微波技术与天线教学大纲

《微波技术与天线》教学大纲一、课程概述《微波技术与天线》是电子信息类专业电子科学与技术、通信工程等方向的一门专业基础必修课。主要面向三年级本科学生，在第7学期开设。通过该课程的学习，学生将系统掌握传输线理论、导波理论、微波网络理论、微波常用元器件、天线理论及其在雷达工程、通信工程中的应用等知识。先修课程包括工程数学、大学物理、电路分析、信号与系统、电磁场与电磁波等。二、课程目标课程在教学中坚持学为主体、教为主导，全面落实素质教育和创新教育理念，着力提高人才培养质量。通过本课程的学习，学员应系统掌握微波技术与天线的基本概念、基本参数和微波元器件及天线的结构及工作原理，为学员掌握和研究专业知识夯实理论基础；通过理论教学与实验教学相结合，提高学员分析问题、解决问题的能力，着力培养学员较强的专业基本技能、初步的实际工作能力和一定的科学研究能力；引导学员聚焦行业发展、积极思考、深入探究，形成良好的专业素养，具备较强的创新精神。三、课程内容要求及学时安排课程总学时60学时，其中理论课学时50学时，实验课学时10学时。章节（专题）内容要点教学要求（一）绪论（2学时）微波的基本概念*微波的特点微波技术的应用与发展微波技术的发展历史掌握微波的概念及特点；理解微波技术的定义及应用发展；了解微波技术的发展史。（二）传输线理论（12学时）分布参数及传输线等效电路模型（1）分布参数及其电路（2）传输线的等效电路模型△传输线方程及其解*（1）传输线方程（2）均匀无耗传输线方程的解△均匀无耗传输线的基本特性（1）传输特性参数*（2）输入阻抗和反射系数*（3）驻波系数和行波系数*（4）传输功率（5）左手传输线（选讲）均匀无耗传输线工作状态的分析*（1）行波工作状态（2）驻波工作状态（3）行驻波工作状态史密斯圆图（1）阻抗圆图的构成*（2）导纳圆图的构成（3）圆图的应用△阻抗匹配（1）阻抗匹配的概念*（2）阻抗匹配方法理解传输线等效电路模型；掌握传输线方程及其解；掌握传输线特性参量及工作状态参量的定义和计算；掌握均匀无耗长线三种工作状态的特点；知道有耗传输线的特性与计算方法；掌握圆图的构成原理及阻抗匹配的概念；理解掌握史密斯圆图的应用和阻抗匹配方法。（三）微波传输线（8学时）导行电磁波的一般分析理论矩形波导*（1）矩形波导的传输模式及其场分布△（2）矩形波导传输特性（3）矩形波导主模的场结构（4）矩形波导表面电流分布（5）矩形波导传输功率和功率容量（6）矩形波导尺寸的设计圆波导*（1）圆波导中的场分布△（2）圆波导中三个主要模式同轴线（1）同轴线的主模及传输特性*（2）同轴线的尺寸设计考虑微带传输线（1）微带线的主模及传输特性（2）微带线的色散特性和尺寸设计考虑其它微波传输线简介了解导行电磁波的一般分析理论；掌握导波传输特性参数的定义及计算；掌握矩形波导的主模式的场结构特点及传输特性；理解圆波导三种常用模式和同轴线的主模传输特性；理解微带线的传输模式及传输特性参数；了解其他传输线的结构和工作特性。（四）微波网络基础（8学时）微波网络概念微波元件等效为微波网络（1）微波传输线等效为双线（2）不均匀区域等效为微波网络△（3）微波网络的特性双端口微波网络*（1）双端口微波网络的Z参量定义及特性（2）双端口微波网络的Y参量定义及特性（3）双端口微波网络的A参量定义及特性（4）双端口微波网络的S参量定义及特性（5）双端口微波网络的T参量定义及特性（6）双端口微波网络参量的互相转换微波网络的工作特性参量（1）电压传输系数（2）插入衰减*（3）插入相移*（4）输入驻波比*了解微波网络的基本理论、微波网络的特点、微波网络的等效分析方法；会使用微波网络电路矩阵参数及其归一化参数的定义、性质进行网络计算；掌握散射参数定义、性质、计算和测量；掌握双端口网络的插入衰减、插入相移、输入驻波比等工作特性参量。（五）微波元件（8学时）微波元件分类阻抗匹配与变换元件（1）阻抗匹配与变换元件（2）微波连接元件和转接器定向耦合元件*（1）定向耦合元件的技术指标（2）平行耦合线定向耦合器（3）分支定向耦合器和混合环（4）十字缝定向耦合器（5）功分器（3）双T和魔T△微波谐振器（1）微波谐振器概念（2）微波谐振器特性参数（3）微波谐振器的等效电路微波滤波器（1）微波滤波器的主要技术指标（2）微波滤波器分类及其实现铁氧体元件的特性及应用理解波导的连接元件、终端元件、阻抗匹配元件的结构和工作原理；理解定向耦合元件的结构、原理和技术指标；理解平行耦合线定向耦合器、分支定向耦合器、混合环的结构和工作原理；掌握十字缝定向耦合器、功分器的结构和工作原理；掌握双T、魔T的结构和工作原理；理解微波谐振器、滤波器和铁氧体元件的结构和工作原理。（六）天线基本理论（12学时）天线的基本概念及分类基本振子辐射特性（1）电流元的辐射场*（2）磁流元的辐射场对称振子天线（1）对称振子的辐射场和方向性*（2）对称振子的辐射功率与辐射阻抗天线基本电参数（1）方向性及方向图参数*（2）方向性系数*（3）天线效率和增益*（4）天线极化、工作频带宽度*（4）有效长度（5）接收天线理论天线阵方向性分析及方向图乘积定理*（1）方向图乘积定理△（2）二元天线阵和方向性*（3）N元均匀直线阵常用线天线（1）八木天线*（2）对数周期天线*（3）基站天线面天线（1）面天线基本理论△（2）抛物面天线*（3）喇叭天线了解天线的基本概念及其分类；掌握基本振子、对称阵子天线的分析方法和辐射特性；掌握天线基本电参数的概念和计算；掌握天线阵的方向性及方向图乘积定理；掌握常用线天线中八木天线、对数周期天线的结构和工作原理；理解面天线的分析方法及口径辐射场的特点；掌握抛物面天线的结构、原理；理解喇叭天线的结构、原理。（七）实验教学（10学时）测量设备调整和波长测量电压驻波比测量单口网络输入阻抗测量双口网络S参数测量天线的方向图测量 了解3cm波导测量线系统的结构及使用方法，会用波导测量线测量波长（频率）；会测量电压驻波比，理解电压驻波比的概念；会测量单口网络的输入阻抗，理解输入阻抗特性；会测量散射参数，理解散射参数的物理意义；会测量天线远场方向图，加深对“辐射特性”等基本概念的理解。注：“*”为教学重点，“△”为教学难点；三、课程设计思路（一）基本理念贯彻素质教育、创新教育教学理念，突出学员学习主体地位，强调学员在知识、能力和素质三个方面的全面培养和协调发展。注重理论与工程实践相融合，重视课内课外相结合，灵活运用多种教学模式和方法，积极采用现代化教学手段，结合开放实验室、互联网+、仿真计算等手段，设立各种可行的学习活动，激发学员的学习兴趣。（二）主线框架1、优化整合教学内容一是删减和改进一些陈旧的内容，减少和改进圆图计算内容；二是及时把高功率微波武器、等离子体天线、左手传输线和相控阵天线等最新技术引入课堂；三是针对微波元器件种类多、更新快的特点，在教学内容上增加典型的工程应用案例，减轻理论课程学习中的抽象性和盲目性。2、综合应用多种教学模式、方法和手段课程在教学实施过程中应切实体现素质教育、创新教育理念，对接本科学历教育要求，倡导翻转课堂、探究式学习、混合式学习等现代教学理念和方法。根据不同教学单元教学需要，在教学中灵活应用“问题式”、“启发式”、“讨论式”、“研究式”、“诊断式”、“辩论式”、“需求牵引式”、“虚拟仿真式”和“DAST式”等教学方法，注重应用微课、在线课程、双语教学等现代化教学方式和手段，紧密结合工程应用，启发和调动学员的学习积极性，加强与学员的交流与互动；倡导自主阅读、在线学习、讨论交流、专题研究等学习方式，促进学员独立思考、积极探索、勇于创新。四、考核方式包括形成性考核和终结性考核两部分。形成性考核主要包括在线课程学习及测验、平时作业、课堂互动/讨论、课程实验等，占总成绩比重为40%；终结性考核主要是课终笔试，占总成绩比重为60%，笔试成绩不及格的，课程成绩记为不及格。五、教材选用（1）基本教材使用