课程的学习兴趣,是这一课程教学过程中需要面对的问题。
一、清晰明确的教学定位
学生对于场论和电磁理论的理解和掌握并不扎实。在天线理论的研究和分析方面需要运用数学工具和一些基本的公式推导,教学中并不要求学生掌握。而研究得到的结论及其物理意义,则需要教师对学生反复强调,从物理特性上让学生理解天线的一般特性。
例如,在对称振子天线的分析中,我们只是简单介绍了较难理解的对称振子天线的电流分布算法,对对称振子的辐射场结论进行了多层次的讨论。首先从方向图的参数特性上,将对称振子天线与电流源天线进行对比,强调了方向性、波瓣宽度和增益等天线性能参数的概念,并突出了两种天线的异同。其次,通过对辐射场公式的分析,明确了对称振子天线与电流源天线的内在联系原理,进而引出方向图相乘原理。最后,通过对不同臂长的对称振子天线的性能分析,引出电流分布对天线辐射场的影响,从而为学生建立场与路的联系搭桥铺路。
“天线理论与设计”课程的理论难度相对较大。所以,在本科教学中,教师应适当降低理论知识要求,减少公式的推导和证明,增加应用实例与实践教学的比重,在实例中结合理论知识点,使学生更易于理解和掌握。教学应以理解天线原理、掌握天线指标、熟悉天线应用和了解天线设计方法为目标要求。
二、增加实践环节,给学生动手参与的机会
我们在课程设置中对天线的设计部分引入了商业软件设计方法。商业软件的天线设计对基础理论的要求不高,通过教师的指导,学生完全可以使用成熟的商业软件,对简单天线进行数值仿真和优化设计。
在学生熟悉了基本的软件操作后,教师可以安排之前理论部分重点讲授的天线类型作为试验实践内容,如对称振子天线的分析。在试验中,学生根据要求对指定参数的对称振子天线建模,通过商业软件平台分析天线性能,从而进一步强化对参数的理解和对软件的使用。在教学的最后阶段,教师可以布置常用通信天线的仿真设计实践。教师可以要求学生设计并制作规定尺寸内的平面蓝牙天线,使学生了解天线设计的流程,熟悉天线的设计和天线性能参数。
三、高效新颖的教学资源
“天线理论与设计”课程需要相关基础课和专业课的支撑,该课一般以选修课的形式在第6或第7学期开设,课时相对较少。在这种情况下,如何灵活、高效地使用教学资源显得尤为重要。为了提高教学效率,在课程教学过程中,教师可以使用多媒体手段增强学生对基本概念和天线性能的理解。在實践教学环节中,对于商业软件的使用,教师整理了使用教程,购买并制作了大量的视频教程,利用网络共享的方式提供给学生,使学生可以随时随地学习软件的使用方法。对于一些基本天线的设计方法,教学团队制作了视频教程,供学生在课余时间学习。这些教学资源的使用,在很大程度上提高了课程教学的效率。
四、结语
“天线理论与设计”的难点是在有限的课时内,使学生理解、掌握常用天线的基本辐射原理,熟悉天线的参数指标和评价方法,能在此基础上通过运用商业软件分析设计一些结构相对简单的天线。对此,教师需要建立以基础理论为主、以实践教学带动基础理论的教学模式,并结合有效的教学方法和新颖的教学资源,以提高教学效率。
参考文献:
陈彭,杨晓冬,陈朝阳,杨光松,朱晓明.带有EBG反射板的缝隙多层宽带微带阵列天线[J]. 微波学报,2014,30(1):34-38.
基金项目:福建省自然科学基金面上项目(项目编号:2016J01312),厦门市科技局科技计划项目(项目编号:3502z20153010),集美大学博士启动基金(项目编号:ZQ2014008),福建省教育厅青年重点项目。
关键词:天线理论与设计;教学改革;教学方法
“天线理论与设计”课程是通信类专业的重要课程,对通信工程专业的应用及理论研究具有非常重要的作用。“天线理论与设计”课程是与实际应用紧密结合的一门应用型课程。同时,“天线理论与设计”又是经典的传统课程,课程中涉及数学、电磁场与电磁波微波工程等知识,对基础并不扎实,相关理论素养较为欠缺的本科生来说,这门课程的理论部分无疑是较难理解和掌握的。所以,如何传授天线理论基础知识,激发学生对天线设计课程的学习兴趣,是这一课程教学过程中需要面对的问题。
一、清晰明确的教学定位
学生对于场论和电磁理论的理解和掌握并不扎实。在天线理论的研究和分析方面需要运用数学工具和一些基本的公式推导,教学中并不要求学生掌握。而研究得到的结论及其物理意义,则需要教师对学生反复强调,从物理特性上让学生理解天线的一般特性。
例如,在对称振子天线的分析中,我们只是简单介绍了较难理解的对称振子天线的电流分布算法,对对称振子的辐射场结论进行了多层次的讨论。首先从方向图的参数特性上,将对称振子天线与电流源天线进行对比,强调了方向性、波瓣宽度和增益等天线性能参数的概念,并突出了两种天线的异同。其次,通过对辐射场公式的分析,明确了对称振子天线与电流源天线的内在联系原理,进而引出方向图相乘原理。最后,通过对不同臂长的对称振子天线的性能分析,引出电流分布对天线辐射场的影响,从而为学生建立场与路的联系搭桥铺路。
“天线理论与设计”课程的理论难度相对较大。所以,在本科教学中,教师应适当降低理论知识要求,减少公式的推导和证明,增加应用实例与实践教学的比重,在实例中结合理论知识点,使学生更易于理解和掌握。教学应以理解天线原理、掌握天线指标、熟悉天线应用和了解天线设计方法为目标要求。
二、增加实践环节,给学生动手参与的机会
我们在课程设置中对天线的设计部分引入了商业软件设计方法。商业软件的天线设计对基础理论的要求不高,通过教师的指导,学生完全可以使用成熟的商业软件,对简单天线进行数值仿真和优化设计。
在学生熟悉了基本的软件操作后,教师可以安排之前理论部分重点讲授的天线类型作为试验实践内容,如对称振子天线的分析。在试验中,学生根据要求对指定参数的对称振子天线建模,通过商业软件平台分析天线性能,从而进一步强化对参数的理解和对软件的使用。在教学的最后阶段,教师可以布置常用通信天线的仿真设计实践。教师可以要求学生设计并制作规定尺寸内的平面蓝牙天线,使学生了解天线设计的流程,熟悉天线的设计和天线性能参数。
三、高效新颖的教学资源
“天线理论与设计”课程需要相关基础课和专业课的支撑,该课一般以选修课的形式在第6或第7学期开设,课时相对较少。在这种情况下,如何灵活、高效地使用教学资源显得尤为重要。为了提高教学效率,在课程教学过程中,教师可以使用多媒体手段增强学生对基本概念和天线性能的理解。在實践教学环节中,对于商业软件的使用,教师整理了使用教程,购买并制作了大量的视频教程,利用网络共享的方式提供给学生,使学生可以随时随地学习软件的使用方法。对于一些基本天线的设计方法,教学团队制作了视频教程,供学生在课余时间学习。这些教学资源的使用,在很大程度上提高了课程教学的效率。
四、结语
“天线理论与设计”的难点是在有限的课时内,使学生理解、掌握常用天线的基本辐射原理,熟悉天线的参数指标和评价方法,能在此基础上通过运用商业软件分析设计一些结构相对简单的天线。对此,教师需要建立以基础理论为主、以实践教学带动基础理论的教学模式,并结合有效的教学方法和新颖的教学资源,以提高教学效率。
参考文献:
陈彭,杨晓冬,陈朝阳,杨光松,朱晓明.带有EBG反射板的缝隙多层宽带微带阵列天线[J]. 微波学报,2014,30(1):34-38.
基金项目:福建省自然科学基金面上项目(项目编号:2016J01312),厦门市科技局科技计划项目(项目编号:3502z20153010),集美大学博士启动基金(项目编号:ZQ2014008),福建省教育厅青年重点项目。