舒若　蔡丽萍

摘要：针对《射频电路基础》课程的课堂教学内容，设计了16个学时的基于ADS软件的实验教学内容。相关实验与课堂教学结合紧密、实践性强，实施后提高了教学效果。

关键词：射频电路设计；实验教学；先进设计系统

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）52-0273-02

一、引言

近年来，随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，电子系统的工作频率越来越高，射频电路应用广泛，国内外都严重缺乏从事射频电路设计的专业人才，目前相关课程已经广泛在国内外高校开设[1]。

《射频电路基础》是我校在2014年通信工程专业本科培养方案中新开设的针对大三学生的限选课程，开设目的是希望通过传授射频电路基础知识，为学生就业和升学提供一个“新”的方向，同时将本专业的与电路设计相关的教学内容，从《电路分析》关注的低频领域和《高频电子线路》关注的高频领域，扩展到射频领域的电路设计。本门课程的学时情况是：课堂教学32个学时，实验教学16个学时。

二、《射频电路基础》的课堂教学内容

课堂教学内容分为6章：第1章讲主要讲述射频电路设计的背景、射频频谱范围、基本量纲和单位、无源元件的射频特性。第2章主要讲述传输线理论，包括等效电路模型、传输线方程、特性阻抗和反射系数、典型终端条件等。第3章讲述史密斯圆图，包括阻抗圆图和导纳圆图、圆图上的串并联频率响应等。第4章讲授匹配网络设计，包括各种匹配方案和匹配网络中的带宽问题。第5章讲授多端口网络和散射参量。第6章讲授射频放大器设计，包括射频放大器的分类、特性指标、直流偏置电路设计、功率关系、匹配电路设计、稳定性判别等内容。

可以看出，本门课程涵盖了射频电路设计领域的基础概念和理论、基本设计原则和方法，课堂教学之外必须设计对应的实验教学内容以加深学生对课程知识点的掌握，同时实验教学中需要传授射频电路设计工具的使用。

三、《射频电路基础》的实验教学设计

ADS（Advanced Design System）是美国安捷伦公司所生产的电子设计自动化软件，也是当今国内各大学和研究所使用最多的射频电路和通信系统仿真软件[2]。我们设计的实验内容基于ADS软件进行电路设计和仿真，共8个实验，每个实验2个学时，共16个学时。实验教学根据课堂教学进度进行同步安排，单次实验的人数为1个班级30人，3个班级轮流进行实验教学。我们设计的具体每个实验的名称见图1。

实验一主要学习ADS软件的使用，包括ADS软件基础操作讲解、电路原理图建立、仿真，以及Murata公司的元件库安装。实验二依据传输线理论和射频工程师法则进行电路分析和典型终端条件的设计。实验三要求学生依据给出的负载阻抗和波源阻抗，使用史密斯圆图应用工具，分别采用分立元件和微带线进行匹配网络设计。实验四采用具体电路板进行微带线电路设计，包括微带线的基片参数设置和ADS微带线计算器的使用。实验五进行晶体管偏置电路设计，包括晶体管直流特性分析、直流偏置电路设计、晶体管散射参数扫描、稳定性因子和最大增益测量。实验六基于负反馈电路进行射频放大器的稳定性设计。实验七主要根据相关设计指标和噪声系数圆与等功率增益圆设计输入端匹配电路和输出匹配电路，测量噪声系数和功率增益。实验八根据实验七的电路原理图进行版图设计。

四、《射频电路基础》实验教学的特点

通过上述实验内容的安排和组织，本课程实验教学具有了以下特点：

1.与课堂教学知识点结合紧密。实验完全覆盖了课程的课堂教学内容，针对教学重点和难点进行了实验内容设计，既注重射频电路基础知识的理解又注重ADS軟件设计技能的训练。比如实验二的内容完全依据传输线理论进行设计，要求学生自行设计电路验证射频工程师法则，验证终端短路和开路的阻抗公式。课程所有实验实施后，学生使用到了ADS软件的多个元件库和智能控件，掌握了基础的基于射频无源元件、微带线和射频放大器的电路设计技巧。

2.工程实践性强，大幅度使用半导体公司的射频元件。多个实验中用到了Murata公司的元件库，实验四以FR4为电路板材料进行微带线参数计算和设计，实验五、六、七对安捷伦公司的ATF54143射频放大器进行低噪声功率放大器设计。上述一些元件的使用需要下载和安装相应公司的元件模型，需要阅读产品说明和分析典型电路，在此基础上再进行电路设计。

3.组织方式合理，设计型实验和综合型实验比例高。我们将每次实验课堂内容分为教师讲解部分和学生操作部分，教师先讲解本次实验中ADS相关控件的使用方法，并且演示如何进行电路设计和仿真。学生在后续操作中，针对具体任务进行电路设计。实验内容有一定难度，多数是设计型实验或综合型实验。

4.实验前后关联性强，设置合理。8个实验前后联系紧密，比如实验二的传输线电路设计是实验六中射频放大器负反馈电路设计的基础，实验三的匹配网络设计是实验七中射频放大器前后端匹配网络设计的应用基础。课堂教学的第6章射频放大器设计是课程的难点，学生较难掌握，我们将其主要知识点进行分解，在实验五、六、七中分别设计实验内容，让学生在同一个ADS工程中进行电路的逐次设计，最后完成了射频放大器电路的全部设计工作。

5.使用了小班授课和云课堂教学。我校通信工程专业每届学生为3个班90人，本门课程连续3年选课人数在80人左右。每次实验人数约为1个班30人的规模，实验指导教师有2人，可以充分保证在现场及时地对学生进行答疑和辅导，并且我们在本校云课堂上进行了该课程的建设，上传了实验教学的教师讲解部分的视频，学生可以控制视频的观看速度和复习回顾。

五、结论

《射频电路基础》是我校通信工程专业的一门新开课，课程内容定位为传授射频电路设计领域的基础理论和基本电路设计方法。相对于32个学时的课堂教学，16个学时的实验教学学时量比较大，这样设置的根本原因是为了充分保障学生学习更多的具有实际应用价值的设计实例，培养学生电路设计软件的操作能力。本门课程内容较多而且很抽象，理论知识和工程应用结合紧密，学生学习起来比较困难，因此实验教学内容的设计非常关键。

我们的实验教学设计充分考虑了相关理论知识在电路设计中的体现和ADS设计软件的训练，并且采用实际半导体公司产品进行电路设计，实验内容安排合理，组织得当，工程实践性较好。实验实施后，学生评价较高，取得了极好的教学效果。

参考文献：

[1]Reinhold Ludwig，Gene Bogdanov.射频电路设计——理论与应用[M].第2版.北京：电子工业出版社，2013.

[2]徐兴福.ADS2011射频电路设计与仿真实例[M].北京：电子工业出版社，2014.