（1）专业与年级要求

本实验所属课程为《射频与微波系统综合实验》，是南京理工大学通信工程，电子信息工程，电子科学与技术，微电子科学与工程专业骨干实验课程。本实验课程面向前述四个专业大四学生必选，其他电子信息大类专业学生任选。

（2）基本知识和能力要求

本实验课程先修理论课程包括：《电磁与与电磁波》、《微波技术》、《现代微波测量技术》三门专业必修理论课程。学生学习本门课程之前所需掌握的主要能力和知识结构：

1、要求学生掌握卫星通信系统的基本组成，误码性能等。

2、要求学生掌握微波集成电路的设计原理及GaN器件的设计参数及性能指标。

3、要求学生掌握GaN晶体管伏安特性曲线随晶体管尺寸参数以及静态工作点的变化规律。

4、要求学生掌握GaN晶体管构成的放大器的功率、功耗和非线性特性并应用于实际设计。

5、要求学生掌握功率放大器设计中的阻抗匹配理论与方法。

6、要求学生掌握微波功率放大器集成电路的设计原理及太空环境特性。

值得一提的是，由于本项目的知识角提供了较多文献、视频学习资料，学生通过自主学习，能够较好的完成本实验所有环节的实验任务。

我国国民经济和社会发展“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确提出要“打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系”，而高可靠、高性能、小型化的微波集成电路则是卫星有效载荷产业化发展的关键。为了服务国家对卫星产业发展规划的战略需求，星载高可靠第三代半导体微波集成电路设计方面的专业人才培养成为国家经济和国防建设的迫切需要。结合我校的兵工特色和工程精英的人才培养定位，本团队面向国家战略和行业需求，培养高可靠第三代半导体微波集成电路设计方面的创新型人才。

当前，开展商用卫星高可靠第三代半导体微波集成电路设计实验面临严重困难。具体包括：1、实验属于大型综合训练。实验内容涵盖星地通信链路分析模块、第三代半导体器件设计模块、功率放大器电路设计模块以及半导体器件的高可靠性设计模块等，实验内容多，规模大，设计环节复杂。2、实验不可逆，且成本高、消耗大。集成电路的流片具有不可逆性，发生任何细微错误都无法在片修改，必须重新设计与加工。基于第三代半导体工艺设计的集成电路加工成本很高，经济上难以承受。3、实验涉及极端环境。星载集成电路需要长期工作于太空环境，一方面各种宇宙射线的辐照会导致集成电路的失效甚至损毁，另一方面近乎真空的环境会使集成电路所处空间持续漏气而导致低气压放电击穿等现象，这些极端环境在地面上很难开展实体实验。4、部分实验现象难观测。太空辐照和漏气导致的低气压放电对电路的影响是一个长期累积效应，无法短时间内用实验观测。采用虚拟仿真实验方法不但可以轻松化解这些难题，还允许学生在几乎无成本试错的过程中深入理解并掌握星载高可靠第三代半导体微波集成电路设计理论与方法，增强探究性，克服传统上理论授课带来的效率低、体验差的弊端，显著改善这部分教学内容的教学效果，提升人才培养质量。

半导体微波集成电路设计及相关实验是电子信息类专业必修课程《微波技术》和《现代微波测量技术》的核心教学内容。其中，GaN器件的组成，器件中沟道宽长比、匹配、封装等设计参数与功率、功耗、线性度等指标参数的影响机理是半导体微波集成电路的难点。其涉及到的理论知识点多、技术复杂，学生理解难度大。团队以相关科研和教学成果为基础，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则自主开发了“商用卫星高可靠第三代半导体微波集成电路协同设计虚拟仿真实验”项目，基本设计原则如下：

（1）坚持以学生为中心的教学理念，实验方案采用了问题导向的设计方法，实验情景吸引力强。本实验项目围绕高可靠第三代半导体微波集成电路协同设计中的GaN核心器件设计、微波功率放大器集成电路设计、太空环境适应性综合设计三种典型场景进行综合设计，将知识学习和能力提升有机融合，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和高阶思维方式。

（2）本实验项目的实验效果以线性度、误码率、定位信息、波形等形式实时同步呈现。通过观察和对比不同条件下的通信传输效果，理解北斗卫星定位和短报文功能与半导体微波集成电路协调设计关键理论知识。

（3）本实验项目依托团队承担的多项国家及省部级重大项目，将最新科研成果转化成教学资源，该项目是仿真环境下的真实验，核心要素逼真度高，具有较强的视听效果；通过随机给定卫星定位要求参数和太空环境等，实现实验任务和学生设计的互动，富有趣味性和挑战性。

（4）融入课程思政元素，培养学生的家国情怀。把我国射频与微波集成电路发展的艰辛历程、老一辈军工人服务国家、献身国防的先进事迹收录在实验项目的在线“知识角”中。学生通过自主学习，激发爱国情怀，增强民族使命感和责任感。

本虚拟仿真实验是《射频与微波系统综合实验》专业实验课程的重要组成部分。项目引导学生从卫星系统链路、微波集成电路、第三代半导体器件、商用卫星微波集成电路可靠性设计四个层面进行学习，旨在培养学生解决星载微波集成电路设计领域相关复杂工程问题的综合能力和创新意识。实验过程中春风化雨般嵌入思政元素，实现价值塑造、知识传授和能力培养的统一。具体实验教学目标如下：

（1）帮助学生熟悉卫星链路的基本组成，在理解卫星短报文通信功能基础上，掌握第三代半导体微波集成电路性能指标计算方法，提升学生对微波功率放大器的认知能力。

（2）帮助学生熟悉微波集成电路设计的基本原理，掌握阻抗匹配、系统封装设计以及太空辐照、微波击穿效应防护等方法，提升学生在星载微波集成电路设计方面的能力。

（3）帮助学生熟悉第三代半导体器件设计的基本原理，掌握第三代半导体器件结构参数、工作点选取等与性能指标参数的关系和设计方法，提升学生在星载第三代半导体器件设计方面的能力。

（4）帮助学生熟悉复杂太空环境对星载第三代半导体微波集成电路性能影响的基本原理，掌握星载第三代半导体微波集成电路综合设计方法，提升学生在商用卫星第三代半导体微波集成电路高可靠性协同设计方面的能力。

（5）通过向学生介绍我国在集成电路领域遭受的霸凌和打压，回顾老一辈军工人突破技术封锁、献身国防事业的先进事迹，引导学生将个人前途与国家需要结合起来，树立献身科学、报效祖国的远大志向。