微波技术基础-概述(1)
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北京邮电大学——《微波技术基础》
14
微波概念与特点
北京邮电大学——《微波技术基础》
15
从频谱认识微波
什么是“微波”？
频率非常高的电磁波 波长范围 1毫米 ~ 1米
注：也有其它地方定 义为频率300MHz ~3000GHz，波长为 1m~0.1mm
频率范围 300MHz ~ 300GHz
北京邮电大学——《微波技术基础》
22
微波的特点
微波的特点（3）
适合高容量通信：微波的“左邻”是超短波和短波， 而它的“右舍”又是红外光波。——与左邻右舍相比， 微波频率高、通信容量大、穿透性强，适合用作高容 量无线通信。
微波与超短波、短波比较 大大扩展了通讯带宽，开辟 了微波通讯和卫星通讯
微波与光波段比较 光通过雨雾衰减很大，特别是 雾天兰光、紫光几乎看不见，这 正是采用红光作警戒的原因。而 微波波段穿透力强。
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出 来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是一 个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现新 大陆才算最后解决，因为人与地球上的尺寸比太微小 了。现在，宇航员在太空中能够清晰地看到地球是圆 形。 同样，波动性是客观存在的。但是，观察波动性却 与主观性、仪器、尺寸、时间等有关。
微 波 技 术 基 础
Foundation of Microwave Engineering 主讲人：刘凯明
北京邮电大学 2014
副教授
任课教师——刘凯明 副教授 联系方式
实验室：教三楼742房间 （电子工程学院宽带无线技术研究中 心/智能无线传输与网络研究室） 电话：62282968 Email：kmliu@bupt.edu.cn 信箱：北京邮电大学171信箱
北京邮电大学——《微波技术基础》
2
本节课内容安排
教学内容与教学安排 微波的概念及其特点 学习本课程的作用与意义 建立微波技术的观点与分析方法
北京邮电大学——《微波技术基础》
3
本节课学习要点
课程主要内容 掌握微波基本概念 熟悉微波技术特点，初步建立微波技术 的观点与分析方法
北京邮电大学——《微波技术基础》
课堂启发（突出知识点内在联系） 互动（反馈—调整、交流与沟通）
北京邮电大学——《微波技术基础》
13
绪论——学习方法
难点——数学公式繁多，不便记忆 学习方法要点 抓住重点，牢固掌握基本概念（如反射 系数、特征阻抗、匹配定义等） 把握内在联系，数学公式转化与推导 1~2本课外参考书对比学习（概念、推导） 独立作业
8
绪论——课程主要教学内容 重要知识点
传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配
波导理论（矩形波导、圆波导、同轴线）
器件原理（谐振腔、功分器、耦合器等）
北京邮电大学——《微波技术基础》
9
绪论——参考教材
参考书目
赵春晖/张朝柱．微波技术．高等教育出版社，2007 闫润卿/李英惠．微波技术基础（第三版）．北京理 工大学出版社，2004
北京邮电大学——《微波技术基础》
18
从频谱认识微波
微波频段中的一些特殊频段
L波段： S波段波段： C波段： X波段： Ku 波段： Ka 波段： 950M~1750M 10 厘米波段 5厘米波段 3厘米波段 2厘米波段 8毫米波段 (1~2GHz) (2~4GHz) (4~8GHz) (8~12GHz) (12~18GHz) (27~40GHz)
北京邮电大学——《微波技术基础》
23
微波的特点
微波的特点（4）
辐射特性：当导线中传输交变电磁能量的频率升高时， 会有部分高频电磁能量以电磁波形式沿导线周围辐射， 频率越高、辐射越强。微波的频率很高，所以其辐射 特性非常突出。这使得微波的传送不能采用低频电路 的形式，必须采用特殊的微波传输线和微波元器件；
赵克玉/许福永．微波原理与技术．高等教育出版社， 2006 廖承恩．微波技术基础．国防工业出版社，1988
先修基础课程
电磁场与电磁波
北京邮电大学——《微波技术基础》
10
绪论——习题练习参考教材
习题练习参考书目
微波技术学习与解题指南.赵春晖等.高等教育出版 社，2008年 微波技术解题指导.顾继慧编著.科学出版社,2009年 微波技术基础——概念、题解与自测.尚洪臣等.北 京理工大学出版社，2005年。
微波器件——谐振器、功分器、 耦合器等 微波基础理论 传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配 波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
北京邮电大学——《微波技术基础》
31
学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端 接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹 配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特 性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程 做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤 波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的 应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
互耦问题
计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。超高速 集成电路的互耦也是微波互耦问题。因此，微波的研究已进入 集成电路和计算机。
北京邮电大学——《微波技术基础》
24
微波的特点
微波的特点（5）
趋肤效应：即频率越高、导线中的电磁能量越紧贴导 线表面传输。材料的电导率越高、趋肤效应越明显； 量子特性：电磁辐射能量不是连续的，而是由“能量 子”组成，每个量子的能量与其频率成正比。不少物 质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，因此近年 来微波生物医疗和微波催化等领域已是热点。在特定 条件下当微波与物质相互作用时，须考虑量子效应； 热效应：穿透性强，可深入物质内部产生热效应，加 热速度快而均匀。 ……
《Microwave Engineering》 [美]David M.Pozar 电子工业出版社，2006
北京邮电大学——《微波技术基础》
7
绪论——课程主要教学内容
传输线理论 传输线和波导 微波网络分析 阻抗匹配与调谐 微波谐振器 功率分配器和定向耦合器(微波器件……)
北京邮电大学——《微波技术基础》
4
教学内容与教学安排
北京邮电大学——《微波技术基础》
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绪论——教材说明
课程教材 《微波技术基础》
电子工业出版社 2013年
课件下载
microwave2014@sohu.com SN：microwavebupt
北京邮电大学——《微波技术基础》
6
绪论——教材说明
课程参考教材 《微波工程》（第三版）
北京邮电大学——《微波技术基础》
19
从频谱认识微波
其他无线电波频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
20
微波的特点
微波的特点（1）
似光特性： 波长短，若遇反射物体几何尺寸大于或可 与波长相比拟时，传播特性与可见光相似，即会产生 透射、反射、散射和绕射等现象； 微波的两重性：微波的两重性指的是对于尺寸大的物 体，它显示出粒子的特点——即似光性或直线性，而 对于相对尺寸小的物体，又显示出——波动性。
纵观“左邻右舍”，它处于超短波和红外光波之间。
300MHz 300GHz
超短波
微波
北京邮电大学——《微波技术基础》
红外光
16
从频谱认识微波
微波在频谱划分中的位置
频率（Hz）
3 × 105 3 × 106
调 幅 广 播 无 线 电
3 × 107 3 × 108
调 频 广 播 无 线 电
14 3 × 109 3 × 1010 3 × 1011 3 × 1012 3 × 1013 3 × 10
北京邮电大学——《微波技术基础》
25
微波技术发展史
1831 : Faraday’s Electromagnetism Induction Phenomenon 1864 : Maxwell’s Equation Publication 1887 : Hertz’s Experiment for the Existence of Electromagnetic Field 1893 : Waveguide Theory for Propagation of Microwaves in a Guided Structure
长 波 无 线 电
短 波 无 线 电
甚 高 频 电 视
微波
远红外
红外
可 见 光
103
102
10
1
10−1
10−2
10−3
10−4
10−5
10−6
波长（m）
北京邮电大学——《微波技术基础》
17
从频谱认识微波
微波频段的进一步划分
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 波长范围 1m ~ 10cm 10cm ~ 1cm 1cm ~ 1mm 1mm ~0. 1mm 频率范围 波段名称 0.3 ~ 3GHz 特高频UHF 3 ~ 30GHz 超高频SHF 30 ~ 300GHz 极高频EHF 300 ~ 3000GHz 超极高频
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32
应用
基础理论作用
高频通信技术基础 高频器件设计、高频电路设计基础 天线设计技术基础 电磁兼容技术基础 后续课程理论基础：
“光纤通信”、 “天线技术”、 “电磁兼容”、 “移动通信”、……
北京邮电大学——《微波技术基础》
33
应用
从事专业领域——
合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料
发展方向 工作频段向高频段发展 小型化、宽带化 自动化、智能化
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
29
学习本课程的作用与意义
北京邮电大学——《微波技术基础》
30
学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波 在器件中传输的基本分析方法，学 习微波器件的基本原理 微波传输——传输线、波导
北京邮电大学——《微波技术基础》
26
微波技术发展史
(Continued) 1900 : Wireless Signals Transmission across the Atlantic Ocean (Marconi) 1905 : Einstein’s Narrow Relativity Principle 1944 : Microwave Traveling Wave Tube 1946 : Microwave Oven 1953 : Microstrip Antenna ……
北京邮电大学——《微波技术基础》
27
微波的应用
微波应用 雷达 地面 民用 卫星 飞行器导航 航海 空间飞行器 遥感 军用 航空交通指挥 侦查 导航 武器制导 电子战 C3系统 监测 成像 手术治疗
北京邮电大学——《微波技术基础》
28
通信
工业和生物医药 过程控制 干燥 固化处理
微波能 工业生产 家庭
无线通信系统 高频电路/器件设计开发/芯片设计 天线设计 电磁兼容性设计 雷达、电子对抗 生物医疗、地质勘探 ……
北京邮电大学——《微波技术基础》
34
建立微波技术的观点与分 析方法 怎么学？
北京邮电大学——《微波技术基础》
35
建立微波技术的观点与分析方法 波动的“客观性”与“主观性”
分布参数特性——对于微波，系统内各点磁场、电
场不同，呈分布状态,电阻、电感也呈分布状态；传输 线本身具有电阻、电感、电容，构成分布参数系统。
北京邮电大学——《微波技术基础》
21
微波的特点
微波的特点（2）
能穿透电离层的特性：地球的外层空间由于日光等繁 复的原因形成独特的电离层，普通无线电波受大气电 离层反射或吸收，对于短波几乎全反射，这就是短波 的天波通讯方式。而在微波则有若干个特殊频段上的 电磁波可以穿透电离层，成为电磁频谱中的“宇宙窗 口”，给宇宙通信、卫星通信、卫星定位、导航应用 以及射电天文学的研究提供有利条件；
北京邮电大学——《微波技术基础》
11
绪论——考试形式与教学时间
考试形式
成绩评定：平时 + 期中 + 期末 期中、期末闭卷考试
教学时间
学时：36学时 时间、地点：教三-433
北京邮电大学——《微波技术基础》
12
绪论——教学形式
讲课安排
上节内容回顾—本节重点—本节内容—本节 总结
讲课形式
14
微波概念与特点
北京邮电大学——《微波技术基础》
15
从频谱认识微波
什么是“微波”？
频率非常高的电磁波 波长范围 1毫米 ~ 1米
注：也有其它地方定 义为频率300MHz ~3000GHz，波长为 1m~0.1mm
频率范围 300MHz ~ 300GHz
北京邮电大学——《微波技术基础》
22
微波的特点
微波的特点（3）
适合高容量通信：微波的“左邻”是超短波和短波， 而它的“右舍”又是红外光波。——与左邻右舍相比， 微波频率高、通信容量大、穿透性强，适合用作高容 量无线通信。
微波与超短波、短波比较 大大扩展了通讯带宽，开辟 了微波通讯和卫星通讯
微波与光波段比较 光通过雨雾衰减很大，特别是 雾天兰光、紫光几乎看不见，这 正是采用红光作警戒的原因。而 微波波段穿透力强。
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出 来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是一 个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现新 大陆才算最后解决，因为人与地球上的尺寸比太微小 了。现在，宇航员在太空中能够清晰地看到地球是圆 形。 同样，波动性是客观存在的。但是，观察波动性却 与主观性、仪器、尺寸、时间等有关。
微 波 技 术 基 础
Foundation of Microwave Engineering 主讲人：刘凯明
北京邮电大学 2014
副教授
任课教师——刘凯明 副教授 联系方式
实验室：教三楼742房间 （电子工程学院宽带无线技术研究中 心/智能无线传输与网络研究室） 电话：62282968 Email：kmliu@bupt.edu.cn 信箱：北京邮电大学171信箱
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本节课内容安排
教学内容与教学安排 微波的概念及其特点 学习本课程的作用与意义 建立微波技术的观点与分析方法
北京邮电大学——《微波技术基础》
3
本节课学习要点
课程主要内容 掌握微波基本概念 熟悉微波技术特点，初步建立微波技术 的观点与分析方法
北京邮电大学——《微波技术基础》
课堂启发（突出知识点内在联系） 互动（反馈—调整、交流与沟通）
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13
绪论——学习方法
难点——数学公式繁多，不便记忆 学习方法要点 抓住重点，牢固掌握基本概念（如反射 系数、特征阻抗、匹配定义等） 把握内在联系，数学公式转化与推导 1~2本课外参考书对比学习（概念、推导） 独立作业
8
绪论——课程主要教学内容 重要知识点
传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配
波导理论（矩形波导、圆波导、同轴线）
器件原理（谐振腔、功分器、耦合器等）
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绪论——参考教材
参考书目
赵春晖/张朝柱．微波技术．高等教育出版社，2007 闫润卿/李英惠．微波技术基础（第三版）．北京理 工大学出版社，2004
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从频谱认识微波
微波频段中的一些特殊频段
L波段： S波段波段： C波段： X波段： Ku 波段： Ka 波段： 950M~1750M 10 厘米波段 5厘米波段 3厘米波段 2厘米波段 8毫米波段 (1~2GHz) (2~4GHz) (4~8GHz) (8~12GHz) (12~18GHz) (27~40GHz)
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微波的特点
微波的特点（4）
辐射特性：当导线中传输交变电磁能量的频率升高时， 会有部分高频电磁能量以电磁波形式沿导线周围辐射， 频率越高、辐射越强。微波的频率很高，所以其辐射 特性非常突出。这使得微波的传送不能采用低频电路 的形式，必须采用特殊的微波传输线和微波元器件；
赵克玉/许福永．微波原理与技术．高等教育出版社， 2006 廖承恩．微波技术基础．国防工业出版社，1988
先修基础课程
电磁场与电磁波
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10
绪论——习题练习参考教材
习题练习参考书目
微波技术学习与解题指南.赵春晖等.高等教育出版 社，2008年 微波技术解题指导.顾继慧编著.科学出版社,2009年 微波技术基础——概念、题解与自测.尚洪臣等.北 京理工大学出版社，2005年。
微波器件——谐振器、功分器、 耦合器等 微波基础理论 传输线理论、史密斯圆图应用 微波网络理论 阻抗变换与阻抗匹配 波导理论(矩形波导、圆波导、同轴线) 器件原理(谐振腔、功分器、耦合器等)
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学习内容
传输线理论和阻抗匹配概念，掌握传输线电路模型、端 接任意负载时传输线的特性，史密斯圆图及其在阻抗匹 配方面的应用，宽带匹配理论的设计实现；(第2、5章) 微波传输线、波导理论，矩形、圆柱形波导中的传输特 性和模式理论，单模传输条件，为“光纤通信”类课程 做基础理论准备； (第3章) 微波网络基础和微波网络矩阵分析法； (第4章) 微波基本元器件（微波谐振器、微波无源器件和微波滤 波器）的分析及其基本工作原理，以及在通信设备中的 应用，为“无线通信”类课程作准备。 (第6、7章)
互耦问题
计算机的运算次数进入十亿次，其频率也是微波频率。超高速 集成电路的互耦也是微波互耦问题。因此，微波的研究已进入 集成电路和计算机。
北京邮电大学——《微波技术基础》
24
微波的特点
微波的特点（5）
趋肤效应：即频率越高、导线中的电磁能量越紧贴导 线表面传输。材料的电导率越高、趋肤效应越明显； 量子特性：电磁辐射能量不是连续的，而是由“能量 子”组成，每个量子的能量与其频率成正比。不少物 质的能级跃迁频率恰好落在微波的短波段，因此近年 来微波生物医疗和微波催化等领域已是热点。在特定 条件下当微波与物质相互作用时，须考虑量子效应； 热效应：穿透性强，可深入物质内部产生热效应，加 热速度快而均匀。 ……
《Microwave Engineering》 [美]David M.Pozar 电子工业出版社，2006
北京邮电大学——《微波技术基础》
7
绪论——课程主要教学内容
传输线理论 传输线和波导 微波网络分析 阻抗匹配与调谐 微波谐振器 功率分配器和定向耦合器(微波器件……)
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4
教学内容与教学安排
北京邮电大学——《微波技术基础》
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绪论——教材说明
课程教材 《微波技术基础》
电子工业出版社 2013年
课件下载
microwave2014@sohu.com SN：microwavebupt
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6
绪论——教材说明
课程参考教材 《微波工程》（第三版）
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19
从频谱认识微波
其他无线电波频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
20
微波的特点
微波的特点（1）
似光特性： 波长短，若遇反射物体几何尺寸大于或可 与波长相比拟时，传播特性与可见光相似，即会产生 透射、反射、散射和绕射等现象； 微波的两重性：微波的两重性指的是对于尺寸大的物 体，它显示出粒子的特点——即似光性或直线性，而 对于相对尺寸小的物体，又显示出——波动性。
纵观“左邻右舍”，它处于超短波和红外光波之间。
300MHz 300GHz
超短波
微波
北京邮电大学——《微波技术基础》
红外光
16
从频谱认识微波
微波在频谱划分中的位置
频率（Hz）
3 × 105 3 × 106
调 幅 广 播 无 线 电
3 × 107 3 × 108
调 频 广 播 无 线 电
14 3 × 109 3 × 1010 3 × 1011 3 × 1012 3 × 1013 3 × 10
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25
微波技术发展史
1831 : Faraday’s Electromagnetism Induction Phenomenon 1864 : Maxwell’s Equation Publication 1887 : Hertz’s Experiment for the Existence of Electromagnetic Field 1893 : Waveguide Theory for Propagation of Microwaves in a Guided Structure
长 波 无 线 电
短 波 无 线 电
甚 高 频 电 视
微波
远红外
红外
可 见 光
103
102
10
1
10−1
10−2
10−3
10−4
10−5
10−6
波长（m）
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17
从频谱认识微波
微波频段的进一步划分
波段名称 分米波 厘米波 毫米波 亚毫米波 波长范围 1m ~ 10cm 10cm ~ 1cm 1cm ~ 1mm 1mm ~0. 1mm 频率范围 波段名称 0.3 ~ 3GHz 特高频UHF 3 ~ 30GHz 超高频SHF 30 ~ 300GHz 极高频EHF 300 ~ 3000GHz 超极高频
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32
应用
基础理论作用
高频通信技术基础 高频器件设计、高频电路设计基础 天线设计技术基础 电磁兼容技术基础 后续课程理论基础：
“光纤通信”、 “天线技术”、 “电磁兼容”、 “移动通信”、……
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33
应用
从事专业领域——
合成橡胶处理 废物处理 核废料 纤维废料
发展方向 工作频段向高频段发展 小型化、宽带化 自动化、智能化
从频谱认识微波
我国移动通信所用频谱的划分
北京邮电大学——《微波技术基础》
29
学习本课程的作用与意义
北京邮电大学——《微波技术基础》
30
学习什么内容？
围绕信号、功率的传输，学习微波 在器件中传输的基本分析方法，学 习微波器件的基本原理 微波传输——传输线、波导
北京邮电大学——《微波技术基础》
26
微波技术发展史
(Continued) 1900 : Wireless Signals Transmission across the Atlantic Ocean (Marconi) 1905 : Einstein’s Narrow Relativity Principle 1944 : Microwave Traveling Wave Tube 1946 : Microwave Oven 1953 : Microstrip Antenna ……
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微波的应用
微波应用 雷达 地面 民用 卫星 飞行器导航 航海 空间飞行器 遥感 军用 航空交通指挥 侦查 导航 武器制导 电子战 C3系统 监测 成像 手术治疗
北京邮电大学——《微波技术基础》
28
通信
工业和生物医药 过程控制 干燥 固化处理
微波能 工业生产 家庭
无线通信系统 高频电路/器件设计开发/芯片设计 天线设计 电磁兼容性设计 雷达、电子对抗 生物医疗、地质勘探 ……
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34
建立微波技术的观点与分 析方法 怎么学？
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35
建立微波技术的观点与分析方法 波动的“客观性”与“主观性”
分布参数特性——对于微波，系统内各点磁场、电
场不同，呈分布状态,电阻、电感也呈分布状态；传输 线本身具有电阻、电感、电容，构成分布参数系统。
北京邮电大学——《微波技术基础》
21
微波的特点
微波的特点（2）
能穿透电离层的特性：地球的外层空间由于日光等繁 复的原因形成独特的电离层，普通无线电波受大气电 离层反射或吸收，对于短波几乎全反射，这就是短波 的天波通讯方式。而在微波则有若干个特殊频段上的 电磁波可以穿透电离层，成为电磁频谱中的“宇宙窗 口”，给宇宙通信、卫星通信、卫星定位、导航应用 以及射电天文学的研究提供有利条件；
北京邮电大学——《微波技术基础》
11
绪论——考试形式与教学时间
考试形式
成绩评定：平时 + 期中 + 期末 期中、期末闭卷考试
教学时间
学时：36学时 时间、地点：教三-433
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12
绪论——教学形式
讲课安排
上节内容回顾—本节重点—本节内容—本节 总结
讲课形式