基于OBE理念的天线课程工程实践教学研究
发布时间：2021-10-24 05:03
天线课程理论抽象、数学计算复杂,文章将OBE理念引入该课程教学,采用了线上和线下相结合的项目化教学方式。通过引入HFSS电磁仿真软件,较详细地介绍了天线课程项目化教学的项目分析、方案制定、电路设计、仿真调试、加工测试和产品评价等各个环节。
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
天线课程OBE教学执行流程
在学生掌握基本天线理论知识后，即可开展射频通信天线项目教学，教学内容包括项目调研、设计指标和方案制定、仿真调试、匹配器设计、实物制作和实物测试。天线课程采用线上和线下教学模式（见图2）。在线上，课前由教师在线布置工程项目任务书，学生根据该任务书查阅文献资料，进行课前预习。在线下，教师要对项目进行详细分析，组织学生推进项目实施。在课后，教师对学生进行在线辅导和项目答疑，学生提交项目报告。通过仿真和测试实验使学生加深对射频和天线相关概念和理论的理解，培养学生的动手能力和科研能力。例如，在微带圆极化天线项目的实施过程中，要求学生用理论知识和天线基本原理指导实验调试、分析实验结果、处理实验数据，即分析频率偏移和端口不匹配的原因、调整天线结构和尺寸、记录并保存重要调试数据等，还要研究参数化扫描天线关键尺寸对阻抗匹配、轴比带宽和辐射性能的影响。其中包括：选取合适的天线基板材料；在覆铜板上腐蚀、焊接镀膜；进行远场辐射特性测试；撰写设计报告和答辩PPT等。
再以单元圆极化阵列天线为例。系统初始结构和3D增益方向图如图3所示，天线系统由8个完全相同的阵列天线和馈电网络组成。采用同轴线底馈方式，把两组4单元阵列的间距D作为参数进行仿真优化。初始D取28 mm，仿真优化范围为20～40 mm，间隔4 mm。仿真结果表明，尽管所有频点反射系数都在规定范围即–10 d B以下，但间距D为28 mm和32 mm的阵列天线谐振频率分别为5.85 GHz和5.76 GHz，反射系数最小，离设计要求的5.8 GHz最接近。在考核方面，要从实验设计、执行、分析及数据解释四个方面对学生项目完成情况进行评价。其中A级（90～100分）为非常好，要求实验设计方案正确，能达到实验目的；在实验执行过程中，要能熟练掌握实验设备的选择、使用和执行程序，能取得正确、有现实意义的实验结果；在实验分析过程中，要能理解所用的运算及分析工具，且对所有的计算都能进行正确的执行和记录；在实验数据解释过程中，要能理解并正确分析所有重要的实验结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OBE理念协同培养创新型工程人才的实践[J]. 周仲海,朱昌平,刘丹平,朱金秀,苑明海,陈秉岩. 实验室研究与探索. 2018(09)
[2]基于HFSS仿真的设计型天线实验的研究[J]. 程春霞,孙文方,苏博. 教育教学论坛. 2018(23)
[3]工程教育专业认证毕业要求达成度的成果导向评价[J]. 孙晶,张伟,任宗金,王殿龙,崔岩. 清华大学教育研究. 2017(04)
[4]基于HFSS仿真软件的天线实验课程研究[J]. 屈乐乐,杨天虹,张丽丽,李玉峰. 实验技术与管理. 2016(07)
[5]新媒体环境下高校实验管理与教学模式的创新[J]. 张赛男,沈成君,曹丽英. 实验室研究与探索. 2016(07)
[6]天线与电磁场课程综合设计性实验的研究[J]. 李婵娟,傅世强,房少军. 实验科学与技术. 2016(02)
[7]解析工程教育专业认证的成果导向理念[J]. 李志义. 中国高等教育. 2014(17)
[8]天线仿真实验的设计与教学实践[J]. 汪涛,毛剑波,刘士兴,黄正峰. 实验技术与管理. 2012(12)
[9]“电磁场与电磁波”课程教学中的几点思考[J]. 林相波,刘军民. 电气电子教学学报. 2009(02)
本文编号：3454631
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(10)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
天线课程OBE教学执行流程
在学生掌握基本天线理论知识后，即可开展射频通信天线项目教学，教学内容包括项目调研、设计指标和方案制定、仿真调试、匹配器设计、实物制作和实物测试。天线课程采用线上和线下教学模式（见图2）。在线上，课前由教师在线布置工程项目任务书，学生根据该任务书查阅文献资料，进行课前预习。在线下，教师要对项目进行详细分析，组织学生推进项目实施。在课后，教师对学生进行在线辅导和项目答疑，学生提交项目报告。通过仿真和测试实验使学生加深对射频和天线相关概念和理论的理解，培养学生的动手能力和科研能力。例如，在微带圆极化天线项目的实施过程中，要求学生用理论知识和天线基本原理指导实验调试、分析实验结果、处理实验数据，即分析频率偏移和端口不匹配的原因、调整天线结构和尺寸、记录并保存重要调试数据等，还要研究参数化扫描天线关键尺寸对阻抗匹配、轴比带宽和辐射性能的影响。其中包括：选取合适的天线基板材料；在覆铜板上腐蚀、焊接镀膜；进行远场辐射特性测试；撰写设计报告和答辩PPT等。
再以单元圆极化阵列天线为例。系统初始结构和3D增益方向图如图3所示，天线系统由8个完全相同的阵列天线和馈电网络组成。采用同轴线底馈方式，把两组4单元阵列的间距D作为参数进行仿真优化。初始D取28 mm，仿真优化范围为20～40 mm，间隔4 mm。仿真结果表明，尽管所有频点反射系数都在规定范围即–10 d B以下，但间距D为28 mm和32 mm的阵列天线谐振频率分别为5.85 GHz和5.76 GHz，反射系数最小，离设计要求的5.8 GHz最接近。在考核方面，要从实验设计、执行、分析及数据解释四个方面对学生项目完成情况进行评价。其中A级（90～100分）为非常好，要求实验设计方案正确，能达到实验目的；在实验执行过程中，要能熟练掌握实验设备的选择、使用和执行程序，能取得正确、有现实意义的实验结果；在实验分析过程中，要能理解所用的运算及分析工具，且对所有的计算都能进行正确的执行和记录；在实验数据解释过程中，要能理解并正确分析所有重要的实验结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OBE理念协同培养创新型工程人才的实践[J]. 周仲海,朱昌平,刘丹平,朱金秀,苑明海,陈秉岩. 实验室研究与探索. 2018(09)
[2]基于HFSS仿真的设计型天线实验的研究[J]. 程春霞,孙文方,苏博. 教育教学论坛. 2018(23)
[3]工程教育专业认证毕业要求达成度的成果导向评价[J]. 孙晶,张伟,任宗金,王殿龙,崔岩. 清华大学教育研究. 2017(04)
[4]基于HFSS仿真软件的天线实验课程研究[J]. 屈乐乐,杨天虹,张丽丽,李玉峰. 实验技术与管理. 2016(07)
[5]新媒体环境下高校实验管理与教学模式的创新[J]. 张赛男,沈成君,曹丽英. 实验室研究与探索. 2016(07)
[6]天线与电磁场课程综合设计性实验的研究[J]. 李婵娟,傅世强,房少军. 实验科学与技术. 2016(02)
[7]解析工程教育专业认证的成果导向理念[J]. 李志义. 中国高等教育. 2014(17)
[8]天线仿真实验的设计与教学实践[J]. 汪涛,毛剑波,刘士兴,黄正峰. 实验技术与管理. 2012(12)
[9]“电磁场与电磁波”课程教学中的几点思考[J]. 林相波,刘军民. 电气电子教学学报. 2009(02)
本文编号：3454631
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