创新型高频电子实验教学体系探索

张敏 薛敬宏 曹丙霞 宋立众 何然

摘  要：文章介绍了为了提高学生高频电子工程实践能力，如何将实验内容从单一的模式变成层次化教学模式，并且融合多种教学方式的实验教学体系，如何让学生进行高频电子自主设计性实验，使学生的学习态度从简单的理论验证，变成主动设计射频模块。进而学生能利用高频知识去分析和解决实际中的问题，做到了理论教学和实践的统一。

关键词：高频电子;创新能力;层次化;工程实践

中图分类号：G640     文献标志码：A          文章编号：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

虽然高频电子线路作为信息与通信工程重要的专业课程，但是经过实际教学效果评估后发现，高频、微波这类课程学生掌握程度并不好，具体表现为：很多学生能够制作和调试一些数字系统，例如单片机、FPGA、DSP等，但是只有非常少的学生能够制作简单的类似射频放大、频率振荡电路模块，更不用说较为复杂的通信系统。并且学生对电路分析理解掌握的也不是很好[1]。

究其原因，学生实践能力不强主要在于高频实践环节方式方法单一，脱离实际，大多重视数学运算，对实际的电路具体应用重视不够。

一、系统分析

高频教学改革前后实验体系框图如图1所示，教学改革前实验教学只采用了学生用实验箱测试，然后写实验报告的单一方式。改革后实验教学模式分为基础型和创新型，其中基础型实验增加了学生能够课前预习的视频和课件、增加了仿真教学环节。

下面将从实验内容建设、实验室硬件建设、实验室管理制度3个方面具体介绍[2]。

二、实验教学内容建设

（一）实验知识点规划

内容建设以如何构建一个通信系统展开，系统框图如图2所示。围绕通信系统中每个具体模块规划和设计实验，这样的好处是学生能够在完成实验后，利用每个模块拼凑出一个小型射频通信系统。强调仿真和实践的结合，强调课程体系之间的关系，强调实用化。

根据图2的通信系统框图，按照实际中的知识点对照得到框图，如图3、图4所示。

根据高频电子线路中的信号放大、信号振荡、信号变换三个部分来划分。具体来说信号放大包括高频小信号调谐放大器、集成选频放大器、非线性丙类功率放大器、线性宽带功率放大器;信号振荡包括三点式正弦波振荡器、晶体振荡器与压控振荡器;信号变换包括模拟乘法器调幅（AM、DSB、SSB）、集电极调幅实验、包络检波及同步检波、变容二极管调频、正交鉴频及锁相鉴频、混频器、三极管变频、自动增益控制（AGC）、模拟锁相环等知识点。

低频放大模块可以采用晶体管放大和集成运放，需要考虑静态工作点和放大倍数，保证线性放大。

射频放大模块包括小信号放大和功率放大，小信号放大可以采用集成放大和LC谐振放大，集成宽带放大器一般无需进行调谐，而LC谐振放大器要注意调谐振，功率放大器为了提高效率，通常需要工作在丙類工作状态，需要根据功率放大器的动态特性调整相应参数[3]。

调制模块包括幅度调制和角度调制，幅度调制可以采用模拟乘法器、晶体三极管、二极管等电路实现。角度调制可以采用变容二极管和晶体三极管实现，模拟乘法器可以采用MC1496实现，通过测量MC1496不同管脚电压，设置静态工作点，实现不同的调制方式。

解调模块包括针对调幅信号的包络检波、同步检波等、调相信号的乘积型鉴相器、门电路鉴相器、针对调频信号的正交鉴频和锁相鉴频等电路，分析解调信号与原来调制信号是否存在失真，产生失真的原因及解决办法。

振荡模块包括LC振荡、石英晶体振荡、压控振荡（VCO）等电路，需要调试振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件等，分析决定上述条件的参数。