实战化要求下《电磁场微波技术与天线》课程建设

任琳 李云鹏 于颖

摘 要：针对于培养具有信息作战能力的工程学员，分析了工程学员开设电磁场微波技术与天线课程的重要意义，并根据课程特点，从教学内容改革和教学方法改革两个方面，探讨了电磁场微波技术与天线课程的建设思路和措施。

关键词：电磁场；微波技术；天线；课程建设；信息作战能力

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：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

随着战争电子信息化发展加快，电子对抗装备在战争中的应用更能凸显出军事的现代化进程。而先进的微波器件在雷达对抗装备中的应用有效地提高了雷达对抗装备的性能，提高了部队的战斗力。如何加速培养适应信息战要求的高素质新型军事人才，争取战场优势和战争主动权，是军事院校必须面对的重要而紧迫的课题。

一、工程学员开设《电磁场微波技术与天线》课程的重要意义

《电磁场微波技术与天线》是我校电子对抗指挥与工程专业的一门核心专业基础课程。主要用于电子对抗指挥与工程专业的本科教学，也用于短训、轮训和部队在职培训。它属于专业基础原理类课程，是电子对抗指挥与工程专业教学的通用主体课程，是联系前面专业基础课程和后续专业课程之间的重要枢纽。该课程决定专业学习的深度和广度，是信息化人才培养体系与课程建设体系的重要组成部分。在当今信息化战争和反台独军事斗争准备的新形势下，空军信息作战人才培养对本课程提出了新要求。

本课程的培养目标是：为空军航空兵部队培养航空信息对抗专业技术人才，具有适应多种新机型、新种类、新装备、新技术、新理论的信息与通信工程人员，胜任电子侦察、电子干扰、对抗指挥等技术及管理工作。

综上所述，本课程的教学内容涉及信息作战新装备，培养目标是空军长远建设急需紧缺的、复合型的航空电子对抗新型军事人才。本课程建设的军事需求迫切，新军事变革提出的新问题多，建设要求高，难度大，是我军（尤其是空军）相对薄弱、亟待加强建设的信息作战类课程。本课程建设的创新尝试，对于推动空军信息作战课程建设具有重要的引领与示范作用，在空军信息作战新型军事人才体系建设中地位重要，发展潜力大，前景广阔。

二、根据课程特点，科学构建《电磁场微波技术与天线》课程

（一）课程特点

《电磁场微波技术与天线》主要向学员传授电磁场与电磁波的基本原理、传输线理论、微波传输线、微波元件以及天线等体系结构。该课程教学内容具有如下特点。

1. 课程内容量大、涵盖面广。本课程主要包括电磁场与电磁波、微波技术和天线三大部分内容，每一部分内容都可以作为一门独立的学科进行学习和研究，所以在教员讲授和学员学习的过程中都存在一定的难度。

2. 概念抽象、理论性强、公式推导复杂。本课程中涉及到的基本概念、基本理论较多，较抽象；尤其是第一章中电磁场与电磁波的基本原理中主要讨论时变电磁场的基本规律以及平面电磁波在不同媒质中的传播特性，第三章中矩形波导中传输模式的场结构等都要求学员有较强的逻辑推理能力和空间想象能力；同时课程中存在大量的公式推导，要求学员有较强的数学功底。

3. 前期知识储备要求高。学习《电磁场微波技术与天线》需要具有扎实的《高等数学》、《线性代数》、《普通物理学》、《电路理论基础》、《模拟电路》、《数字电路》、《高频电子线路》、《信号与系统》等课程的相关知识，是体现学员综合运用知识的课程。

4. 后续专业基础课和设备课的理论基础课。《电磁场微波技术与天线》这门课程是支撑《雷达原理》、《雷达侦察原理》、《雷达干扰原理》等专业教育课程的理论基础课，同时也为《支援干扰设备及应用》、《雷达对抗侦察设备及应用》等岗位教育课程提供坚实的理论基础。

5. 与工程实践联系紧密。课程中多数理论知识都要在实际的工程应用中用到，所以要注重实验教学环节，使学员经历实验和科学研究的全过程。教员一方面针对探索性的工程实际问题创设必要的情境，让学员在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学疑问；另一方面启发学员结合工程背景，运用所学理论知识具体构建实验任务，在完成实验任务过程中锻炼科学思维能力、组织计划能力、归纳总结能力、独立工作能力和团结协作能力。

6. 课程内容结构层次清楚。其中绪论部分主要介绍这门课程的体系结构及特点，并且在讲述的过程中介绍了标量场的梯度、矢量场的散度与旋度，为后续内容打下数学基础；第1部分是电磁场与电磁波的部分，主要讨论了麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式和相应的边界条件以及平面电磁波在不同媒质中的传播特性，基本概念、基本定律较多，理论性极强，存在大量的繁琐的数学推导过程；第2部分为微波技术部分，主要讨论均匀传输线理论、微波传输线和微波元件，涉及到传输线匹配、阻抗圆图计算、规则金属波导的传输模式及场分布的概念和特点；从工程应用的角度出发介绍了具有代表性的微波器件概念、工作原理和部分器件的設计过程等内容，是本门课程的主体部分；第3部分为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本原理、一些常用的天线设备及电波传播概论等内容，是与实际工程应用和后续设备课程联系最紧密的一章。

（二）教学内容的改革

从课程目标出发构思教学内容和教学要求，合理运用教学方法手段，积极引导学员自主学习，努力提高教学效果。使学员掌握本课程的基本原理，经历组织实验和开展科学研究的全过程，使教学工作更加具有针对性。在教学内容的选取，深广度要求的确定上都要突出目的性。

1. 上好绪论课。本门课程的理论是一门古老的学科，是以麦克斯韦方程组为核心的经典的电磁场理论。由于这门课程的内容所涵盖的定律和定理并不会随时间变化而发生改变，这样学员必然会感觉比较乏味。那么我们教员不能回避的问题，就是要努力激发起学员的学习兴趣，增强他们主动学习的能动性。所以在课程伊始的绪论课就显得尤为重要，教员要充分利用。在绪论课中，我们首先要通过几个关键词，结合生活中会遇到的自然现象、生活现象，战争实例来帮助学员理解抽象的電磁场，并说明这门课程与我们的生活、我们的机载装备都是息息相关的。同时要介绍在电磁理论发展的过程中，关键时间点的代表人物以及他们的重要贡献带来的科技成果，要配以相应的图片帮助学员理解。比如说隐身飞机，这种飞机就是运用现代科技手段，通过减少有效反射面积，来实现隐身的目的。这种飞机除了采用共型来减少雷达波的反射，还多在表面涂有一种吸波材料，在飞行中，它使照射来的电磁波被散射或者被吸收。这些机体设计所要达到的目的只有一个，就是在实战中减小战机的有效反射面积，提高战场生存能力。再比如微波炉是如何工作的。微波炉的工作频段是2450MHz，这个频段是不需要授权的，利用食物内的极性分子，主要是水。在微波电磁场作用下，水就被吸引以2450MHz的频率做振荡，分子之间互相碰撞产生大量的摩擦热量，微波炉就是利用这种分子之间的摩擦热使食物得到快速的加热。在宏观上，我们看到了食物的温度升高，而在微观的过程，则是交变电磁场的能量转换为热能。那么为什么在微波炉加热食物的时候不能用金属器皿呢？这是由于趋肤效应的存在，使得电磁场不能透入金属材料内部，也就是说微波不能被金属材料所吸收。

2. 在上课过程中，多采用实例教学。绪论课之后就进入电磁场基本方程的学习，会遇到大量枯燥的公式和理论。之前成功的绪论课激发起的学习热情也会被晦涩难懂的原理一点点的耗尽。所以教员要不断的激发学员的学习热情，活跃课堂气氛。其实在生活中还是有很多现象是与电磁场和电磁波的特性有关的。比如说大家都在用的手机就存在天线；而我们观看的有线电视的信号线就是双线导波系统当中的同轴线；雨后如果马上有太阳容易出现美丽的彩虹，这就是由于电磁波的色散产生的；3D电影就是利用了电磁波的极化特性。这些生活中的现象除了能够激发起学员的学习积极性，还能够培养学员积极的观察生活并且有意识的主动思考。再比如电磁波虽然看不见摸不着，但它的很多特性我们并不陌生，移动通信一般采用的是线极化，而卫星通信则采用的是圆极化方式。通过合理的引导，学员们在学习了电磁场理论的同时，也能了解许多最新的科技动态。

（三）教学方法的改革

第二部分微波技术是重点内容，其中阻抗圆图及其应用以及传输线阻抗匹配都是利用阻抗圆图来解决实际问题，教学过程中采用启发式教学方法，按照提出工程实际应用问题、如何分析问题、最后解决问题的教学思路进行讲解阐述。将低频电路的对应知识迁移到微波电路中，举一反三，加深认识。

对于阻抗圆图及其应用，采用的教学方法主要有：

程序教学法——课程的整体组织和设计，即发现工程问题的实际需要——提出问题——解决问题——典型应用。

实例教学法——引出阻抗圆图。

互动式教学法——得到贯穿整堂课主线的反射系数的两种表达式。

图示法——解决等反射系数圆族、等相位线族以及阻抗圆图的计算方法等重难点问题。

在教学过程中，以学员为主体，教员讲授为主的方法展开讲解。通过实例教学法，激发学员的好奇心和求知欲望，引出本节课要讲述的内容——阻抗圆图。

整节课的内容都是以前面所学过的反射系数为主线，在这里首先通过互动式教学法，得出归一化阻抗与反射系数的关系式从而归纳总结出阻抗圆图的概念。此时交代本次课的教学目标，课程结构，重点以及难点分布。

接下来通过互动式教学法得到反射系数的一种表达式：即与终端反射系数的关系式引出组成阻抗圆图的前两种圆族，等反射系数圆族和等相位线族，过程中运用了图示法和大量的动画演示调动学员的学习的主动性、积极性；促进学员积极思维，跟上教员思路，掌握分析问题和解决问题的方法，同时突出并解决了课程中的重难点问题。

通过课堂讨论法从反射系数的另外一种表达式出发，经过简单的公式变换，得到分别以归一化电阻和归一化电抗为参变量的表达式，通过赋值的方法同样画出轨迹图，得到组成阻抗圆图的另外两个圆族：等电阻圆族和等电抗圆族，过程中还运用对比分析法讨论两种圆族的相似之处和不同之处，来加深学员的印象。

最后通过直观教学法和归纳分析法，即运用阻抗圆图挂图对阻抗圆图的结构特点进行归纳总结，使学员在头脑中形成一个整体的效果，让阻抗圆图的形象由静变动，调动学员的学习兴趣，加深理解和记忆，增强直观效果。

所谓学有所用，为了提高学员解决实际问题的能力和独立思考问题的素质，最后以大量动画演示的方式，并采用互动教学法讲解一道阻抗圆图的典型例题，来辨别航管应答机的三刀天线是否满足使用要求，让学员会根据特性阻抗、终端负载、反射系数等参数条件来完成计算，明确阻抗圆图在工程应用中的实际用途，激发学员自己动手、动脑、动口去获取知识，解决实际问题。

三、结束语

《电磁场微波技术与天线》课程建设不只是教学内容和教学方法两个方面，还涉及教材、教员队伍和教学条件等许多方面，但无论是哪个方面，课程建设的根本目的是为了努力培养高素质工程学员的信息作战能力。在明确课程教育理念和目标的基础上，应进一步研究和探索更为科学合理的教学内容、相应的教学方法以及有效教学手段，不断提高课程教学水平和质量。

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