【专题访谈】道长者功远,爱国者成器 ——访清华大学电子工程系高葆新教授(一)

2021-01-19 11:50:05

高葆新教授,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。1957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最优化设计软件是我国第一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,电子部和国家工科优秀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。

1934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。

1946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唯一的一家无线电协会。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。1952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

1957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110工程。1959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。” 1960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。1962年初回国后,他加入了吴老师的参量放大器研究组。

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,台湾国民党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唯一最佳途径,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。在陆大䋮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1961年开始研究参量放大器,1963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156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。1973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;1978年在绵阳780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。

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    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。无线电系1961年开始研究参量放大器。
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