實(shí)戰(zhàn)化要求下《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》課程建設(shè)

任琳 李云鵬 于穎

摘 要：針對(duì)于培養(yǎng)具有信息作戰(zhàn)能力的工程學(xué)員，分析了工程學(xué)員開(kāi)設(shè)電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線課程的重要意義，并根據(jù)課程特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)方法改革兩個(gè)方面，探討了電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線課程的建設(shè)思路和措施。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；微波技術(shù)；天線；課程建設(shè)；信息作戰(zhàn)能力

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）17-0086-03

Abstract： In order to train engineering students with information combat capability， this paper analyzes the significance of the engineering students' setting up the Electromagnetic Field Microwave Technology and Antenna courses. According to the characteristics of the course， the construction thoughts and measures are discussed from the reform of teaching content and method.

Keywords： electromagnetic field； microwave technology； antenna； course construction； information combat capability

隨著戰(zhàn)爭(zhēng)電子信息化發(fā)展加快，電子對(duì)抗裝備在戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用更能凸顯出軍事的現(xiàn)代化進(jìn)程。而先進(jìn)的微波器件在雷達(dá)對(duì)抗裝備中的應(yīng)用有效地提高了雷達(dá)對(duì)抗裝備的性能，提高了部隊(duì)的戰(zhàn)斗力。如何加速培養(yǎng)適應(yīng)信息戰(zhàn)要求的高素質(zhì)新型軍事人才，爭(zhēng)取戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)，是軍事院校必須面對(duì)的重要而緊迫的課題。

一、工程學(xué)員開(kāi)設(shè)《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》課程的重要意義

《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》是我校電子對(duì)抗指揮與工程專業(yè)的一門(mén)核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。主要用于電子對(duì)抗指揮與工程專業(yè)的本科教學(xué)，也用于短訓(xùn)、輪訓(xùn)和部隊(duì)在職培訓(xùn)。它屬于專業(yè)基礎(chǔ)原理類課程，是電子對(duì)抗指揮與工程專業(yè)教學(xué)的通用主體課程，是聯(lián)系前面專業(yè)基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程之間的重要樞紐。該課程決定專業(yè)學(xué)習(xí)的深度和廣度，是信息化人才培養(yǎng)體系與課程建設(shè)體系的重要組成部分。在當(dāng)今信息化戰(zhàn)爭(zhēng)和反臺(tái)獨(dú)軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的新形勢(shì)下，空軍信息作戰(zhàn)人才培養(yǎng)對(duì)本課程提出了新要求。

本課程的培養(yǎng)目標(biāo)是：為空軍航空兵部隊(duì)培養(yǎng)航空信息對(duì)抗專業(yè)技術(shù)人才，具有適應(yīng)多種新機(jī)型、新種類、新裝備、新技術(shù)、新理論的信息與通信工程人員，勝任電子偵察、電子干擾、對(duì)抗指揮等技術(shù)及管理工作。

綜上所述，本課程的教學(xué)內(nèi)容涉及信息作戰(zhàn)新裝備，培養(yǎng)目標(biāo)是空軍長(zhǎng)遠(yuǎn)建設(shè)急需緊缺的、復(fù)合型的航空電子對(duì)抗新型軍事人才。本課程建設(shè)的軍事需求迫切，新軍事變革提出的新問(wèn)題多，建設(shè)要求高，難度大，是我軍（尤其是空軍）相對(duì)薄弱、亟待加強(qiáng)建設(shè)的信息作戰(zhàn)類課程。本課程建設(shè)的創(chuàng)新嘗試，對(duì)于推動(dòng)空軍信息作戰(zhàn)課程建設(shè)具有重要的引領(lǐng)與示范作用，在空軍信息作戰(zhàn)新型軍事人才體系建設(shè)中地位重要，發(fā)展?jié)摿Υ螅熬皬V闊。

二、根據(jù)課程特點(diǎn)，科學(xué)構(gòu)建《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》課程

（一）課程特點(diǎn)

《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》主要向?qū)W員傳授電磁場(chǎng)與電磁波的基本原理、傳輸線理論、微波傳輸線、微波元件以及天線等體系結(jié)構(gòu)。該課程教學(xué)內(nèi)容具有如下特點(diǎn)。

1. 課程內(nèi)容量大、涵蓋面廣。本課程主要包括電磁場(chǎng)與電磁波、微波技術(shù)和天線三大部分內(nèi)容，每一部分內(nèi)容都可以作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，所以在教員講授和學(xué)員學(xué)習(xí)的過(guò)程中都存在一定的難度。

2. 概念抽象、理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)復(fù)雜。本課程中涉及到的基本概念、基本理論較多，較抽象；尤其是第一章中電磁場(chǎng)與電磁波的基本原理中主要討論時(shí)變電磁場(chǎng)的基本規(guī)律以及平面電磁波在不同媒質(zhì)中的傳播特性，第三章中矩形波導(dǎo)中傳輸模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)等都要求學(xué)員有較強(qiáng)的邏輯推理能力和空間想象能力；同時(shí)課程中存在大量的公式推導(dǎo)，要求學(xué)員有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底。

3. 前期知識(shí)儲(chǔ)備要求高。學(xué)習(xí)《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》需要具有扎實(shí)的《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《普通物理學(xué)》、《電路理論基礎(chǔ)》、《模擬電路》、《數(shù)字電路》、《高頻電子線路》、《信號(hào)與系統(tǒng)》等課程的相關(guān)知識(shí)，是體現(xiàn)學(xué)員綜合運(yùn)用知識(shí)的課程。

4. 后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課和設(shè)備課的理論基礎(chǔ)課?！峨姶艌?chǎng)微波技術(shù)與天線》這門(mén)課程是支撐《雷達(dá)原理》、《雷達(dá)偵察原理》、《雷達(dá)干擾原理》等專業(yè)教育課程的理論基礎(chǔ)課，同時(shí)也為《支援干擾設(shè)備及應(yīng)用》、《雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備及應(yīng)用》等崗位教育課程提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

5. 與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密。課程中多數(shù)理論知識(shí)都要在實(shí)際的工程應(yīng)用中用到，所以要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)員經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的全過(guò)程。教員一方面針對(duì)探索性的工程實(shí)際問(wèn)題創(chuàng)設(shè)必要的情境，讓學(xué)員在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)疑問(wèn)；另一方面啟發(fā)學(xué)員結(jié)合工程背景，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)具體構(gòu)建實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)過(guò)程中鍛煉科學(xué)思維能力、組織計(jì)劃能力、歸納總結(jié)能力、獨(dú)立工作能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

6. 課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)層次清楚。其中緒論部分主要介紹這門(mén)課程的體系結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并且在講述的過(guò)程中介紹了標(biāo)量場(chǎng)的梯度、矢量場(chǎng)的散度與旋度，為后續(xù)內(nèi)容打下數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；第1部分是電磁場(chǎng)與電磁波的部分，主要討論了麥克斯韋方程組的積分形式、微分形式和相應(yīng)的邊界條件以及平面電磁波在不同媒質(zhì)中的傳播特性，基本概念、基本定律較多，理論性極強(qiáng)，存在大量的繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程；第2部分為微波技術(shù)部分，主要討論均勻傳輸線理論、微波傳輸線和微波元件，涉及到傳輸線匹配、阻抗圓圖計(jì)算、規(guī)則金屬波導(dǎo)的傳輸模式及場(chǎng)分布的概念和特點(diǎn)；從工程應(yīng)用的角度出發(fā)介紹了具有代表性的微波器件概念、工作原理和部分器件的設(shè)計(jì)過(guò)程等內(nèi)容，是本門(mén)課程的主體部分；第3部分為天線與電波傳播部分，主要敘述了天線輻射與接收的基本原理、一些常用的天線設(shè)備及電波傳播概論等內(nèi)容，是與實(shí)際工程應(yīng)用和后續(xù)設(shè)備課程聯(lián)系最緊密的一章。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革

從課程目標(biāo)出發(fā)構(gòu)思教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，合理運(yùn)用教學(xué)方法手段，積極引導(dǎo)學(xué)員自主學(xué)習(xí)，努力提高教學(xué)效果。使學(xué)員掌握本課程的基本原理，經(jīng)歷組織實(shí)驗(yàn)和開(kāi)展科學(xué)研究的全過(guò)程，使教學(xué)工作更加具有針對(duì)性。在教學(xué)內(nèi)容的選取，深廣度要求的確定上都要突出目的性。

1. 上好緒論課。本門(mén)課程的理論是一門(mén)古老的學(xué)科，是以麥克斯韋方程組為核心的經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論。由于這門(mén)課程的內(nèi)容所涵蓋的定律和定理并不會(huì)隨時(shí)間變化而發(fā)生改變，這樣學(xué)員必然會(huì)感覺(jué)比較乏味。那么我們教員不能回避的問(wèn)題，就是要努力激發(fā)起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。所以在課程伊始的緒論課就顯得尤為重要，教員要充分利用。在緒論課中，我們首先要通過(guò)幾個(gè)關(guān)鍵詞，結(jié)合生活中會(huì)遇到的自然現(xiàn)象、生活現(xiàn)象，戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)例來(lái)幫助學(xué)員理解抽象的電磁場(chǎng)，并說(shuō)明這門(mén)課程與我們的生活、我們的機(jī)載裝備都是息息相關(guān)的。同時(shí)要介紹在電磁理論發(fā)展的過(guò)程中，關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的代表人物以及他們的重要貢獻(xiàn)帶來(lái)的科技成果，要配以相應(yīng)的圖片幫助學(xué)員理解。比如說(shuō)隱身飛機(jī)，這種飛機(jī)就是運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，通過(guò)減少有效反射面積，來(lái)實(shí)現(xiàn)隱身的目的。這種飛機(jī)除了采用共型來(lái)減少雷達(dá)波的反射，還多在表面涂有一種吸波材料，在飛行中，它使照射來(lái)的電磁波被散射或者被吸收。這些機(jī)體設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的只有一個(gè)，就是在實(shí)戰(zhàn)中減小戰(zhàn)機(jī)的有效反射面積，提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。再比如微波爐是如何工作的。微波爐的工作頻段是2450MHz，這個(gè)頻段是不需要授權(quán)的，利用食物內(nèi)的極性分子，主要是水。在微波電磁場(chǎng)作用下，水就被吸引以2450MHz的頻率做振蕩，分子之間互相碰撞產(chǎn)生大量的摩擦熱量，微波爐就是利用這種分子之間的摩擦熱使食物得到快速的加熱。在宏觀上，我們看到了食物的溫度升高，而在微觀的過(guò)程，則是交變電磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換為熱能。那么為什么在微波爐加熱食物的時(shí)候不能用金屬器皿呢？這是由于趨膚效應(yīng)的存在，使得電磁場(chǎng)不能透入金屬材料內(nèi)部，也就是說(shuō)微波不能被金屬材料所吸收。

2. 在上課過(guò)程中，多采用實(shí)例教學(xué)。緒論課之后就進(jìn)入電磁場(chǎng)基本方程的學(xué)習(xí)，會(huì)遇到大量枯燥的公式和理論。之前成功的緒論課激發(fā)起的學(xué)習(xí)熱情也會(huì)被晦澀難懂的原理一點(diǎn)點(diǎn)的耗盡。所以教員要不斷的激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，活躍課堂氣氛。其實(shí)在生活中還是有很多現(xiàn)象是與電磁場(chǎng)和電磁波的特性有關(guān)的。比如說(shuō)大家都在用的手機(jī)就存在天線；而我們觀看的有線電視的信號(hào)線就是雙線導(dǎo)波系統(tǒng)當(dāng)中的同軸線；雨后如果馬上有太陽(yáng)容易出現(xiàn)美麗的彩虹，這就是由于電磁波的色散產(chǎn)生的；3D電影就是利用了電磁波的極化特性。這些生活中的現(xiàn)象除了能夠激發(fā)起學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，還能夠培養(yǎng)學(xué)員積極的觀察生活并且有意識(shí)的主動(dòng)思考。再比如電磁波雖然看不見(jiàn)摸不著，但它的很多特性我們并不陌生，移動(dòng)通信一般采用的是線極化，而衛(wèi)星通信則采用的是圓極化方式。通過(guò)合理的引導(dǎo)，學(xué)員們?cè)趯W(xué)習(xí)了電磁場(chǎng)理論的同時(shí)，也能了解許多最新的科技動(dòng)態(tài)。

（三）教學(xué)方法的改革

第二部分微波技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容，其中阻抗圓圖及其應(yīng)用以及傳輸線阻抗匹配都是利用阻抗圓圖來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，教學(xué)過(guò)程中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，按照提出工程實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題、如何分析問(wèn)題、最后解決問(wèn)題的教學(xué)思路進(jìn)行講解闡述。將低頻電路的對(duì)應(yīng)知識(shí)遷移到微波電路中，舉一反三，加深認(rèn)識(shí)。

對(duì)于阻抗圓圖及其應(yīng)用，采用的教學(xué)方法主要有：

程序教學(xué)法——課程的整體組織和設(shè)計(jì)，即發(fā)現(xiàn)工程問(wèn)題的實(shí)際需要——提出問(wèn)題——解決問(wèn)題——典型應(yīng)用。

實(shí)例教學(xué)法——引出阻抗圓圖。

互動(dòng)式教學(xué)法——得到貫穿整堂課主線的反射系數(shù)的兩種表達(dá)式。

圖示法——解決等反射系數(shù)圓族、等相位線族以及阻抗圓圖的計(jì)算方法等重難點(diǎn)問(wèn)題。

在教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)員為主體，教員講授為主的方法展開(kāi)講解。通過(guò)實(shí)例教學(xué)法，激發(fā)學(xué)員的好奇心和求知欲望，引出本節(jié)課要講述的內(nèi)容——阻抗圓圖。

整節(jié)課的內(nèi)容都是以前面所學(xué)過(guò)的反射系數(shù)為主線，在這里首先通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)法，得出歸一化阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系式從而歸納總結(jié)出阻抗圓圖的概念。此時(shí)交代本次課的教學(xué)目標(biāo)，課程結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)以及難點(diǎn)分布。

接下來(lái)通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)法得到反射系數(shù)的一種表達(dá)式：即與終端反射系數(shù)的關(guān)系式引出組成阻抗圓圖的前兩種圓族，等反射系數(shù)圓族和等相位線族，過(guò)程中運(yùn)用了圖示法和大量的動(dòng)畫(huà)演示調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性；促進(jìn)學(xué)員積極思維，跟上教員思路，掌握分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，同時(shí)突出并解決了課程中的重難點(diǎn)問(wèn)題。

通過(guò)課堂討論法從反射系數(shù)的另外一種表達(dá)式出發(fā)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的公式變換，得到分別以歸一化電阻和歸一化電抗為參變量的表達(dá)式，通過(guò)賦值的方法同樣畫(huà)出軌跡圖，得到組成阻抗圓圖的另外兩個(gè)圓族：等電阻圓族和等電抗圓族，過(guò)程中還運(yùn)用對(duì)比分析法討論兩種圓族的相似之處和不同之處，來(lái)加深學(xué)員的印象。

最后通過(guò)直觀教學(xué)法和歸納分析法，即運(yùn)用阻抗圓圖掛圖對(duì)阻抗圓圖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，使學(xué)員在頭腦中形成一個(gè)整體的效果，讓阻抗圓圖的形象由靜變動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，加深理解和記憶，增強(qiáng)直觀效果。

所謂學(xué)有所用，為了提高學(xué)員解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立思考問(wèn)題的素質(zhì)，最后以大量動(dòng)畫(huà)演示的方式，并采用互動(dòng)教學(xué)法講解一道阻抗圓圖的典型例題，來(lái)辨別航管應(yīng)答機(jī)的三刀天線是否滿足使用要求，讓學(xué)員會(huì)根據(jù)特性阻抗、終端負(fù)載、反射系數(shù)等參數(shù)條件來(lái)完成計(jì)算，明確阻抗圓圖在工程應(yīng)用中的實(shí)際用途，激發(fā)學(xué)員自己動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)口去獲取知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》課程建設(shè)不只是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面，還涉及教材、教員隊(duì)伍和教學(xué)條件等許多方面，但無(wú)論是哪個(gè)方面，課程建設(shè)的根本目的是為了努力培養(yǎng)高素質(zhì)工程學(xué)員的信息作戰(zhàn)能力。在明確課程教育理念和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步研究和探索更為科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容、相應(yīng)的教學(xué)方法以及有效教學(xué)手段，不斷提高課程教學(xué)水平和質(zhì)量。

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