射頻電路立體化教材建設(shè)的思考與實踐

黃玉蘭+趙婕

摘要：根據(jù)射頻電路理論特點和設(shè)計特色，結(jié)合教材建設(shè)和教學(xué)改革工作實踐，論述了射頻電路立體化教材建設(shè)的必要性、思路和內(nèi)容。已建設(shè)射頻電路理論教材、ADS射頻電路仿真教材、視頻光盤和教學(xué)課件，形成了由紙質(zhì)教材、電子教材、視頻教材和仿真設(shè)計平臺構(gòu)成的立體化教材資源，可用于課程教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計和應(yīng)聘射頻工程師的高校射頻電路教學(xué)解決方案。射頻電路立體化教材建設(shè)為高校教材體系更新提供思考。

關(guān)鍵詞：立體化教材；射頻電路；教學(xué)解決方案；高等教育

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）25-0171-02

由于射頻（RF）技術(shù)日趨廣泛的應(yīng)用，射頻電路得到工業(yè)界的特別關(guān)注。射頻電路是現(xiàn)代無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)，為滿足對射頻工程師的迫切需求，近年來越來越多的高校開設(shè)了射頻電路課程，由此也帶來了射頻電路教材如何建設(shè)的問題。立體化教材是適應(yīng)時代的教材構(gòu)成理念，是利用現(xiàn)代技術(shù)完善教材建設(shè)的新途徑，是適應(yīng)科技發(fā)展，引領(lǐng)教材改革的突破口。立體化教材已經(jīng)成為教材改革的潮流和熱點，也成為射頻電路教材建設(shè)的發(fā)展方向。西安郵電大學(xué)非常重視射頻電路立體化教材的建設(shè)，從2008年至今，射頻電路立體化教材的建設(shè)工作一直在持續(xù)著，已建設(shè)理論教材、ADS仿真教材、視頻光盤、電子教案和教學(xué)課件，完成了由紙質(zhì)教材、電子教材、視頻教材和國際主流的ADS仿真設(shè)計平臺構(gòu)成的立體化教材資源，可用于課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，并支持應(yīng)聘射頻工程師，形成了高校射頻電路整體教學(xué)解決方案。本文論述了射頻電路立體化教材建設(shè)的指導(dǎo)思想和主要教學(xué)目標(biāo)，闡述了西安郵電大學(xué)在射頻電路立體化教材建設(shè)過程中教學(xué)改革和教材創(chuàng)新的體現(xiàn)情況，表明了構(gòu)建一流的立體化教材對加速教材體系更新的支撐作用。

一、射頻電路立體化教材建設(shè)的指導(dǎo)思想和主要教學(xué)目標(biāo)

在射頻電路立體化教材的編撰中，需要有明確的指導(dǎo)思想和教學(xué)目標(biāo)。為此，從建設(shè)定位、整體規(guī)劃和教材設(shè)計3個方面入手，論述射頻電路立體化教材建設(shè)的初衷。

1.建設(shè)定位。（1）讓高校教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代新設(shè)計方法保持同步。在射頻電路立體化教材建設(shè)中，引入ADS仿真設(shè)計工具。ADS由美國安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，可以支持從射頻模塊到射頻系統(tǒng)的設(shè)計。引入ADS可以推動ADS在國內(nèi)的使用，可以加快射頻電路設(shè)計方法的更新?lián)Q代，并可以加速高校射頻電路教材體系的更新。目前ADS已經(jīng)在國內(nèi)高校、科研院所和大型IT公司中推廣使用。（2）形成高校射頻電路整體教學(xué)解決方案。射頻電路立體化教材應(yīng)該是一個教材體系，能夠形成高校射頻電路整體教學(xué)解決方案。該教材體系不僅可以用于射頻電路課程學(xué)習(xí)，還可以用于課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，從而將課程學(xué)習(xí)與高校集中實踐環(huán)節(jié)對接。該教材體系還應(yīng)該面向科研院所和IT公司工作環(huán)境，將學(xué)生在校學(xué)習(xí)與應(yīng)聘射頻工程師對接，讓廣大學(xué)生對射頻電路設(shè)計產(chǎn)生興趣。

2.整體規(guī)劃。射頻電路立體化教材建設(shè)應(yīng)該有整體規(guī)劃，各組成部分應(yīng)具有不同的側(cè)重點。（1）紙質(zhì)教材架起理論設(shè)計與仿真設(shè)計的橋梁。紙質(zhì)教材既有理論設(shè)計教材，也有仿真設(shè)計教材。理論設(shè)計教材與仿真設(shè)計教材相結(jié)合，才能形成射頻電路立體化教材的基石。立體化教材建設(shè)應(yīng)該以射頻電路理論教材為起點，讓學(xué)生明確射頻電路與低頻電路的差異，掌握射頻電路的獨特性質(zhì)。同時，還應(yīng)該架起理論設(shè)計與ADS仿真設(shè)計的橋梁，讓學(xué)生知曉射頻電路理論與ADS軟件相結(jié)合才是射頻電路設(shè)計的發(fā)展方向。（2）視頻教材和電子教材讓學(xué)生盡快適應(yīng)全英文的設(shè)計環(huán)境。ADS是全英文的，學(xué)生很難適應(yīng)全英文的設(shè)計環(huán)境。應(yīng)與紙質(zhì)教材配套出版ADS視頻光盤，直觀、生動地展示ADS的界面構(gòu)成，讓學(xué)生盡快熟悉ADS仿真設(shè)計環(huán)境，盡快學(xué)會ADS操作步驟。同時電子教材也是必不可少的，能反映教材內(nèi)容的精華，能避免枯燥的講解，能提供課上和課下的教學(xué)服務(wù)。視頻教材和電子教材是射頻電路紙質(zhì)教材的補(bǔ)充，可以提高教學(xué)效果，很好地完成教學(xué)目標(biāo)。（3）教師和學(xué)生在相同的仿真平臺上教與學(xué)。ADS提供了設(shè)計射頻電路的平臺，教師和學(xué)生可以在ADS這個相同的設(shè)計平臺上教與學(xué)。在高校射頻電路教學(xué)體系中，ADS是教與學(xué)的紐帶，教師對設(shè)計實例給出從理論到設(shè)計的講解，學(xué)生更改參數(shù)后就可以利用ADS做同類的設(shè)計。

3.教材設(shè)計。目前出版的教材通常滯后于技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)常是新技術(shù)方法、新設(shè)計手段已經(jīng)出現(xiàn)很久，教材中還沒有體現(xiàn)。為此，射頻電路立體化教材改變了高校只有理論教材的現(xiàn)狀，給出了ADS仿真教材。射頻電路理論教材側(cè)重于基本理論講解；ADS教材側(cè)重于仿真設(shè)計方法講解；教學(xué)光盤側(cè)重于視頻化講解；電子教案和教學(xué)課件側(cè)重于電子化講解。射頻電路立體化教材使得多種教材形式相互補(bǔ)充與完善。

二、射頻電路立體化教材建設(shè)過程中教學(xué)改革和教材創(chuàng)新的體現(xiàn)情況

從2008年至今，西安郵電大學(xué)射頻電路教材的編著工作一直在持續(xù)著。2008年，出版了《射頻電路理論與設(shè)計》；2010年，出版了《ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》，并配套出版了視頻光盤；2014年，出版了《射頻電路理論與設(shè)計（第2版）》；2015年，出版了《ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用（第2版）》。在射頻電路立體化教材的建設(shè)中，在4個方面嘗試了教學(xué)改革和教材創(chuàng)新。

1.將射頻電路理論貫穿于射頻電路仿真設(shè)計之中，與現(xiàn)代設(shè)計方法同步。射頻電路設(shè)計比較復(fù)雜，主要原因是：集“理論計算”與“電路設(shè)計”于一身，集“電磁場的分析方法”與“電路的實現(xiàn)手段”于一體。射頻電路冗長的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，常常讓學(xué)生望而卻步；射頻電路中場與波的知識，也讓學(xué)生在面對繁雜電路模型時有畏難思想。射頻電路立體化教材通過多種教材形式的闡釋，將射頻電路理論貫穿于射頻電路設(shè)計之中，學(xué)生易于學(xué)習(xí)，同時實現(xiàn)了高校教學(xué)與現(xiàn)代設(shè)計方法的同步。

2.學(xué)生面對廠商元件模型學(xué)習(xí)射頻電路設(shè)計，教材接了“地氣”。射頻電路立體化教材引入了廠商真實的元件模型，讓學(xué)生對射頻電路設(shè)計有了真實、完整的認(rèn)識，教材接了“地氣”。同時，通過各種圖形化工具（例如，史密斯圓圖匹配工具、傳輸線計算工具等）協(xié)助射頻電路設(shè)計，從射頻電路計算公式到圖形化設(shè)計界面，讓學(xué)生對射頻電路設(shè)計有了直觀的認(rèn)識，擺脫了枯燥的純理論計算式的設(shè)計。

3.ADS教材3篇各完成一個方面的主題任務(wù)，改變了傳統(tǒng)教材只分章節(jié)的習(xí)慣。為方便學(xué)生盡快適應(yīng)全英文的ADS設(shè)計環(huán)境，需要將ADS構(gòu)成、ADS設(shè)計使用功能和ADS仿真設(shè)計實例在一本書中呈現(xiàn)給學(xué)生。為完成這個挑戰(zhàn)，《ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》改變了傳統(tǒng)教材只分章節(jié)的習(xí)慣，將全書分為3篇（初識篇、使用篇、設(shè)計篇），每篇各完成一個方面的主題任務(wù)（ADS構(gòu)成、ADS設(shè)計使用功能、ADS仿真設(shè)計實例），同時3篇內(nèi)容架構(gòu)清晰，循序漸進(jìn)，渾然一體。

4.理論設(shè)計與ADS設(shè)計在內(nèi)容上互動，形成了系列教材的獨有特色?！渡漕l電路理論與設(shè)計》和《ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》在內(nèi)容上互動，相輔相成，教材《射頻電路理論與設(shè)計》中的理論設(shè)計，在教材《ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》中完成了仿真設(shè)計，形成了系列教材的獨有特色，這在國內(nèi)具有創(chuàng)新性。

三、結(jié)語

教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的知識載體，是實現(xiàn)教育思想和教育宗旨的中間媒介。立體化教材建設(shè)是利用現(xiàn)代技術(shù)完善教材建設(shè)的新途徑，是深化教學(xué)改革、構(gòu)建教與學(xué)整體解決方案的一項有效措施。本文通過闡釋射頻電路立體化教材的特點、內(nèi)涵、建設(shè)體系和呈現(xiàn)方式，介紹了西安郵電大學(xué)教學(xué)改革和教材創(chuàng)新的情況，并概述了筆者對射頻電路立體化教材建設(shè)的體會。

參考文獻(xiàn)：

[1]初天斌，李少明.移動互聯(lián)網(wǎng)背景下立體化教材出版的應(yīng)用研究[J].出版發(fā)行研究，2015，31（2）：39-42.

[2]黃玉蘭.ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用[M].第2版.北京：人民郵電出版社，2015.

[3]黃玉蘭.射頻電路理論與設(shè)計[M].第2版.北京：人民郵電出版社，2014.

[4]黃玉蘭.ADS射頻電路設(shè)計基礎(chǔ)與典型應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5]黃玉蘭.射頻電路理論與設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

Thinking and Practice on the Three-Dimensional Textbooks Construction of RF Circuit

HUANG Yu-lan，ZHAO Jie

（Xi'an University of Posts & Telecommunications，Xi'an，Shaanxi 710121，China）

Abstract：According to the characteristic of RF circuit theory and design，combined with the practice of teaching material construction and teaching reform，this paper discusses the necessity，thought and content of the construction of three-dimensional textbooks of RF circuit. We have built theoretical teaching materials，simulation materials，video discs and teaching courseware，the teaching materials include paper，electronic，video and simulation platform，these have been used in the course teaching，graduation design and student recruitment. It provides a reflection on the updating of teaching material system in colleges and universities.

Key words：three-dimensional textbooks；RF circuit；teaching solution；higher education