微波技术与天线期末

微波技术与天线期末（精选7篇）

微波技术与天线期末 第1篇

填空：

1、无耗传输线工作状态（1）行波状态（2）纯驻波状态（3）行驻波状态

2、传输线的损耗分（回波损耗）（插入损耗）

3、阻抗匹配：负载阻抗匹配、源阻抗匹配、共轭阻抗匹配

4、波导的一般理论包括三个部分：广义传输线理论、分离变量法、简正模理论。

5、带状线的衰减主要由（导体损耗）和（介质损耗）引起。

6、微带线的高次模有两种模式：波导模式和表面波模式

7、无色散最高频率为4GHz

8、矩阵的性质：互易网络、对称网络

9、矩阵：阻抗矩阵、导纳矩阵、转移矩阵、散射矩阵

10、如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类：线天线和面天线

11、按极化方式分天线分：线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线

12、电波传播方式：视距传播、天波传播、地面波传播、不均匀媒质传播

13、衰落现象大致可分为：吸收型衰落和干涉型衰落

14、传输失真原因有：媒质的色散效应和随机多径传输效应

名词解释：

特性阻抗——传输线上行波的电压与电流的比值 传播常数：由衰减常数和相位常数构成

相速--—传输线上行波等相位面沿传输方向的传播速度

带状线：带状线仍可理解为与同轴线一样的对称双导体传输线，传输的主模是TEM模。

色散：是指电磁波的相速随频率而变的现象 天线：用来辐射和接收无线电波的装置称为天线 方向图：指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强即归一化场强的大小随方向变化的曲线图。

天线效率：天线辐射功率 与输入功率Pin之比；要提高天线效率，应尽可能提高辐射电阻，降低损耗电阻

线天线：横向尺寸远远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线。阵列天线：由若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵 智能天线：由天线阵和智能算法构成，是数字信号处理技术与天线有机结合的产物

面天线：电流分布在天线体的金属表面，且口径尺寸远大于工作波长的天线称为面天线。

衰落：一般是指信号电平随时间的随机起伏

简答：

1、什么是微波？微波有什么特点？

微波是电磁波谱中介于超短波和红外光波之间的波段，属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，频率范围300MHz—3000GHz(对应空气中波长λ是1m —0.1mm)特点：似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播性、分布参数不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。

2、微波传输线的分类？ 第一类是双导体输传线，它由二根或二根以上平行导体构成；第二类是均匀填充介质的金属波导管；第三类是介质传输线

3、试说明为什么规则金属波导内不能传播TEM波？

空心金属波导内不能存在TEM。这是因为如果内部存在TEM波，则要求磁场应完全在波导的横截面内，而且是闭合曲线。有麦克斯韦第一方程知，闭合曲线上磁场的积分应等于与曲线相交链的电流。由于空心金属波导中不存在轴向即传播方向的传导电流，故必要求有传播方向的位移电流。由位移电流的定义式：Jd=D/t，这就要求在传播方向有电场存在，显然这个结论与TEM波的定义矛盾，所以金属波导内部能传播TEM波。

4、微波集成传输线概念特点？

它是由微波技术与半导体器件及集成电路结合而成的，从而产生了集成化的平面结构的微波传输线，集成化的微波传输线称为微波集成传输线。（1）体积小、重量轻、性能好、一致性好、成本低（2）具有平面结构，通过调整单一平面尺寸来控制其传输特性。

5、天线的基本功能

（1）天线应能将导波能量尽可能多的转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机匹配或与接收机匹配。（2）天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接受，即天线具有方向性。

（3）天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。（4）天线应有足够的工作频带。

6、天线的电参数有哪些？

方向图（主瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数）、天线效率、极化特性、频带宽度、输入阻抗

7、从接受角度讲，对天线的方向性有哪些要求？

（1）主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰。（2）旁瓣电平尽可能低。

（3）天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点，以便将零点对准干扰方向，而且当干扰方向变化是，零点方向也随之改变，称为零点自动形成技术

8、智能天线技术的主要优点有？

（1）具有较高的接收灵敏度；（2）使空分多址系统(SDMA)成为可能；（3）消除在上下链路中的干扰；（4）抑制多径衰落效应。

计算：

微波技术与天线期末 第2篇

天线与微波技术国防科技重点实验室

通过验收

1998年6月27日由总装备部和电子工业部委派的专家评估委员会在电子部第14研究所对天线与微波技术国防科技重点实验室南京分部进行了考察评估，28日又在西安电子科技大学对重点实验室西安分部进行了考察评估，认为“实验室已按任务书完成建设项目，具备了验收条件，一致同意通过评估”。

微波天线融雪技术与方法 第3篇

关键词：微波天线,融雪,维护保养

1 引言

当前, 卫星通信在国内无线通信、国际通信及应急通信等重要领域得到了广泛应用, 如广播电视、石油通信、电力监控、银行、证券、民航空管等行业用户都建有卫星通信专网满足本行业的通信业务需求。卫星通信天线是卫星通信地面站的重要设备, 是无线电设备系统实现能量转换的装置, 承担着信号发射和接收电磁波的作用。而卫星通信系统大多工作在微波频段, 在空气湿度较大的高纬度地区使用的天线, 逢深秋、冬季, 当气温低于0摄氏度或湿度较大, 遇到降雪、雨夹雪天气时, 天线反射面会有结冰、积雪现象。反射面表面积冰雪后, 不仅增加载荷, 并且由于冰厚、雪厚不均匀, 出现不规则的凹凸不平, 电磁波反射后发生散乱, 产生不规则的相位变化使方向图畸变, 反射面的实际反射效率显著降低。因此工作在易积冰、雪地区的天线, 应对天线反射面、馈源口面进行融雪除冰处理。同时, 还需要定期对天线进行必要的维护保养 (除锈、喷漆、润滑等) 。

卫星天线采用加热或吹风融雪技术一直为广大卫星通信用户所关注, 国内大多数用户采用人工除雪、开放式吹风除雪装置、加装发热电缆、安装热风机等方式。其中人工除雪操作困难, 耗费资源, 易产生危险;开放式吹风除雪装置、加装发热电缆、安装热风机等方法不仅热效率低、加热不均匀、耗电量高, 而且存在系统复杂、运行稳定性差、设备成本高、操作复杂等不足, 也无法保证卫星通讯质量高。

为消除冬季冰雪对卫星通讯造成的质量下降或中断巨大影响, 确保卫星通讯信号安全传输, 经过我站不断地比较、研究和分析后, 对我站目前采用三种卫星天线除雪装置:开放式吹风除雪装置、贴热膜融雪装置和加热吹风融雪装置的具体内容、原理, 涉及的环节进行概述。表1为3种天线除雪方式的对比, 仅供参考。

2 开放式吹风除雪装置

吹风除雪装置是我站建站初期所采用的一种除雪装置, 也是当时市场上一种主流的除雪方式之一。该系统主要是通过在卫星天线附近安装专用通风机箱、通风管道的方式向天线表面输送风速较快、风压较大的气流, 使降雪不能落在天线表面或将已落在天线表面的积雪快速吹走, 使天线表面始终保持干燥状态。这种方式不改变卫星天线结构;对于一般中小雪, 除雪响应及时, 除雪较彻底, 效率较高;在建站初期确实节省了大量的维护人力、物力资源, 有效降低了卫星网络的维护成本。

但随着时间的推移, 使用此除雪系统弊端逐渐显露。系统设备固定, 难调整;我站多副天线在维护天线时需将天线仰至90°时, 该装置巨大的通风管道会直接影响到天线仰天的效果, 天线转至其他卫星时存在通风口不能及时对准天线面, 从而失去了吹风除雪的效果。在调整通风管道时, 势必会占用大量的人力、物力和时间。有些地球站将通风管道加长, 这确实能够有效地改善由于天线转动而产生的成本, 但却损失了出风口风量强度, 不能有效地发挥该系统应有的作用。在遭遇大雪、暴雪天气或降雪黏性强时, 此系统不能有效彻底清除天线面积雪, 严重影响接收信号质量, 需要配合人工使用高压水枪进行水冲除雪, 操作复杂、繁重, 具有一定危险性, 对人身安全、设备安全易产生影响。

3 贴热膜融雪装置

贴热膜融雪装置是为卫星通讯天线融雪除冰而设计的, 采用在卫星天线背面附着一层电热膜, 并通过温度传感器控制电热膜通电方式, 实现对卫星天线的融雪除冰。此种电热膜不同于通常的电热丝式的电热材料, 它采用高分子聚合材料涂覆在绝缘基层上, 通电后涂层中的碳素和金属粒子中的自由电子发生震动和摩擦, 即“布朗运动”, 从而产生热量, 并利用涂层中的矿物组分的集波功能, 使热量主要以远红外辐射方式传递, 具有热量分布均匀、效率高, 便于异形加工和不怕局部破损的特点。电热膜外部的保温层选用耐高温环保保温材料加工, 并用高强度密封材料密封, 确保电热膜防尘、防雨。我站的贴热膜融雪装置是目前技术较新的卫星通讯天线融雪除冰装置, 其特点为加热面积大、加热均匀、热效率高、不易燃、材料轻薄、安装便捷。

但该装置由于加热膜直接暴露在天线反射面背面, 热量有所损失、耗电量大, 如遇大口径天线, 若一整副天线的加热膜同时开启, 会导致电量超负荷, 所以我站目前将其调整为分区域开启, 从而延长了融雪的时间, 我站共有15副大尺寸天线, 若遇持续性大雪, 融雪将不能及时进行。此电热膜存在密封不好漏水的可能性, 导致电路短路的危险, 需要厂家定期配合检查维护。加热膜保温板长期暴露在外, 由于受到热胀冷缩或鸟禽类啄食, 会存在开裂现象, 后期维护起来较为复杂。

4 加热吹风融雪装置

加热吹风融雪装置是基于空气热传导原理, 通过加热天线后方密闭空间的空气, 使其达到一定温度后, 天线主反射面铝板吸热、升温后天线表面积雪可快速融化。同时, 天线反射面表面维持一定温度, 防止再次产生积雪, 确保不影响通信链路畅通实现卫星天线自动融雪、除冰功能。系统由控制器根据安全控制逻辑, 在检测到降雪条件时, 启动每个热风机, 当降雪结束后, 加热器可自行延时关闭。系统不仅融雪效果好, 速度快, 而且设备简单、可靠性高、安装方便、不用改造现有设备, 从而满足国内卫星通信地面站用户对卫星通信天线融雪装置的需求, 可广泛应用于单向、双向的C波段、Ku波段等大口径卫星通信天线。

加热吹风融雪装置通过安装在反射面背面的温度传感器实时采集天线反射面不同区域的表面温度, 并且实时监测天线外界环境温度。当系统检测到下雪天气条件时, 系统自动控制加热器的启动和停止, 达到用户设定温度时, 加热器自动停止运行, 但风机会延时停止。同时, 系统实时监测和判断各部件运行状况和告警信息。

该系统由控制器、Fan-Heater加热器、保温板、温度采集盒 (TSA) 及加热通道 (扇区) 温度传感器、冰雪传感器 (Di S) 等部件组成。

控制器是系统核心组成部分之一, 采用标准户外防水机箱, 控制部分MCU采用ARM单片机架构, 实现各种传感器信号处理、运行安全控制逻辑, 具有简单的人机交互界面, 存储用户设置参数并实时读取传感器信号。当某一传感器出现故障或异常时输出告警信息。

Fan-Heater加热器实现电能和热能转换, 通过风机使空气循环加热、升温。符合标准工业级设计标准, 防护等级IP54, 内置多级过热保护装置、内设延时继电器, 机器发生故障停机后, 风扇延时关闭, 防止机器内温度过高, 有利地保护机体部件。核心发热部件采用高质量合材料和特殊制造工艺, 确保系统能够长期可靠运行。

冰雪传感器 (Di S) 安装在主反射面边缘, 自动检测降雪、降雨天气条件并向控制器提供信号。

温度采集盒 (TSA) :实现多路加热通道 (扇区) 温度传感器信号采集、处理并通过串口提供给控制器, 最多支持5路数字和模拟温度信号采集和处理。

温度传感器:采用数字式或模拟式, 实时测量每个加热通道 (扇区) 温度。

保温材料采用绝热板材, 厚度30mm。双面复合加厚防腐铝箔, 防火等级达到B1级, 导热系数0.03w/kxm, 且重量轻 (密度32Kg/m3) 、耐候性强, 防水, 使用温度-40°C~72°C, 适合在户外环境下使用。保温板安装通常利用天线反射面支撑梁 (辐射梁) 固定L型龙骨, 后将保温板按照天线尺寸分块固定在龙骨上, 板材接缝进行防水密封处理。

该装置是我站目前天线应用最多的装置, 也是目前最适合我站使用的一种装置。其耗电量低, 加热效果好, 也受国内外的很多地面站青睐。一般一副12米的天线, 需装四个热风机, 配合天线反射面后包裹的高温防火板, 经实际大雪天气测试, 将天线表面加热至10oC以上只需10分钟。该装置通过雨雪感应装置, 可进行自动 (Auto Mode) 模式和手动 (Manual Mode) 模式切换。在自动模式下, 系统实现无人值守、自动运行, 当天线主反射面温度低于16℃, 环境温度低于4℃时, 如果冰雪传感器感应到降雪天气条件, 控制器每隔0.3秒依次打开每个加热器进行循环加热, 并使天线反射面保持在用户设定的温度值。在此期间, 系统自动控制加热器启动和停止。当系统检测到没有雨、雪信号时, 则系统延时加热一定时间后自动停止运行, 如再次检测到雨雪信号, 系统则重新启动加热程序。手动模式可通过手动强制启动或停止每个加热器, 主要用于系统检测和维护。下雪时, 可根据当前室外温度和降雪量, 自动开启一个或多个热风机, 将天线始终保持在冰雪融点以上。

5 小结

以上几种除雪装置都有自己的优势, 考虑到地理位置、台站规模、经济效益标准、卫星通讯天线的尺寸和结构选择不同的除雪方式会达到更理想的效果。天线除雪装置的设计和安装是保障安全传输发射的有效手段之一, 也是无线局信息化建设的一个重要步骤。这是我站经过长时间的实际测试, 总结出微波天线除雪装置的一些经验, 还请大家根据实际情况, 本着节约人力、物力和维护成本, 选择最适合自己的方式。

参考文献

[1]卫星通信地面站天线工程测量技术.人民邮电出版社.

[2]数字卫星广播与微波技术.中国广播电视出版社.

电波与天线期末复习 第4篇

5.静电屏蔽：封闭导体壳（不论接地与否）内部电场不受壳外电荷的影响；接地封闭金属壳外部电场不受壳内电荷的影响。

6.静电屏蔽的应用：高压电力设备安装接发金属栅网，电子仪器的整体或部分用接电金属外壳。7.电位移矢量：D=εE 8.矢量的数量级、向量积。

9.磁场中的“高斯定理”：在稳恒电流的磁场中，通过任意闭合曲面S的磁通量恒等于零。10.磁感应强度：B 11.磁介质可按其磁特性分为三类：顺磁质、抗磁质、铁磁质。12.磁介质的绝对磁导率：μ 真空的绝对磁导率：μ0

磁介质的相对磁导率：μr=μ／μ0 13.感应电流的磁通量总是试图阻碍引起感应电流的磁通量的变化。14.当线圈不动而磁场变化时，穿过线圈的磁通量也会发生变化，由此而引起的感应电动势叫做感生电动势。

15.横电磁波（TEM）：电磁波中的电场矢量E和磁场矢量H互相垂直，并与传播方向垂直。16.D=εE

B=μH

J=σE 17.定义E与H的比值为空间的本质阻抗（波阻抗）。η=E／H=（μ／ε）1/2 18.HFSS是三维电磁仿真软件。

19.视距传播：又称直接波传播，是指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式。20.视距传播主要用于超短波及微波通信。21.电离层传播主要用在短波频段。

22.地面传播是指电磁波沿着地球表面传播的情况。电波是紧靠着地面传播的，地面的性质、地貌、地物等情况都会影响电波的传播。在长、中波波段和短波的低频段（103Hz～106Hz）均可用这种传播方式。短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。

23.趋肤效应：在高频工作下，电磁波在导体内受到极大的衰减，电流只能集中在导体的表层流动。频率越高，趋肤效应越显著。24.传输线是传输电磁能的一种装置。

25.在电力工程中，即使长度为1000m的传输线，对于频率为50Hz（即波长为6000Km）的交流电来说，仍远小于波长，应视为短波。26.当传输线的负载阻抗等于特性阻抗时，处于行波状态；当传输线终端短路、开路或接电抗负载时，处于驻波状态。

27.传输线的反射系数（Г（z））：均匀无耗传输线上某处的反射波电压与入射波电压之比。0≤|Г（z）|≤1

28.传输线的驻波系数（VSWR）：电压（或电流）驻波比定义为电压（或电流）最大值与最小值之比。1≤|VSWR|≤∞ 29.波导中的模式是指电磁场在波导中的分布模型。

30.TEmn中，m表示场强沿宽边（x方向）变化时出现的最大值数目（半波数）。下标n表示场强沿窄边（y方向）变化时出现的最大值个数（半波数）。主模（基本模）指TE10波。

31.波导中存在的波的基本条件：其场结构必须满足波导的边界条件；传输信号的工作频率须高于该模式的截止频率。32.P67 例3-1 33.天线：可以接收或发射电磁波的装置。

34.电基本振子的远场区是一个沿着半径方向向外传播的横电磁波。35.波阻抗：辐射场的电场强度与磁场强度之比是一常数，它具有阻抗的量纲。

36.辐射场的强度与距离成反比，即随着距离的增大，辐射场减小。37.E面方向图是通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面内辐射方向图；H面方向图是通过天线最大辐射方向并垂直于E面的平面内辐射方向图。

38.主瓣宽度：是主瓣最大辐射方向两侧、半功率点之间的夹角，即辐射功率密度降至最大辐射方向上功率密度一半时的两个辐射方向间的夹角，以2θ0.5表示。主瓣宽度越窄，天线的方向性就越强。39.增益：在输入功率相等的条件下，天线在最大辐射方向上某点的功率密集度和理想的无方向性天线在同一点处的功率密度（或场强振幅的平方值）之比。

40.天线效率：天线辐射功率PΣ与输入到天线的总功率Pі之比，记为ηA。

41.天线方向系数和效率越高，增益系数越高。

42.天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗时天线效率最高，此时天线获得最大功率。

43.线极化：电场矢量只是大小随时间变化而取向不变，其端点的轨迹为一直线。

44.圆极化：电场振幅为常量而电场矢量以角速度ω围绕传播方向旋转，其端点的轨迹为一圆。

45.天线的频带宽度：中心频率两侧，天线的特性下降到还能接受的最低限时两频率间的差值。

46.根据互易定理可以得出：同一个天线既可以用作发射，又可以用作接收。对同一天线不论用作发射或用作接收，性能都是相同的，即天线的特性参数不变，如方向特性、阻抗特性、极化特性、通频带特性、等效长度、增益等都相同。

47.天线阵:将若干个相同的天线按一定规律排列起来组成的天线阵列系统。

48.天线阵的作用就是用来增强天线的方向性，提高天线的增益系数，或者为了得到所需要的方向特性。

49.方向性乘积定理：由相同天线单元构成的天线阵的总方向性函数（或方向图）与阵因子（方向图）的乘积。只有各天线单元方向性函数相同时才能应用该定理。

50.引向天线的最大辐射方向在垂直于各振子方向上，且由有源振子指向引向器，所以，它是一种端射式天线阵。

51.由于工业干扰大多是垂直极化波，因此我国的电视发射信号采用水平极化，即天线及其辐射电场平行于地面。

52.若天线的阻抗、方向图等电特性在一倍频程（fmax/fmin=2）或几倍频程范围内无明显变化，就可以称该天线为宽频带天线。53.宽频带天线的条件：

a.角度条件：天线的形状仅取决于角度，而与其他尺寸无关。换句话说，当工作频率变化时，天线的形状、尺寸与波长之间的相应关系不变。

b.终端效应弱：当天线为有限长时，如果天线上的电流衰减很快，则天线辐射特性主要由载有较大电流的那部分决定，而其余部分作用较小，若将其截去，对天线的电性能影响也不大，这样的有限长天线就具有近似无限长天线的电性能。

54.理想缝隙天线的横向尺寸远小于波长，纵向尺寸通常为λ/2.55.如果波导壁上所开缝隙能切割波导内壁的表面电流线，则波导内壁电流的一部分将以位移电流的形式通过缝隙，因而缝隙被激励，并将波导内的功率通过缝隙向空间辐射电磁波，这种缝隙称为辐射缝隙。当缝隙轴向方向与电流线平行时，不能在缝隙区建立切向电场，因此缝隙未被激励，不能向外辐射功率，这种缝隙称为非辐射缝隙。56.根据波导内传输波的形式又可将缝隙天线分为谐振式缝隙天线阵和非谐振式缝隙天线阵。谐振式缝隙天线阵波导终端通常接短路活塞，波导内传输波的形式是驻波；非谐振式缝隙天线阵波导终端通常接匹配负载，波导内传输波的形式是行波。

57.微带天线是由一块厚度远小于波长的介质板（称为介质片）和覆盖在它的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板的一面称为接地板，而尺寸可以和波长相比拟的另一面称为辐射元。

58微带天线的馈电方式分为两种：一种是用微带传输线馈电，称为侧面馈电；另一种是用同轴线馈电，又称底馈。

59.面天线：主体是尺寸远大于工作波长的金属面状结构。面天线用在无线电频谱的最高端，特别是微波波段，其最重要的特点是具有强方向性。

微波技术与天线课程教学教改研究 第5篇

一、构建多媒体手段, 计算机辅助

设计与《微波技术与天线》课程教学整合模式

(一) 多媒体融入《微波技术与天线》课程教学模式的原则和实施

1、突出主体性以及独立性与相互作用性统一原则

在教学过程的不同阶段, 教师与学生的主体地位不是一成不变的。在教学大纲的制定、电子课件的制作、纸质教案的编写、教学过程的组织中, 教师是主体, 教师主体的作用体现在投入更多的精力, 做好服务于学生的准备。在课堂教学阶段, 学生是主体, 教师的角色要发生转变, 以学生为中心, 强调学生是信息加工的主体, 是知识意义的主动建构者;学生获取知识不是由教师灌输的, 而是由学生在一定的情境下通过协作、讨论、交流、互相帮助, 并借助必要的信息资源得到的。

2、多媒体和《微波技术与天线》课程教学的整合实施

(1) 课前准备

课前准备阶段, 需要根据教学大纲编写教学教案, 进行教学组织。一是教学教案。教学教案包括纸质教案和电子课件。编写教案与制作电子课件, 应根据教学大纲的要求, 结合教学经验, 认真分析课程内容的特点, 明确最适宜采用多媒体手段的教学内容。就“微波技术与天线”课程而言, 适合采用多媒体手段进行教学的内容如下:传输线的基本理论:行波的瞬时分布及振幅分布, 长线终端短路、开路、接负载时电压、电流及阻抗的分布, 长线终端接一般负载阻抗时沿线电压、电流及阻抗分布, 端接任意负载时均匀有耗长线上电压、电流及阻抗分布, 圆图;波导理论:几种常用的微波传输系统, 从平行双线至矩形波导的演化过程, 波导模式中的场分量变化规律、电磁场结构透视图、波导壁上的电流分布图, 微带传输线中微带的色散效应和高次模式的影响, 微带传输线中带状线, 微波传输线中激励与激励装置;微波元件:一端口元件中的短路活塞、匹配负载、失配负载, 二端口元件中的连接元件、匹配元件、衰减与相移元件、波形变换元件、滤波元件, 三端口分路/合成元件, 四端口元件中的双T和魔T接头、定向耦合器、平行耦合带线定向耦合器;微波铁氧体元件中的隔离器;谐振器:各种微波谐振腔结构, 矩形腔、圆柱腔各谐振模式的场分布图, 圆柱腔的谐振模式图, 同轴谐振腔, 环形腔, 微带谐振腔, 介质谐振腔, 谐振腔的耦合与耦合装置, 谐振腔的等效电路;天线:基本振子幅射, 线天线, 面天线;微波应用系统。根据教学大纲, 对不适合多媒体教学的要写出纸质教案, 按传统教学方法教学;对适合多媒体教学的要制成电子课件。一些较复杂的图形和实验, 应能在电子课件中得到很好的反映。

(2) 教学组织

在教学实施前, 还要做一些案头准备工作, 把授课内容的提纲写下来, 理清头绪, 做好两种教案在教学过程中平滑衔接的准备工作, 使得教学过程有条不紊地进行, 以掌握教学的主动权。

(3) 课堂组织

教师授课要组织课堂, 要充分认识到多媒体只是教学的一种手段。教师在教学过程中要争取主动, 合理展示多媒体的优势, 把握住多媒体手段与传统教学手段进行切换的最佳时机, 探索适应多媒体教学的授课速度。

(4) 教与学的整合与优化

利用电子课件信息量大、教学内容呈现立体化和交互界面友善的特点及教师授课速度的可控性, 将多媒体手段与传统教学方法有机结合, 扬长避短、优势互补。如“微波技术”课程中的圆图部分, 本文用传统教学方法讲授圆图中的等反射系数圆方程、阻抗圆图方程、导纳圆图方程, 给合多媒体手段将各种圆图在计算机上实现。实现的途径有两条:第一, 根据相应的数学公式直接编制程序, 给定参数后, 直接得到结果, 但这种方法没有对圆图进行操作, 无法理解圆图的基本特点;第二, 应用高级语言将圆图绘入计算机, 在计算机上直接对圆图进行操作, 每一步操作会在屏幕上显示相应的结果, 这种方法既方便又能使学生彻底理解圆图的基本特点, 巩固所学的概念。

(二) 计算式辅助设计和《微波技术与天线》课程教学整合模式

在微波技术与天线课程教学中, 涉及数学知识较多、公式冗长、计算烦琐, 而且经常还要用到多种特殊函数, 因此常常借助于计算机, 这样不仅可以省时、省力, 而且比较直观、形象, 如C、C++、Fortran、Pascal和Basic都成为微波技术与天线中计算机辅助分析、辅助设计、辅助计算的工具, 还有一些专用的程序和工具如Matlab, ADS-Advanced Design System, IE3D等软件在微波技术与天线中起到手工无法代替的作用。在天线优化设计中, 由于天线的一些参数如天线增益与工作带宽, 主瓣宽度与旁瓣电平往往是相互矛盾的, 用计算机很容易解决这一问题。另外, 我们在研究传输线理论时, 常用SMITH圆图理论, 传统做法是手工作图法进行传输线上的阻抗与反射系数的换算以及进行阻抗匹配, 现在, 传输线问题也可以借助计算机进行辅助计算, 采用计算机求解, 能做到准确、快捷;并且还可以在显示器上显示圆图的动态求解过程, 比较形象、直观。借助计算机辅助设计将课程中较复杂, 难以理解的形象、直观化, 有利于提高教质量。

二、教学内容设计和教学方法、手段的改进

以应用为主线和重点进行教学内容的设计。《微波技术与天线》课程是一门理论性较强的课程, 无论从教的角度讲, 还是从学的角度听, 都感到非常枯燥。以应用为主线和重点进行教学内容的设计, 就是努力改变理论教学的枯燥性, 使其向实践的生动性贴近, 增强学生学习的针对性, 极大地调动学生的兴趣和积极性。首先, 课前准备内容的精心设计, 通常意义上的课前准备是指在开课前, 教师和教研室应当进行诸如:教学实施方案制定、教案准备、集体备课、教具和课件准备、课前试讲和练讲、学生情况了解等一系列的活动。实际上, 教学是一个双向行为, 必须双方互动, 学生也应当进行相应的课前准备。如开课前, 可以将“微波和天线及其应用”这样一个课题布置给学生, 让学生在学习这门课之前, 就利用业余时间, 广泛查阅资料, 认真考虑、思考这一课题。一方面可以增强学习的目的性和针对性, 另一方面可以扩展知识面, 培养学员的信息搜集和处理能力。需要注意的是, 由于学生此时还不了解课程内容, 必须由教师引导, 因此教师除了进行通常意义上的课前准备外, 还需要精心设计学生的课前准备内容。其次、引言内容的精心设计, 一个好的引言能激发学生求知的欲望, 提高学习积极性。通过灵活多变的方式, 突出以应用为重点的引言设计, 是课堂导入的有效途径。

对课堂教学内容中的重点和难点进行妥善处理, 教学内容中的重点和难点是教学内容的精髓, 如果处理不当会使学生思维受阻, 注意力分散, 时间一长就会产生越来越多的疑问, 造成学习障碍, 从而对学习失去兴趣和信心。因而一定要加强对教材内容体系的把握、加深对教材内容的理解, 综合采取多种教学方法, 妥善处理重点和难点。

实践性教学是巩固学生所学理论知识、提高学生分析和解决实际问题能力、培养学生创新能力的重要环节, 因而必须积极采取多样化的实践教学形式, 巩固学生理论学习的效果。

一是坚持习题课教学。习题课是一种最传统、最方便、最易行的实践性教学形式。坚持讲练结合, 合理安排习题课的实施时机和时间, 精心设计好每一次习题课内容和形式, 将会使学员在习题课上获得较好的实践与锻炼机会。

二是加强实验课教学。由于该课程理论性很强, 因此实验课是一个至关重要的实践环节。如进行驻波测量、波导波长的测量、衰减的测量、波导测量线的调整等内容的实验课教学, 学生通过观察形象、生动的现象, 透过现象找本质, 寻找本质的理论基础, 解决实验课中意外发生的实际问题, 不仅增加了感性认识, 加深了对内容的理解和掌握, 而且激发了解决问题的兴趣和热情。

三是增设工程实践环节。教学中发现, 由于该课程理论性强, 学生常对理论的应用性质疑, 遇到实际问题时又无从下手。例如, 给出一个实际的雷达信号测量的工程问题, 由学生查阅资料, 设计测量和调理电路, 使电路满足给定的要求。实践证明, 通过增设工程实践环节, 可进一步强化学生对理论知识的理解, 锻炼应用能力, 有效提高学员综合分析问题和解决实际问题的能力。

四是开展案例教学。案例教学是以案例为教学内容, 通过教师对案例材料的介绍、引导、提示, 学生自主阅读和分析案例思考题, 找出涉及的问题, 归纳总结经验教训, 提出自己解决问题的方案和措施, 从而加深学生对理论知识的理解和提高学员分析和解决实际问题的能力的一种实践性教学活动。案例教学是“从实践中来, 在实践中练, 到实践中干”。需要注意的是, 在进行案例教学时, 要力求案例内容的真实性和新颖性、要突出学生的主体地位、要强调以理务实、要注重与理论的学习和教授相结合。

总之, 合理利用多媒体和计算机辅助教学、精心设计上课内容和加强实践教学会使本枯燥无味的课堂变得生动起来, 加强了教师与学生的互动性, 提高了学生的学习积极性和热情。

参考文献

[1]、刘学观, 郭辉萍.微波技术与天线[M].西安电子科技大学出版社, 2006.

[2]、顾洪军, 郭颖, 薛顶柱.基于Matlab的旋转抛物面天线几种特性的仿真分析[J].长春工业大学学报 (自然科学版) , 2009 (5) .

微波技术与天线期末 第6篇

最近, 研究性教学在全国高等教育界十分流行, 主管教育的行政部门也大力提倡大学向研究性教学转变, 不但要给学生传输知识, 更要培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。从教育学上看, 研究性教学是在教师的启发诱导下, 以学生为主体, 充分开展自主学习和相互交流讨论, 以学生身边的事物和生活实际为参照, 以教材基本内容为探究对象, 让学生通过自由表达、质疑、探究、讨论等方式参与到解难释疑的活动中, 并利用所学知识去发现问题、分析问题, 最终达到解决问题的目的。也就是说, 通过让学生主动参与、亲身体验来获取实践经验, 促进学生对知识的“动态构建”, 改变“读死书、死读书”的现状。对于当代大学生来讲, 读大学不仅是单纯地获取书本知识, 而是通过学习, 锻炼判断问题、发现问题的能力, 并能提出解决方案。这就要求我们高等教育工作者采用探究式教学手段, 以问题为载体, 以探究为动力, 把问题教学和探究学习有机融合;给学生机会, 通过教师引导、学生参与等手段, 激发学生的求知欲、提高分析问题、解决问题的能力。

《微波技术与天线》这门课程是桂林电子科技大学电子信息专业的专业课之一, 课程中存在很多利用数学方法来解决物理问题的内容, 而该专业的本科生并没有开设《数学物理方程》, 从一定程度上看, 学生从数学角度来理解物理问题的能力相对薄弱。增加了畏难情绪。为解决这一问题, 针对这门课程以及本校学生的特点, 本人对《微波技术与天线》课程开展了研究性教学。在此, 谈一谈自己的看法和体会。

一、上好第一堂课

一般来讲, 学生在每门课程的开始都是充满好奇和兴趣的, 教师精彩的“绪论”课能激发起学生的学习兴趣和求知欲;反之, 学生则会失去兴趣, 甚至产生厌学情绪。尤其对于《微波技术与天线》这门课程, 它通常在大三的第二个学期开设。虽然此前学生也已接触过《电磁场与电磁波》这一课程, 但是由于《微波技术与天线》课程的难度比较大, 导致一部分学生对此课程的学习产生畏惧心理。因此, 做好《微波技术与天线》的“绪论”课就显得尤为重要。为了在第一堂课上扫除学生的心理障碍, 我们除了要向学生介绍“什么是微波技术”这些基本概念以及传授正确有效的学习方法之外, 更应重点列举一些被学生所熟知的例子来说明微波技术与天线在实际生活中的应用, 让学生对《微波技术与天线》这门课程中将要学习的内容做一个大概的了解, 让学生明白为什么必须学习这门课程, 即让学生体会到学习这门课程的必要性和重要性。对此, 我们在教学的过程中开展了“上好第一堂课”活动, 以此来增加老师对第一堂课的重视程度。老师们都积极参与到活动中, 改变以往传统、死板的上课方式, 充分利用现实生活中真实存在的例子, 通过设疑、寻找答案、得出结论这种循序渐进的方式, 来阐述《微波技术与天线》课程的基本内容以及该学科的重要性。这在很大程度上激发了学生的求知欲和学习兴趣, 取得了良好的教学效果。

二、研究课程教学特点, 利用新兴教学手段精心组织教学内容

《微波技术与天线》这门课程存在大量的数学公式推导, 而且像传输线理论、波导理论等这些内容需要在数学公式推导的基础上去理解其抽象的概念。如果学生在学习中不能够借助数学公式来理解抽象的物理概念, 就大大降低了学习兴趣。针对课堂教学中出现的问题, 任课教师应从学生的角度考虑, 认真分析和对比, 并根据本校学科和专业特点, 选择一本结构相对合理、内容体系符合实际, 同时又能体现学科的发展水平和发展态势的教材。教师在教学过程中, 不能只局限于教学材料, 更重要的是要学会对教学内容进行取舍。例如, 桂林电子科技大学是一所工程应用性较强的专业性学校, 因此在讲解这门课程时, 我们尽量回避大量的数学公式推导, 将数学问题转化为具体、形象的图形并展现在学生面前, 让其理解。例如讲解波导结构中不同模式的场分布特点时, 我们可以不采用数学方法对场的表达式进行推导, 而是可以经过简单讲解给出结论性的公式, 最后利用CST软件将波导结构中不同模式的场分布用电场线的形式画出来, 甚至结合动画效果, 让学生从直观图形中理解数学公式, 最后升华到对物理概念理解的层面上。同时, 我们还可以根据生活中经常碰到的与微波技术、天线等相关的问题, 让学生课后通过自行查阅资料、分组讨论、提出相应的解决方案来解决遗留问题, 并将学生对问题的完成情况适量的计入到期末总评成绩考核中。这种方式对学生进行了分流培养, 同时又降低了学生对期末考试的压力, 减少了学生对学习该课程的畏惧感, 意义深远。

三、将实验实践教学与学生的研究性学习相结合

桂林电子科技大学是一所培养应用型人才为目标的专业性学校, 我们在教学过程中, 除了理论教学外, 还开展了大量的实践性教学, 培养学生的动手能力和自学能力。实验教学既是学生深入理解课堂理论教学内容的重要环节, 又是应用理论知识解决实际问题的重要途径。因此, 我们对实验实践教学要引起足够的重视, 并根据实际情况合理选取实验教学内容。同时我们提出将研究性教学应用到实践教学中, 让学生在实践中发现问题、解决问题。根据此课程的特点, 我们将实验大体分为以下三种类型。

1. 验证性实验。

验证性实验主要是对书本上提出的物理现象进行验证, 这类实验用来增加对教材基本知识的理解。例如我们设计的偶极子天线辐射方向图的实验测试就是属于验证性实验, 即通过学生自己对偶极子辐射的远场测试, 提高学生对偶极子辐射方向图的直观认识, 既增强动手能力, 又加深对物理概念的理解和认识。当然还有其他许多方面, 例如波导理论、传输线理论等, 我们都设计了在计算机上进行模拟实验, 极大激励了学生的学习兴趣。事实证明, 学生通过自己亲自动手实验后, 问题也多了, 通过老师的正确引导, 学生解决问题的能力得到了较大幅度的提高。

2. 自主设计型实验。

为了让学生能进一步学习探讨, 提高独立解决问题的能力, 我们在教学过程中涉及了一些自主设计型实验。让学生自学一些专门的EDA软件 (Microwave Office、HFSS、CST等) , 对微带线、矩形波导等一些简单的传输线进行建模、仿真, 通过参数修改让学生发现哪些结构参数会影响微带线的结构参数, 哪些参数会影响波导模式的截止频率等。通过设计一些问题, 让学生自行去分析、解决。在这一过程中能使同学们有效的将理论知识融会贯通, 进而解决实际问题, 同时提高了学生实际的动手操作能力。

3. 综合性实践。

对于有较强学习能力的学生, 我们将课本上的内容与课程设计或者毕业设计相结合, 或根据老师本身的科研实际, 设计一些具有一定难度又在其能力范围内的工程性问题, 让学生通过查阅资料、走访企业的生产车间等方式进行探索解决。近几年来, 桂林电子科技大学充分和企业合作, 让学有余力的同学进入到老师的研究小组, 进行一些力所能及的模拟仿真, 或者让其参与到天线的生产过程当中去, 在参与、观察、实际操作的基础上, 去研究产品的各个部件。通过生生之间、师生之间、学生与企业技术人员间对可能或实际出现的问题进行讨论, 让学生学会及时发现问题、分析问题, 并结合自己所学的理论知识提出见解和解决问题的新方案, 最终达到解决问题的目的。这种现场指导教学的方式, 是提高探究式教学效果的最有效的方式, 通过改进教学方式, 让学生能够知道工程来源于书本知识但同时又高于书本知识, 教会学生学会利用书本知识来解决实际问题。

总之, 研究性教学是一个“发现问题、提出问题、分析问题、解决问题、总结归纳”探究的过程, 在这个过程中, 学生的学习积极性和自觉参与热情能得到极大限度的激励, 而且通过自行分析问题和解决问题, 能很好地锻炼学生的发散思维能力和创造力。这种教学模式不但保护了学生的求知欲、探索欲, 更保障了发现、探索活动沿着一定的目标问题, 围绕一定的教学中心有序高效地进行。因此, 我们应该根据不同学科、不同课程的特点, 充分利用“发现问题、提出问题、分析问题、解决问题、总结归纳”这一“教”和“学”的主线, 来挖掘研究性教学的潜力。

摘要：研究性教学已成为各高校提高教学质量的新思路和新举措。研究性教学是在借鉴国内外诸多知名高校并结合本校的实际情况下, 推行的教学改革措施。本人作为桂林电子科技大学电子科学与技术专业的一线教师、课程负责人, 以“电子科学技术”这门专业课程中的《微波技术与天线》的课程教学为例, 从“上好第一堂课”、教学内容的组织以及实践教学这三个方面阐述开展研究性教学的心得体会。

关键词：研究性教学,微波技术与天线,教学改革

参考文献

[1]刘学观, 郭辉萍.微波技术与天线[M].第二版.西安电子科技大学出版社, 2006.

[2]李素萍, 吴伟.“微波技术与天线”课程教学改革探讨[J].中国电力教育, 2011, (3) :108-109.

[3]夏祖学, 李少甫, 胥磊.《天线与微波技术》课程的教学改革研究与实践[J].实验科学与技术, 2013, (12) :49-51.

微波技术与天线期末 第7篇

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。S Y V-7 5-5:S Y V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 (d Bm) , DCS:30±2 (d Bm) , 有源测试接收灵敏度 (误码率BER<2.4%条件下) , GSM:-102 (d Bm) , DCS:-100 (d Bm) 。

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i P h o n e 4出现“天线门”事件, 就是因为i Phone4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:1.5d Bi;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H P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) :≤3.5d B, 隔离度:≥20d B, 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.