无线通信系统电磁与微波技术教学的分层设计

无线通信系统电磁与微波技术教学的分层设计*

全绍辉

(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100091)

【摘要】针对无线通信系统中的电磁与微波技术，提出将教学和实验实践划分为从内到外五个层次，包括：电磁传播层、

电磁散射层、天线层、射频电路层、系统级参数层。对这些分层所包含的电磁与微波技术的基本概念、理论、实验实践进行了

总结，给出了分层课程设计和内容规划。提出按年级进行分层培养的方案，并设计了包含基础课程类、仿真实践类、测量实践

类各栏目的微波学堂网（）。

【关键词】无线通信系统；电磁与微波技术教学；分层设计；微波学堂

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2012）12—0115—04

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证性实验。

三按年级分层培养方案设计

对电子信息类、通信工程类专业的学生，尽管大多数电

磁与微波类课程的系统学习需要到研究生阶段进行，但对部

分感兴趣、有余力的本科生，仍可以在本科阶段按照年级逐

渐实行电磁与微波技术分层培养的方案，表2 给出具体方案

设计。按此方案，从大二开始，到大四结束，可以初步完成

一个完整轮次的分层培养和训练。如果具备条件，在研究生

阶段还可进一步深入学习和实践。

表2 按年级分层培养方案

年级已有专业课基础分层实验实践安排

大二下学期电磁场理论“电磁传播层”实验实践

大三上学期电磁场理论，微波技术“射频电路层”实验实践

大三下学期电磁场理论，微波技术“天线层”、“电磁散射层”实验实践

大三暑期生产实习电磁场理论，微波技术“系统级参数层”实验实践

大四上学期

课程设计

电磁场理论，微波技术

选择“电磁传播层”、“射频电路层”、“天线层”、“电磁散射层”、

“系统级参数层”之一进行深入选题设计。

大四上学期电磁场理论，微波技术，相关专业选修课

根据分层学习和实验实践建立起的对通信系统的整体认识，选择

相关专业选修课，并进行毕业设计预选题。

大四下学期电磁场理论，微波技术，相关专业选修课根据学习基础和兴趣最终确定毕设题目，开展毕设课题工作。

研一上学期本科阶段课程，高等电磁场理论，天线天线参数测量，电磁传播层研究型实验。研一下学期

本科阶段课程，高等电磁场理论，天线，微波工程，

散射

RCS 测量，系统级参数测量。

研二-研三全部本硕专业课程硕士选题、开题，开展毕设课题研究。

四辅助教学网站设计

分层培养是一个系统的工程。为扩展学生眼界，增强实

验实践训练，促进各级同学之间交流、各门课程之间交流，

我们设计了辅助教学网站：微波学堂网（）。

考虑到无线通信系统分层的每一层的教学内容都涉及

基础理论、仿真方法、测量方法等三大类，我们将微波学堂

网的前几个主要版块分为三类：基础课程类、仿真实践类、

测量实践类。其名称、定位、内容简介如表3 所示。

表3 微波学堂网主要版块

类别版块名称版块定位和内容简介

在线课程

主要包括目前已经开设出的电磁和微波相关本科和研究生课程。这些课程的各方面条件建设和资源配置相对完善，

如“微波技术”、“高等电磁场理论”等。每门在线课程又有四个细分的子栏目，涵盖了教学的各方面，包括：课程

公告、资料下载、实验实践、交流答疑。

基础

课程类

其他课程

主要包括“在线课程”以外的一些电磁和微波相关的基础课程，开设有经典教材讨论区。随着这些课程的相关资源

配置和教学条件的不断成熟和完善，其最终发展目标是升级为在线课程。

仿真

实践类

电磁、射频、

微波仿真

以各种电磁和微波计算仿真软件的讨论、交流、学习为主，涵盖的软件包括：HFSS、CST、FEKO、ADS 等。

测量

实践类

电磁、射频、

微波测量

根据测量目标和原理的不同，将电磁和微波相关的测量技术分为反射和传输测量、辐射和散射测量、信道和系统测

量等内容，设置相应栏目。

五结论

本文提出将无线通信系统中的电磁与微波技术划分为

电磁传播层、电磁散射层、天线层、射频电路层、系统级参

数层，分层进行课程设计、内容规划和学习实践，设计了按年级分层培养的方案，构建了辅助教学的微波学堂网站。这种方法的特点和优点是：

（1）可以解决传统教学中通信系统的电磁与微波技术

定位不清晰的问题。通过设计完整、完备的电磁与微波技术的分层学习和实验实践方案，可以使电磁与微波类课程学习与无线通信系统及实际科研工程紧密结合，提高了学习的针对性和效率。

（2）在分层学习和实验实践中，学习者既可掌握无线通信

系统中的关键电磁与微波技术，又能充分了解系统整体构116 层之后，可以开展有针对性的教学。

二分层课程设计和内容规划

以北航电子信息工程学院所开设课程为例，表1 给出与

无线通信系统中电磁与微波技术分层相关的电磁与微波类

的主要课程列表。在本科阶段开设的必修课程一般有“电磁场理论”和“微波技术”两门，其他为选修课。电磁与微波技术大部分课程的系统学习通常在硕士研究生阶段进行。

表1 分层课程设计

分层类别课程名称课程类型

电磁场理论本科必修

电磁传播层

高等电磁理论研究生

电磁散射理论及工程研究生

电磁散射层

几何绕射理论研究生

通信天线与馈电系统本科选修

天线层

天线理论与工程研究生

微波技术本科必修

微波工程基础研究生

微波电路与器件本科选修

微波电子线路研究生

射频电路层

射频集成电路EDA 研究生

系统级参数层微波通信系统研究生

1 电磁传播层

如表1 所示，关于电磁传播层内容的学习通常在本科阶

段的“电磁场理论”和研究生阶段的“高等电磁理论”中进行

[5]

。

电磁传播层所涉及的与无线通信相关的主要基本概念

和理论一般包括：（1）平面波和均匀平面波；（2）媒质中的波；（3）波的合成：行波、驻波、行驻波；（4）波的合成：