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摘要：高频电子线路课程需要对多种信号进行频率分析，为了增强学生感性认识，提高教学效果，利用频谱分析仪对“高频电子线路”实验课程的教学内容进行了设计，首先优化了实验步骤，加入频谱分析内容，然后修改了实验考核要求，激励学生思考实验现象。根据课堂效果得知，基于频谱分析的实验教学方法能够帮助学生理解高频信号频域特点，提高实验教学水平。
关键词：频谱分析；高频电子线路；实验教学
作者简介：于效宇（1980-），男，黑龙江肇东人，电子科技大学中山学院，讲师；刘艳（1980-），女，锡伯族，辽宁沈阳人，电子科技大学中山学院，讲师。（广东 中山 528400）
基金项目：本文系2011年电子科技大学中山学院质量工程建设（教学团队）项目的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0141-02
“高频电子线路”课程作为通信专业的专业基础课，具有一定的难度和特殊性，[1，2]在课程讲授过程需要对各种信号进行频谱分析，如在调幅部分需要分析FM、DSB、SSB三种信号的频谱区别，在丙类功率放大器需要分析失真信号的频率成分等。而频谱分析是信号与系统课程知识的应用和延伸，基础一般的学生通过课堂讲授和公式较难理解信号频谱分析的目的意义。[3]
因此为了提高学生对于高频信号频谱特点的感性认识，在实验课程中增加了频谱分析的教学内容，与理论内容相呼应，帮助学生回溯信号与系统的知识，掌握高频电子线路典型信号的频谱特点，从而提高教学效果。
一、实验课程内容整合和频谱分析要求
为了提高实验教学水平，更有效地帮助学生理解实验内容，掌握高频信号的频谱特点，本学期的“高频电子线路”实验设备增加了频谱分析仪，并根据实验内容的改变修改了实验大纲和实验要求，具体情况如表1所示，与之前的实验内容相比[4]，本学期实验主要对以下两个方面进行了修改：
第一，对“高频电子线路”实验课程内容进行整合，将原实验2正弦波振荡器和实验3集电极调幅与大信号检波合并为振荡电路与调幅检波，原实验4环形混频器和实验5变容二极管调频合并为环形混频与直接调频，原实验1和实验6保留。实验整合的主要原因在于，原实验2、3，原实验4、5采用的实验板和实验设备基本相同，且实验内容相关性较强。如原实验2搭建的振荡器可作为原实验3集电极调幅电路的载波信号。为了提高学生对于实验的整体性理解和认识，将实验进行了整合。
第二，整合实验并不是简单地把实验名称和实验内容合并，在实验内容上也进行了梳理，在整个实验过程中都增加了对信号频谱的分析和解释，帮助学生理解实验。
表1 实验内容及频谱分析要求
序号 题目 实验内容 频谱分析要求
一 小信号放大器 调整晶体管的静态工作点；
测量放大器的谐振曲线；
计算谐振频率处的电压放大倍数，通频带BW0.7、BW0.1、矩形系数Kr0.1 了解频谱仪扫频原理，观测扫频图即信号放大器谐振曲线；
对输入输出信号进行频谱测量，分析测量中的谐波失真现象
二 振荡电路与调幅检波 观察振荡状态与晶体管工作状态的关系；观察反馈系数对振荡器性能的影响；比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度；
调试集电极功率放大电路及调幅电路，测试动态调制特性， 记下不同的V?时的调幅系数ma，观察检波器的输出波形 测量并分析振荡信号频谱；
测量并分析调幅波信号频谱；
测量功率放大电路各级信号频谱，根据频谱调试电路
三 环形混频与直接调频 观察混频器的输出信号，观察混频器的镜像干扰；
调试变容二极管调频电路实验，调频信号解调实验 在示波器和频谱分析仪上观测镜像干扰信号特点；
利用频谱观测调频信号频谱，分析与调幅信号频谱的区别；
改变调制信号幅度、频率，观测调频信号的频谱变化；
观测解调信号的频谱，分析失真度
四 模拟乘法器的应用 AM，DSB调幅信号的产生；
同步检波实验；
鉴频实验；
混频实验 观测实验中各输入输出信号的频谱特点
二、教学方法改进
1.实验现象的频谱分析
“高频电子线路”课程知识点较为分散，不利于学生学习理解，但是对高频信号的分析却贯穿课程始终。如果学生能够掌握高频典型信号的频谱特点，能够分析信号的频谱构成，会给学习“高频电子线路”课程带来直接帮助。
针对此问题，设计了上述表1的频谱分析要求。在实验课程示范操作和讲解过程中，注意对信号频谱进行分析。以调幅信号AM和DSB为例，AM信号展开式如如式（1）所示，可见AM信号包含ωc、ωc+Ω和ωc+Ω三种频率分量，为了能够降低功耗，提高通信效率，可以去掉ωc即载波频率，生成DSB调幅信号，如式（2）所示。
在理论授课过程中，学生可以掌握这两种信号的推导过程，也了解AM和DSB调幅信号的频谱构成，但是仍然对于AM、DSB的信号特点及根据信号特点的相关领域应用不清楚。通过实验4模拟乘法器的应用可以调制和解调AM、DSB信号，通过频谱仪对调制信号、载波信号、AM和DSB信号及解调信号的观测，学生可以直观了解各信号的频谱特点，帮助巩固理论知识。
2.实验特殊现象的频谱分析
实验所用电路板是模拟电路，实验电路元件老化和阻抗不匹配都会影响实验完成，甚至无法完成实验。以实验1小信号谐振放大器为例，此实验在测量谐振曲线下边频时，部分电路板会出现失真现象，其主要原因是高次谐波在电路板谐振频率附近被放大造成的。[4]在以往的实验授课中也对此现象进行解释，但是效果一般。为了保证教学效果，本学期实验利用频谱仪的测量波形进行分析。
图1是通过频谱仪扫频测得的小信号放大器谐振曲线，可见此调谐放大器的中心频率约为10.7MHz。图2是输入的7MHz的信号，受信号发生器及电路板非线性的影响，有14MHz的谐波分量。图3是输出失真信号的频谱图，可见14MHz由于在放大器中心频率的附近，因此谐波分量也被放大，与7MHz的基波混叠输出，从而使输出信号失真。
如此例所示，通过频谱分析对实验特殊现象进行了分析和解释，能够帮助学生理论联系实际。某种程度上，学生能够对一些实验中出现的特殊现象进行分析，更能够达到教学的目的。
3.实验考核方法
与之前的考核方式相同，“高频电子线路”实验课程考核重视学生的实验表现，采用问答式的考核方法评判学生。为了让学生重视高频信号的频谱分析，在提问中增加了频谱分析类问题的比例，按照学生的回答情况对学生进行评分，考核方法如表2所示。
三、结论
实验课程的目的不是为了获得漂亮的实验数据，也不是机械地完成实验，而是从实验中了解实验的理论基础，锻炼动手能力。将频谱分析内容引入“高频电子线路”实验课程中，不仅没有增加学生的负担，反而帮助学生建立了频域的概念，提高了学生的兴趣。
近年来，一直对“高频电子线路”课程进行教学改革，并且根据每届学生的情况对教学内容进行微调。通过教学实践证明，只要充分了解学生，让学生体会到学习的乐趣，自然也会让教师体会到教学的乐趣，从而提高教学效果。
参考文献：
[1]于效宇，刘艳.高频电子线路教学方法研究与改进[J].中国电力教育，2010，（30）：67-68.
[2]李士军，宫鹤，徐艳蕾.“高频电子线路”教学研究[J].长春理工大学学报，2012，7（8）：201-202.
[3]于效宇，刘艳.基于应用式教学的“高频电子线路”学时改革[J].中国电力教育，2011，（32）：92.
[4]刘艳，于效宇.“高频电子线路”实验课程教学方法研究[J].中国电力教育，2012，（23）：81-82.
（责任编辑：刘辉）
关键词：频谱分析；高频电子线路；实验教学
作者简介：于效宇（1980-），男，黑龙江肇东人，电子科技大学中山学院，讲师；刘艳（1980-），女，锡伯族，辽宁沈阳人，电子科技大学中山学院，讲师。（广东 中山 528400）
基金项目：本文系2011年电子科技大学中山学院质量工程建设（教学团队）项目的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0141-02
“高频电子线路”课程作为通信专业的专业基础课，具有一定的难度和特殊性，[1，2]在课程讲授过程需要对各种信号进行频谱分析，如在调幅部分需要分析FM、DSB、SSB三种信号的频谱区别，在丙类功率放大器需要分析失真信号的频率成分等。而频谱分析是信号与系统课程知识的应用和延伸，基础一般的学生通过课堂讲授和公式较难理解信号频谱分析的目的意义。[3]
因此为了提高学生对于高频信号频谱特点的感性认识，在实验课程中增加了频谱分析的教学内容，与理论内容相呼应，帮助学生回溯信号与系统的知识，掌握高频电子线路典型信号的频谱特点，从而提高教学效果。
一、实验课程内容整合和频谱分析要求
为了提高实验教学水平，更有效地帮助学生理解实验内容，掌握高频信号的频谱特点，本学期的“高频电子线路”实验设备增加了频谱分析仪，并根据实验内容的改变修改了实验大纲和实验要求，具体情况如表1所示，与之前的实验内容相比[4]，本学期实验主要对以下两个方面进行了修改：
第一，对“高频电子线路”实验课程内容进行整合，将原实验2正弦波振荡器和实验3集电极调幅与大信号检波合并为振荡电路与调幅检波，原实验4环形混频器和实验5变容二极管调频合并为环形混频与直接调频，原实验1和实验6保留。实验整合的主要原因在于，原实验2、3，原实验4、5采用的实验板和实验设备基本相同，且实验内容相关性较强。如原实验2搭建的振荡器可作为原实验3集电极调幅电路的载波信号。为了提高学生对于实验的整体性理解和认识，将实验进行了整合。
第二，整合实验并不是简单地把实验名称和实验内容合并，在实验内容上也进行了梳理，在整个实验过程中都增加了对信号频谱的分析和解释，帮助学生理解实验。
表1 实验内容及频谱分析要求
序号 题目 实验内容 频谱分析要求
一 小信号放大器 调整晶体管的静态工作点；
测量放大器的谐振曲线；
计算谐振频率处的电压放大倍数，通频带BW0.7、BW0.1、矩形系数Kr0.1 了解频谱仪扫频原理，观测扫频图即信号放大器谐振曲线；
对输入输出信号进行频谱测量，分析测量中的谐波失真现象
二 振荡电路与调幅检波 观察振荡状态与晶体管工作状态的关系；观察反馈系数对振荡器性能的影响；比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度；
调试集电极功率放大电路及调幅电路，测试动态调制特性， 记下不同的V?时的调幅系数ma，观察检波器的输出波形 测量并分析振荡信号频谱；
测量并分析调幅波信号频谱；
测量功率放大电路各级信号频谱，根据频谱调试电路
三 环形混频与直接调频 观察混频器的输出信号，观察混频器的镜像干扰；
调试变容二极管调频电路实验，调频信号解调实验 在示波器和频谱分析仪上观测镜像干扰信号特点；
利用频谱观测调频信号频谱，分析与调幅信号频谱的区别；
改变调制信号幅度、频率，观测调频信号的频谱变化；
观测解调信号的频谱，分析失真度
四 模拟乘法器的应用 AM，DSB调幅信号的产生；
同步检波实验；
鉴频实验；
混频实验 观测实验中各输入输出信号的频谱特点
二、教学方法改进
1.实验现象的频谱分析
“高频电子线路”课程知识点较为分散，不利于学生学习理解，但是对高频信号的分析却贯穿课程始终。如果学生能够掌握高频典型信号的频谱特点，能够分析信号的频谱构成，会给学习“高频电子线路”课程带来直接帮助。
针对此问题，设计了上述表1的频谱分析要求。在实验课程示范操作和讲解过程中，注意对信号频谱进行分析。以调幅信号AM和DSB为例，AM信号展开式如如式（1）所示，可见AM信号包含ωc、ωc+Ω和ωc+Ω三种频率分量，为了能够降低功耗，提高通信效率，可以去掉ωc即载波频率，生成DSB调幅信号，如式（2）所示。
在理论授课过程中，学生可以掌握这两种信号的推导过程，也了解AM和DSB调幅信号的频谱构成，但是仍然对于AM、DSB的信号特点及根据信号特点的相关领域应用不清楚。通过实验4模拟乘法器的应用可以调制和解调AM、DSB信号，通过频谱仪对调制信号、载波信号、AM和DSB信号及解调信号的观测，学生可以直观了解各信号的频谱特点，帮助巩固理论知识。
2.实验特殊现象的频谱分析
实验所用电路板是模拟电路，实验电路元件老化和阻抗不匹配都会影响实验完成，甚至无法完成实验。以实验1小信号谐振放大器为例，此实验在测量谐振曲线下边频时，部分电路板会出现失真现象，其主要原因是高次谐波在电路板谐振频率附近被放大造成的。[4]在以往的实验授课中也对此现象进行解释，但是效果一般。为了保证教学效果，本学期实验利用频谱仪的测量波形进行分析。
图1是通过频谱仪扫频测得的小信号放大器谐振曲线，可见此调谐放大器的中心频率约为10.7MHz。图2是输入的7MHz的信号，受信号发生器及电路板非线性的影响，有14MHz的谐波分量。图3是输出失真信号的频谱图，可见14MHz由于在放大器中心频率的附近，因此谐波分量也被放大，与7MHz的基波混叠输出，从而使输出信号失真。
如此例所示，通过频谱分析对实验特殊现象进行了分析和解释，能够帮助学生理论联系实际。某种程度上，学生能够对一些实验中出现的特殊现象进行分析，更能够达到教学的目的。
3.实验考核方法
与之前的考核方式相同，“高频电子线路”实验课程考核重视学生的实验表现，采用问答式的考核方法评判学生。为了让学生重视高频信号的频谱分析，在提问中增加了频谱分析类问题的比例，按照学生的回答情况对学生进行评分，考核方法如表2所示。
三、结论
实验课程的目的不是为了获得漂亮的实验数据，也不是机械地完成实验，而是从实验中了解实验的理论基础，锻炼动手能力。将频谱分析内容引入“高频电子线路”实验课程中，不仅没有增加学生的负担，反而帮助学生建立了频域的概念，提高了学生的兴趣。
近年来，一直对“高频电子线路”课程进行教学改革，并且根据每届学生的情况对教学内容进行微调。通过教学实践证明，只要充分了解学生，让学生体会到学习的乐趣，自然也会让教师体会到教学的乐趣，从而提高教学效果。
参考文献：
[1]于效宇，刘艳.高频电子线路教学方法研究与改进[J].中国电力教育，2010，（30）：67-68.
[2]李士军，宫鹤，徐艳蕾.“高频电子线路”教学研究[J].长春理工大学学报，2012，7（8）：201-202.
[3]于效宇，刘艳.基于应用式教学的“高频电子线路”学时改革[J].中国电力教育，2011，（32）：92.
[4]刘艳，于效宇.“高频电子线路”实验课程教学方法研究[J].中国电力教育，2012，（23）：81-82.
（责任编辑：刘辉）