西電劉英教授：天線引方向，隱身藏夢想

發布時間：2021-12-29作者來源：金航標瀏覽：2346

《科學中國人》封面人物——劉英

2016年11月1日，在轟鳴聲和歡呼聲中，兩架我國先進的第四代重型隱身戰斗機現身珠海上空，將當天的航展氛圍推向[敏感詞]。作為我國自主研制的新一代隱身戰機，這次不到兩分鐘的亮相堪稱驚鴻一瞥，極大振奮了現場民眾的精神和全國人民的信心。

現代戰爭中，一個國家的空中力量是否強大，很大程度上取決于戰機的整體隱身性能是否強大。1991年海灣戰爭中，美國F-117A隱形戰斗轟炸機首次參戰即取得重大戰果，靠的就是最[敏感詞]的整體隱身水平。毫不夸張地說，飛機隱身性能的優劣甚至能決定一場現代化戰爭的勝負。

鮮為人知的是，飛機整體隱身性能與飛機天線隱身性能息息相關。一般來說，在外形隱身技術和涂覆型雷達吸波材料的幫助下，隱身飛機能將自身的散射特性降到很低的水平。然而，飛機一旦加載上未經隱身設計的天線系統，其整體隱身性能就會大大惡化，從而嚴重降低戰場突防能力和生存能力。因此，在現代戰爭中，天線隱身性能的優劣已經成為決定[敏感詞]平臺生死存亡的關鍵因素之一。

由于大多數傳統天線隱身手段會帶來天線輻射特性的損失，制約了[敏感詞]平臺作戰能力的提升。因此，如何發展新的天線散射理論，采取新方法實現散射控制，滿足各領域對高性能隱身天線的需求，就成為雷達天線隱身領域的重中之重。

中國電子學會會士、IET Fellow（英國工程技術學會會員）、西安電子科技大學教授、天線與微波技術重點實驗室主任劉英，就是這一科研領域里的佼佼者。多年來，劉英及其團隊為滿足我國[敏感詞]技術發展的迫切需求，在天線隱身領域做了大量研究并取得了重要成果。

國產重型隱形戰斗機的不斷發展，離不開天線隱身領域科研工作者的默默奉獻。作為我國天線隱身事業的后起之秀，劉英的成長歷程呈現了一幅中國女性科技工作者科研報國的精彩側寫。

2019未來天線國際研討會成員合影

夢想折翼

收獲意外的熱愛

劉英小時候的夢想是當一名翻譯官。一次偶然的機會，小劉英被電視上風度翩翩的翻譯官吸引，從此暗下決心將來要為[敏感詞]當翻譯。為此，她中學時刻苦學習英語，只為圓一個翻譯官的夢。1994年夏天填報高考志愿時，她填的第一志愿便是西安電子科技大學外語專業。可是天不遂人愿。等通知書下來，她發現自己被調劑到了同一所學校的電磁場與微波技術專業。當時劉英對這個專業一無所知，心里一百個不情愿。夢想從出入外交場合的翻譯官，變成埋頭實驗室里的科研人員，差異不可謂不大，劉英心中的挫敗感可想而知。不過，劉英這個人骨子里就是有一種不服輸的勁頭。當她了解到電磁波是唯一能夠不依賴任何介質進行傳播的“神秘力量”，它無聲無形、無色無味，即使在真空中也能來去自如，且轉瞬即逝時，很快就被神奇的電磁世界所吸引。劉英很快就調整了心態，全身心地投入到這個陌生的研究領域里。

西安電子科技大學（簡稱西電）的前身是[敏感詞]無線電學校，誕生于血與火的革命戰爭年代，有著純正的紅色血統。在20世紀90年代，西電仍保留著[敏感詞]化管理的優良傳統，校園學習氛圍十分濃厚。那時，西電校園的早晨經常出現令人震撼的一幕。因為學生們早上起得太早，教學樓還不到開放的時間，于是大家紛紛坐在樓下的石凳上讀書、背誦。同學們戲稱之“石凳文化”。在劉英的記憶里，那時班里的同學從來不攀比物質條件，只比誰早晨起得早、誰學習最用功。從來沒有睡懶覺習慣的她，有時早晨一睜眼，卻發現早有同學已經把床鋪整理好了。

西電新生一直都有軍訓傳統。訓練間隙休息時，別人往往閑坐聊天，劉英卻從口袋里掏出一個小筆記本，開始背單詞。正是得益于這種善于利用碎片化時間的好習慣，劉英早早通過了大學四六級，并且順利通過了托福考試。這在當時是一件很不容易的事。學習上的刻苦精神貫穿了劉英從本科到博士的整個求學生涯，并且對她之后的科研工作也有巨大的影響。

懷著對電磁波的“偏愛”和對西電的濃厚感情，劉英本科畢業后毫不猶豫地選擇了西電天線與微波技術重點實驗室，開始了自己的研究生學習。也許就在那時，劉英暗下決心，要在電磁與天線領域干出一番不平凡的事業。

劉英

穩健成長

學術上一貫出色

碩博階段，劉英先后跟隨我國天線領域知名學者龔書喜教授、傅德民教授從事天線與電磁散射基本理論與設計方面的研究工作。憑借出色的學術表現，在老師們的支持下，劉英得以深入參與多項國家重大科研項目。傅老師和龔老師一直教導劉英：在科研的道路上，要善于解決問題，但更要善于發現問題。只有這樣，科研工作才能更具持續性、系統性。老師們在學術上的嚴謹性和在思想上的前瞻性，對劉英影響至深。在老師們的指導和鼓勵下，劉英養成了不斷思考、學以致用的好習慣，學術能力得到很大提升。

在多項重大科研項目中，讓劉英感到難度最大、印象最深的是天線近場測量系統的研制。當時，我國天線最早是在室外遠場測量。由于室外測量環境差,測量精度相對較低，隨著微波暗室技術的出現和發展，天線測量從室外轉移到室內。這一措施雖然解決了室外遠場測量精度低、不支持全天候測試等問題，但卻帶來了室內空間有限，無法滿足大口徑天線測試所需要的遠場距離的新難題。業界的共識是：要想解決這一難題，就必須發展室內近場測量技術。

在這一背景下，劉英加入由我國[敏感詞]天線測量專家、西安電子科技大學教授毛乃宏帶領的科研團隊，在國內率先開展了天線近場測量技術研究。經過多年攻關，團隊成功研制了國內首套自主可控的天線近場測量系統，實現了從零到一的突破，打破了國外技術封鎖，填補了我國在天線近場測量領域的空白。

當時國外嚴密封鎖天線近場測量技術。劉英所在的科研團隊在建設天線近場測量暗室時，從設備搭建到軟件編寫，幾乎都是獨立自主完成的，從而解決了被外國“卡脖子”的問題。實驗室始終緊密圍繞國家需求，在先進天線微波測量技術、天線與電磁散射理論、高性能星載復雜天線優化設計技術、高頻信道測量系統等研究上形成了鮮明特色，承擔了一大批國家重大重點項目，近十年來已榮獲省部級及以上獎勵十余項，發表學術論文上千篇，授權國家發明專利近300項，出版教材、學術專著20余部，為我國科技信息化、國產化和人才培養做出了重要貢獻。

出于對天線隱身研究的熱愛，劉英2004年博士畢業后，選擇留校從事研究工作。談到留校的原因，她說道：“十年的西電求學經歷，讓我對西電有著深厚的感情，加之求學期間很多優秀的老師對我有著重要影響，因此我也希望能從事教師這一高尚的職業。更重要的是，西電在解決國家重大技術問題上有著許多重要的科技成果，也有著重要的影響力，在西電求學期間，耳濡目染之下，我立志通過自己的努力解決國家發展需要的技術問題，這將非常有意義。”
2006年，劉英前往韓國漢陽大學深造；2007年，回國晉升副教授；2010年，破格晉升教授。一路走來，看似順利，實則背后也有著不為人知的坎坷和辛苦。天線研究是一條不平坦的長路，但劉英卻一直保持著踏實而又從容的步伐。在這條并不平坦的科研道路上，她善學精思，埋頭苦干，一干就是20年。

西安電子科技大學天線與微波技術重點實驗室老中青三代合影

靜水流深

踏歌前行二十載

1991年海灣戰爭爆發，美國研制的F-117轟炸機群在短短幾分鐘內就摧毀了伊拉克空防行動中心、總統官邸和薩爾曼帕克截擊行動中心等重要目標。攻擊期間，伊拉克軍隊對F-117轟炸機的到來“毫無察覺”，甚至就在轟炸時，都一直無法確定F-117轟炸機的位置。一時間，舉世駭然。

在研究這些[敏感詞]信息時，劉英震驚之余陷入深思：原來“隱身飛機”對現代化戰爭如此重要！正因如此，早在讀博期間，她就開始了隱身天線方面的研究。

什么是“隱身飛機”？劉英向記者科普了“隱身飛機”的概念。她說：“天線是電子設備的‘眼睛’和‘耳朵’。飛機上的很多天線、雷達需要不停地向外界發射電磁波來保證通信和探測功能。隱身飛機并不是我們想象中的肉眼看不見、消失了，而是通過多種綜合設計手段，降低飛機的可探測性。即我方隱身飛機作戰時不易被敵方的雷達、紅外、射頻等探測設備發現，從而提升我方隱身飛機的生存能力和綜合作戰效能。”

“天線隱身”這個目標聽著本就不容易，做起來更是遠比想象中難得多。作為收發電磁波的裝置，天線要正常地發射接收電磁波，同時還不能被敵方探測到，這顯然是一對矛盾。

“確實是矛盾的”，劉英說，“從發射信號的角度來說，發射的電磁波越強，電磁波探測的范圍越廣，探測的信息越多，但隨之電磁波被探測發現的概率也越高”。

既要高效輻射電磁波，又要抑制對雷達入射電磁波的散射，這就導致天線的隱身設計比普通散射體更為復雜。因此，天線隱身技術既是天線散射領域亟須解決的科學問題，又是實現作戰[敏感詞]平臺[敏感詞]隱身的工程難題。

劉英和她的團隊從天線散射基礎理論研究做起，先做了5年的理論研究。在傅德民教授等老一輩科學家的指導和幫助下，她針對天線隱身分析理論缺乏的問題，提出了一套系統的天線散射公式，通過構造S參數矩陣，將天線所有工作狀態的輻射散射機理用一套公式描述，統一了美國R.B. Green、R.E. Collin和R.C. Hansen這3位教授的公式，結束了國際上對天線散射定義長達37年不統一的混亂狀態，為隱身天線的設計提供了堅實的理論基礎。

緊接著，劉英又對如何實現隱身天線散射精準計算問題發起攻關。只用1年時間，她就在國際上首次提出了天線散射分析模型，實現了天線不同散射模式間的精準分離及計算。這一模型設置簡單且具有通用性，突破了國際上只能通過工程預估求解的瓶頸問題。

“雖比高飛雁，猶未及青云”，在提及自己的科研成就時，劉英十分謙虛。她說，研究隱身天線的征程永無止境。針對實際工程需要，劉英對天線隱身設計方法開展了系統性研究。天線頻段從窄帶到寬帶、天線規模從單元級到陣列級繼而到平臺級。在整個研究過程中，劉英循序漸進，不斷創新，最終實現了從天線隱身設計犧牲天線增益，到天線隱身設計保持天線增益，再到天線隱身設計的同時提高天線增益，突破了天線增益與隱身性能相互制約的瓶頸問題。

一分耕耘，一分收獲。劉英的相關成果在我國多個重大工程中的關鍵設備研制中發揮了巨大作用。為了進一步推進國內天線隱身領域的發展和相關人才的培養，劉英科研之余還將部分基礎研究成果編著成書，出版了國內第一部針對天線散射技術的專著——《天線雷達截面預估與減縮》。

20多年的時光匆匆而過，一路走來，劉英覺得很充實，因為每一寸光陰里都灑滿了辛勤的汗水。除了隱身天線方面的研究外，她在民用天線領域也取得了豐碩的研究成果。

移動通信系統中的天線是民用天線最重要的應用之一，推動著國民經濟的發展。從3G、4G到5G，我國的移動通信技術經歷了從跟隨到參與再到主導的崛起歷程。5G是一個真正意義上的融合網絡，將會對人們生活的方方面面產生深層次的改變，完成人與人、人與物，以及物與物之間高速、安全和自由的聯通，最終實現“萬物互聯”的愿景，而5G高速率、大帶寬、低延遲的目標對天線也提出了全新的、更高的要求。

面對國家在新時代對技術的重大需求，劉英開展了5G終端及基站天線的研究。針對手機終端對高性能天線的迫切需求，她創新性提出了基于同相異相模式的手機天線設計理論，解決了小間距下5G MIMO天線隔離度關鍵問題；在移動通信基站方面，針對基站高低頻較為接近的雙頻天線互耦問題，她綜合利用陣列布局優化和寬帶阻抗匹配等技術，解決了基站同頻及異頻等多頻天線陣列間耦合難題，使指標達到了國內領先水平。這些技術極好地服務于華為4G/5G終端和基站多款天線產品，對推動我國移動通信技術發展起到了重要作用。

在與京信通信的合作中，劉英解決了基站天線小型化、超寬帶、多系統共用等核心關鍵技術難題。在“新型小型化多系統共用基站電調天線系統產品及關鍵技術”項目中，相關研究成果的應用，使京信通信的主流產品性能反超西方廠家，打破了國外行業巨頭的壟斷。該項目成果獲得了廣東省科學技術獎一等獎。相關研究收錄在劉英編著的《移動通信系統中的天線》一書中。

劉英和她的團隊近年來取得了多項榮譽。她本人先后獲得“長江學者”特聘教授、第十七屆中國青年女科學家獎等榮譽。她的科研團隊也獲得科技部重點領域創新團隊稱號。眾多榮譽的取得，是這個青年科學家團隊沉潛多年厚積薄發的結果。每一項榮譽的背后，都有無數的汗水、心血和外人難以想象的壓力。

比如在提出隱身天線理論時，劉英和她的團隊，首先遭受到來自國際上的質疑。出于對中國科學家的成見，國際上很多人對劉英提出的成果保持著不太認可的態度。但是，真金不怕火煉。隨著該理論被更多學者成功應用，種種質疑才煙消云散。

作為一名女科學家，要兼顧工作和家庭，壓力不是一般的大。由于常年撲在科研上，生活中的劉英幾乎完全放棄了閑適的生活追求。在學校里，常有人問她為什么從來不穿高跟鞋？其實哪有什么為什么，太多時候劉英都不知道今天自己穿的是哪雙鞋。從來都是行色匆匆的她，只要覺得方便，穿哪雙鞋都無所謂。“事情太多啦，很多事你都要跑著去做，我真的覺得每天的時間都不夠用。”劉英接受采訪時對記者如是說。

對劉英而言，不分晝夜地埋頭苦研是工作的常態；在惡劣的環境中做試驗是家常便飯；臨時受命，來一場說走就走的出差，也稀松平常。這些壓力對一位已經成家的女性科研工作者來說其實很大。不過，劉英平淡地說：“雖然在這個領域，女性科研工作者面臨的挑戰更多一些，但是我們有信心也有能力把工作做好，甚至做得更好。”

精益求精，永不言敗，是劉英的座右銘。20年的科研工作并不是一帆風順的，期間也經歷一次次的失敗。其中，在經歷了最慘痛的一次失敗后，劉英晚上回家抱頭痛哭了一場。雖然滿肚子委屈，但她調整心情，第二天一大早還是帶著略微紅腫的眼睛正常參加學術交流活動。同事看到劉英都很吃驚，以為她受了這么大的打擊，至少要消沉一段時間。看到劉英不懼挫折，同事紛紛對她豎起了大拇指。

指導學生

以人為本

管理崗位展長才

2017年，劉英在事業上跨上了一個新臺階。她主動應聘西安電子科技大學天線與微波技術重點實驗室主任，成為重點實驗室的第三代領頭人。

始建于1992年的天線與微波技術重點實驗室，是我國專門從事天線與微波技術領域研究的國家級研究機構，是“電磁場與微波技術”國家重點學科、原“211工程”重點建設學科的主要依托單位。21世紀初，實驗室經歷了天線近場測量的輝煌時期后，開始進入穩定發展期。

接手天線與微波技術重點實驗室后，劉英全面負責起重點實驗室的管理工作和規劃發展工作，并帶領實驗室進入一個新的發展階段。近三年來，實驗室的人均經費大幅度提升，各項業務指標穩步提升。這一成績的取得，是與劉英“以人為本，人盡其才”的管理理念分不開的。

劉英領導的實驗室參照西安電子科技大學的科研管理體系，進行了獎懲考核管理制度改革，施行以課題組為單元，由課題組負責人獨立進行人員、經費分配，實驗室最后進行綜合考評的辦法，形成了團結協作、追求卓越的團隊文化和民主決策、資源共享的運行模式。這一模式有力地提高了全體人員地工作積極性和工作效率。

劉英常說：“一個人可以走得很快，但一群人能走得更遠。一個團隊想要走得遠，成員之間必須是凝聚的。如果人心不齊，那這個團隊是沒有戰斗力的。”為此，她首先致力于打造一個團結高效的工作團隊，著重打造團隊精神，注重發揮集體智慧，使整個實驗室形成了“心往一處想，勁往一處使”的良好氛圍。

其次，劉英格外重視青年科學家的培養和創新團隊的培養。她說：“對于年輕人，一是要多給他們鍛煉的機會，讓他們在施展拳腳中不斷挖掘自我潛力；二是一定要多激勵他們，形成一個良性的競爭氛圍，不但讓他們有歸屬感，還要讓他們有戰斗力，大家一起向前走。”依據已有的學科布局和研究方向，劉英有針對性地、多渠道地培養和引進青年人才，致力于打造更加合理的研究人員年齡梯隊。目前，實驗室40歲以下的研究人員已占55.7％。

此外，劉英還非常注重學科交叉，積極整合資源，搭建共享平臺，定期組織內部學術交流，營造寬松的學術氛圍，積極鼓勵協同創新，形成了有競爭力的研究團隊。

特別值得一提的是，天線與微波技術重點實驗室始終重視學術交流的重要性，注重加強與國際學術界的學術交流。在劉英的推動下，實驗室打造了兩個具有“西電特色”的國際會議：IWFA（International Workshop on Future Antennas）和EM-MTF （Electromagnetic Materials and Technologies for the Future）。多年來，實驗室已在國內外多次組織會議，吸引了一大批國內外知名學者參會，極大推動了電磁領域的學術交流。同時，劉英還積極鼓勵實驗室成員與研究所、優秀企業開展一系列的實質性合作，建立相關的合作機制，通過產學研深度融合，積極將高校科研成果轉化為具有經濟效益的生產力，促進科研成果真正實現產業化。

作為重點實驗室的負責人，劉英表示科技工作者最忌“小富即安”。她說，自己之所以主動應聘實驗室主任一職，就是為了不斷接受挑戰，為本學科的發展和國家的需求貢獻力量。她本人就是伴隨著天線與微波技術重點實驗室的發展成長起來的，如今站在“十四五”的新歷史起點上，必將帶領實驗室同仁再接再厲，力爭取得更大的成績。

與畢業生合影

春風化雨

甘為國家育英才

立德樹人是現代高校教師最根本的任務，而本科教育是一所大學的靈魂。作為西安電子科技大學的一名教育工作者，劉英自2004年參加工作以來，時刻銘記著“傳道、授業、解惑”的使命，堅守教學第一線。在日常的課堂授課教學中，一直堅持課前備課。她在課上通過板書、多媒體及樣品實物等多樣化教學手段，幫助學生對電磁理論知識有本質上的理解。她的課堂教學既深入淺出，又風趣幽默，總能及時地將電磁場與微波技術新理念和方法擴充進來。她擅長將各類教學內容融會貫通，很符合學生的認知特點。例如，根據無線通信原理與應用教學內容，劉英把具有代表性的無線移動終端天線帶進課堂，使學生從實物上理解無線通信的工作原理，不但開闊了學生視野，還極大提高了學生對理論知識的理解。她還結合專業課及學生的特點，開展研究性教學，通過案例教學、討論課、讓學生撰寫文獻綜述或小論文等形式，培養學生的自主學習和表達能力及研究思路。

科研育人是在新時代新形勢下響應黨和國家號召，將科研與教學相融合，使人才培養緊跟國家創新發展主題，發展出的更具時代意義的新型育人理念與育人模式。接手實驗室以來，劉英以西安電子科技大學天線與微波技術重點實驗室為平臺，依托“電子科學與技術”國家重點學科，積極開展了電磁場與微波技術領域的高質量人才培養工作。她始終圍繞提升人的價值來開展科研育人，以突破以往教學和科研分離的范疇，通過對知識傳授、知識創造進行有機融合，使得人才培養與科學研究實現良性循環。

天線與微波技術重點實驗室采取矩陣式管理，以課題研究方向為組，對不同年級研究生采取不同層次的培養模式，博士、碩士層層帶動，共同進步。劉英作為實驗室的負責人，負責把握整體科研進度。為了進一步啟發學生的學術思維，開闊學生的學術視野，實驗室還定期進行學術討論，邀請國內外知名學者來校作學術報告，讓學生有機會與電磁領域知名學者面對面進行學術交流。除此之外，劉英還定期安排優秀研究生參加ISAP、APCAP、全國天線年會等高水平學術會議，以此來開拓學生的國際視野，提升學生的溝通交流能力和團隊的國際知名度。

劉英十分注重培養研究生的實戰能力和實戰經驗。她說：“我認為在研究生階段，重要的不是你今天學了什么，學了多少，而是綜合素質上的提高。你發現了什么問題，怎樣解決問題，解決問題后你怎樣向別人闡述清楚，這些都是研究生一定要具備的能力。”在她的實驗室里，每位研究生都承擔著與研究方向類似的科研項目，在科研項目的攻關過程中，可以使學生反復加深對研究方向領域的理解，從理論到實際，從科研到工程，不斷提高研究生發現問題和解決問題的能力。

“百年大計，教育為本。教育大計，教師為本。”從事教育工作這些年來，劉英不只是在做傳授書本知識的教書匠，還致力于成為塑造學生品格、品行、品味的“大先生”。

西安電子科技大學是中國高校中少數幾所紅色血脈延伸最長的重點大學之一。作為一名共產黨員，劉英尤其注重發揮西安電子科技大學紅色文化的育人功能，善于將紅色資源轉化為立德樹人的教育資源，使其真正成為涵養學生理想信念、實現價值引領的重要源泉。她注重利用各個教學環節，結合專業內容加強對學生的思想引領，通過介紹我國電磁領域發展形勢及面臨的挑戰，引導學生以國家電子信息發展為指引，以國家電子信息安全為己任，學好專業，報效祖國；激勵學生做“有理想、有道德、有文化、有紀律”的四有青年，樹立“大家”思想，要有民族感、責任感和建設國家的使命感。
在學生眼中，劉英是一個既溫和又嚴格的人，什么時候都能跟學生打成一片。很多學生無論是在工作上，還是在生活中，有什么苦惱總愛跟劉英嘮一嘮。不過，生活上特別隨和的劉英在科研工作上卻十分嚴格。她對學生的要求極高，考核標準甚至遠高于學校的標準。多年來，劉英堅持引導學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，不但要具備超強的科研能力，更要樹立高尚的人生追求和奉獻精神，真正成長為合格的社會主義建設者和接班人。

當今世界科技發展日新月異，時代巨輪滾滾向前。當萬物互聯時代撲面而來時，我國在天線領域必將面臨更多的挑戰和機遇。在習近平新時代中國特色社會主義思想的指引下，為了更好地守護民眾利益，劉英和她的團隊決心在天線領域繼續奮勇前進，再攀高峰。