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传承初心 筑梦天线 | 记西安电子科技大学校友文舸一教授

日期:2024-07-02 21:41 点击量:

编者按:西安电子科技大学是较早建立天线与微波技术专业的高校之一,为了传承毕德显、茅于宽、吴万春、毛乃宏等老一辈科研工作者“爱党爱国、勤勉务实,信息特色、敢为人先”的西电品质,推出“传承初心,筑梦天线”栏目,讲述西电天线与微波技术专业奋斗者的故事,以此激励新时代青年教师团结拼搏、勇毅前行,努力打造一支又红又专的天线与微波技术研究队伍,为高水平科技自立自强贡献力量。

文舸一:出生于1963年,湖南平江人,国家特聘专家,IEEE Fellow。分别于1982年,1984年和1987年获西安电子科技大学(原西北电讯工程学院)工学学士,工学硕士和工学博士学位。

1988年4月至1990年11月在南京东南大学无线电系第一期博士后(讲师),1990年12月至1992年12月在电子科技大学应用物理研究所做第二期博士后(副教授)。1992年6月至1993年5月在美国加州大学伯克利分校电子学研究所访问。

1993年6月至1998年8月为电子科技大学应用物理研究所教授,博士生导师,应用物理研究所副所长, 所长。1998年2月至1998年5月为加拿大滑铁卢大学客座教授。1998年8月至2007年12月在加拿大黑莓手机制造商RIM公司工作,先后担任射频部资深科学家,公司预研部总监。

2010年全职回国任复旦大学特聘教授。现任南京信息工程大学教授、应用电磁学研究中心主任。

主要从事电磁场与微波技术学科的教学和科研工作,在国内外发表论文200余篇,出版英文专著3部,中文专著两部,获国际专利40余项。

本科时酷爱读书、自学能力很强

1977年,高考恢复,全国有570万年龄和文化程度参差不齐的青年走进考场,最终仅有27万人圆了大学梦,改写了人生命运。

1978年,15岁的文舸一以优异的成绩进入西北电讯工程学院(西安电子科技大学前身)。这个出生于湖南平江县城的少年,是南宋民族英雄、爱国诗人文天祥的第28代孙。在那个特殊的年代,同学们都非常珍惜来之不易的读书机会。由于当时英语高考成绩只做参考,因此大家的英语基础普遍很差。为了将失去的时间补回来,大家不分年龄大小,都格外努力。当时,全国高校普遍呈现出前所未有的学习热情,清晨的大学校园,处处可见拿着课本大声朗读英文的学生。大学四年,文舸一在外语学习上也下了很大功夫。他曾反复阅读薄冰和张道真的英文语法书,将语法掌握得非常清楚。高年级时,他还选修了日语作为第二外语。

图1 文舸一在西电求学期间毕业照

本科生涯中,西电优良的教风和学风,为文舸一的成长产生了深远的影响。

他记得,当时西电所有任课教师都非常敬业负责,课后主讲教师或助教会到自习教室为同学们答疑。同学们在自习教室里都有自己固定的座位,课后都会去自习室读书、做作业、向老师请教。因为学习风气优良,本科毕业时,文舸一寝室7名同学中,有4人都考取了研究生。

文舸一考上大学时虽然只有15岁,但是,他酷爱读书,喜欢刨根问底和“钻牛角尖”。他还花费大量时间和精力阅读课外书籍,包括一些外文专业书籍。比如,老师教高等数学,他就自学数学分析;老师教普通物理,他就自学理论物理。本科时期的努力,为他日后研究生阶段的学习打下了扎实的基础。

本科生涯中,西电优良的教风和学风,为文舸一的成长产生了深远的影响。

吴鸿适与吴万春教授联合培养的首位博士生

1982年本科毕业后,他选择在西电继续攻读硕士学位,从事电磁场与微波技术专业的学习和研究,授业恩师是吴万春教授。

当时,从事科研工作没有如今这么好的条件。没有互联网,查资料要到图书馆的期刊室借阅;外文期刊大多是影印的,内容也相对滞后;计算条件和实验条件与现在相比更是天壤之别。“当年西电六系有一个机房,里面只有一台微机,有专人管理。老师和研究生调试程序时,要先预约,交一张代金券后,才能使用。”文舸一教授回忆说。

当时,西电的电磁场工程系(六系)设有微波、天线、电波传播三个专业,带头人分别是吴万春教授、茅于宽教授和王一平教授。三人都是西电的资深老教授,数理功底扎实,为西电的电磁场专业发展立下了汗马功劳。

学校为硕士研究生开设了非常全面的专业课程。以电磁场与微波技术专业为例,当时,可供研究生选择的既有《泛函分析》《变分法》《最优化方法》《随机过程》等基础数学课程,还有《高等电磁场理论》《导波场论》《天线工程》《矩量法》《电波传播》《高等微波网络》《微波集成电路》《非线性微波电路》等专业基础课程。

老师讲课时,全部采用板书,因此每门课程的教学时数远多于现在。部分课程采用油印教材,由授课老师自己编写;少部分课程则采用国外原著或译著。

比如,专业必修课《导波场论》用的教材就是Collin 英文原著的中译本与Mittra和Lee合著的英文原著《导波理论中的解析方法》。这门课程内容宽泛,用到的经典数学工具多,学起来很费劲。“期末考试时,这门课,老师只出了3道题目,考试从上午8点一直延续到下午3点多才结束。”文舸一教授回忆道。

硕士毕业后,文舸一成为吴鸿适教授与吴万春教授联合培养的首位博士生。当时西电的电磁场与微波技术专业没有博士学位授予权,因此,学校将北京十二所的吴鸿适教授请来牵头招生。

吴鸿适教授于1951年获得美国伊利诺伊大学电机系博士学位,是我国著名的微波电子学专家。他为人谦和,备受同行尊敬,曾先后担任大连工学院与解放军通信工程学院(西安电子科技大学前身)教授、北京十二所副总工程师、电子工业出版社总编辑等职务。

当时,西电的博士招生工作刚刚起步,招生名额非常之少。第一届博士招生仅录取了寇卫东1人,他的导师是通信专业的胡征教授;第二届招生,全校只录取了五位(含外单位委培一人),其中一系1人(易克初)、二系3人(张玉洪、但尧、王震宇)、六系1人(文舸一)。

文舸一是当年六系唯一被录取的博士生。他记得,学校当时为博士生开设了《泛函分析II》《德语》《自然辩证法》等必修课程,专业课则由导师指定阅读相关书籍。经过两年多的学习和努力,文舸一完成了博士论文并顺利通过答辩,获得了博士学位。

图2 硕士毕业与同学合影

(左起:杨克虎,文舸一,杨卫东,马庆临,武向平)

图3 博士答辩后与导师和答辩委员合影

(前排左起:空军工程大学王积勤教授,东南大学李嗣范教授,文舸一,电子科技大学林为干教授,吴鸿适教授,西安交通大学汪文秉教授。后排左起:郭渭盛教授,梁昌洪教授,陈怀琛教授,吴万春教授,戴树荪教授,徐国华教授)

图4 作为西电第二位博士毕业生,学校刊登的报道(西电的第一位博士毕业生是寇卫东,导师是胡征教授)

每次想起恩师,总是充满敬意和感恩之情

从15岁考入西电,到24岁获得博士学位,文舸一在西电学习、生活了近十载。十载漫漫求学路,文舸一心中最难忘的老师,当属授业恩师吴万春教授。

吴万春教授,1950年毕业于北京大学物理系,之后一直留在西电任教,是我国著名微波专家,曾担任微波学会副主任委员,为国内微波事业的发展做出了极其重要的贡献。吴万春教授一生勤于耕耘,著作等身,在电磁场与微波电路理论上有很深的造诣。

他和梁昌洪老师合编的《微波网络及其应用》(国防工业出版社,1980)曾是国内微波专业的通用教材,受到广泛好评。吴教授还著有《电磁场理论》(电子工业出版社,1985),《微波毫米波与光集成电路的理论基础》(西北电讯工程学院出版社,1985),《集成固体微波电路》(国防工业出版社,1981),《现代微波滤波器的结构与设计》(科学出版社,与甘本袯合著,1973),《微波单晶铁氧体磁调滤波器》(科学出版社,与甘本袯合著,1972)等大量教材和著作,被全国多所高校电磁场与微波技术专业采用,为国内微波专业的人才培养作出了不可磨灭的贡献。

在攻读硕士与博士学位期间,文舸一得到吴万春教授的悉心指导和帮助。当时,吴万春教授已年过花甲,仍亲自给研究生讲授自己编写的《微波毫米波与光集成电路》和《非线性微波电路》等课程。

“上课时,吴老师总是喜欢穿一件蓝色的实验室工作服,以避免板书时的粉尘弄脏衣服。他手拿讲稿,谆谆教导,析理入微,板书工整,字迹秀丽,一丝不苟。其情其景,至今仍历历在目。”文舸一回忆道。

当时,边界元方法在力学界刚刚兴起,吴万春教授注意到这一新的研究方向,立即组织师生展开研究,将这一计算方法引入微波领域。他编写讲稿,给学生们详细介绍边界元方法的基本原理。当时参加这一课题研究的有梁昌洪老师、王家礼老师和同年级的杨卫东同学。文舸一的硕士和博士论文选题都在这个方向上,主要研究如何用边界元法求解电磁场特征值问题。

文舸一攻读博士学位时,吴万春教授将英国著名学者D. S. Jones的名著《电磁波传播的研究方法》推介给他,将这本著作指定为必读书籍,并选入博士学位课程。D. S. Jones是一位知名的应用数学家,他的很多著作对文舸一后来的研究都大有助益。

“吴老师待人随和,心怀坦荡,胸襟开阔。他经常教导我们,做学问要只问耕耘,不问收获。”文舸一教授说,在西电攻读硕博期间,他经常去吴万春教授家中拜访,请教各种问题。看到他来,吴万春教授无论在忙什么,总是会停下手中的事情,与他长谈。师母鲍老师有时也会加入他们的讨论。

有一年,父亲来西安看文舸一,吴万春教授得知后在家中设宴,师母鲍老师亲自掌厨,热情地招待文舸一的父亲。这些暖心的往事,让文舸一至今每次想起,都倍感温暖。毕业后,他只要回西安,都会去拜访吴万春教授和师母。每每回想起两位老人的音容笑貌和言谈举止,他的心中也总是充满了敬意和感恩之情。

图5 吴万春教授夫妇在西电大操场与弟子们合影

(前排左起:田安成,陈晖,文舸一,吴老师,鲍老师,栾秀珍。后排左起:张德民,张亚鹏,任启明,冯双平,卢启堂,叶明,贺毅)

成长旅途的另一位贵人:林为干院士

1988年从西电取得博士学位后,文舸一到南京东南大学无线电系做博士后流动,研究如何用小机解大题,并将网络分块算法用于边值问题的求解。1990年流动结束后,又来到电子科技大学应用物理研究所从事第二期博士后研究,主要从事瞬态电磁学的研究。博士后期间,他曾赴美一年,在加州大学伯克利分校电机系梅冠香教授处访问,从事吸收边界条件的研究。

1993年,文舸一回国后破格晋升为教授,之后在电子科技大学工作了近九年。期间,他曾赴加拿大滑铁卢大学电机系黄卫平教授处访问,从事光纤传输算法的研究。1998年,他赴加拿大RIM公司工作,从事黑莓手机天线设计。

2010年,文舸一教授回国,先后在复旦大学、南京信息工程大学工作至今。

博士后流动期间与留校工作后,他花费了大量时间与精力,自学近代数学与物理,探索用现代数学的观点统一处理应用电磁学领域的一些基本问题以及解决读研时遗留的一些疑问,2010年,他出版了自己的英文专著《应用电动力学基础》。

在他的成长之路上,另一位发挥关键作用的贵人和恩师是林为干院士。

林为干院士1951年在美国加州大学伯克利分校电机系取得博士学位。回国后,先后任岭南大学、中山大学、华南工学院和电子科技大学教授。1980年当选为中国科学院院士。

林为干院士治学态度严谨,学术造诣深厚,擅长将保角变换应用于静电问题和微波传输线问题的求解,并得到很多有工程意义的结果。他是我国电磁场与微波技术学科的奠基人之一。

林为干院士常常鼓励学生要做一辈子的研究生,并身体力行。文舸一从林为干院士那里获益甚多。早在1987年9月,当时已评上院士的林教授,就从成都赶到西安,参加了文舸一的博士论文答辩,并担任答辩委员会主席。

1990年,文舸一来到电子科技大学跟随林院士作第二期博士后。第一、第二期博士后流动结束后,经林院士的竭力举荐,文舸一分别于1991年和1993年晋升为副教授和正教授。

1993年6月,文舸一刚从美国留学归来不久,便陪同林院士赴太原参加了“微波无线输能系统”的自然科学基金重点课题答辩。之后的两年内,文舸一对无线输能的基础理论做了系统的研究,这对他后来研究两阵列天线的功率传输问题,并由此发展成为设计任意阵列天线的优化方法起到了关键作用。

图6 1989年与林院士在南京植物园留影

在加拿大设计的手机天线 性能均优于国际同类产品

1998年8月至2007年12月,文舸一远渡重洋,在加拿大黑莓手机制造商RIM公司工作,先后担任射频部资深科学家,公司预研部总监。

在加拿大RIM公司工作期间,文舸一主要从事手机天线的设计。经过数年的努力,他积累了丰富的实践经验,研发的天线由最初的单频段发展到双频段、三频段和四频段。这些天线的性能均优于国际同类产品。

在实际工作中,他发现很多天线问题无法从当时文献中找到答案,于是决定自行探索。通过数年的努力,他终于解决了一系列重要的天线基础性问题,如天线性能的极限、天线储能与品质因素的计算等等。这些成果均已发表,并收录在2010年出版的《应用电动力学基础》英文专著中。

谈及在RIM公司工作的这段经历,文舸一教授感触良多:“这段时间十分宝贵,我不需要为了应付各种考核去花时间申请科研经费、凑论文篇数和处理各种杂事,可以集中精力做自己喜爱的研究。”

“事实上,做学问必须有轻松的心情,宽松的环境,以及努力的目标。”文舸一教授说,他的一些理论工作,如天线的一般性理论、波导与波导谐振腔的时域理论、手机天线设计的线模型理论、多天线信息论等,都是在RIM公司工作期间完成的,大多都来源于实践需求,“有了这段公司工作经历后,我才切身体会到国外大学招聘时,为什么会优先考虑有工业界背景的学者。”

2010年,文舸一教授回国后,继续在相关领域探索并不断取得新的研究成果,包括:解决了困扰电磁学领域多年的一般媒质中的储能计算问题和一般媒质中天线储能的定义和计算问题,提出了阵列天线设计的最大功率传输效率法等等。这些进展收录在2015年和2023年出版的英文专著《射频工程基础》和《天线辐射理论基础》中。

图7 英文著作

(1.《应用电动力学基础》(2010年);2.《射频工程基础》(2015年);3.《天线辐射理论基础》(2023年))

“青年教师必须有不可替代的、过硬的学术水平”

电磁场与微波技术专业需要坚实的理论功底,但如今各种商业软件盛行,在一些科研人员心中,理论功底似乎显得有些无足轻重。对此,文舸一教授有着自己独特而深刻的见解。

他说,电磁场专业介于理学与工学之间,需要较好的数理基础,同时又离不开工程实践。现有的商业软件确实能将科研人员从繁琐的设计与计算工作中解放出来,高效解决大多数工程应用问题。工程师甚至不需要有太多的理论基础就可以从事微波电路与天线的设计工作。但对大多数基础性研究来说,扎实的理论功底无疑是科研人员创新的必要条件。

“目前很多研究生的论文写作追求短平快,过度依赖仿真软件,不愿花时间或缺乏能力从事基础性研究。可见商用软件也是一把双刃剑。”针对这一现象,文舸一教授建议,导师在给学生选题时应该充分考虑理论、计算和实验三者之间的平衡,力争让学生得到全面的发展,培养学生正确的价值观,“让学生了解到知识的获取与发现没有捷径可走,不能投机取巧,只有辛勤付出,才能有所收获。”

作为电磁场与微波技术领域的知名专家,谈及对于西电电磁场与微波技术专业的建议,文舸一教授说:“电磁场专业在无线与智能技术飞速发展的今天,正焕发出勃勃生机,我对电磁场与微波技术专业的发展充满了信心!”

文舸一教授认为,高校专业建设离不开高水平的师资、优秀的教材、一流的生源以及学校的整体规划。“有丰富的理论与实践经验的射频工程师成为当今无线行业的稀缺人才,这一现象说明我们在专业建设和人才培养上存在不足。过去几十年内,一些学校取消了电磁场与微波技术专业的本科招生,转向宽口径培养,相应的电磁场专业课程减少,这对培养高水平射频人才是个很大的挑战。但愿市场需求能自动矫正过去的一些做法,让高校专业的布局与课程设置日趋合理。”

文舸一教授指出,值得注意的是人工智能技术的发展将对未来教育行业产生颠覆性的影响,“通过训练,一些基础课程完全可以由机器人来讲授,使教师有更多的时间去从事创新性研究,这对教师的素质提出了更高的要求,年轻的教师应该有危机感和使命感。”

他认为,当下应该高度重视青年教师的培养与专业教材的改革。为了适应新时代的要求,教师必须有不可替代的、过硬的学术水平。专业教材编写应兼顾电磁场专业介于理科与工科的特点,做到深入浅出,易于自学;繁中求简,条理清晰;点线结合,面向应用;推陈出新,与时俱进。优秀的教材是良师益友,能起到事半功倍的效果。

寄语母校西电,文舸一教授说,高校是育人和创新的基地,同时也是文化与文明的传承者,是社会前进的灯塔;只有勇于冲破思想的牢笼,尊重人才,不断探索新的教育机制,才能持续健康地发展,“西电在教书育人方面有着优良的传统,为国家培养了大批建设人才;在科研方面,也取得了令人瞩目的辉煌成就,衷心祝福母校越办越好!”

原 创:卢红曼
通讯员:史 港

编 辑:李 桦
审 核:张严峰

 


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