关键词:微波技术与天线;教学教改;教学模式
《微波技术与天线》是工科通信工程和电子与信息工程专业的一门专业基础课程,课程的任务是使学生掌握微波技术的基本概念、基本理论和基本分析方法,其讲授的内容涵盖了微波技术与天线所涉及的各个方面的知识,信息量大。课程着重培养学生分析问题和解决问题的能力,为今后从事微波研究、微波通信工程设计和微波电路设计,微波通信设备的运行维护与研发制造等工作打下了基础,并且《微波技术与天线》作为一门重要的专业基础课,是后续课程如《移动通讯》等的重要基础,对后续课程的学习起着至关重要的作用。《微波技术与天线》课程涉及到电磁场理论和微波网络系统以及天线技术,内容比较广泛,理论性很强,所用的基础知识如物理学、高等数学的知识比较多,要求学生有比较好的数理基础,是电子和通信专业所学课程比较难的一门专业基础课,由于该课程理论性较强、内容复杂而抽象、分析方法多、对数学知识要求较高,学生在学习过程中常感觉难于理解和掌握,因而掌握不好、领会不深、理解不透。为有效解决这一问题,针对该课程的特点,为提高教学质量,本文结合教学实践经验,在教学模式、方法、手段方面提出几点建议。
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-AdvancedDesignSystem,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).
关键词微波滤波器；波导滤波器；腔体滤波器；LTCC滤波器
中图分类号TN91文献标识码A文章编号1674-6708（2011）46-0173-02
1发展历程
1917年，第一个LC滤波器出现，是由德国的Wagner和美国的Campell分别发明的；1918年第一个多路复用系统在美国出现，随后一直至50年代无源滤波器得到飞速发展并日趋成熟。S.B.Cohn在1957年首先提出直接耦合腔体滤波器的理论，非常的方便实用。R.J.Cameron在1980年~1982年提出了广义切比雪夫函数，随后在交叉耦合多路滤波网络的综合中，切比雪夫函数得到了大量的应用。R.J.Cameron在1999年~2003年间提出了耦合矩阵综合微波滤波器的方法并使之完善。
2微波滤波器的应用
现代无线电系统，包括微波卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达等发展迅猛，而滤波器的性能的直接影响整个系统的性能优劣，因此微波滤波器也得到不断的更新于发展，为了满足各种应用环境的需要，出现了很多不同类型的微波滤波器。
2.1微带线滤波器
微带线滤波器因其易于跟其他电路集成，而且在平面制图和制版上比较方便，在射频和微波电路中得到了很广泛的应用。它的特点是尺寸小，易于加工，可以采用不同的衬底材料而改变频率的范围。
半波长平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中应用很广泛，它的优点是结构很紧凑、第二寄生通带的中心频率在主通带中心频率的3倍处，适用的频率范围很大，相对带宽可以达到20%；但其缺点是插损较大，滤波器在一个方向上占用的空间比较大。发夹型滤波器的结构是发夹型谐振器并排排列耦合而成，结构更为紧凑，它的信号输入输出方式可采用平行耦合式或者抽头式。其他类型的微带线滤波器还有交指型滤波器、微带类椭圆函数滤波器等。
2.2波导滤波器
波导滤波器是一种无源滤波器，其应用非常广泛，在大功率和高频段的天馈系统尤为突出。波导滤波器是一种选频电路，适用于高功率的系统中，且滤波器的性能良好，易于与波导天线的馈电装置连接。波导滤波器的主要功能是插入损耗以及带内波纹很小的前提下，提供足够的阻带选择性与带外抑制。它的适用范围大概在8-100GHz。波导带通滤波器还应用于很多的微波多工器上，但是它有个最大的缺点是在同频率滤波器中，波导滤波器尺寸明显较大，随着微波技术的发展，天线系统的复杂，对波导滤波器的需求也越来越大，对其性能和尺寸提出了更好的要求，需要研究人员不断的改进与完善。
2.3腔体滤波器
腔体滤波器在通信系统中的应用与波导滤波器同样广泛，它的特点在于插入损耗低，一般在1dB以内，阻带的抑制性高、调谐方便，同时承受功率也比较大。其中同轴腔具有电磁屏蔽特性和高Q值、低损耗等特性。与波导滤波器相比它的优势在于尺寸较小，重量相对较轻，但是在10GHz以上使用时，由于物理尺寸微笑，制作精度要求很高，比较难以达到。同轴腔形式的带通滤波器一般分为标准同轴腔、方腔同轴等，如图1所示。
螺旋谐振腔体是新出现的腔体结构，它可以提供高Q的谐振回路，解决甚高频高质量的窄带滤波技术难题。如图2所示，它的内腔多是采用圆形结构的。由于螺旋谐振腔的理论还不是十分成熟，因此所设计出的器件指标上存在10%左右的误差在所难免。
3微波滤波器的发展趋势
随着微波技术与通信技术的不断发展，滤波器的小型化和高性能化已经成为一种必然的趋势，其他各种新型滤波器也开始应用于各种通信系统中，如套磁介质滤波器、SIR滤波器、SAW滤波器、微波有源滤波器、LTCC滤波器等。
3.1SAW滤波器
SAW滤波器具有很多优点，它的体积小质量轻，而且产品一致性好，便于批量生产；因其品质因数和带阻比较高，被广泛用于射频和中频系统中。然而，SAW滤波器一般只用于2GHz以下的通讯系统，因为在高频下难以处理大功率，而且SAW器件插损较大且难于集成。
3.2LTCC滤波器
LTCC技术具有膜厚技术和共烧技术两者的优点，所有的电路叠层以后一次烧结，减少了复杂的烧结过程，节省了大量时间，降低了成本，减小了尺寸；而且更为重要的是LTCC滤波器具有高集成度、高稳定性和高品质因数的优点，在微波领域有着巨大优势。因此LTCC技术的滤波器已经开始大量运用于手机、ipad等电子设备中，而且在无线局域网卡，蓝牙、无线开关等模块也大有用武之地。
4结论
本文给出了一些常用滤波器的特点、原理以及其应用范围，在选用时要综合各种条件进行考虑。微波滤波器朝着高频化、集成化、小型化发展是一种必然趋势。对各种滤波器改进结构，扩大它的工作频率与相对带宽、降低滤波器制作成本是设计人员进步一的课题，以适应飞速发展的通信领域。
参考文献
[1]徐鸿飞，朱成钰，刘坚，等.同轴腔带通滤波器的一种设计方法[J].微波学报，2004,29(2)：55-58，2004.
[2]张同超，鞠铭，葛寿兵.波导带通滤波器的精确设计和快速优化.光纤与电缆及其应用技术，2006(2)：30-33.
【关键词】经验小波故障诊断
1理论阐述
EMD（经验模态分解）是1998年由美籍华人黄锷等人率先提出的，EMD是一种新的自适应信号时频分析方法。EMD最大的特点在于其克服传统方法当中利用没有意义的谐波分量来表示不平稳以及非线性信号的缺陷。EMD在使用的过程中呈现出了十分良好的时频聚焦性。该技术在非线性以及非平稳信号的分析处理等方面呈现出了良好的性能并得到了广泛应用。截至目前，EMD得到了广泛应用，并在实际应用的过程中展现出了良好的性能。随着对EMD技术研究的不断深入，该技术存在的一些缺陷也逐渐暴露出来，这对该技术应用造成不利影响。EMD技术存在的主要问题在于以下几个方面：首先，EMD是一种经验性的方法，缺乏必要的理论基础，EMD技术虽然得到了广泛应用，但是在实际上EMD方法分解得到的IMF分量正交性还缺乏理论证明；其次，EMD在具体使用的过程中由于其收敛条件不合理、过包络以及欠包络等问题会导致出现模态混叠情况；最后，EMD技术在使用的过程中药分解出一个IMF分量，这个过程中需要进行多次迭代，因此，使用该技术想要得到一个实际信号所有的IMF分量，必须要进行长时间的计算。
针对EMD技术中存在的缺陷，Gilles依托EMD技术的自适应性以及小波分析的框架，提出了一种新的自适应信号处理方法也就是EWT（经验小波变换）。本方法的主要原理是通过对信号的频谱进行自适应划分，从而构造合适的正交小波滤波器组从而提取有紧支撑傅里叶频谱的AM-FM成分，在此基础上，对已经提取出来的AM-FM模态进行Hilbert变换，就可以得到有意义瞬时频率和瞬时幅值，这样就可以得到Hilbert谱。由于小波变换技术是建立在小波框架之上的，因此该技术剧由坚实的理论技术，并且该技术在具体使用的过程中起计算任务要远远小于EMD。文章在写作的过程中，讨论了一种基于EWT技术的机械故障诊断方法，结果证明EWT方法的有效性。
2一种基于EMT技术的机械故障诊断方法
为了验证经验小波变换在机械故障诊断中的有效性，文中将EWT技术具体应用到双盘转子的磨碰数据研究当中。实验选择的转子是通过电机进行驱动的，轴承是互动轴承，并通过非接触式的电涡流传感器测量垂直于水平方向上的转动。
转子的径向碰磨故障通过以下的装置进行模拟，通过对不同内径定子置换，可以对不同的碰撞摩擦故障进行模拟，如图1所示。在转子的转速为3000r/min情况下，采样的频率是1.6kHz，采样点数是1024。通过传感器可以得到两种不同碰磨程度下的振动信号以及频谱图。
对得到的数据进行经验小波变换，采取相对振幅比a=0.15。
利用EWT技术可以使时频图得到更好的分割，主要的倍频都处于支撑边界的中间，且严重碰磨的分割断段数N比轻微碰磨大。当转子出现比较轻微的碰磨时，高阶频率分量会表现出周期性的冲击信号，与此相反，低阶频率分量则比较微弱，当转子出现比较轻微碰撞时，轻微碰磨Hilbert谱分量反映明显，增值也基本上处于稳定状态，并且会持续存在，而在高阶部分则比较微弱，但都是周期性被激发的。当转子出现严重的碰磨时，倍频成份十分丰富，并且其高阶频率分量的幅值也很大，高阶频率分量都表现出了一定的冲击特性，Hilbert幅值不会发生变化，在更高阶频率成份反映的也比轻微碰磨时更加明显，并且较有规律地间断地出现。
通过文中具体的分析，我们可以得知在机械故障检测中使用EWT变换可以根据频率特征有效的从低频到高频自适应地分解碰磨故障信号。在进行故障诊断时，Hilbert谱能够客观地反映转子碰磨故障的严重程度，并且能够客观地显示碰磨故障的频率特征结构。当转子出现比较轻微的碰磨故障时，此时低阶频率分量持续存在，并且幅值比较稳定，高阶频率分量则十分轻微，随着转子碰磨不断加重，低阶频率分量仍然存在，这时高阶的频率成分的幅度则会出现周期性的变化，并且幅值增加也十分明显。
3结语
文中主要对经验小波变换进行了理论分析，并以双盘转子为例研究了经验小波变换在机械故障检测中的应用。相对于EMD技术，EWT技术具有更好的适用性，可以预见EWT技术将得到更加广泛的应用。
参考文献
[1]李志农，朱明，褚福磊，肖尧先.基于经验小波变换的机械故障诊断方法研究[J].仪器仪表学报，2014（11）.
[2]雷亚国.基于改进Hilbert-Huang变换的机械故障诊断[J].机械工程学报，2011（05）.
作者简介
郝瑞卿（1985-），女，山西省人。硕士学位。现为西安航空职业技术学院助教。研究方向为机械制造及其自动化、项目工程。
关键词：SDH数字微波、STM-1、分插复用
一、前言
数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种通信手段。数字微波传输就传输系统而言，只是卫星、光纤的一种传输方式，而信号变换过程都是一样的。由于微波在空间直线传输的特点，故这种通信方式又称为视距数字微波中继通信。数字微波传输分两种体制，即PDH和SDH微波，目前的数字微波通信系统主要是SDH数字微波通信系统。
二、数字微波通信的特点
数字微波具有通信容量大；抗干扰性能强；直线通信；频率规划；建设速度快；传输质量高；通信稳定可靠；保密性强等特点。
三、SDH数字微波技术
3.1、基本原理和特点
同步数字体系最基本的模块信号（即同步传送模块）是STM-1，其比特速率为155.52Mbit/s，更高级的STM-N信号可以按字节同步复接获得，SDH只能支持一定的N值，即N为1、4、16、64等。STM设备除了可作为复用器和线路终端设备外，还可以组成分插复用设备和数字交叉连接设备。以它们为基础构成SDH传送网复接设备，主要完成45Mbit/s、2Mbit/s与155Mbit/s间的分接、复接的功能。
SDH（同步数字传输体系）是基于PDH（准同步数字传输体系）发展过来的，它改善了PDH的不利于大容量传输，具有世界统一的网管接口标准。采用字节间插和灵活的映射方式，具有非常强大的OMA（开放式移动体系结构）功能。
3.2、SDH数字微波传输系统主要设备组成
SDH数字微波传输系主要设备由微波设备、SDH分插复用器、适配器、编码器、基带视音频信号处理设备等组成。
3.3、SDH数字微波传输系统组成
SDH微波通信系统可由终端站、枢纽站、分路站及若干中继站组成。其传输形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支，通常主干线可长达几千公里，另有若干条支线线路。但不论哪种形式，根据各站所处位置和功能不同，数宇微波传输线路总是由图中给出的几种站型组成。
SDH微波终端站的发送端完成主信号的发信基带处理（包括CMI/NRZ变换、SDH开销的插入与提取，微波帧开销的插入及旁路业务的提取等）、调制（包括纠错编码、扰码及发信差分编码等）、发信混频及发信功率放大等。在网络管理方面，终端站可以通过软件设定为网管主站或主站，收集各站汇报过来的信息，监视线路运行质量，执行网管系统配置管理SDH微波中继站，主要完成信号的双向接收和转发。如有调制设备的中继站，称再生中继站，需要上，下话路的中继站称微波分路站，它必须与SDH的分插复用设备连接。
SDH微波终端站的收信端完成主信号的低噪声接收（根据需要可含分集接收及分集合成）、解调（含中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、解扰码、纠错译码等）、收信基带处理（含旁路业务的提取、微波帧开销的插入与提取，SDH开销的插入与提取、NRZ/CMI变换等）
3.4、SDH调制方式
在SDH微波系统中，传输容量大，为了能提高频谱利用率，最广泛采用的是多值正交调幅（MQAM）技术，常用32QAM；64QAM；128QAM；512QAM等调制方式。
3.5、SDH数字微波传输设备采用的几个关键技术
1、微波帧复用技术。2、编码调制技术。3、交叉极化干扰抵消（XPLC）技术。4、前向纠错技术。5、自适应频域和时域均衡技术。6、高线性功率放大器和自动发射功率控制（ATPC）技术。
四、SDH微波的实际应用
新疆广电局数字微波链路采用SDH组网，微波收发信机采用NEC设备。调制方式为QAM128；保护方式1+1；工作频段8G-11G；系统容量STM-1（155Mbps）；DS3/45Mb/s帧结构；电源-48V。
五、结束语
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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随着信息技术的迅猛发展，微波信号面临的问题越来越突出，由于微波传输在长距离传输过程中存在大量损耗，宽带近乎无穷，结合微波射频工程和光电子传输与处理技术，促进射频微波信号的广泛应用。本文基于微波射频信号的光学发生、传输处理技术以及应用而展开，探讨射频微波信号在光纤中传输及处理技术。
【关键词】射频微波信号光纤传输处理技术
随着微波射频信号与光电子传输处理工程紧密结合，微波光子学得以迅速发展。微波光子学不仅解决了传统电子在光学上的损耗，而且在性能上具有更大的优势。该学科通过结合射频微波信号和光纤接入技术，引入射频信号光纤传输技术，结合实际应用直接推动通信技术逐渐向高速、低成本的方向发展。
1微波信号光学的发展促进微波射频信号的光学发生
微波信号光学是指光子学器件在微波信号频段的研究、应用，简言之，就是研究微波和光波相关信息的学科。最早的研究主要在调节关源、传输介质以及光学可控、可探测等核心技术。近年来伴随着微波信号光学在电子工程领域、光通信领域、军事领域等领域的广泛应用，使得微波光子学逐步出现高频化、集成化、低成本的趋势。由于光纤传输射频微波信号具有宽带大、损耗小的特点，在处理信号的过程中可以为射频信号提供更长得时间，使得射频微波信号在光纤中更好的提供处理信号的采样率，增强抗电磁干扰性能。尤其是在射频微波信号的变频处理、数据转换、滤波处理等方面产生的ROF传输微波信号使得信号的传输和处理技术日益成熟、系统更加完善。
2射频微波信号的光学处理
2.1光纤传输系统―ROF系统
光纤无限ROF系统为未来移动互联与无限介入网络提供优质的交互式宽带多媒体服务，该系统由三部分组成，包括复杂射频微波信号处理中心站、实现光电转换及接受发射无线基点和传输射频微波信号的光纤网络。该系统工作原理类似现在软件工程的“云”，在ROF系统中，射频微波信号从中心站传输到各个基点，在各个基点借助光纤网络进行无线的发射与接受。基点发射与接受的过程中无需任何频率转换，信号的处理集中在中心站且被多个基点共享这种中心站和基点之间的相互联系，相互共享，实现了不同速率数据之间的传输，优化网络资源使用频率，实现资源的动态管理，降低网络的维护、安装成本，促进网络的升级。因此，这种技术在未来有望在宽带接入、移动通信、车载通信等方面广泛应用。
2.2射频信号光纤传输技术的优势
射频信号光纤传输技术是光纤无限系统最直接的系统链路结，其中IF-over-Fibre系统结构的信号传输不易受光纤色散效应，双边带调制技术也符合系统应用要双边带调制技术也符合系统应用要求。射频微波信号光纤传输技术是将射频微波与光纤通信的优势结合起来的技术。射频微波信号可以进行远距离传输，实现天线与中心数据分离，降低损耗，增强通信、侦查系统抗毁性、隐蔽性；宽带能够保证各类通信和电子信号的不失真地进行远程传输；在90dB的信号范围内，该技术能够同时兼顾系统的灵敏度，不会因为光纤的远程传输过程中损失任何信息；最重要的是保证光纤传输的安全，保证信号不泄露，不容易受到周围电磁环境的干扰，稳定可靠。除此之外，在l达国家可以利用MMF网络和目前已经成熟的微波器件技术实施射频信号光纤传输技术。
3射频微波信号在光纤传输过程中的应用
在信号传输方面，利用射频信号在光纤中传输处理技术克服传统相控阵天线只能向特定方向辐射波数的弊端，将相控阵天线雷达尺寸缩到更小，重量更轻，损失更小。采取不同长度光纤分布的方式引起不同通道的转移，将地面数据控制中心建设在远离天线建设的区域，天线场地可以安装在城市郊区增强信号，将数据处理设备、解调器等设备安装在城市内方便生活。与此同时，鉴于射频信号光纤传输技术具有解决电磁干扰、大宽带、安全数据连接、对微波信号频率快速、远大范围测量等问题的优势，在国防、军事领域得到普遍的推广。在3G/4G覆盖的区域，灵活应用地铁、商场、车站、展览中心、机场等室内建筑建立中心数据控制点和分布式光纤系统，提高覆盖率，增强信号质量。在生物医学领域，射频微波信号广泛应用于光学活性组织的检查、光学分子成像等医学中。例如，在医学成像中可以利用水听器对100MNz的超声波扫描进行校准。在无线网接入方面，简化天线单元达到WLAN的整个覆盖是关键，而在欧美等发达国家已经利用商业化射频微波信号在光纤中传输处理技术应用于整个WLAN系统，使得室内无线接入网的覆盖面积大大增加。
4总结
作为一种新兴的通信技术，射频微波信号在光纤中的传输处理技术得到越来越多领域的关注。鉴于射频微波光纤技术的低损耗、大宽带、安全保密等特性，在各频段信息传输、移动通信、军事电子战、电子对抗以及3G/4G覆盖的众多领域，将有广阔的应用前景。
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