教学基本要求:(框架类比现行教学计划,难度相当,以保证与转换学分的教学质量等同,另外更注重创新思维培养及科技应用样例;教学内容将逐步改革、国际化接轨)
(内容均已经按MOOC规范要求完成)
从基本概念入手,了解电磁波传播特性并掌握现代射频电路及其器件的设计方法。预备知识重点掌握微波分光仪测试系统的原理,以及主要部件的功能和安装、调试方法,穿插配套有大量团队教师自主讲解的视频供学生选择性点击观看。
硬件实验部分视频展示了电磁波现象的原理及分析方法,介绍使用仪器进行测试和调试并获取实验结果的完整过程(约10~11学时)。采用视频分步骤演示,利用MOOC教师在线辅导;视频制作根据实验课程的特征,分别录制了教师远景授课/近景授课/助教实际分布演示等多个版本,提供学生选看。
软件实验部分主要是掌握现代的CAD开发技术,如Microwave Office (MWO)、ADS、HFSS等设计工具,通过计算机模拟仿真不同的器件,掌握设计现代射频微波器件的基本步骤并且获得实验结果(约5~6学时)。采用视频分步骤演示,利用MOOC教师在线辅导;配套不断丰富的分步骤操作指导类适合远程学习的交互课件。
仿真设计、创新研究学生可下载商品软件自行完成。
【常规MOOC】:
MOOC采用题库,学生在限定时间内完成一套随机抽取的硬件仿真及软件模拟设计题目,并完成实验分析报告;网络电子版【教师评分/系统评分】
【单元测试 55% 、期末测试 30% 、论坛活跃度15%】60分及格,80分以上优秀
【备注】
翻转课堂(校内)参考学生在学校实验室使用真实仪器及仿真软件,在限定时间完成硬件实验及器件的仿真设计并完成纸质试卷。【教师评分】
MOOC 官方平台得分 75%,期末现场考试得分 25%
电磁场理论(或同类课程如:《电磁场与电磁波》、《电动力学》)
主要内容:
硬件实验预备知识
掌握硬件实验的实验原理、实验目的,理解每个实验的实验要求以及实验内容。掌握实验器材的基本操作,包括器件的操作和调试等。(要求学习5学时)
电磁波反射实验
了解电磁波TE10模的入射及反射现象,并且测试验证电磁波的反射定理(要求学习2学时)
第三章 电磁波通过单缝时的衍射现象实验
验证衍射定理,测试电磁波衍射强度与观测角度之间的关系,并且掌握波长与缝隙之间的关系(要求学习0.5学时)
第四章 双缝干涉实验
掌握电磁波衍射的基本现象,并且观察缝与缝之间的电磁干涉现象(要求学习0.5学时)
第五章 迈克尔逊干涉现象实验
了解迈克尔逊干涉测试法基本原理,理解半透射电磁波功率分配与角度的关系(要求学习1学时)
第六章 无损介质介电常数实验
理解迈克尔逊干涉法测试的基本原理,并且利用该原理测试不同材料的介电常数(要求学习0.5学时)
第七章 偏振实验
了解电磁波的偏振特性,并且观察喇叭形天线的发射与接收特性。(要求学习0.5学时)
第八章 布拉格衍射实验
了解布拉格衍射的基本原理,理解基本晶体结构,测试不同晶面对于电磁波的反射,观察晶格常数对波长的敏感性(要求学习1学时)
第九章 微波器件设计及软件应用
了解MWO软件的操作界面和常用功能(要求学习0.5学时)
第十章 微波基础计算器的使用
结合理论知识,利用微波基础计算器计算长线参数,理解自动和手动的Smith圆图绘制,掌握任意长线和负载的枝节匹配计算,以及双口网络S,Z,Y,A的参数互相转换(要求学习0.5学时)
第十一章 集总参数滤波器
熟悉集总参数滤波器软件仿真过程,利用MWO提供的工具优化滤波器(要求学习0.5学时)
第十二章 分布参数滤波器
熟悉微带电路和带状电路的仿真过程和注意事项,理解微带线、带状线的特性和各项参数,熟悉微带线、带状线的各种分布参数元件的使用,掌握MWO提供的Tune优化工具,掌握TXLine工具的使用方法和技巧(要求学习1学时)
第十三章 非线性电路仿真
使用MWO软件中的元器件模拟仿真得到三极管的特性曲线图,通过三极管设计直流偏置电路的功率放大器,并通过谐波平衡仿真出实验结果(要求学习0.5学时)
第十四章 电路板Layout设计
掌握制作MWO电路版图的方法,掌握制作微波电路板的基本流程并设计获得实验结果(要求学习1学时)
第十五章 微带天线仿真设计基础
了解微带天线的基本原理和设计方法,掌握用MWO软件设计微带天线的步骤,利用MWO软件设计工作于2 GHz的矩形微带天线(要求学习0.5学时)
第十六章 ADS和HFSS介绍
了解ADS以及HFSS软件的基本功能,理解利用HFSS和ADS设计仿真天线的基本步骤(要求学习1学时)
创新教学部分(全开放应用类,学生自由选取章节感兴趣的部分拓展,按次给分)
利用MOOC平台的优势,在每个知识点给出实际教学时长更多的选学资源,特别是应用实例方面,通过考核激励体系提升学生自觉学习的兴趣。
中国大学 MOOC 已开课,请移步访问:
https://www.icourse163.org/course/0807XMU045-1002922012
游佰强、周建华、李伟文等编著:《电磁场与微波技术实验》,厦门大学出版社;
游佰强、周建华译(U.S. INAN 等著):《工程电磁场与微波技术》,清华大学出版社,2017定稿(将出版);
林为干著:《微波理论与技术》,北京:科学出版社,1979年;
周建华、游佰强译(N.N.Rao 等著):《工程电磁学基础》,机械工业出版社,2006年;
Bhag Singh Guru etal:《Electromagnetic Field Theory Fundamentals》, PWS Publishing Company (机械工业出版社原版影印),1998年;
游佰强、周建华、李伟文、李杰: 《微波技术基础》 国家精品MOOC, 中国大学MOOC 平台: https://www.icourse163.org/course/XMU-1001778008
福建省精品课程《电磁场与微波技术实验》:
通过 MOOC 学习《电磁场与微波技术实验》特色:
本课程是实验类的课程,由于实验设备价格昂贵,耗材费高,国内外相关技术人才培训费用都非常高昂。因此通过MOOC精选的课程视频学习是改革创新的提升模式,没有时间空间限制,自由控制进度,虚拟仿真模拟提供了动手演练平台。
平台是否提供软件下载:
商品软件受软件开发商版权限制,本站点暂不提供下载。学生可自行到软件开发商官方网站下载免费的教学版本即可跟进MOOC的学习;目前各大知名软件厂商均提供有供自学的免费 Demo 版本或 教学版本。
是否一定要学过微波技术基础才能选此课?
不是必须的。但如果通过微波技术课程(请参考团队国家精品MOOC)学习,对实验机理理解、创新仿真设计是非常有利的,特别是传输线理论、微带线基础、微波网络等。
课程学习次序应该如何掌握?
建议学习过《普通物理》、《电磁场理论》后再选修此课程,《微波技术基础》可与本课程同步学习。
学习内容是否会很难?
本课程的建设理念和微波技术一样,都是力求让学生在轻松的环境中自然而然学会核心内容。视频安排上由浅入深,涉及创新的电磁仿真设计也是从基础的射频器件、滤波器到稍微复杂的天线设计。
课程涉及哪些交叉学科?
微电子、材料(新型人工电磁材料)、化学化工(新微观特性分析、辅助工艺技术)、生物医电、导航、遥感遥测等都可以用到微波EDA工具,创新涉及多学科交叉。