微波技术与天线论文参考文献

电磁场与微波技术，是电子信息类学科的一门非常重要的专业理论课，目的是满足学生以后从事微波天线以及射频类的相关工作需求。我整理了电磁场微波技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!

“电磁场与微波技术”课程的改革与实践

摘要：在对“电磁场与微波技术”课程的改革与实践中，分析了目前该课程的教学中存在的主要问题，结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况，整合了电磁场与电磁波、微波技术和天线理论三门课程的主要内容，加强了该课程与工程实际的结合，适应了三本学校的应用型人才的目标，并通过教学方式和考核方式等方面的具体改革措施，提高了该课程的教学质量，尤其是提高了学生对该课程的相关知识和技术的实际应用能力。

关键词：电磁场与微波技术;工程实际;考核制度

作者简介：张具琴(1980-)，女，河南信阳人，黄河科技学院电子信息工程学院，讲师;贾洁(1982-)，女，河南安阳人，黄河科技学院电子信息工程学院，助教。(河南郑州450063)

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079(2012)17-0054-02

随着信息时代的发展，作为信息主要载体发展方向的高频电磁波—微波，不仅在卫星通信、计算机通信、移动通信、雷达等高科技领域得到了广泛的应用，而且已经深入到了各行各业中，在人们的日常生活也扮演着重要角色。因此对于电子信息专业的学生来说，电磁场、微波技术与天线类课程在目前及今后都是不可缺少的主干专业课程。[1，2]但由于该课程的自身特点及对于该课程教学的一些传统认识，使得学生对该课程的知识和技能的学习和掌握不能满足国内对电磁场与微波技术及其相关专业人才的需求。为提高该课程教学质量和人才培养质量，尤其是针对三本院校的应用型人才培养目标，笔者认真分析了该课程教学中的问题，结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况，对该课程进行了一系列的改革和实践探索，并取得了一定的成果。

一、“教”“学”中的主要问题

该课程传统的教学方法是以事实性知识传授为教学目标，即课程内容是介绍“是什么”“为什么”，而缺乏“怎么做”“怎么用”，过分强调理论，而缺乏对知识的实际应用。

目前该类课程所用教材多为一本学校编著，这些教材整体突出课程内容的完整性和理论分析的严密性。对于理论基础一般也较为薄弱、更注重实际应用能力的三本学生来说算是“天书一部”，学习起来也“味同嚼蜡”，教师授课也是事倍功半，教学效果很不理想，很多三本学校对该课程的开设是“形同虚设”。

该类课程的教学模式仍是以理论教学为主的，教学方法和内容很少涉及该课程的实际知识应用和人才就业的方向指导，结果学生学完后除了知道有很多公式推导外，对该课程其他方面相关内容知之甚少，所以缺乏学习动力，教学效果不佳。

对于该课程的考核制度多为“一刀切”模式，即“考试分数定高低”，未能考虑学生的个体差异，忽视学生学习能力、学习过程、学习方式差别，不能很好调动学生的积极性和主动性。

二、改革方法和措施

1.改革传统的事实性知识传授的教学目标，更注重对实际应用能力的培养

在教学内容中，增加具体理论的应用实例分析，[3]使学生对电磁场和微波的实用性有较好的认识;增加微波技术在新科技和社会生产生活中的实际应用的一些例子，使学生有更强的学习兴趣和学习动力;课程中很多知识点的引入，都以思考题和小的科研课题的形式提出，使学生应用所学的理论知识分析解决实际问题的能力与创新、研究能力得到相应的锻炼。

增开相应的微波实验项目，使学生的实际动手能力得到很好提高，考虑到实验室建设的成本的问题，可以通过先引入微波的仿真实验项目或者引入与现有的大学物理实验、通信原理实验等成熟实验项目相结合的实验项目。[4]

2.突破传统的一本院校所编教材的限制，使学生在有限的时间内掌握具有生命力的知识基础和必要技能，以满足高素质应用人才知识结构和素质结构的需求

在实际授课过程中注重将“电磁场与电磁波”、“微波技术”和“天线理论”有机结合，采用电磁场与微波技术结合的自编的简本教材为授课教材，把天线及应用作为扩展补充教材，将三者精要贯穿于教学中。这大大节约了理论教学时间，使学生有更多的时间参与到实践中去，有利于培养学生应具有的实践能力。

具体教学内容方面：加强了该课程中的最基本的电磁场的概念、定理的讲解，力求夯实该门课程的基础;增加了微波在新科技中的应用和微波的发展前景的介绍和大量的网络理论应用实例分析等，有利于学生学习目标、学习兴趣的建立和实际应用能力的提高;针对该门课程涉及知识面广、理论性较强的特点，对于只是涉及而非重点内容大胆删减或者采用增加附录的形式直接给出，这样有利于学生有针对性地学习;对于课程中的概念采用“量纲分析法”，使学生对概念的物理意义有更深地理解，应用起来能够更加娴熟;对于其他新知识的引入采用“概念—方程—新概念”教学模式，顺着学生的理解思路，水到渠成;更加注重了理论与实践的结合，每个具体的理论讲完后，立即有相应的实例分析，既有利于提高学生的实际分析问题的能力又有利于提高其学习兴趣。

3.改革传统的理论教学为主的教学方法，开展“以应用为基本出发点”的理论教学方法研究

(1)以应用为本，确定理论教学的研究方法。在教学大纲和简本教材中，弱化理论讲解，重视实际解决问题能力的提高，主要采用“用什么理论，讲什么理论”和选学、自学内容相结合的模式，即让大多数学生学到了本课程的主要内容，又让学有富余的学生得到更深层次的提高。

(2)注重对学生进行思维能力与应用能力的训练。改变传统的纯理论讲解、缺少实际应用实例的情况，在教学过程中注重理论讲解、实例分析、习题课相结合;以思考题和小的科研课题的形式，对学生进行有效的思维能力与应用能力训练。

(3)具体教学方法中，采用多种方法相结合，尤其是板书和多媒体相结合教学。对于主要理论、公式的推导，以板书教学为主，有利于学生的理解和接受;而对于一些介绍性知识、实例讲解和仿真实验方面，可辅以多媒体教学和动画演示，丰富学生的感性认识和知识量。

(4)注重案例教学。例如，以往年学生的毕业设计为案例，阐明微波是如何用来解决实际问题的;提出目前理论应用于实际的方向和技术瓶颈，鼓励同学们探索和研究，力争做到理论与实践相互联系，相互穿插，相辅相成，使学生真正从这门课程中学到“实惠”，即掌握了具体知识的应用，也为其以后的就业指明了方向。

(5)开设“第二课堂”教学法。针对学生层次的差异，可以采用课堂教学与网络教学相结合的方式、给出小型科研调研题目等方式，[5，6]使每个学生的潜能都能得到最大的发挥。充分利用黄河科技学院(以下简称“我校”)的校企业合作平台，让学生利用半年左右的时间充分参与到微波天线企业一线的科研和生产中，在理解整机工作原理的基础上，研究实际的产品部件;通过在学生与学生之间、学生与老师之间、工程技术人员之间对出现问题的讨论，使学生更全面地思考和理解问题，另一方面也能使学生掌握和了解最新的知识，适应科技高速发展的需要，实现与时俱进。

4.改革传统的考核制度“一刀切”模式，开辟“多样化的柔性”考核制度

结合“因材施教”的指导方针，认真考虑学生的个体差异，增强“第二课堂”的作用，开设“老生研讨课”，加重过程考核，提出开卷考试制度等方案，极大地调动了学生的积极性和主动性，提高了教学效果。传统的终结性考核以理论知识、标准答案、闭卷形式为主。改革后的考核方式更加注重过程考核，加入调研报告成绩，课程小结成绩实，实践环节成绩;考试试卷上增设选做题目、课程设想等，给学生充足的学习空间，有利于激发学生的学习自主性，提高学习的自觉性和自学能力;考试采用开卷形式，重视知识的应用而弱化死记硬背，加强学生的应用能力的考核。

另外，本课程的教学中也广泛利用网上电子教案、习题库等教学资源，为学生的自学和课后复习提供了一定的空间，随着课程网络资源的建设，教学中可利用校园网实现网络教学、在线测试、在线答疑。

三、改革实践的效果

课程教学目标和教学内容的调整，理顺并抓住了根本，节省了时间，避免了枯燥繁冗的数学推导过程，使学生接触更多的工程实践，适应了三本学校的应用型人才目标;教学方法、教学手段的改革，加强了理论与实际的联系，避免了学生对该课程中一些难而无用的知识纠结，侧重工程实际应用，使他们的实践能力大大提高;考核方式的改革，使学生的学习积极性得到了全面地调动，学生能够主动参与到学习过程中，学习方式灵活、学习兴趣也有了很大的提高。

改革后学生能够积极主动地参与到“电磁场与微波技术”的学习中，通过亲身体验和相关内容的学习，积累和丰富直接经验，促进学生掌握了该课程的基本知识和基本技能，培养了学生的创新精神、实践能力和终身学习的能力。具体表现在以下几个方面：本课程的合格率达到了95%以上，优秀率将近40%;有近50%的学生投入到该课程的研讨式学习和科研课题研究中，6名同学在科技期刊上发表了科研论文;三届毕业设计有13名学生做了该方向的课题，[7]其中3名同学取得了优秀毕业设计的成绩;在两届全国大学生电子设计大赛中，2名同学选择了该方向的创新设计并取得了优异成绩;该方向的就业率和考研率都有很大提高，2005级以来三届近400名毕业生中就有15名学生从事该方向工作，实现了我校该方向就业的零的突破，有近30名毕业生选择该方向为研究生报考方向。

四、结束语

该课程的教学改革和实践在教学质量和人才培养方面取得了一定的成绩，但教学改革任重道远，要培养出既具有理论知识基础又具有较强实践能力的适应时代的高素质应用人才，必须与时俱进地调整和充实教学的各个环节，协调和配合好教学体制和机制的多方面才能达到最佳效果。

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无线通信四区是国内无线通信领域的优秀期刊之一，能够发表在该期刊上是广大学者和研究人员共同的追求和目标。其录用率高主要有以下几个方面原因：一、严格的审稿程序。无线通信四区拥有一支严格而专业的审稿团队，他们认真负责地对每篇论文进行审稿，并根据专业知识和经验进行评估，最终确定是否录用。二、期刊的学术水平高。无线通信四区在国际上享有良好声誉，具有较高的学术知名度。许多国内外著名的学者都愿意在该期刊上发表他们的研究成果，这也导致了该期刊的录用率较高。三、涵盖范围广。无线通信四区的涉及范围非常广泛，既包括无线通信技术的基础研究，也包括无线通信网络的设计、优化等方面，同时还着眼于无线通信行业的最新发展和趋势，这种全面的涵盖范围也吸引了很多作者选择在该期刊上发表文章。总之，无线通信四区的高录用率是众多因素综合作用的结果，这也为更多的学者提供了一个展示自己研究成果的平台。

无线通信是一门前景非常广阔的专业，具有较高的就业前景。其中，无线通信四区更是备受关注。无线通信四区主要包括无线电、微波和毫米波技术等方面，涉及到的领域非常广泛。在当前信息时代，无线通信四区专业的需求也日益增加。例如，随着5G网络的不断推广和智能手机的普及，对无线通讯四区专业人才的需求越来越大。此外，物联网、航空航天、卫星通信等领域也需要大量的无线通信四区专业人才。因此，在这些领域中，无线通信四区专业的录用率相对较高。此外，无线通信四区专业所涉及的技术较为高端，一般需要掌握较强的数学、物理等基础知识，以及较强的实践能力。因此，拥有相关专业背景和技能的无线通信四区专业人才，往往更容易找到工作并且有更好的职业发展前景。总之，无线通信四区专业的录用率相对较高，这与其在现代社会中的广泛应用和技术含量较高密不可分。如果您有意从事无线通信四区专业，建议您在学习过程中注重理论知识和实践能力的结合，以及对新兴技术的关注和学习。

利用ADS(Advanced Design System)设计平行耦合微带线带通滤波器，为了缩短设计周期，提高微带线带通滤波器的性能，采用ADS中的无源电路设计向导工具，设计出了一种中心频率为3.0 GHz、带宽为60 MHz的平行耦合微带线带通滤波器。参数优化后进行电路版图仿真。仿真结果表明，该设计设计周期较短、方法切实可行，设计出的带通滤波器满足各项指标要求。关键词：ADS；微带线；带通滤波器 ；版图仿真0引言滤波器在无线通信系统中至关重要，可以用来分开和组合不同的频率，起到频带和信道选择的作用，并且能滤除谐波，抑制杂散。在微波系统中，滤波器性能的好坏对整个电路的设计起着举足轻重的作用［1］。随着通信技术的发展，由电感电容等集总参数总元件构成的滤波器已经不能满足高频段的滤波器设计要求，而由分布参数元件构成的微带线滤波器不仅能满足高频段设计的要求［2］，而且在微波集成电路中还具有重量轻、小型化、易于集成等特点。随着市场需求的不断提升，射频电路的应用频率变得越来越高，为了满足高速率的信号传输，电路的各项参数要求越来越严，产品的设计周期却越来越短。传统的微带线滤波器设计方法是利用经验公式查表求出微带线的相关参数，由于这个过程很繁琐，计算量相当大，而且数据不精确很容易出错，因此本文使用美国安捷伦（Agilent）公司推出的ADS软件，它能从头到尾完成整个信号通路的模拟和原理图到PCB版图的各级仿真。利用ADS软件中无源电路设计向导工具能够快速、精确地设计出高性能的平行耦合微带线带通滤波器［3］。1传输线理论传输线理论是从分布参数电路理论发展而来的，它是用来引导传输电磁能量和信息的装置。传输线既可以作为传输媒介，也可以用来制作各种类型的器件。传输线又叫作长线，由于它具有在空间某个方向上其长度与其内部电压、电流的波长相比拟的特性，所以必须要考虑其参数分布性的特征。微波传输线是一种分布参数电路，线上的电压和电流是时间和空间位置的二元函数，它们沿线的变化规律可以用传输线方程来描述［4］。微带线是微波传输线的重要组成之一，其几何结构和场结构分别如图1（a）、（b）所示，它由一个宽度为w、厚度为t的中心导带和金属接地板组成，导带和接地板之间填充介电常数为εr的均匀介质。微带线的几何结构并不复杂，但是它的电场磁场却相当复杂，在微带线上传输的并不是严格的TEM波，而是准TEM波。由于介质基片的存在，场的能量主要集中在基片区域，其场分布与TEM波非常接近，故称为准TEM波［5］。平行耦合微带线滤波器的结构如图2所示，其中的每一段线都是一个半波长谐振器，每段线之间的间隙是耦合组件，这段间隙的谐振边缘可以实现宽带耦合［6］。2设计平行耦合微带线带通滤波器带通滤波器的设计是以低通滤波器为原型变化得到的，由低通滤波器向带通滤波器频率转换的公式如式（1）：根据求出的归一化频率点Ω和滤波器阻带衰减指标确定带通滤波器的级数，参考阻带衰减和带内波纹指标，采用不同类型的设计方法查出元件参数，最后求出奇模特性阻抗和偶模特性阻抗值，其计算公式如式（2）所示：其中：最后可得出微带线的宽度w、长度l、间距s。本文直接采用的ADS中的无源电路设计向导工具是基于这些理论知识建立起来的，这种方法能直接给出微带线带通滤波器的模型，可以确定滤波器微带线的级数和尺寸，简单高效。2.1滤波器的指标本文设计出的微带线带通滤波器的指标为：中心频率为3.0 GHz,带宽为60 MHz，带内衰减小于3 dB,端口反射系数小于-15 dB,在频率为2.85 GHz和3.15 GHz时阻带衰减大于35 dB。无论是在原理图设计过程中还是在最后的PCB版图仿真中都要尽量使得各项参数都达到设计的最低要求。在设计过程中，要考虑到微带线的宽度w、缝隙s和长度l等尺寸都会受到设备制造精度的影响。当微带线的宽度w的制作精度只有1 mil时，制作出来的微带线宽度w与仿真设计的微带线宽度误差有可能达到0.5 mil，那么在实际电路中微带线宽度w的变化就有可能影响到滤波器的性能，此时需要在原理图仿真和版图仿真中反复优化和微调微带线宽度w、长度l、间距s，当尺寸发生微小变化后，观察滤波器的参数是否稳定。这样设计出来的微带线带通滤波器才稳定可靠，才能投入实际使用。2.2滤波器模型子电路的生成传统的微带线滤波器的设计方法要计算查表得到滤波器的级数N,然后确定标准的低通滤波器的参数，计算传输线奇模、偶模特性阻抗，最后利用ADS工具计算出滤波器微带线的几何尺寸［7］。可见传统的微带线滤波器设计方法是利用经验公式查表等方法求出微带线的相关参数的，这个过程很繁琐，计算量相当大，而且数据不精确很容易出错。本文使用ADS中无源电路设计向导工具就能够解决这些问题，无源电路设计向导工具可以先确定带通滤波器模型的大致方向，生成带通滤波器的子电路，再进行不断的优化。在“Passive Circuit Design Guide”面板中选择带通滤波器模型“Microstrip CoupledLine Filter”,在原理图窗口中会出现一个微带线滤波器器件，在所出现的窗口中设置好带通滤波器的各种参数。参数设置好以后点击设计向导窗口的设计按钮，初步仿真结果如图3所示。系统在原理图中会自动生成一个带通滤波器的子电路，滤波器的级数、微带线的宽度w、缝隙s和长度l都已经按照设置好的参数计算出来了，如图4所示。由图3可见，仿真结果与所要求设计的参数相差比较大，这是因为无源电路设计向导工具只能生成一个大致方向的微带线带通滤波器模型，在这个模型被搭建后，在后面的步骤中可以根据要求进行反复仿真和优化以达到设计目的。从滤波器模型生成的子电路图中可看到滤波器的级数为5，各级的微带线的宽度w、缝隙s和长度l都已经被计算出来，相对于传统的滤波器设计方法而言，这样的设计方法周期被大大缩短，而且计算出的数据精确，不存在有手工计算错误的可能。2.3原理图仿真和优化将仿真器、微带线参数控件、优化参量控件等按原理图放置并进行连接，连接完成后的原理图如图5所示。本文选择的是罗杰斯R04003C高频线路板材料，这种材料是由玻璃纤维增强的碳氢化合物/陶瓷基材（非PTFE）构成［8］，具备高频性能和线路板生产成本低、损耗低等特点，它还具备很多普通电路板材料不具备的优点，比如介电常数、温度系数比较低。选定的电路板材料参数如下：微带线基板的相对介电常数εr为3.55，损耗正切值tanD为0.002 7,微带线基板的厚度H为0.508 mm,微带线的磁导率mur为1。设置好介质参数和扫描参数后进行不断的仿真和优化，优化后的S11和S21参数如图6（a）、（b）所示。事实上，原理图的仿真结果是经过反复优化而得出的一个比较理想的结果，从仿真结果可以看出，在2.97～3.03 GHz内通带传输衰减小于5 dB,端口反射系数小于-30 dB,频率为2.85 GHz和3.15 GHz时阻带衰减大于35 dB。原理图仿真结果基本满足指标要求，在后续的版图仿真中将会改进通带传输衰减参数。2.4PCB版图仿真和优化将已经优化好的滤波器电路原理图生成PCB版图，如图7所示。设置好需要的微带线和基板的参数，添加好滤波器的输入和输出端的两个端口，完成仿真参数的设置后进行仿真。在PCB版图仿真中，由于微带线处于高频状态下，所以导致整个电路会产生边缘效应和空间能量辐射［9］，导致传输损耗比较大，仿真结果没有原理图中的结果理想。经过反复调整和优化后仿真结果如图8（a）、（b）所示。由版图仿真结果可见，在2.97～3.03 GHz内通带传输衰减小于3 dB,端口反射系数小于-15 dB,频率为2.85 GHz和3.15 GHz时阻带衰减大于35 dB。版图仿真的结果满足设计要求，可以看到版图仿真结果中端口反射系数相对于原理图有所恶化，这是因为在版图仿真中考虑到了微带线基板的介电常数和损耗正切的影响，导致传输线在传输过程中有介质和能量的损耗，但是仿真结果完全满足设计要求。3结束语本文采用ADS中的无源电路设计向导工具快速、准确地完成了平行耦合微带线带通滤波器的设计，大大提高了工作效率，不仅缩短了设计周期还避免了使用手工计算出错的可能性。考虑到当前设备制造精度的影响，本文在原理图和版图仿真中反复微调和优化微带线的尺寸，确保了制造出来的微带线带通滤波器的高可靠性，对后续不同类型滤波器的设计具有很好的借鉴和参考意义。参考文献［1］ 徐兴福. ADS2008射频电路设计与仿真实例［M］. 北京:电子工业出版社,2011.［2］ 张龙.多层介质结构LC带通滤波器设计与制作［D］.南京：南京邮电大学，2013.［3］ 喻勇，姚志成，庄信武，等.一种新结构差分低通滤波电路设计［J］.电子技术应用，2014，40（11）：50 52.［4］ 廖承恩.微波技术基础［M］.西安：西安电子科技大学出版社，1994.［5］ 周杨.微波功率合成器设计研究［D］.成都：电子科技大学，2007.［6］ 甘本祓,吴万春.现代微波滤波器的结构与设计［M］.北京：科学出版社, 1973.［7］ 刘长军,黄卡玛,闫丽萍.射频通信电路设计［M］.北京: 科学出版社,2005.［8］ 杨维生.多层微波网络用印制板制造研究［J］.印制电路信息,2005（8）:47 53.［9］ 殷际杰.微波技术与天线［M］.北京:电子工业出版社,2004.