新技术驱动下的高频电子线路课程教学改革

薛 俊，马江华

(长江大学工程技术学院，湖北 荆州 434020)

高频电子线路是通信工程专业和电子信息工程专业重要的技术基础课。高频电子线路中的各种功能电路经历了电子管、晶体管、场效应器件、集成电路，直到射频应用模块和大规模集成系统等不同的阶段。特别是近年物联网等新技术的迅猛发展，射频电路及其技术的快速发展对高频电路理论教学的要求提出了更高的要求。

1 关于高频课程的教学内容和教学方法

“高频电子线路”课程的发展沿革:从无线电收发信设备课程演变而来，经1978 年重新讨论确定课程内容体系，二十余年来变化不大。我们重新来审视一下高频课程的教学基本内容:器件和基本电路单元(晶体管、传输线、滤波与阻抗匹配网络);功能电路的工作原理(弱信号放大、混频、振荡、调制解调、锁相与频率合成、功放);含非线性电子器件电路的分析方法;噪声和干扰性能分析;通信机指标与性能分析。

多年以来，这些内容对电子信息工程专业的学生建立功能电子电路的基本概念，掌握通信设备的实现方法和手段，进一步在工作中解决设计和应用维护的问题起到了重要的作用。

随着技术发展以及专业口径拓宽带来的课程体系变化，“高频电子线路”课程的教学内容需要进行改革以适应应用需求。频段的上移使得分布参数影响变大，反射和特性阻抗概念的重要性突出，更适合用S 参数描述电路网络性能，圆图作为重要工具广泛用来表述参数指标;适用于CMOS 集成工艺的功能电路结构和工作原理体现不够，电路方案陈旧;电网络优化设计理论教学出现空位，导致学生知识结构不完整;计算机辅助现代电路设计方法在课程和实验中没有系统地教给学生，设计方法和手段不能适应工程需求，“教”与“学”都心中无底;过于强调单元电路，系统和整机的概念不清楚，学习过程针对性不强。

2 高频电子线路的教学内容必须适应技术和应用需求的发展

适应“5A”需求的信息与通信工程技术必须考虑到如下几个方面:基本带宽的变化，物理层技术的更新，电子设备实现技术的特点以及收发信设备的新技术，以下一一展开分析:

基本带宽需求已经从数十kHz 扩展到数MHz;工作频率已经从数百MHz 提高到数GHz;设备便携性已经从数kg改善到数百克。对主流的无线通信设备对比分析如表1。

表1 无线通信设备对比分析

物理层的新技术大致包含如下:OFDM 为代表的高效抗衰落调制技术、MIMO 为代表的分集与合作技术、LDPC、Turbo 等接近香农限的信道编码技术、射频和基带智能天线技术、认知无线电技术和软件无线电(SWR)、软件定义无线电(SDR)(当然，中频可编程，滤波与调制解调可以通过软件算法实现)。

新技术下的电子设备实现技术的几个特点:1)微带与分布参数电路，2)微波单片集成电路(MMIC)，3)计算机辅助设计手段和工具，4)低功耗、免调试、密集装配工艺，5)以频谱分析仪为核心的测试方法和智能化综合测试仪器。

收发信设备的电路呈现出如下新的特点:宽带LNA，低噪声混频器，宽带线性功放，DDS 频率合成器，高速高分辨ADC、DAC，数字上变频器(DUC)、数字下变频器(DDC)。

3 新技术下高频电子线路课程的定位

电子信息学科理论与技术的快速发展需要具有全局性的视野和敏锐的观察力，牢固的数学、物理理论基础，丰富的专业技术知识，全面的系统综合分析设计能力，训练有素的实践操作基本功知识与教育。从需求出发-解决实际问题的技术和方法，具备相应的科学理论知识——物理概念、规律——数学抽象、模型、描述、关系;基础理论与应用知识，思想方法和获取知识的能力，在日新月异新技术的背景下，我们必须应用技术通过解决实际问题的过程来学习。解决问题的能力靠培养-实验是一个重要方面，但不是全部，必须有针对问题的主动思考-全面的综合培养训练。技术进步对高频电子线路课程教学内容改革的需求和促进。

以往的高频电子线路课程的定位在于应用技术基础课程，获取电子电路的分析和设计方法，能够以独立的模块电路组成系统-系统指标与单元电路指标，不涉及场的分析方法，不要求方法在理论上的理想与完美，在应用需求可接受的精度上给出合理的解释，能够自圆其说、自成体系;与实际的工程设计方法与设计手段相适应，熟练掌握工程测试方法与测试仪器，了解实际系统分析-原理、设计、性能指标、测试。

4 课程改革的基本思想和方向

着力培养学生的系统观念，从系统的高度来看待和学习本门课程，在课程的教学过程中使学生建立系统的概念。包括系统的组成、组成系统的各部件在系统中的地位和作用、系统的性能指标与各部件性能指标的关系等。

不同的应用领域内容的侧重点不同，无线通信侧重传输链路，雷达侧重射频前端;不同的应用环境决定不同的技术体制和系统结构，短距离通信与深空通信的收发信机结构与调制解调方式不同;不同的业务需求决定不同的技术指标，语音通信与视频通信的带宽和调制解调方式不同，不同的用户需求决定不同的电路形式，便携设备要求小型化、低功耗。

当今，射频电路的应用越来越广泛，考虑到高频电路的教学方向向射频高频端的延伸，在高频系统电路中结构优化设计与分析是个重要的内容，很有必要为电子科学类专业学生在课堂上增加这方面的相关内容。这是功能单元电路组成系统应用电路必须考虑的问题!

5 总结

高频电子线路为一门专业基础课，其基本的内容变化不大。但其实现方式随着科学技术的发展发生了较大的变化。高频集成电路、高频模块、高频电路的集成设计、高频电路的仿真、软件无线电技术等也应成为本门课程中学生应该了解的内容。目前，随着微电子技术的飞速发展，应用集成电路构建系统电路已经成为一个重要趋势。面向电子科学类专业本科生，非常有必要增加和更新这方面的理论和实践内容。同时，如何在各种功能电路和系统电路的实现上让学生厘清和掌握分立电路和集成电路之间的交互关系也是需要着重考虑的问题!

［1］廖惜春.基于工程应用的“高频电子线路”课程教学研究［J］.电气电子教学学报，2007(4) ：14－16.

［2］李士军，宫鹤，徐艳蕾.“高频电子线路”教学研究［J］.长春理工大学学报，2012(8) ：205－206.

［3］陈芳妮.高频电子线路课程教学改革探讨［J］.浙江科技学院学报，2011(4) ：79－82.