道长者功远爱国者成器访清华大学电子

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高葆新清华大学电子工程系教授,博士生导师,中国电子学会会士,微波学会副主任,微波集成电路与工艺专业委员会主任,中国电子学会学术委员会委员等职。年毕业于清华大学无线电系,早年在清华大学无线电电子学系从事微波低噪声电路、雷达接收设备、微波固体电路研究,并曾在苏联莫斯科大学研究电振荡理论和参量放大理论。承担“七·五”、“八·五”和“九·五”国家科技重点攻关课题、国家自然科学基金重大项目和重点项目等有关砷化镓集成电路软件系统、毫米波基础技术、单片微波集成电路等多项课题。领导微波CAD课题组研究的微波集成电路 化设计软件是我国 部大范围推广应用的微波软件。曾获国家科技进步二等奖一次,国家教委科技进步二等奖三次,三等奖一次,光华科技成就二等奖,电子部和国家工科 教材二等奖二次以及其它科技奖励多次。多年来培养硕士生博士生数十人。其他研究涉及的范围有射频与微波CAD软件技术,电磁场数值分析,移动通讯的射频系统,光通信系统的光电集成前端,MIC中心值优化研究,MEMS微机电系统,PBG光子带隙结构与天线等。发表论文二百多篇,编著与合著科技书13册。

高葆新老师历年照片

面对高葆新教授一生如此众多的获奖证书、如此宏富的学术著述,访谈前我们一时很难摸清头绪。然而,随着他从自己孩提时代的生动讲述丝丝入扣,渐渐入题,贯穿他事业生涯前后参与的参量放大与微波集成电路两项重任,浓墨重彩地烘托出了一条脉络清晰的人生主线,令人久久回味。

年秋,高葆新出生于北平地安门附近的一座四合院内,5、6岁以后就读于东板桥小学。朱甍碧瓦,高柳老榆,鸽哨驼铃,古都风采,是他挥之不去的童年记忆。成长过程也总嫌漫长,与许多孩子一样,他从小调皮捣蛋,颇好摆弄无线电。一次家里电铃坏了,他尝试去修理,结果触了电。很快,他把生锈的脱落电线都拧上来……父母感到惊喜:孩子年岁不大,竟自己捣鼓维修电铃。

年回探童年故居

年9月,高葆新成为了北平私立辅仁大学附属中学的一名初中生,并加入了辅仁附中所拥有的全市 的一家无线电协会。清晨,他省下家里给他买一个烧饼的零钱,前去旧货摊上购置小电子管、电阻、电容等零件,璀璨的朝霞染红了旁边高大的德胜门箭楼。北平和平解放,建国前夕,他入读河北(省立)北京高级中学(地处地安门,简称冀高)。他和另个同学想组织无线电小组,但没经费。就先为学校制作一台扩音机,用于开大会,以得到学校支持。他们在早市小摊上到处寻购零件,没有话筒,就拿个小型纸盆喇叭代替,试用后,音质超过了旧麦克风,为学校解决了开会的设备难题。高中快毕业了,无线电小组由下年级的刘润生接手,他的能力强,迅速扩大建成无线电组,还在抗美援朝期间勤工俭学,为国家做出不小贡献。

少年时代的高葆新朝气蓬勃,精力旺盛,好奇心与求知欲强烈,但却如同璞玉浑金,尚未加以雕琢。年,他考入了清华大学,成为无线电工程系的一名学生。在老一辈教师的教育培养下,他勤学苦读,含英咀华,即温听厉,方向开始明确,道路逐渐清晰,从此他秉承了清华无线电人(清华电子人)的思想意识与精神风范。

放眼世界

牢牢把握正确的科研方向

年,高葆新大学本科毕业,成为时任无线电系吴佑寿教授的研究生,决心将自己的一生奉献给无线电科技事业,但未来的科研方向是什么?他却并无头绪。当时国际形势波诡云谲,中央提出工程。年,无线电系参加方案论证。吴佑寿教授凭借国际视野、远见卓识,对新技术做出前瞻性判断,建立参量放大器研究组,并为高葆新等研究生确定了低噪声放大器的科研方向。高葆新说:“提高雷达作用距离可归纳为三个方法:增强发射功率;加大天线尺寸;提高接收机灵敏度。提高接收机灵敏度的最经济、可行的方案就是降低接收机噪声。参量放大器是利用半导体二极管结的非线性变电容效应产生负阻的一种低噪声放大器。变容二极管微波参量放大器的问世可使雷达接收机噪声改善8-10db,这就意味着雷达作用距离成倍增长,或者说,其作用等效于发射机功率增强10倍量级。”年,高葆新被派往前苏联进修两年。在吴佑寿指导下,他选择了莫斯科大学物理系振荡理论教研组。经与导师商议,进修课程同时安排参量放大器理论研究。课题进展顺利,预定目标提前4个月完成。根据吴佑寿意见,他又参加了氨分子振荡器原子钟的研究工作。年初回国后,他加入了吴老师的参量放大器研究组。

年莫斯科大学振荡理论实验

在吴佑寿领导下,微波变容二极管参量放大器的初步研究成果仅比国外同行晚一两年。吴佑寿曾告诉高葆新:“通过参放,你已熟悉微波技术,今后在通讯方面也是很需要的。”显然,他早已洞察低噪声接收技术对微波通讯所产生的基础作用,预计到微波通讯拥有广阔的发展前景和广泛的应用空间。60年代, 匪特屡屡袭扰东南沿海。他们事先了解我军全海岸雷达监控系统的设置地点、威力区范围等重要信息,又对海防雷达性能了如指掌,便派遣塑料小艇,利用其反射电波微弱、信号难以捕捉的特点,在各雷达防卫威力区之间的空隙登陆,实施骚扰破坏。这种塑料小艇速度快,难追击,沿海人民因而饱受其害。形势刻不容缓,这一重大国防问题亟待破解。论证方案结果,参量放大器是解决问题的 途径,其应用于海防雷达,将加大雷达威力区,有效弥补雷达海防网之间的空隙。面对迫在眉睫的紧张局面,参量放大器研究组调入茅于海领导的雷达教研组。在陆大?教授直接关心领导下,全力研制专用于海防雷达的参放。他们先在无线电系的雷达机上开展实验,做到谙熟参量放大器的电性能,掌握其安全安装、节省功率、抗震耐用等方方面面。在全系的大力支持下,针对该型号雷达很快研制出几台样机,随即由海军安排至广东南海舰队海防雷达站实测。

经过一段时间的艰苦实测,试验结果证明,参量放大器可以使海防雷达增加了20~30%的威力区。高葆新说:“该项研究成果使我国沿海边防各雷达的威力区增大,由分散连接成整体,利用很小的技术装备改造,就改善了海防的总体安全,具有重大军事意义和政治意义。无线电系年开始研究参量放大器,年成果通过鉴定,在国内首次成功用于海防雷达,技术上达到了当时国际先进水平。”清华大学无线电系参量放大器因此被列入国家项重大科技成果。该成果批量生产后,他们又先后研制了多种参量放大器。年,高葆新课题组迁往清华大学绵阳分校,先后参与完成多项任务;年在绵阳厂协作,研制用于机载雷达参放等。

高葆新认为,在参量放大器上取得重大成果和突出贡献,与吴佑寿教授在科学技术领域高屋建瓴、适时开创新的研究方向分不开。他说:“沿着吴先生当初设想的低噪声微波接收电路方向构成了研究体系和教学系统。当年的多路通信,微波系统、低噪声接收等前瞻性科研方向的建立,都和吴老师敏锐的科学目光以及对青年教师培养教育分不开。”上世纪80年代末的一天,高葆新在主楼前遇见吴佑寿,吴老师鼓励他要尽快熟练掌握英语口语,多参加国际会议,以便扩大眼界。在无线电系的教育建设与学科发展中,老一辈教师十分注重培养学生开拓全球视野,树立高瞻远瞩的前瞻意识,高葆新从中受益匪浅,一生把握住微波低噪声接收系统、微波集成电路等正确的科研方向。

砥砺奋进

焕发忘我的爱国奉献精神

李传信、陆大?、吴佑寿等一批清华无线电系老教授还高度重视培养学生将个人学业进步、努力方向与国家的建设需要紧密结合。这些老一辈教师不仅自身热爱祖国、无私奉献,更言传身教,在学生培养中注入爱国思想、奉献精神。毕业后,高葆新勤奋努力,砥砺奋进,祖国哪里有需要,他就毫不犹豫地投身到哪里,无论经受多大的艰难困苦都义无反顾,展现出爱国奉献的精神。

作为清华无线电人(清华电子人)的一致写照,爱国奉献精神首先表现为不畏艰险、吃苦耐劳。60年代初,当闻知国民党匪特在我东南沿海大肆劫掠、破坏、杀戮造成同胞死难乃至家破人亡的噩耗时,高葆新义愤填膺,燃起爱国情怀,他与张渊淳、黄正豫、余家贵赶赴南海海军基地,参加参量放大器的实地试验。在南海,试验工作异常艰苦,而且具有危险性。海军战士利用缴获的敌人塑料艇,以高速多次远近往返,实测雷达加装参量放大器后的效果。炎炎夏日,南海海面,烈日当头,晴空万里,海天一色,他们一次出海长达数小时,往返数百海里,小艇高速疾驰,似在水面飞行,一不留神便有翻船之虞,而且常会晒晕或曝皮,海上劳苦,难以名状。尤遇风高浪疾,小艇左右摇摆晃动、上下起伏颠簸;一旦赶上浪涌,海面乍看平静,而浪涌从水下横向拱翻小艇,操纵艇尾机须极富经验。

年南海参放实验连队

在四面环海的孤岛上,他们的生活备尝千辛万苦。虽然隶属海军,待遇标准较高,备受照顾,但一周才有一条小船运来补给。经济困难时期刚刚度过,伙食多数时间也仅是米饭加咸菜汤。台风登陆的日子,巨浪滔天,无法出海实验,须抢先将巨大的雷达天线分拆。设备在山顶上,营房位于半山腰,天线重达百余公斤,拆卸、搬运过程充满艰难。台风呼啸,大雨滂沱,出屋门上厕所须结伴同行,他们紧靠荒山岩石,紧抓绝壁危杆,甚至匍匐爬行,避免卷入狂风暴雨,滚下山崖。当然,苦中有乐,他们的生活也充满欢欣,尤其是目睹数年来在全系支援下成绩斐然,技术设备将在国防安全上大展神威,匪患消弭,愉悦心情更溢于言表。每当台风过后,风平浪静,沙滩上满是被大浪翻卷上岸的各种深海贝壳,绚丽夺目,形态各异,异彩纷呈,令他们大饱眼福,十分欣喜。李传信、陆大鍂等系领导高度重视南海试验,在试验过程中还特地赶来海岛检查、慰问。

爱国奉献精神还表现为不甘落后、发愤图强。年,清华绵阳分校时期结束,高葆新迁回北京。进入80年代,计算机辅助设计(CAD)技术提上日程。美国EESof公司、HP公司虽开发出国际 水平的CAD软件,但却对中国实施禁运,这激发了高葆新不甘落后的斗志。他与同事们决心自力更生,锐意进取。掌握计算机编程语言成为首先需要攻克的难关,他们几个人一头钻进书店、书摊,购买相关领域新书,起早贪黑,废寝忘食,一周读完两本,相当于一年的专业课,很快掌握了编程语言的应用。在艰难简陋的环境下,他们耸壑昂霄,志在必得。同时,他们也并不蛮干。而是力所能及地结合国情,根据自身情况,解决当前迫切问题。一是针对微带线跳变、转角、分支等不均匀区域进行精确计算,强化电磁场模块的精度;二是在电路上心无旁骛,集中针对微波接收系统最主要的三个元部件——低噪声放大器、滤波器和混频器,解决电路结构的优化难题。坚持既定的研究方向,攻克了一系列难关,最终达到微波集成电路的精确设计。清华的CAD软件从软件规模与功能类型上,比HP公司、EESof公司的软件小很多,但设计精度并不逊色,且易于操作,可直接工作于PC机(无需大型工作站)。而且价格成本降低百倍。便于国内推广。

高葆新提及:“微波电路CAD软件研究同样是经历了‘研究-应用-改进-提高-再应用’的复杂过程,先后开发出了微波电路CAD软件:COMSIN,SUCOM,FILTER等多套软件和多个版本。涵盖了集成晶放、参放、微波毫米波传输线、滤波网络、非线性电路、变频混频、功率放大等。大体上每年都有提高性能的新版本。在CAD理论与技术上,不断获得国家关怀和电子领域同行与企业的重视”。

微波集成电路软件研究过程,结合国情、推广应用、不断研究改进提高。逐步推广应用于几十个工业企业、电子部的若干研究所,解决了新产品生产技术的燃眉之急;以及十多所高等学校,用于科研和教学实验。在国家微波电子企业发展和理工科大学教学质量提高上发挥了很大作用。为此获得多次国家奖励,最早的是年国务院电子振兴办颁发‘ 软件奖’。以后陆续获得国家科技进步二等奖,以及三次教育部科技进步奖等多种奖励。

此后,HP公司开始解禁,向中国出售微波电路设计软件MDS和电磁场分析软件EDS。鉴于清华大学的微波电路CAD技术在国内属 地位,年HP公司提出与清华大学合作,成立“清华--惠普软件设计中心”,惠普公司赠送给清华10套微波电路设计软件MDS(后改名为ADS)和1套电磁场分析软件EDS,用于教学。清华承担HP软件的技术培训和技术合作。

高葆新还特别提及,自己在观看国庆七十周年的 电视剧展播时,会着重



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