創新型高頻電子實驗教學體系探索

張敏 薛敬宏 曹丙霞 宋立眾 何然

摘? 要：文章介紹了為了提高學生高頻電子工程實踐能力，如何將實驗內容從單一的模式變成層次化教學模式，并且融合多種教學方式的實驗教學體系，如何讓學生進行高頻電子自主設計性實驗，使學生的學習態度從簡單的理論驗證，變成主動設計射頻模塊。進而學生能利用高頻知識去分析和解決實際中的問題，做到了理論教學和實踐的統一。

關鍵詞：高頻電子;創新能力;層次化;工程實踐

中圖分類號：G640? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）26-0031-04

Abstract： In order to improve the practical engineering ability of the students in high frequency electronic technology， this paper proposed an experimental teaching system which can transform the single teaching mode to hierarchical teaching mode for the teaching content and combines multiple teaching modes， furthermore， the proposed mode can teach the students do the active design experiments. For the attitudes of students， the simple theoretical validations were transformed into the active design of radio frequency modules. In the proposed reaching mode， the students can analyze and solve the practical problems employing the learned high frequency knowledge and the consistency of theory and practice was achieved.

Keywords： highfrequency electronic circuit; innovation ability; hierarchical experiment; engineering practice

雖然高頻電子線路作為信息與通信工程重要的專業課程，但是經過實際教學效果評估后發現，高頻、微波這類課程學生掌握程度并不好，具體表現為：很多學生能夠制作和調試一些數字系統，例如單片機、FPGA、DSP等，但是只有非常少的學生能夠制作簡單的類似射頻放大、頻率振蕩電路模塊，更不用說較為復雜的通信系統。并且學生對電路分析理解掌握的也不是很好[1]。

究其原因，學生實踐能力不強主要在于高頻實踐環節方式方法單一，脫離實際，大多重視數學運算，對實際的電路具體應用重視不夠。

一、系統分析

高頻教學改革前后實驗體系框圖如圖1所示，教學改革前實驗教學只采用了學生用實驗箱測試，然后寫實驗報告的單一方式。改革后實驗教學模式分為基礎型和創新型，其中基礎型實驗增加了學生能夠課前預習的視頻和課件、增加了仿真教學環節。

下面將從實驗內容建設、實驗室硬件建設、實驗室管理制度3個方面具體介紹[2]。

二、實驗教學內容建設

（一）實驗知識點規劃

內容建設以如何構建一個通信系統展開，系統框圖如圖2所示。圍繞通信系統中每個具體模塊規劃和設計實驗，這樣的好處是學生能夠在完成實驗后，利用每個模塊拼湊出一個小型射頻通信系統。強調仿真和實踐的結合，強調課程體系之間的關系，強調實用化。

根據圖2的通信系統框圖，按照實際中的知識點對照得到框圖，如圖3、圖4所示。

根據高頻電子線路中的信號放大、信號振蕩、信號變換三個部分來劃分。具體來說信號放大包括高頻小信號調諧放大器、集成選頻放大器、非線性丙類功率放大器、線性寬帶功率放大器;信號振蕩包括三點式正弦波振蕩器、晶體振蕩器與壓控振蕩器;信號變換包括模擬乘法器調幅（AM、DSB、SSB）、集電極調幅實驗、包絡檢波及同步檢波、變容二極管調頻、正交鑒頻及鎖相鑒頻、混頻器、三極管變頻、自動增益控制（AGC）、模擬鎖相環等知識點。

低頻放大模塊可以采用晶體管放大和集成運放，需要考慮靜態工作點和放大倍數，保證線性放大。

射頻放大模塊包括小信號放大和功率放大，小信號放大可以采用集成放大和LC諧振放大，集成寬帶放大器一般無需進行調諧，而LC諧振放大器要注意調諧振，功率放大器為了提高效率，通常需要工作在丙類工作狀態，需要根據功率放大器的動態特性調整相應參數[3]。

調制模塊包括幅度調制和角度調制，幅度調制可以采用模擬乘法器、晶體三極管、二極管等電路實現。角度調制可以采用變容二極管和晶體三極管實現，模擬乘法器可以采用MC1496實現，通過測量MC1496不同管腳電壓，設置靜態工作點，實現不同的調制方式。

解調模塊包括針對調幅信號的包絡檢波、同步檢波等、調相信號的乘積型鑒相器、門電路鑒相器、針對調頻信號的正交鑒頻和鎖相鑒頻等電路，分析解調信號與原來調制信號是否存在失真，產生失真的原因及解決辦法。

振蕩模塊包括LC振蕩、石英晶體振蕩、壓控振蕩（VCO）等電路，需要調試振蕩器的起振條件、平衡條件和穩定條件等，分析決定上述條件的參數。