射频技术课程中的仿真教学

摘要： 电路仿真作为一种设计技术，已广泛应用到现代电子设计领域。本文通过举例，介绍了PSpice电路仿真软件在射频技术课程教学中的应用。将仿真教学引入课堂，丰富了教学手段，突进教学改革，培养学生自我学习的能力。

关键词： PSpice 仿真教学 射频技术 教学改革

1.引言

射频技术课程是电子、信息、通信类等专业重要的技术基础课，也是一门工程性和实践性很强的课程，主要讲述通信功能电路的基本原理及实现方法。在已往的教学中普遍注重基础理论的学习，需要学生掌握通信电路的原理、特点和使用。但由于本课程理论性强，原理抽象，学生很难掌握。

为了促进此课程的改革，满足培养实用性人才的要求，达到实践教学设计性、综合性、创新性要求，在教学过程中我们引入PSpice电路仿真软件。PSpice（Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件是EDA领域最负盛名的公司OrCAD所开发的通用电路模拟仿真软件，它可对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、环境温度分析、灵敏度分析等，对射频技术课程中学生较难理解的电路特性都会有相应的仿真结果，可直观电路的各种响应。这种形象的教学，不仅激发了学生的学习热情，而且培养了他们分析电路、修改电路、最终能够设计电路的能力。

2.在教学中融入仿真

2.1教学内容总体归化

射频技术课程传统的教学以章节划分，教师按章节讲授电路的工作原理，讲解参数，分析电路性能，并得到相应的结论。在理论教学中，对于射频电路经常出现的阻抗、频率、功率等重要参量都会有繁琐的推导，得出复杂的公式，学生很难理解，教学过程也很枯燥。针对这一现象，我们将课程内容整合，以案例形式展开，采用案例形式教学。课程主要包括高频小信号放大器、高频功率放大器、宽频带放大器、调幅和检波、调频和鉴频、锁相环电路六个具体案例，每个案例都有实际可用的电路图，学生根据直观的仿真结果，验证理论的内容、理解调制、频率、通频带等通信概念。每个案例既独立完整，彼此间又相互关联，综合在一起就是简单的通信系统。

2.2实例分析

信号的放大和频谱的搬移是射频技术课程中的重要内容，怎样使学生能正确理解这两种电路也是学好这门课程的关键。下面我们分别进行说明。

2.2.1案例一：高频小信号谐振放大器。

采用PSpice软件中的原理图制作窗口，绘制电路图如图1，此过程都是由教师完成。依据传统教学，教师会对电路器件和原理进行讲解，在由公式推导出电路的增益、带宽、选择性等。在此教学中，我们采用全新的方式，除了用仿真验证电路的静态参数和固定频率的增益外，我们在教学中重点讲解电路的选择性，即放大器的幅频特性曲线，先让学生看到电路仿真的结果（如图2），根据曲线让学生自己找到谐振频率，再引入通频带概念，引导学生读出电路的带宽。对于电路选择性的好坏，可以将仿真电路的负载更改为双调谐，观察仿真结果（如图3），比较两种结果，形象地说明电路性能。

2.2.2案例二：调幅电路。

调制和解调电路是射频技术课程的重点，但它们都属于非线性电路，如果采用严密的理论方式讲解，必定使学生陷入繁琐的推导中，课堂接受效果不好。在教学方法上，我们采用先仿真知结果、结果反映原理、再由参数改变结果的过程，将电路器件的作用和电路原理生动、形象地呈现在学生面前。

（1）采用PSpice软件中的原理图制作窗口，绘制电路图，如图4。简要说明各器件的功能，重点强调V8和V9是输入信号、V是输出电压。

（2）设置V8和V9（PartName VSIN）主要参数：

V8：DC=0.2V，VOFF=0，VAMPL=0.14V，FREQ=60KHz；

V9：DC=0.12V，VOFF=0，VAMPL=0.08V，FREQ=3KHz。

（3）设置仿真transient（瞬态分析），如图5。

（4）由Probe窗口输出仿真结果，如图6。

（5）学生可将V8和V9两个输入信号与结果相互比较，得到调幅电路的特点，事实证明非线性电路的合成。教师再详细讲解电路的工作原理，但要避免推导公式，将仿真波形与调幅波表达式中的各参数代表的物理量对照着说明。让学生自己改变电路中的参数，观察对输出的影响。

（6）观察调幅波的频谱，如图7，讲解频谱的概念及频谱搬移的原理，并测量调幅波的带宽。

（7）通过改变V8和V9参数的数值，根据仿真结果掌握调幅系数M和调幅波的功耗情况。

3.在实验中对照仿真

射频技术课程毕竟是理论与实际紧密结合的课程。本课程的工程性和实践性很强，在实验室的配备上对仪器仪表的要求也很高，如频谱分析仪、高精度示波器、扫频仪等。这些昂贵的设备制约着实验室的发展。计算机的仿真可部分取代实验设备，弥补设备不足的缺陷，让学生完整掌握本课程的内容。但是，仿真并不能真正代替实验，射频实际电路经常会受到电路器件的批次、电路制造工艺、使用环境等的影响。因此，在实验教学中，我们要求学生在实验之前，先对实验内容进行仿真预习，实验结束后，再将仿真结果与实验结果相互对照、比较，掌握电路。这样既培养了学生掌握独立分析电路、理解电路、消化电路的能力，又使学生深刻体会了实际生产和设计之间的关联和差异，培养了学生的实际操作意识，适应企业的需求。

4.在课程设计和毕业项目中应用仿真

课程设计是射频技术课程必不可少的环节，也是培养学生综合运用知识、提高技能和培养团队合作精神的最佳方式。在以往的教学中，课程设计受到实验设备条件的限制，往往学生所设计的电路无法验证其功能，从而大大降低了学生的学习兴趣。再有课程设计一般只有2周左右的时间，在短时间内制作电路板，装配和调试电路是很困难的，这些弊端使高频的课程设计达不到预期的效果，PSpice仿真的应用及时解决了这一问题。在课程设计和毕业项目中应用仿真的好处如下：

课程设计和毕业项目本身就是一个项目的实施过程，通过项目计划，学生养成了查找资料、识别电路图的能力。再由PSpice的电路检查功能，学生在仿真制图中，对电路就不是空洞的仿照，而是直接的了解。电路的参数决定电路的性能，通过对仿真器件参数的设定，学生了解了实际电路中器件参数的重要性，并对器件的厂家和型号都有更深的了解，工作后能更快地适应岗位。仿真的结果多样化，可以多角度、多方位地了解电路的性能。

5.结论

随着电子技术的发展，当今企业对人才的需求也在不断调高，这就迫切要求学校对课程内容进行改革。将EDA这种设计技术引入到教学中，使教学课程从内容到手段都发生了根本性的变化。我们在将PSpice软件应用到射频技术课程的教学过程中，发现学生对这门课的兴趣增强，开阔了他们的视野，拓宽了学习的内容，使学生掌握了现代电子设计的方法和手段，为其将来的发展打下了坚实的基础。

参考文献：

［1］钱聪，陈英梅.通信电子线路［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

［2］苏宏宇.PSpice电路编辑程序设计［M］.北京：国防工业出版社，2004.

［3］赵雅兴.电子线路PSpice分析和设计［M］.天津：天津大学出版社，1999.