微波技术与天线虚拟仿真实验教学系统

简介

微波技术与天线虚拟仿真实验教学系统由“电磁场与电磁波教学软件”、“Smith圆图绘制软件”、“天线仿真测量系统”及“智能天线波束形成仿真系统”等四部分组成。其中前两部分为理论类实验教学项目,适用于导航工程、通信工程、雷达工程、电子对抗工程等专业本科学员的《电磁场与电磁波》、《微波技术与天线》的课程教学任务。后两部分为综合类实验教学项目,适用于上述专业本科学员的拓展学习需求,也适用于部分电子科学与技术学科硕士研究生《高等天线理论》和《智能天线》的教学任务需求。通过该系统的应用,可以帮助学员加深对复杂抽象电磁场理论的理解,并通过对各类半实物天线的设计、仿真、测量等过程,帮助学生加深对微波技术与天线等相关理论的理解和掌握,以提升理论教学效果。

 图1 Smith圆图教学示例

图2 天线虚拟仿真界面

实验项目

序号

实验项目名称

实验层次

学时

1

波导TE10模的场型分布实验

基础性

2

2

平面波在无界媒质中的传播仿真

基础性

2

3

平面波在介质交界面的折射与反射

基础性

2

4

电基本阵子辐射特性仿真实验

基础性

2

5

磁基本阵子辐射特性仿真实验

基础性

2

6

阵因子方向图仿真实验

基础性

2

7

电磁波极化特性仿真实验

基础性

2

8

Smith圆图的计算机仿真

基础性

2

9

基本天线单元驻波比仿真与测量

综合性

6

10

基本天线单元方向图仿真与测量

综合性

6

11

天线增益的两天线法测量实验

综合性

2

12

圆极化天线轴比仿真与测量

综合性

2

13

智能天线波束形成实验

综合性

2

14

智能天线自适应调零实验

综合性

2

15

智能天线干扰源DOA估计实验

综合性

2

 

功能

微波技术与天线虚拟仿真实验教学系统完整地包含了微波技术与天线课程重要的仿真实验内容,包括电磁波的传播与反射、电磁波的极化特性、传输线基础理论、Smith圆图、天线的辐射特性、阵列天线方向图特性等。其次为了拓宽学生知识面以适应宽口径培养需求,结合当前技术热点,该系统还包含了智能天线波束形成、DOA估计、自适应调零等实验内容,实现了天线与数字信号处理技术的相互渗透和学科融合。该系统能够满足电子与通信类本科学员的电磁场与电磁波、微波技术与天线等课程的学习需求,也可满足部分电子科学与技术学科硕士研究生的辅助学习需求。

效果

对于传统教学来说,电磁场与电磁波、微波技术与天线课程具有理论性强、概念抽象、公式繁琐的特点,这两门课程向来是本科学员学习的最大障碍。通过该系统的辅助教学,可将抽象的理论图像化,枯燥的概念生动化,极大地降低了学员的学习难度,加深了学员对电磁场理论的理解。其次通过大量基本天线单元的仿真与测量,帮助学员加深对各类天线的了解与掌握,熟悉各类天线的优缺点及适用场合,同时通过具体的天线设计、仿真、安装、测量等学习过程,也极大地调动了学员的学习积极性。