(NanjingVocationalCollegeofInformationTechnology,Nanjing210023,China)
Abstract:Inordertoimprovetheteachingeffectofantennacourses,thesimulationexperimentalteachingofadipoleantennaisde⁃signed.TheteachingprocedureisBasedonthecoursenetworkplatform,whichenablesstudentstocompletethemodelingandsimula⁃tionofadipoleantennabyusingtheHFSSelectromagneticsimulationsoftware.Inthesimulation,studentsneedtoexploretheinfluenceofdifferentsizeparametersofthedipoleantennaonthesimulationresultsoftheantennaaroundthegivenquestionssoastocarryoutsimulationexperimentsandgetthesimulationexperimentrules.Studentsalsoneedtomakethecorrespondingantennawithdifferentcentralfrequenciesbygroup,andfinallytesttheantennatoverifythesimulation.Theresearchresultsshowthatstudentshaveabetterunderstandingoftheconceptsrelatedtothedipoleantennathroughthisteachingprocedure,andstudents'comprehensiveabilitieshavebeenimproved.Keywords:simulationexperiment;electromagneticsimulationsoftware;dipoleantenna;highervocationalcollege1概述天线类课程是许多高校相关专业学生必修的课程，但是天线类课程往往也是让许多学生闻之色变的课程，因为相关理论抽象、数学公式很多，导致许多知识储备不够、理论基础薄弱的学生很头痛。在高职院校以上问题更为突出，例如，在笔者所在高职学校，传统教学方式已经不适于运用于《天线安装与调试》教学，不利于对学生应用能力的培养,不利于调动学生学习的主动性。因为该课程的相关理论比较抽象、难理解，单看书看不懂，而课程总学时仅28学时。
为了解决这些问题，再加上天线技术是一门实践性很强的学科，学生不光需要学习各种硬件设备，例如：网络分析仪、微波器件、频谱仪等，还需要学习行业软件。HFSS软件是一个在射频微波业界广泛应用的商业化电磁场仿真软件，学习该软件对于学生就业或将来适应岗位具有一定帮助。为了满足教学的需求，很多学者开展了相关的仿真教学研究[1-8]：屈乐乐、杨天虹等学者为了解决在天线实验教学中实践环节开设不够的问
题，开展了基于HFSS仿真软件的实验课程改革，节省了设备资
[1]
源、提高了教学效果；为了让学生更好理解微带天线的原理，李俊生结合HFSS软件仿真让学生从多方面、多角度地理解,在教学中取得了较好的课堂教学效果[2]。
偶极子天线是天线类教材里常见天线，是相关课程必修内容，但高职学生往往比较难理解其抽象的理论，他们自主学习能力弱、动手能力稍好。常规仿真实验的设计缺乏数字校园环境下课程网络平台的支持，缺乏动手测试天线实物的仿真验证，效果欠佳。为了提高《天线安装与调试》课程教学质量，解决以上存在问题，需要探索新的教学方法，通过设计结合实践的仿真实验来帮助学生理解相关概念。
2偶极子天线仿真实验内容2.1设计目标采用HFSS软件设计分析如图1所示半波偶极子天线，天线材料为铜，铜丝直径是a=2mm，通过设计让天线工作频率为
收稿日期：2019-08-06基金项目：江苏省教育信息化研究课题(20172059)；江苏省高校“青蓝工程”资助；江苏省“333工程”资助作者简介：谭立容(1977—)，女，贵州习水人，博士，副教授，主要研究方向：微波器件及天线教学与科研。2
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0.6影响。
GHz；并分析讨论半波偶极子天线的天线臂长度变化的图1半波偶极子天线2.2设计步骤打开软件AnsoftHFSS，新建一个项目，为将建立的模型设置适合的单位和求解类型，在HFSS中添加如下变量：
图2给HFSS仿真模型添加的变量接着创建半波偶极子天线3D模型，包括天线的上臂(对应坐标原点上方圆柱体)、下臂(对应坐标原点下方圆柱体)和天线的馈电端口(对应上下圆柱体中间的矩形块)，如下图：
图3偶极子天线仿真模型给天线模型设置材料特性，在软件操作界面中同时选中天线的上下臂，将其材料属性设置为理想导体pec。在天线的馈电端口创建集总端口激励，设置端口阻抗值和积分线。再创建空气盒，将其设置为辐射边界属性。
采用在授课教材或课程网站仿真视频里介绍的参数扫描方法Paramtric.选择线的天线臂长度等参数变化时对天线性能参数带来的影响，项，Project对设置的变量进行参数扫描，工作区的Optimetrics，点击鼠标右键，观察半波偶极子天选择从而找到恰当的值来满足设计目标。2.3仿真实验思考题在学生明确了偶极子天线仿真实验的设计目标和设计步骤后，还需要给学生相关思考题，让学生从中有所启迪，通过自己思考并在仿真中寻求答案，从而能真正掌握相关知识。因此，围绕偶极子天线仿真实验内容在网上课程平台布置如下思考题：
(1)(2)在图当我们改变变量2中各变量代表什么？
lambda值会怎样？
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(3)(4)改变变量dip_length又会怎样？
3偶极子天线仿真实验的教学实践(5)变量偶极子天线的天线臂长度对应的是哪个变量？
res_length为什么要乘以系数0.485呢？3.1教学实践环节的设计在偶极子天线仿真实验开展教学实践时，先由教师提出评
价考核标准和天线的设计目标，再让学生根据设计目标完成偶极子天线的理论知识学习和仿真调试，并完成仿真实验思考题，具体如下：
仿真实验任务的具体要求(1)老师先简单说明仿真实验内容安排、(如图4所示)，让学生有目的、评价考核标准和带着问题完成布置的课程任务，同时也避免了抄袭；
图4真视频，(2)教师在课程网络平台上发布偶极子天线学习资料和仿仿真实验任务的具体要求在课堂上或者通过(3)学生在课程网络平台线上观看学习资料和视频，视频里有具体步骤，方便学生完成仿真实验任务；
qq等平台辅导学生学习课程基础知识和所老师需仿真软件；
作视频完成偶极子天线的仿真设计；
(4)在教师激励和指导下，学生按照课程网络平台上的操响”为主题完成仿真微视频，(5)每个学生需以“半波偶极子天线的尺寸参数变化的影并上传到课程网络平台；
仿真实验思考题的回答情况，(6)教师和学生对上传的网上视频进行评价，再结合学生现不同中心频率的天线，(7)根据半波偶极子天线的定义和所得到仿真规律分组实给予打分。
按照以下制作步骤得到对应天线实物并用网络分析仪测试天线回波损耗等参数来验证仿真。
制作偶极子天线步骤：
材料。
1)选择半径为1mm的铜丝作为制作偶极子天线两端的根铜条一端的漆和氧化铜刮掉，2)根据仿真模型将铜丝制作成两根相应长度的铜条，将两约2cm3)左右长度，准备一根特性阻抗为将其外层的黑色橡胶层剥去。露出渔网状细50便于后面的焊接。
欧姆的同轴电缆，取电缆顶端铜丝包裹的白色橡胶层，将渔网状细铜丝拧成一股，再将白色橡胶层剥去，根焊接在拧好的渔网状细铜丝上，4)预热电烙铁，最后露出同轴电缆中心铜丝。
待电烙铁加热完毕。将事先刮好的铜条一另一根焊接在同轴电缆的中心铜丝上。
3.2教学实践的教学效果在完成“偶极子天线仿真实验”教学环节的教学实践后，各组学生得到类似如下图所示天线工作波长lambda对天线S11参数影响的规律曲线，再根据仿真制作了类似如下图所示不同中心频率的偶极子天线实物。
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S11HFSSDesign1ANSOFT第16卷第1期(2020年1月)
0.00-2.50作步骤，让老师有更多时间集中在重点问题。以上教学实践环节的设计思路也可以推广到其他采用了辅助软件的课程教学中。
-5.00-7.50参考文献：Curve InfodB(S(1,1))Setup1 : Sweeplambda='500mm'dB(S(1,1))Setup1 : Sweeplambda='600mm'dB(S(1,1))-10.00-12.50-15.00NameXY-17.50m1m2m1m20.58-18.49370.4918-20.0598-20.00-22.500.000.501.00Freq [GHz]1.502.002.50图5工作波长lambda对天线S11参数影响图6不同中心频率的天线开展的课程问卷调查统计结果显示：至少百分之九十以上的学生在课程网络平台和老师帮助下通过“偶极子天线仿真实验”教学实践后，使解决问题的能力提高了，通过仿真更好地理解了天线的基本概念；95.2%的学生认为“偶极子天线仿真实验”教学环节在促进学生积极思维方面的效果到达“优秀”或“比较好”。
4结论由调查结果可见，采用“偶极子天线仿真实验”教学后增加了学生的动手机会和动手时间，有利于提高学生综合能力，能更好地帮助学生理解天线相关基本概念。课程网络平台下虚实结合的仿真实验教学效果更好，更直观地让学生理解了偶极子天线基本概念，同时避免了老师给学生反复讲解常规软件操
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构，批量学员同时操作困难的缺点，构建一款针对航空发动机的虚拟实验平台，不仅可以有效地解决这些问题，还能够减少误操作造成人身、财产损失的风险，并提高整体授课效率，达到事半功倍的效果。
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