通信工程《无线电计量测试》教学大纲

《无线电计量测试》教学大纲课程英文名RadioMetrologyandTesting课程代码03M0074学分2总学时32理论学时24实验/实践学时8课程类别专业课课程性质限选先修课程信号与系统、模拟电子线路、数字逻辑电路、通信电路、电磁场理论与微波技术适用专业通信工程开课学院信息工程学院教材及主要参考书推荐教材：《无线电计量测试》，金宁等，自编讲义，2022年10月。参考书：《无线通信仪表与测试应用》（第三版），张睿等，人民邮电出版社，2018年5月。注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是通信工程专业课中具有“计量”特色的一门专业课。本课程应用信号与系统、通信电路和电磁场与微波等方面的知识，研究无线电基本参量的测试和计量问题。通过本课程的学习，使学生从工程和计量的视角理解无线电（RadioFrequency）信号特性和电路特点，理解高频电压、时间频率、脉冲参数、功率、衰减/阻抗/相移、调制参数等无线电参量的测量方法与测量仪器、基标准以及量值传递系统，培养学生通过测试和实验研究的手段，分析和解决无线电电路与系统问题的能力。通过对计量器具检定规范的学习和实践，培养学生标准、质量意识和从事无线电计量检定工作的基本能力。课程目标该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：1、ILO-1：明晰无线电电子学计量测试的基本概念、内容与特点，掌握无线电电子学计量测试误差和测量数据处理方法，了解量值传递、检定与比对的基本过程。理解无线电工程对人类、环境的影响，理解可靠测量和计量活动是支撑经济和社会可持续发展的基础，理解无线电计量测试技术对国家科技发展的重要意义。2、ILO-2：掌握射频电压、时间频率、微波功率、衰减/阻抗/相移、调制参数等无线电参量的特性和测量方法，理解其基标准、测量仪器与量值传递系统，理解示波器、矢量网络分析仪和频谱分析仪的工作原理和技术参数，具备研究、设计、分析无线电参量测量方案的基本能力。3、ILO-3：熟练使用信号源、网络分析仪、频谱分析仪等通信测量仪器，明晰其技术性能，理解其测量局限性，具备依据国家法规和计量技术规范实施无线电计量器具的检定校准与量值朔源的基本能力。思政教育目标本课程通过对计量基标准与技术规范的学习和实践，增强“计量/标准/质量”意识，培养学生求真务实的科学态度和一丝不苟、精益求精的工匠精神；通过对国家时频、微波功率等计量基准创建历程的了解，使学生领悟“科技创新是强国之基”，培养勇担使命、坚持不懈、追求卓越的优秀品质，树立“守计量初心、担创新使命”的责任意识。二、课程目标与毕业要求对应关系本课程支撑的毕业要求如下：毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对通信系统与网络、通信信息处理、通信计量测试等相关领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、正确获取数据、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。毕业要求4-3：能综合运用专业知识和数据处理方法，根据实验条件，对实验数据进行分析、处理和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。毕业要求5：使用现代工具：能够针对通信系统与网络、通信信息处理、通信计量测试等复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测和模拟，并能够理解其局限性。毕业要求5-2掌握常用工程工具和电子测量仪器的原理和使用；能够针对通信工程需求，开发、选用恰当的测试技术和测试仪器，分析测量不确定度，并能够依据国家计量法规对仪器的计量特性进行检定校准。毕业要求7：环境和可持续发展：能够理解和评价通信领域复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求7-2：能够站在环境保护和可持续发展的角度思考通信领域复杂工程问题实施的可持续性，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损坏和隐患。表1课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标毕业要求毕业要求4-3(支撑强度：M)毕业要求5-2(支撑强度：H)毕业要求7-1(支撑强度：L)ILO-11ILO-21ILO-31三、课程主要内容与基本要求1、无线电计量测试概论教学内容：（1）测量、计量与量值传递；（2）无线电计量测试的内容；（3）无线电计量测试的特点；（4）国内外无线电计量研究机构；（5）无线电计量的发展趋势。基本要求：掌握无线电计量测试的基本概念、内容和特点，了解国内外无线电计量测试的发展现状与趋势。明晰基本单位制、测量与计量、量值传递与溯源、校准与检定等概念的内涵，了解国家的计量法制法规。要点：通过对国际单位制、量值传递、量值溯源等概念的阐释，使学生理解计量活动对社会可持续发展的影响；通过学习无线电计量参数和特点，使学生理解无线电计量测试技术对国家科技发展的重要意义。思政教育内容：通过对“SI单位制变革”、“中华人民共和国计量法”的学习，使学生深刻理解统一的计量法制法规是国计民生的基本保障，可靠测量和计量活动是支撑经济和社会可持续发展的基础，为科技创新、产业发展、人民健康、国防建设提供计量保证是计量人的社会责任。查阅和学习：“中华人民共和国计量法”。2、射频电压计量测试教学内容：（1）电压的定义；（2）射频电压的基本测量方法；（3）射频电压的基标准；（4）射频电压的量值传递、检定方法和检定规程。基本要求：了解电压的定义与电压计量测试的主要特征，熟练掌握电压的量值表示方式。掌握射频电压测量的基本方法，了解高频中电压和高频小电压国家基准和校准装置。要点：电压测量的原理和方法，射频电压基标准。由于中低频电压测量属于电子测量范畴，频率较高如射频微波频率范围一般以测量功率来替代电压，因此本章内容不作为本课程的重点。3、时间频率计量教学内容：（1）时间基本单位——秒的产生和演进；（2）时间（频率）的计量基标准——原子钟和原子时标；（3）时间频率的测量与量值传递；（4）频率稳定度、原子频标及校准规范。基本要求：掌握时间频率计量的基本概念，掌握秒定义的演进和发展趋势，掌握铯原子钟的原理和世界标准时间的产生，了解光钟的原理。理解时间频率量值的传递方式与过程，掌握频率频率稳定度的定义，了解频率计校准规范。要点：时间、频率计量基标准，频率稳定度的定义，原子频标的参数和应用。思政教育内容：结合案例“国家时间频率基准的创建与发展”，使学生进一步了解我国时间计量频率计量基准的发展与现状，理解精准时标的产生与传递的重要意义，了解计量科技工作者的辛勤付出，激发爱国情怀，培养科学态度、工匠精神和责任意识。查阅和学习：“JJF1958-2021铯原子频率标准校准规范”。阅读思政教育材料。4、脉冲波形参数计量测试教学内容：（1）脉冲参量的类型和定义；（2）脉冲参量得测量方法；（3）示波器得原理与技术指标；（4）脉冲参数的量值传递系统；（5）数字示波器的检定方法和检定规程。基本要求：掌握脉冲波形参数的定义和测量方法，了解示波器本身的上升时间对波形参数测量的影响；了解脉冲参数的量值传递与计量器具，掌握示波器的技术参数和检定项目；通过案例学习了解示波器检定规程实例。要点：脉冲波形参数是无线电电子工程中经常需要测量的基本参数，重点在于掌握数字示波器的使用方法、技术性能及检定规程。查阅和学习：“JJF1057-1998数字存储示波器校准规范”。5、微波功率计量测试教学内容：（1）微波功率的定义和单位；（2）微波功率测量方法和功率计；（3）微波功率计量标准；（4）微波功率的量值传递；（5）我国毫米波功率基准的建立及发展。基本要求：掌握微波功率的定义、测量方法与测量器具，了解微波功率计量标准与量值传递，了解微波小功率、中功率国家基标准和校准装置。微波功率是微波计量中的最基础参数，是其他微波计量参数的基础。要点：微波功率测量、微波功率基标准、微波功率量值传递。思政教育内容：结合案例“国家质量基础”出国门，新加坡无线电功率国家基准将由中国计量院设计建造”，使学生了解我国在微波功率参量方面的研究现状与国际先进的计量能力，加深理解功率计量基标准对现代信息通信技术发展的重要性，树立国际化意识和全球视野。通过计量科研工作者开拓进取、追求卓越的担当精神，勉励学生勤奋学习专业知识和培养专业技能，为国争光。查阅和学习：“JJF1887-2020射频与微波功率传感器校准规范”。阅读思政教育材料。6、微波阻抗/衰减/相移的计量测试教学内容：（1）微波阻抗、衰减、相移的概念和定义；（2）衰减器、移相器及其主要技术参数；（3）s参数与矢量网络分析仪；（4）微波阻抗、衰减、相移的计量基标准和量值传递。基本要求：掌握微波阻抗、微波衰减、微波相移的定义，了解其计量基标准和量值传递；了解阻抗、衰减、相移的计量测试对于微波通信工程的作用和意义。掌握通过矢量网络分析法测量s参数，计算得到微波阻抗、衰减、相移的方法。要点：结合S参数测量学习矢量网络分析仪的原理和使用方法，明晰矢量网络分析仪技术指标对测量的影响，了解其测量局限性。查阅和学习：“JJF1495-2004矢量网络分析仪校准规范”。7、失真度、调制度计量测试教学内容：（1）正弦波失真度的定义和测量方法；（2）模拟调制信号的产生（源）—信号发生器的主要性能指标与计量校准；（3）模拟调制信号的测量（表）—测量接收机的主要性能指标与计量校准；（4）相位噪声的含义和测量方法；（5）数字调制信号的产生（源）—矢量信号发生器的主要性能指标与计量校准；（6）数字调制信号的测量（表）—矢量信号分析仪的主要性能指标与计量校准。基本要求：掌握失真度测量原理与测量方法，了解失真度仪的使用方法及其误差分析；掌握相位噪声的定义和测量方法；掌握模拟调制和数字信号调制的主要参数和测量方法。模拟调制：理解信号发生器的正弦波（载波）特性、功率特性、调制特性、输出特性，了解测量接收机的工作原理；了解信号发生器和测量接收机的计量校准。数字调制：掌握数字调制质量参数（EVM）的定义；理解矢量信号发生器的工作原理和校准规范；了解矢量信号分析仪的工作和原理主要技术参数；了解当前数字调制质量参数量值溯源体系的发展现状和技术研究热点。要点：通信系统中载波、调制波形的主要参数、测量方法和测量仪器，相位噪声参数的定义以及对通信系统性能的影响。学习国家计量技术规范文件“JJF1931-2021信号发生器校准规范”。学习国家计量技术规范文件“JJF1174-2017矢量信号发生器校准规范”。四、课程学时安排1、课堂教学学时安排（24学时）表2课堂教学学时安排章节号教学内容学时教学方法与学生任务对应课程目标第1章无线电计量测试概论2（1）讲授、课堂问答（2）自主学习任务：计量法有关条例ILO-1第2章射频电压计量测试2（1）讲授、课堂问答（2）课后作业ILO-2第3章时间频率计量2讲授、问答、案例课后作业（3）自主学习：国家计量技术规范文件JJF1958-2021铯原子频率标准校准规范ILO-1、ILO-2第4章脉冲波形参数计量测试4讲授、问答、案例（2）自主学习：国家计量技术规范文件JJF1057-1998数字存储示波器校准规范ILO-1、ILO-2第5章微波功率计量测试4讲授、问答、案例课后作业（3）自主学习：国家计量技术规范文件“JJF1887-2020射频与微波功率传感器校准规范”。ILO-1、ILO-2第6章微波阻抗、衰减、相移的计量测试6讲授、问答自主学习：查阅文献资料2篇课后作业：写文献阅读报告了解测量仪器：中电科仪3656矢量网络分析仪用户手册ILO-2第7章失真度、调制参数的计量测试4讲授、问答课后作业（3）自主学习：国家计量技术规范文件“JJF1931-2021信号发生器校准规范”。“JJF1174-2017矢量信号发生器校准规范”。（4）了解测量仪器：鼎阳SSA3000X频谱分析仪用户手册ILO-2实验教学学时安排（8学时）表3实验教学学时安排序号实验名称学时实验内容实验性质实验类别对应课程目标1信号发生器参数测量与校准2依据“JJF1931-2021信号发生器校准规范”，用频谱分析仪测试信号发生器正弦波的频谱纯度参数：谐波、相位噪声，测量调制深度参数。综合必做ILO-32矢量网络分析仪参数测试与校准3对标准失配负载反射系数的测量，分析仪器的测量参数设置（如中频带宽）对测量结果的影响。依据《JJF1495-2014矢量网络分析仪校准规范》，对网络分析仪扫迹噪声进行测量校准；并对扫迹噪声的测量不确定分析。综合必做ILO-34量子精密测量前沿—镱离子光钟虚拟仿真实验3学习镱离子光钟系统结构、实现原理与构建技术；在虚拟仿真实验平台中，能够熟练操作激光器、微波源、示波器等实验仪器，探索并完成镱离子光钟的构建和运行。通过文献查阅，理解实验过程遇到的未知物理原理，完成“科研论文形式”的实验报告。综合必做ILO-3注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。五、考核方式与评分标准学生成绩的评定由平时表现、期末考试和实验三部分的成绩组成，其中，平时表现占20%，期末考试占55%，实验占25%。课程目标达成考核与评价方式及成绩评定如表3所示。表3课程目标达成考核与评价方式及成绩评定课程目标考核与评价方式及成绩比例（%）成绩比例（%）平时成绩期末成绩实验成绩ILO-11010/20ILO-21045/55ILO-3//10（实验报告）+15（实验操作）25合计2055251001、平时表现评分标准平时表现由作业、课堂表现和自主学习任务三部分组成，评分细则如表4所示。表4平时表现评分细则考核项目课程目标分配考核内容和环节考核依据与标准成绩分值平时成绩ILO-1大作业上交1次专题大作业（我国无线电计量技术发展现状与趋势），视质量（报告内容的准确性和完整性等）评分。10ILO-2作业情况布置5次作业，评分依据：作业完成质量（完整性、正确率）等。5ILO-2课堂表现课堂表现考核5次，依据：课堂测试成绩、回答问题和讨论发言的质量等。52、期末考试试卷要求表5期末考核对应课程目标的权值课程目标分值（满分55分）ILO-110ILO-245考题内容须覆盖大纲中的知识和能力目标要求；给出详细的评分标准，严格按照评分标准来批阅试卷。3、实验评分标准实验成绩由实验操作成绩与实验报告成绩组成，评分标准如表6所示。表6实验成绩评分标准考核内容考核依据与标准分项成绩（%）占课程目标分值对应课程目标实验操作实验项目全部独立顺利完成，能熟练使用操作仪器，实验过程数据和结果完整，分析正确，能正确回答老师的提问。80~