《通信天线设计》课程教学大纲（本科）.docx

通信天线设计(Design of Antennas in Communication Systems)课程代码：06410194学分：1.5学时：24（其中：课堂教学学时：16 实验学时：上机学时：8课程实践学时：）先修课程：通信概论、电磁场与电磁波、微波电路适用专业：通信工程教材：HFSS天线设计，李明洋，电子工业出版社，2014年第2版一、课程性质与课程目标（-）课程性质通信天线设计是通信工程专业高年级本科生的一门专业选修课程。通过学习，理解、掌握 通信系统天线的基本原理和设计方法。本课程的任务是：通过本课程的学习，使学生掌握通信系统 天线的基本概念、天线的基本原理和通信系统中常用天线的基本分析方法、设计原则，培养学生分 析问题和解决问题的能力，并通过具体设计提高学生的基本技能，强化实际应用能力。通过学习， 学生可以了解现代通信天线系统的性能要求，掌握不同通信系统中天线问题的特点及其基本分析、 设计方法，为进一步进行无线通信系统相关的工程实践打下基础，进而培养学生运用专业理论知识 分析与解决实际工程问题的能力，促进创新素质提升。（二）课程目标课程的具体目标如下：1 .知识方面通信天线设计主要包括通信系统天线的基本理论、主要技术与分析设计方法，包括：1.1 了解天线的发展历史、发展趋势、研究热点等；了解通信系统中常用的天线类型和特点。L2 了解电基本振子的辐射场，理解天线的辐射原理；理解和掌握衡量天线性能的参数，如方向 图，辐射强度，方向性系数，增益等。1.3 了解天线设计方法；掌握利用仿真软件进行天线设计的详细步骤，如求解类型设置、创建天 线结构模型、设置边界条件、激励方式、求解参数等。L4 了解偶极子和单极子原理；了解偶极子天线的发展趋势、研究热点等；掌握偶极子和单极子 天线的设计分析方法。1.5 了解微带天线的辐射机理、馈电、特性参数；了解微带天线的发展趋势、研究热点等；掌握 微带天线的不同馈电方法；掌握矩形微带天线和双频微带天线等的设计分析方法。1.6 了解倒F天线的结构参数、辐射特性；了解倒F天线的发展趋势、研究热点等；掌握倒F 天线、平面倒F天线和多频平面倒F天线的设计分析方法。2 .能力与素质方面2.1 具有偶极子和单极子天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的 S11参数、驻波比、方向图等进行分析。2.2 具有微带天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的S11参数、 驻波比、方向图等进行分析飞2.3 具有倒F天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的SU参数、 驻波比、方向图等进行分析。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点3-4和10-3o1 .毕业要求3-4:能针对信息通信领域特定需求，完成相应的硬件系统设计，在设计中体现创 新意识。2.毕业要求10-3: 了解信息通信领域工程技术的国际发展趋势、研究热点。指标点 课程目木毕业要求3.4毕业要求10.3课程目标1.1V课程目标L2V课程目标L3V课程目标L4VV课程目标1.5VV课程EI标1.6VV课程目标2.1V课程目标2. 2V课程目标2. 3V注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“'，也可标注“H、M、L，二、课程内容与教学要求第一章天线基础（一）课程内容1.1 天线的发展历史及趋势（讲授）1.2 通信系统中常见的天线及特点（讲授+自学）L3电基本振子的辐射场（讲授）1.4 天线的性能参数（讲授）（二）教学要求L 了解通信系统中无线的发展简史，通信系统中常用的天线类型和特点。2 .理解电基本振子的辐射场和天线的辐射原理，理解和掌握衡量天线性能的参数，能够利用上 述参数对实际的天线进行分析。（三）重点与难点.重点电基本振子的辐射场和天线的辐射原理、衡量天线性能的参数，如方向图，辐射强度，方向性 系数，增益等。1 .难点电基本振子的辐射场推导和分析，天线辐射原理的理解。第二章天线设计方法（-）课程内容1.1 HFSS天线设计流程（讲授+自学）1.2 天线结构模型（讲授）1.3 求解类型和边界条件（讲授）1.4 激励方式和求解参数（讲授）1.5 天线问题的数据后处理（讲授+自学）（-）教学要求1掌握天线设计方法。2.掌握利用HFSS仿真软件进行天线设计的详细步骤，如求解类型设置、创建天线结构模型、设 置边界条件、激励方式、求解参数等，能够将其用于通信系统天线的分析和设计。（三）重点与难点.重点利用HFSS仿真软件进行天线设计的详细步骤，如求解类型设置、创建天线结构模型、设置边界 条件、激励方式、求解参数等。1 .难点天线结构模型的创建，边界条件和激励方式的设置等。第三章偶极子和单极子天线（-）课程内容3.1概述（讲授）3.2半波偶极子天线（讲授）3. 3印刷偶极子天线（讲授）3.4 WLAN双频单极子天线（讲授+自学）（二）教学要求1 .了解偶极子和单极子原理；了解偶极子天线的发展趋势、研究热点等；掌握偶极子和单极子 天线的设计分析方法。2 .具有偶极子和单极子天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的 S11参数、驻波比、方向图等进行分析。（三）重点与难点.重点掌握偶极子和单极子天线的设计分析方法。1 .难点进行偶极子和单极子天线的设计，并对天线结果中的S11参数、驻波比、方向图等进行分析。第四章微带天线（-）课程内容1.1微带天线概述（讲授）4. 2侧馈矩形微带天线（讲授）4. 3同轴馈电矩形微带天线（讲授）4.4双频微带天线（讲授+自学）4. 5圆极化矩形微带天线（讲授+自学）（二）教学要求1 .了解微带天线的辐射机理、馈电、特性参数；了解微带天线的发展趋势、研究热点等；掌握 微带天线的不同馈电方法；掌握矩形微带天线和双频微带天线等的设计分析方法。2 .具有微带天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的S11参数、 驻波比、方向图等进行分析。（三）重点与难点.重点掌握微带天线的设计分析方法。1 .难点进行微带天线的设计，并对天线结果中的S11参数、驻波比、方向图等进行分析。第五章平面倒F天线（-）课程内容5.1 PIFA天线的基本原理（讲授）5.2 单频PIFA天线（讲授）5.3 双频PIFA天线（讲授+自学）（二）教学要求1 .了解倒F天线的结构参数、辐射特性；了解倒F天线的发展趋势、研究热点等；掌握倒F天 线、平面倒F天线和多频平面倒F天线的设计分析方法。2 .具有倒F天线的设计能力，能够进行相关天线的设计与仿真，并对天线结果中的S11参数、 驻波比、方向图等进行分析。（三）重点与难点.重点掌握倒F天线的设计分析方法。1 .难点进行倒F天线的设计，并对天线结果中的S11参数、驻波比、方向图等进行分析。三、本课程开设的实验和上机项目编号上机项目名称学时类型要求支撑的课程目标1双频单极子天线仿真设计2设计必做2. 12双频微带天线仿真设计2设计必做2.23圆极化矩形微带天线仿真设 计2设计必做2.24双频PIFA天线仿真设计2设计必做2.3注：1.“类型”填验证性、综合性、设计性等；. “要求”填必做、选做。上机1:双频单极子天线仿真设计1 .目的掌握双频单极子天线仿真设计2 .主要内容(1)利用HFSS仿真软件对双频单极子天线进行建模，设置边界条件和激励源等。(2)进行天线仿真，分析其S11参数、驻波比、方向图等结果。3 .设备要求(1)计算机一台(2) HFSS仿真软件上机2：双频微带天线仿真设计1 .目的掌握双频微带天线仿真设计2 .主要内容(1)利用HFSS仿真软件对双频微带天线进行建模，设置边界条件和激励源等。(2)进行天线仿真，分析其S11参数、驻波比、方向图等结果。3 .设备要求(1)计算机一台(2) HFSS仿真软件上机3：圆极化矩形微带天线仿真设计1 .目的掌握圆极化矩形微带天线仿真设计2 .主要内容(1)利用HFSS仿真软件对圆极化矩形微带天线进行建模，设置边界条件和激励源等。(2)进行天线仿真，分析其S11参数、驻波比、方向图等结果。3 .设备要求(1)计算机一台(2) HFSS仿真软件上机4：双频PIFA天线仿真设计1 .目的掌握双频PIFA天线仿真设计2 .主要内容(1)利用HFSS仿真软件对双频PIFA天线仿真进行建模，设置边界条件和激励源等。(2)进行天线仿真，分析其S11参数、驻波比、方向图等结果。3 .设备要求(1)计算机一台(2) HFSS仿真软件四、学时分配及教学方法(按序填写)教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上机课程 实践小计第一章天线基础44讲授、自学1.1, 1.2第二章天线设计方 法22讲授、自学1.3第三章偶极子和单 极子天线426讲授、自学1.4, 2.1第四章微带天线448讲授、自学1.5, 2.2第五章平面倒F天 线224讲授、自学1.6, 2.3合计16824注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法(基于问题、项目、案例等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注平时作业按照作业题目进行评分，总分 数平均计算（5次以上）10%根据平时作业得 分取5次平均值， 以作业成绩的 10%计入课程总 成绩上机完成上机报告，主要考查设计 与分析能力20%评分细则见附录1期末考试米用开卷考试。试卷题型包括 填空题、简答、计算和综合分 析等。70%满分100分，以卷 面成绩的70%计 入课程总成绩注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .天线理论与技术（第2版），钟顺时编著，电子工业出版社，2015. 12 .下一代天线设计与工程，美Frank, B.Gross著；曹祥玉，高军，刘涛等译，国防工业 出版社,2016. 123 .HFSS原理与工程应用，谢拥军等编著，科学出版社，2009七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1 .采用多媒体教学手段，建议采用讲做结合的方式，多种教学手段综合运用。2 .课后每章习题要完成相应习题，以加深学生对所学内容的理解和掌握。2017年8月15日附录1上机内容评分细则上机报告考查内容与评分比重评分项 编号评价内容所占 比重要求对毕业要求指 标点支撑1设计与实现能力30%能够设计与实现相关天线设计3.42问题分析和观察能力50%能够正确的分析和解释实验数据。3.43报告清晰，按时提交20%报告清晰，提交准时3.4上机报告评分细则（每次报告按100分计算）项目优良中及格不及格设计与实现能 力（30分）能够根据要求， 设计天线，给出 仿真步骤，并总 结规律。（27-30 分）能够根据要 求，设计天 线，给出仿真 步骤。（24-26 分）能够根据要 求，设计天线， 给出仿真步 骤，但步骤不 完整。（21-23 分）能够根据要 求，设计天 线，步骤不 完整。（18-20 分）不能够正确的完 成，或者设计结 果出入较大。（18 分以下）问题分析和观 察能力（50分）根据结果分析正 确问题，并给出 改进性建议 （45-50 分）根据结果分 析正确问题。 （40-45 分）能够根据结果 基本分析问 题。（35-40 分）根据结果部 分的分析问 题。（30-35 分）不能根据结果分 析问题，。（30分 以下）报告清晰，按 时提交（20分）报告清楚，按时 提交。（18-20分）报告较清楚， 按时提交。（16 分）推迟一天，但 报告清楚。（14 分）推迟2天， 报告不清楚。（12分）推迟三天以上。 （12分以下）