射頻電路立體化教材建設的思考與實踐

黃玉蘭+趙婕

摘要：根據射頻電路理論特點和設計特色，結合教材建設和教學改革工作實踐，論述了射頻電路立體化教材建設的必要性、思路和內容。已建設射頻電路理論教材、ADS射頻電路仿真教材、視頻光盤和教學課件，形成了由紙質教材、電子教材、視頻教材和仿真設計平臺構成的立體化教材資源，可用于課程教學、畢業設計和應聘射頻工程師的高校射頻電路教學解決方案。射頻電路立體化教材建設為高校教材體系更新提供思考。

關鍵詞：立體化教材；射頻電路；教學解決方案；高等教育

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

由于射頻（RF）技術日趨廣泛的應用，射頻電路得到工業界的特別關注。射頻電路是現代無線通信技術的基礎，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了射頻電路課程，由此也帶來了射頻電路教材如何建設的問題。立體化教材是適應時代的教材構成理念，是利用現代技術完善教材建設的新途徑，是適應科技發展，引領教材改革的突破口。立體化教材已經成為教材改革的潮流和熱點，也成為射頻電路教材建設的發展方向。西安郵電大學非常重視射頻電路立體化教材的建設，從2008年至今，射頻電路立體化教材的建設工作一直在持續著，已建設理論教材、ADS仿真教材、視頻光盤、電子教案和教學課件，完成了由紙質教材、電子教材、視頻教材和國際主流的ADS仿真設計平臺構成的立體化教材資源，可用于課程學習、課程設計和畢業設計，并支持應聘射頻工程師，形成了高校射頻電路整體教學解決方案。本文論述了射頻電路立體化教材建設的指導思想和主要教學目標，闡述了西安郵電大學在射頻電路立體化教材建設過程中教學改革和教材創新的體現情況，表明了構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的指導思想和主要教學目標

在射頻電路立體化教材的編撰中，需要有明確的指導思想和教學目標。為此，從建設定位、整體規劃和教材設計3個方面入手，論述射頻電路立體化教材建設的初衷。

1.建設定位。（1）讓高校教學內容與現代新設計方法保持同步。在射頻電路立體化教材建設中，引入ADS仿真設計工具。ADS由美國安捷倫（Agilent）公司開發，可以支持從射頻模塊到射頻系統的設計。引入ADS可以推動ADS在國內的使用，可以加快射頻電路設計方法的更新換代，并可以加速高校射頻電路教材體系的更新。目前ADS已經在國內高校、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解決方案。射頻電路立體化教材應該是一個教材體系，能夠形成高校射頻電路整體教學解決方案。該教材體系不僅可以用于射頻電路課程學習，還可以用于課程設計和畢業設計，從而將課程學習與高校集中實踐環節對接。該教材體系還應該面向科研院所和IT公司工作環境，將學生在校學習與應聘射頻工程師對接，讓廣大學生對射頻電路設計產生興趣。

2.整體規劃。射頻電路立體化教材建設應該有整體規劃，各組成部分應具有不同的側重點。（1）紙質教材架起理論設計與仿真設計的橋梁。紙質教材既有理論設計教材，也有仿真設計教材。理論設計教材與仿真設計教材相結合，才能形成射頻電路立體化教材的基石。立體化教材建設應該以射頻電路理論教材為起點，讓學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。同時，還應該架起理論設計與ADS仿真設計的橋梁，讓學生知曉射頻電路理論與ADS軟件相結合才是射頻電路設計的發展方向。（2）視頻教材和電子教材讓學生盡快適應全英文的設計環境。ADS是全英文的，學生很難適應全英文的設計環境。應與紙質教材配套出版ADS視頻光盤，直觀、生動地展示ADS的界面構成，讓學生盡快熟悉ADS仿真設計環境，盡快學會ADS操作步驟。同時電子教材也是必不可少的，能反映教材內容的精華，能避免枯燥的講解，能提供課上和課下的教學服務。視頻教材和電子教材是射頻電路紙質教材的補充，可以提高教學效果，很好地完成教學目標。（3）教師和學生在相同的仿真平臺上教與學。ADS提供了設計射頻電路的平臺，教師和學生可以在ADS這個相同的設計平臺上教與學。在高校射頻電路教學體系中，ADS是教與學的紐帶，教師對設計實例給出從理論到設計的講解，學生更改參數后就可以利用ADS做同類的設計。

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

二、射頻電路立體化教材建設過程中教學改革和教材創新的體現情況

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

1.將射頻電路理論貫穿于射頻電路仿真設計之中，與現代設計方法同步。射頻電路設計比較復雜，主要原因是：集“理論計算”與“電路設計”于一身，集“電磁場的分析方法”與“電路的實現手段”于一體。射頻電路冗長的數學推導，常常讓學生望而卻步；射頻電路中場與波的知識，也讓學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計之中，學生易于學習，同時實現了高校教學與現代設計方法的同步。

2.學生面對廠商元件模型學習射頻電路設計，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，讓學生對射頻電路設計有了真實、完整的認識，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）協助射頻電路設計，從射頻電路計算公式到圖形化設計界面，讓學生對射頻電路設計有了直觀的認識，擺脫了枯燥的純理論計算式的設計。

3.ADS教材3篇各完成一個方面的主題任務，改變了傳統教材只分章節的習慣。為方便學生盡快適應全英文的ADS設計環境，需要將ADS構成、ADS設計使用功能和ADS仿真設計實例在一本書中呈現給學生。為完成這個挑戰，《ADS射頻電路設計基礎與典型應用》改變了傳統教材只分章節的習慣，將全書分為3篇（初識篇、使用篇、設計篇），每篇各完成一個方面的主題任務（ADS構成、ADS設計使用功能、ADS仿真設計實例），同時3篇內容架構清晰，循序漸進，渾然一體。

4.理論設計與ADS設計在內容上互動，形成了系列教材的獨有特色。《射頻電路理論與設計》和《ADS射頻電路設計基礎與典型應用》在內容上互動，相輔相成，教材《射頻電路理論與設計》中的理論設計，在教材《ADS射頻電路設計基礎與典型應用》中完成了仿真設計，形成了系列教材的獨有特色，這在國內具有創新性。

三、結語

教材是體現教學內容和教學方式的知識載體，是實現教育思想和教育宗旨的中間媒介。立體化教材建設是利用現代技術完善教材建設的新途徑，是深化教學改革、構建教與學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、內涵、建設體系和呈現方式，介紹了西安郵電大學教學改革和教材創新的情況，并概述了筆者對射頻電路立體化教材建設的體會。

參考文獻：

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

[2]黃玉蘭.ADS射頻電路設計基礎與典型應用[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射頻電路設計基礎與典型應用[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5]黃玉蘭.射頻電路理論與設計[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