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摘要：提出了合理安排《高频电子线路》理论教学内容和实验内容，目的是解决目前专业课时太少的问题，解决高频与通信技术不断发展与学生知识学习不足的问题，论文举出两个例子来说明如何设计仿真实验内容，提出了高频电子线路仿真实验设计分析的新思路，提出来竞赛培训、导师制、公选课三层次教学体系探索，对教学内容和教学方法进行调整，加大学科竞赛力度。
关键字：仿真实验；导师制；三个层次；学科竞赛
本文引用格式：黄德生，等《.高频电子线路》仿真实验设计分析的新思路探索[J].教育现代化,2020,7(36):23-26,48.
A New Way to Design and Analyze the Simulation Experimentof High Frequency Electronic Circuits
HUANG De-sheng，LI Jin，LIU Tao
(Information College of Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou Zhejiang)
Abstract:In order to solve the problem of too few professional class hours,the paper puts forward the reasonable arrangement of theoretical and experimental contents of high frequency electronic circuit,solves the problems of the continuous development of high frequency and communication technology and the lack of knowledge learning of students.This paper gives two examples to illustrate how to design simulation experiment content,puts forward a new idea of the design and analysis of high frequency electronic circuit simulation experiment,and proposes three-level teaching system exploration of competition training,tutor system and public elective course,adjusts the teaching contents and methods,and strengthens the discipline competition.
Key words:Simulation experiment;Tutor system；Three-level；Electronic design competition
一 引言
“高频电子线路”课程是电子、通信学科的一门专业必修课，理论课程涉及的内容多、过程复杂，在相关专业人才培养方案的课程体系中起着重要作用。目前由于课时的限制，该课程的实验教学内容主要是对知识点的原理进行验证和设计[1]。普遍存在的问题是学生在实验操作中对实验箱和指导老师过于依赖，而高频电子线路的非线性、不确定性和经验的积累是培养学生的重点和解决问题的关键。目前学生普遍反映实验过程中遇到的问题没有能力主动去解决，认为实验过程枯燥乏味，实验结果形式单一，实战性不够。为了解决这一问题，近一年对高频电子线路课程进行了改革，取得了好的成果。
二梳理实验内容，按照教材合理安排理论教学内容和实验内容
由于现在各个高校普遍削减了专业课的课时，本校本课程总共为48学时，理论课时40学时，实验为8个学时。在如此少的课时中，怎样才能让学生充分掌握课程的知识点，并且怎样让学生有机会多实践一直是理论老师与实验老师探讨的问题。近一年多对高频电子线路的授课方式进行了改革，首先把理论课的授课地点改在了实验室，理论教师与实验教师共同授课，边授课边动手操作，完成课本上的知识点对应实验设备上的具体验证。表1是根据课本内容梳理出来的在规定时间内容要完成的实验操作。
一次有三节课，第一节课纯讲理论，后面2节课理论与实验对应讲解与操作。一方面根据原理和分析方法改变实验箱上的输入信号的参数和部分元器件的参数,这部分元器件的参数变化范围不大，学生根据实验箱提供的条件得到相应的实验结果，严格按照课本知识点，一个一个地去验证。另一方面高频电子电路实验箱测试点较少，为了弥补这方面的缺陷，增加了仿真内容，仿真电路的搭钩安排在课外，课内只是实现结果进行分析研究。仿真对于电路信号处理过程的每一步变化能清楚地观察出来，从而更直观地理解知识点和实验电路中各模块的作用。第三个方面加强高频仪器的操作与实践，特别是高频示波器、高精度万用表、扫频仪、高频频率计、函数信号发生器、射频信号源等，这些仪器在课上逐步让学生进行操作。第四个方面，因为实验箱的频率不可能做得很高，一般就能达到12M左右，为了让学生真正解决高频问题，必须在课外补上，例如，电子电赛培训、导师制培养等。
三 高频电子线路仿真实验的设计分析
软件仿真教学可以解决实验箱操作中的一些弊端，仿真教学有利于高频电路的性能分析，灵活和方便，学生随时能进行仿真，不需要到实验室就能完成。学生根据需要增添或删减元器件，调整电路中关键模块的参数，也可以针对电路信号的处理步骤设置观察输出点，更直观地了解电路模块作用，这样节约了成本，软件仿真可以弥补部分实验内容，同时加强学生对理论的理解。仿真主要用到multisim仿真软件，在众多的EDA设计软件中，Multisim软件是一种非常适合电子类课程课堂教学和实践教学的软件工具。它具有界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强等特点，方便学生的学习和使用。该软件含有电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式等，提供了从分立元件到集成元件、从无源器件到有源器件、从模拟元件到数字元件以及高频类元器件等庞大的元件库，并且提供了功能强大、设备齐全的虚拟仪器[2,3]。
学生可以对各种参数进行设计，例如，以发射模块中末级的高频功率放大器为例，让学生一级一级去仿真，设置相应参数等信息，并在显示中观察最终的波形。系统中的波形，会随着各个参数的变化发生改变，因此可以在波形数据的显示界面，来观察不同波形的影响。学生可以根据电路图来设置参数，达到验证的目的。在发射与接收的仿真系统中，虽然不能完成声音的发射和接收，可以通过测量调频波和调幅波来观察仿真是否正确，将整个仿真系统分为发射部分和接收部分。其中发射部包括调制前后频谱、调制信号、载波、调频、调幅和双边带调幅、上混频和高频功率放大器的发射功率和效率、阻抗匹配等，接收部分包括高频小信号选频放大、中频放大和滤波、下混频、混频前后频谱和检波等，这些元器件在软件库里面都有，学生可以通过需要来查找，图1是通信示意图，按照这个示意图来完成仿真实验。高频电子线路实验的知识点只涉及到发射设备和接收设备，但是实验可以完成整个系统，信息源可以用信号源代替，接收端可以用示波器测量。为了具体说明仿真实验设计分析的新思路探索，举2个例子。
具体举例1：在发射模块的后端指导学生完成射频功率放大器仿真（课外搭电路、调试电路，课内和实验箱实验一起分析结果），见图2。
这个仿真实验的目的是让学生掌握甲类、丙类功率放大器的基本工作原理及丙类功率放大器的调谐特性以负载变化时的动态特性；掌握激励信号变化对功率放大器工作状态的影响；比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的功率、效率与特点。通过三极管BG501和BG502组成的电路，让学生重新复习模电里面学的线性放大器，三极管BG503和BG504是高频里面学习的谐振放大器，让学生会用实验的方法区别甲类和丙类放大器，验证甲类有静态工作点，丙类没有。验证丙类的发射功率和效率大于甲类的，而甲类的损耗大于丙类的。学生在做完这个仿真实验后，可以进一步改进电路，将电路中的三极管集电极输出端的振荡器回路加入可调电容，同时增加前级放大电路，以增加增益和效率，做到举一反三。
具体举例2：变容二极管直接调频实验，在发射模块的前级。见图3。
仿真软件库里找低频信号源，调一个1kHz的调制信号，按照图3搭钩电路，图3电路产生载波，把1kHz的调制信号加到电路输入端，完成直接调频。让学生深刻理解变容二极管D401实现直接调频，验证变容二极管D401直接控制振荡器的振荡频率，使其按调制信号的变化规律变化，输出用示波器和频率计测量调频波和调频波的载波频率。让学生搞懂要控制载波振荡器的振荡频率，就要用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性变化，实现直接调频。
这里举了两个例子，其它实验可以按照这个思路去设计，让学生完成理论+软件仿真+实验箱实验全过程，软件仿真必须在课外完成电路搭钩，必须把电路调通，课堂上完成理论学习和实验箱操作对照软件仿真结果进行分析。
四 多层次实验教学内容改革的思考
学生仅掌握实验箱操作和软件设计仿真实验内容并不能真正提高学生的工程动手能力，还应加入实战训练，这样才能提高电子信息类和通信类学生的专业水平[4]。现在高校普遍的情况是缩减专业课时，要完成这么多的实验内容光靠课内的时间是不够的，必须增加课外培训。利用开放高频电路实验室,为有电路制作兴趣的学生提供平台，一般的器件都有创新实验室提供，如果学生愿意自己另做项目，也可自愿购买电路散件，实验室可以提供焊接工具和测试仪器，这样既解决了费用高、时间安排难的问题，又可实现实验室资源的充分利用。
（一）竞赛培训、导师制、公选课三层次教学体系探索
2018年分院实行了导师制，要求每位导师必须指导6位同学，每学期一开学就安排学生选导师和选题目。通过不到两年的实施，取得了很好的成果，学生动手能力大幅度提高，发表的成果也逐年增加。
2017年开设了针对全校的通识课《各种小家电组装与维修》，目的是在大一就培训学生，从中选拔人才为后续学生进一步学习和参加学科竞赛打好基础。2018年本课程被选为优质课程，完成了优质课程建设，最后评审为优秀。图4为三层次教学体系。
（二）多渠道培养学生，加强学科竞赛培训的力度
近几年企业对学生是否参加过科研经历非常重视，参加过学科竞赛培训的学生动手能力很强，这样的学生非常受企业的欢迎，获奖的学生都进入了大企业，能力得到发挥。只要参加过竞赛培训，学生在找工作时，一般都顺利拿到offer。
1.制定培训教学大纲:对于竞赛培训形成系统性和规范性，目前为止制定了针对不同类别的培训大刚，有高频类、电源类、控制类、飞行器类。
2.加强授课老师、导师制的指导教师与竞赛培训指导教师之间的相互沟通与观摩，形成一个良性循环。多角度加强学生理论与实践的学习与巩固。
3.以培养学生创新能力为主导的培训教学大纲的内容重新规划（课内、课外）[5,6]。
以上探索目的就是弥补专业课选课学生少和课时不够的问题，通过制定课外培训教学大纲，从课内教学培养方案中原有的两门课《模拟电子线路》及《高频电子线路》从新梳理，修订为《低频电路综合实训》及《高频电路综合实训》两门课作为课外的培训课程，修订的两面课程内容知识点和实践一一对应，更加直观和实用，进一步强化学生对知识学习的力度[7-9]。课程学习全方位从基础到设计。
重点加强学生的工程能力，从“原理、仿真、电路焊接（低频）、PCB设计、高频电路设计”五方面入手重新规划课程内容。将教学规划为基本理论、创新设计、工程制作三大部分。
参考文献
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[2]郭锁利,刘延飞.基于Multisin 9的电子系统设计、仿真与综合应用[M].北京:人民邮电出版社,2008.
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[4]焦松,杨明.仿真实验数据一体化分析工具研究[J].系统仿真学报,2011,23(8):1734-1738.
[5]杨镜宇,胡晓峰,伍文峰.基于体系仿真实验的联合作战能力评估技术[J].指挥信息系统与技术,2017,8(4):1-9.
[6]黄大新.信息技术在物理教学中有效整合的实践和思考[J].中学理科园地,2017,13(4):12-13.
[7]韩志军.通用仿真实验组织与实施方法研究[J].科技资讯,2017,15(2):207-208.
[8]高吉祥.高频电子线路设计[M].北京:高等教育出版社,2013.
[9]张海燕.高频电子电路与仿真设计[M].北京:北京邮电大学出版社,2010.
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