天线原理与设计-教学大纲-2022版

《天线原理与设计》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称(中文)天线原理与设计(英文)AntennaPrincipleandDesign课程代码课程性质工程基础课(必修)开课院部物理与光电工程学院课程负责人课程团队授课学期第六学期学分/学时2学分/32学时课内学时32理论学时32实验学时0实训（含上机）0实习0其他0适用专业电子科学与技术授课语言中文对先修的要求先修课程《高等数学》、《大学物理》、《电路》、《数学物理方法》、《电磁场与电磁波》。对后续的支撑对《微波技术》、《短距离无线通信技术》、《半导体物理》、《传感器技术》、《光伏器件及应用》和《显示与照明》等后续课程提供必要的电磁场与电磁波理论知识。课程简介本课程系统介绍了经典电磁理论和天线的基本原理，重点讲述天线的基本理论和设计方法，以及各类天线的工作机理、技术特点和应用领域。作为电子科学与技术专业的一门重要基础课程，该课程是无线通信技术和光电子技术的理论基础。本课程将采用基础理论讲解、应用例子剖析和课堂讨论相结合的教学方式，目的在于充分发挥学生学习本课程的主动性，使其较好地理解理论知识并掌握相关问题的解决方法。Thiscoursesystematicallyintroducesthefundamentaltheoryofclassicelectromagneticsandantennas,anditfocusesonbasictheoryanddesigntechniqueofantennas,includingworkingmechanism,characteristics,applicationsofallkindsofantennas.AsanimportantfundamentalcourseofElectronicScienceandTechnologymajor,thecourseisthetheoreticalbaseofwirelesscommunicationtechnologiesandphotoelectronictechnologies.Thecoursewilladoptteachingmethodsofbasictheoryexplanation,applicationexampleanalysisandclassroomdiscussion,thepurposeistogivefullplaytotheinitiativeofstudentsinlearningthecourse,sothattheycanunderstandthetheorywellandmastermethodsofsolvingrelatedproblems.二、课程目标及对毕业要求观测点的支撑序号课程目标支撑毕业要求观测点毕业要求1目标1：使学生掌握基本的天线辐射原理和利用仿真软件对天线进行建模、仿真和分析；观测点1.2能够针对电子科学与技术领域的具体对象建立数学模型并求解。毕业要求1.能够将数学、自然科学、工程基础、专业知识用于解决电子器件和应用电子系统方面的复杂工程问题。2目标2：培养学生解决实际问题的能力，针对不同的应用场合选择合适的天线类型。观测点2.2能够运用数学、自然科学和电子科学技术专业知识对分解的电子器件和应用电子系统复杂工程问题进行分析和表达。毕业要求2.能够应用数学、自然科学和电子科学技术的基本原理，并通过查阅文献和借助仿真软件等手段，对电子器件和应用电子系统方面的复杂工程问题进行识别、表达和分析，以获取有效结论。三、课程教学内容及学时分配章节学时教学内容学生学习的预期成果教学与评价方式支撑课程目标第一章4绪论/基本定理与基本辐射元重点：麦克斯韦方程组；天线辐射基本概念；电流元与短振子。难点：方向图、辐射电阻、天线的基本分析方法1.掌握麦克斯韦方程组及天线辐射的基本概念；2.掌握对偶原理与等效原理及方向图的测量。1.基本概念讲解；2.课堂讨论：（1）天线辐射有哪些基本量？（2）边界条件有哪些？（3）天线如何测量？3.课后作业/章节小测。目标1第二章4对称振子和天线参数重点：对称振子的电流分布、方向图、辐射电阻；天线的方向系数和增益；天线的输入阻抗与带宽。难点：辐射电阻和输入阻抗的理解和计算了解天线的轴比测量；掌握对称振子的电流分布、场分布。掌握天线的方向系数和增益、输入阻抗等1.以对称振子为例讲解天线的性能参数；2.课堂讨论：（1）什么是对称振子天线？（2）场的划分？（3）方向系数和增益的关系？（4）天线的阻抗和匹配效率？3.课后作业/章节小测。目标1第三章4天线阵的分析与综合重点：方向图乘积定理、二元振；耦合振子的互阻抗；N元线性阵。难点：方向图乘积定理，不等振幅分布线阵。掌握二元边射阵及方向图乘积定理；掌握耦合振子的互阻抗；掌握N元阵列的性能参数了解稀疏阵和多元阵。1.讲授阵列天线的基本原理及设计方法；2.课堂讨论：（1）二元阵？方向图乘积定理？（2）如何计算耦合振子的互阻抗？（3）N元等幅和非等幅阵列的参数计算？3.课后作业/章节小测。目标1目标2第四章4振子天线重点：同相水平天线，八木天线，单极子天线。难点：巴伦结构，八木-宇田天线了解分形天线的工作原理；掌握对称振子天线与平衡器；掌握八木天线的工作机理；掌握单极天线的工作机理。1.讲解多种振子天线相关基础理论及设计原理；2.课堂讨论：（1）如何设计对称振子天线和平衡器？（2）八木天线的工作原理及增益的计算？（3）单极天线的工作原理？3.课后作业/章节小测。目标1第五章6行波天线与超宽带天线重点：行波天线的辐射电阻和方向系数；螺旋天线；超宽带天线。难点：行波天线及超宽带天线的工作原理。了解菱形天线的结构和工作原理；掌握行波长导线天线的远场和方向图；理解螺旋天线的结构和法向、轴向螺旋天线的工作原理；掌握超宽带天线的工作原理。1.讲解行波天线和超宽带天线的工作原理；2.课堂讨论：（1）行波天线的辐射阻抗和方向系数？（2）什么是轴向和法向螺旋天线？（3）超宽带天线有哪些种类？3.课后作业/章节小测。目标1目标2第六章6缝隙天线和微带天线重点：平面缝隙天线；波导缝隙天线；微带贴片天线及微带阵列天线。难点：贴片天线的传输线模型、腔体模型等。掌握平面缝隙天线和波导缝隙天线的工作机理；掌握微带贴片天线的模式分析方法及微带阵列天线的设计；了解一些典型工程应用例子和结论。1.讲解平面缝隙天线、波导缝隙天线、微带贴片天线的工作原理，并介绍一些典型应用例。2.课堂讨论：（1）平面缝隙天线的工作原理和波导缝隙天线有哪些不同？（2）什么是微带天线？（3）如何设计微带阵列天线？3.课后作业/章节小测。目标1目标2第七章4口径天线与喇叭天线、反射面天线与透镜天线重点：口径天线的结构及外场的计算；抛物面天线的远场特性。难点：口径天线辐射场的计算。掌握口径天线的工作机理；理解口径天线的电流分布和场区的求解；了解透镜天线。1.讲解口径天线和反射面天线的工作原理，并介绍一些典型应用例。2.课堂讨论：（1）如何改变口径天线的电流分布？（2）如何计算口径天线的远场？3.课后作业/章节小测。合计32四、课程考核序号课程目标（支撑毕业要求观测点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)章节小测验作业/报告考试1目标1：使学生理解各类天线的性能参数和特点，能对各种天线进行建模并求解；（支撑观测点1.2）（1）是否能够系统掌握经典电磁场的基础理论知识。（2）能否运用经典电磁场理论分析和求解天线以及电磁波传输问题。51550702目标2：培养学生对电子器件和应用电子系统中涉及的电磁问题进行分析的能力。（支撑观测点2.2）能否对电子器件和应用电子系统中涉及到的天线问题进表达、分析和求解。552030合计102070100注：各类考核评价的具体评分标准见《附录：各类考核评分标准表》五、教材及参考资料1.教材《天线理论与技术》，钟顺时编，北京：电子工业出版社，2015，第2版。2.主要参考书[1]ConstantineA.Balanis编著，《Antennatheoryanalysisanddesign》（第3版），Wiley出版社，2005年出版[2]JohnD.Kraus,RonaldJ.Marhefka编著，章文勋译，《天线》（第三版），电子工业出版社，2015年出版。六、教学条件多媒体教室附录：课程考核评分标准课程考试评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1：使学生掌握各类天线的性能参数和特点，能对各种天线进行建模并求解。正确理解电磁现象,完全掌握经典电磁场与电磁波的理论知识，完全掌握各类天线性能参数及电波传播问题。较好掌握天线基本的理论知识及其应用领域，在考核中能正确解答大部分的基础理论题。基本掌握天线基本的理论知识及其应用领域，在考核中能正确解答一半以上基础理论问题。还没系统掌握天线基本的理论知识，在考核中一半以上基础理论题不会解答。70目标2：培养学生对电子器件和应用电子系统中涉及的电磁问题进行分析的能力。掌握天线理论与设计问题的解决方法，并在考核中能正确解答所有电子器件和电子系统中涉及到的相关问题。较好掌握天线理论与设计问题的解决方法，在考核中能解答大部分电子器件和电子系统中涉及到的相关问题。基本掌握天线理论与设计问题的解决方法，在考核中能解答一半以上电子器件和电子系统中涉及到的相关问题。还没掌握天线理论与设计问题的解决方法，或还不会将其应用于