天線原理與設(shè)計(jì)-教學(xué)大綱-2022版

《天線原理與設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(中文)天線原理與設(shè)計(jì)(英文)AntennaPrincipleandDesign課程代碼課程性質(zhì)工程基礎(chǔ)課(必修)開課院部物理與光電工程學(xué)院課程負(fù)責(zé)人課程團(tuán)隊(duì)授課學(xué)期第六學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2學(xué)分/32學(xué)時(shí)課內(nèi)學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0實(shí)訓(xùn)（含上機(jī)）0實(shí)習(xí)0其他0適用專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)授課語言中文對(duì)先修的要求先修課程《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《電路》、《數(shù)學(xué)物理方法》、《電磁場(chǎng)與電磁波》。對(duì)后續(xù)的支撐對(duì)《微波技術(shù)》、《短距離無線通信技術(shù)》、《半導(dǎo)體物理》、《傳感器技術(shù)》、《光伏器件及應(yīng)用》和《顯示與照明》等后續(xù)課程提供必要的電磁場(chǎng)與電磁波理論知識(shí)。課程簡介本課程系統(tǒng)介紹了經(jīng)典電磁理論和天線的基本原理，重點(diǎn)講述天線的基本理論和設(shè)計(jì)方法，以及各類天線的工作機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，該課程是無線通信技術(shù)和光電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)。本課程將采用基礎(chǔ)理論講解、應(yīng)用例子剖析和課堂討論相結(jié)合的教學(xué)方式，目的在于充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主動(dòng)性，使其較好地理解理論知識(shí)并掌握相關(guān)問題的解決方法。Thiscoursesystematicallyintroducesthefundamentaltheoryofclassicelectromagneticsandantennas,anditfocusesonbasictheoryanddesigntechniqueofantennas,includingworkingmechanism,characteristics,applicationsofallkindsofantennas.AsanimportantfundamentalcourseofElectronicScienceandTechnologymajor,thecourseisthetheoreticalbaseofwirelesscommunicationtechnologiesandphotoelectronictechnologies.Thecoursewilladoptteachingmethodsofbasictheoryexplanation,applicationexampleanalysisandclassroomdiscussion,thepurposeistogivefullplaytotheinitiativeofstudentsinlearningthecourse,sothattheycanunderstandthetheorywellandmastermethodsofsolvingrelatedproblems.二、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)的支撐序號(hào)課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)畢業(yè)要求1目標(biāo)1：使學(xué)生掌握基本的天線輻射原理和利用仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行建模、仿真和分析；觀測(cè)點(diǎn)1.2能夠針對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的具體對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型并求解。畢業(yè)要求1.能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識(shí)用于解決電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題。2目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的天線類型。觀測(cè)點(diǎn)2.2能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)知識(shí)對(duì)分解的電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析和表達(dá)。畢業(yè)要求2.能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和電子科學(xué)技術(shù)的基本原理，并通過查閱文獻(xiàn)和借助仿真軟件等手段，對(duì)電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題進(jìn)行識(shí)別、表達(dá)和分析，以獲取有效結(jié)論。三、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配章節(jié)學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)的預(yù)期成果教學(xué)與評(píng)價(jià)方式支撐課程目標(biāo)第一章4緒論/基本定理與基本輻射元重點(diǎn)：麥克斯韋方程組；天線輻射基本概念；電流元與短振子。難點(diǎn)：方向圖、輻射電阻、天線的基本分析方法1.掌握麥克斯韋方程組及天線輻射的基本概念；2.掌握對(duì)偶原理與等效原理及方向圖的測(cè)量。1.基本概念講解；2.課堂討論：（1）天線輻射有哪些基本量？（2）邊界條件有哪些？（3）天線如何測(cè)量？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1第二章4對(duì)稱振子和天線參數(shù)重點(diǎn)：對(duì)稱振子的電流分布、方向圖、輻射電阻；天線的方向系數(shù)和增益；天線的輸入阻抗與帶寬。難點(diǎn)：輻射電阻和輸入阻抗的理解和計(jì)算了解天線的軸比測(cè)量；掌握對(duì)稱振子的電流分布、場(chǎng)分布。掌握天線的方向系數(shù)和增益、輸入阻抗等1.以對(duì)稱振子為例講解天線的性能參數(shù)；2.課堂討論：（1）什么是對(duì)稱振子天線？（2）場(chǎng)的劃分？（3）方向系數(shù)和增益的關(guān)系？（4）天線的阻抗和匹配效率？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1第三章4天線陣的分析與綜合重點(diǎn)：方向圖乘積定理、二元振；耦合振子的互阻抗；N元線性陣。難點(diǎn)：方向圖乘積定理，不等振幅分布線陣。掌握二元邊射陣及方向圖乘積定理；掌握耦合振子的互阻抗；掌握N元陣列的性能參數(shù)了解稀疏陣和多元陣。1.講授陣列天線的基本原理及設(shè)計(jì)方法；2.課堂討論：（1）二元陣？方向圖乘積定理？（2）如何計(jì)算耦合振子的互阻抗？（3）N元等幅和非等幅陣列的參數(shù)計(jì)算？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1目標(biāo)2第四章4振子天線重點(diǎn)：同相水平天線，八木天線，單極子天線。難點(diǎn)：巴倫結(jié)構(gòu)，八木-宇田天線了解分形天線的工作原理；掌握對(duì)稱振子天線與平衡器；掌握八木天線的工作機(jī)理；掌握單極天線的工作機(jī)理。1.講解多種振子天線相關(guān)基礎(chǔ)理論及設(shè)計(jì)原理；2.課堂討論：（1）如何設(shè)計(jì)對(duì)稱振子天線和平衡器？（2）八木天線的工作原理及增益的計(jì)算？（3）單極天線的工作原理？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1第五章6行波天線與超寬帶天線重點(diǎn)：行波天線的輻射電阻和方向系數(shù)；螺旋天線；超寬帶天線。難點(diǎn)：行波天線及超寬帶天線的工作原理。了解菱形天線的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握行波長導(dǎo)線天線的遠(yuǎn)場(chǎng)和方向圖；理解螺旋天線的結(jié)構(gòu)和法向、軸向螺旋天線的工作原理；掌握超寬帶天線的工作原理。1.講解行波天線和超寬帶天線的工作原理；2.課堂討論：（1）行波天線的輻射阻抗和方向系數(shù)？（2）什么是軸向和法向螺旋天線？（3）超寬帶天線有哪些種類？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1目標(biāo)2第六章6縫隙天線和微帶天線重點(diǎn)：平面縫隙天線；波導(dǎo)縫隙天線；微帶貼片天線及微帶陣列天線。難點(diǎn)：貼片天線的傳輸線模型、腔體模型等。掌握平面縫隙天線和波導(dǎo)縫隙天線的工作機(jī)理；掌握微帶貼片天線的模式分析方法及微帶陣列天線的設(shè)計(jì)；了解一些典型工程應(yīng)用例子和結(jié)論。1.講解平面縫隙天線、波導(dǎo)縫隙天線、微帶貼片天線的工作原理，并介紹一些典型應(yīng)用例。2.課堂討論：（1）平面縫隙天線的工作原理和波導(dǎo)縫隙天線有哪些不同？（2）什么是微帶天線？（3）如何設(shè)計(jì)微帶陣列天線？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。目標(biāo)1目標(biāo)2第七章4口徑天線與喇叭天線、反射面天線與透鏡天線重點(diǎn)：口徑天線的結(jié)構(gòu)及外場(chǎng)的計(jì)算；拋物面天線的遠(yuǎn)場(chǎng)特性。難點(diǎn)：口徑天線輻射場(chǎng)的計(jì)算。掌握口徑天線的工作機(jī)理；理解口徑天線的電流分布和場(chǎng)區(qū)的求解；了解透鏡天線。1.講解口徑天線和反射面天線的工作原理，并介紹一些典型應(yīng)用例。2.課堂討論：（1）如何改變口徑天線的電流分布？（2）如何計(jì)算口徑天線的遠(yuǎn)場(chǎng)？3.課后作業(yè)/章節(jié)小測(cè)。合計(jì)32四、課程考核序號(hào)課程目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)）考核內(nèi)容評(píng)價(jià)依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)章節(jié)小測(cè)驗(yàn)作業(yè)/報(bào)告考試1目標(biāo)1：使學(xué)生理解各類天線的性能參數(shù)和特點(diǎn)，能對(duì)各種天線進(jìn)行建模并求解；（支撐觀測(cè)點(diǎn)1.2）（1）是否能夠系統(tǒng)掌握經(jīng)典電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。（2）能否運(yùn)用經(jīng)典電磁場(chǎng)理論分析和求解天線以及電磁波傳輸問題。51550702目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)中涉及的電磁問題進(jìn)行分析的能力。（支撐觀測(cè)點(diǎn)2.2）能否對(duì)電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)中涉及到的天線問題進(jìn)表達(dá)、分析和求解。552030合計(jì)102070100注：各類考核評(píng)價(jià)的具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見《附錄：各類考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表》五、教材及參考資料1.教材《天線理論與技術(shù)》，鐘順時(shí)編，北京：電子工業(yè)出版社，2015，第2版。2.主要參考書[1]ConstantineA.Balanis編著，《Antennatheoryanalysisanddesign》（第3版），Wiley出版社，2005年出版[2]JohnD.Kraus,RonaldJ.Marhefka編著，章文勛譯，《天線》（第三版），電子工業(yè)出版社，2015年出版。六、教學(xué)條件多媒體教室附錄：課程考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課程考試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)要求評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重（%）90-10080-8960-790-59目標(biāo)1：使學(xué)生掌握各類天線的性能參數(shù)和特點(diǎn)，能對(duì)各種天線進(jìn)行建模并求解。正確理解電磁現(xiàn)象,完全掌握經(jīng)典電磁場(chǎng)與電磁波的理論知識(shí)，完全掌握各類天線性能參數(shù)及電波傳播問題。較好掌握天線基本的理論知識(shí)及其應(yīng)用領(lǐng)域，在考核中能正確解答大部分的基礎(chǔ)理論題。基本掌握天線基本的理論知識(shí)及其應(yīng)用領(lǐng)域，在考核中能正確解答一半以上基礎(chǔ)理論問題。還沒系統(tǒng)掌握天線基本的理論知識(shí)，在考核中一半以上基礎(chǔ)理論題不會(huì)解答。70目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)中涉及的電磁問題進(jìn)行分析的能力。掌握天線理論與設(shè)計(jì)問題的解決方法，并在考核中能正確解答所有電子器件和電子系統(tǒng)中涉及到的相關(guān)問題。較好掌握天線理論與設(shè)計(jì)問題的解決方法，在考核中能解答大部分電子器件和電子系統(tǒng)中涉及到的相關(guān)問題?；菊莆仗炀€理論與設(shè)計(jì)問題的解決方法，在考核中能解答一半以上電子器件和電子系統(tǒng)中涉及到的相關(guān)問題。還沒掌握天線理論與設(shè)計(jì)問題的解決方法，或還不會(huì)將其應(yīng)用于