东南大学洪伟教授：数十载坚守领跑微波毫米波科研
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1月9日，2016年度国家科学技术奖励大会在北京召开，东南大学毫米波国家重点实验室主任洪伟教授领衔的《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》项目获自然科学二等奖。作为项目的领头人，洪伟不仅是勤育桃李的东南大学信息科学与工程学院院长、教育部长江学者计划特聘教授，更是肩负荣誉与使命的“973”计划首席科学家、全国政协委员。数十年磨一剑，他带领团队，用细心、耐心、恒心，领跑国际学界，不断书写国人科研新篇章。
苦心钻研，推动学科发展从笨重烦杂的计算机到小巧轻便的iPad，从堪比砖头的“大哥大”到可以塞进口袋的智能手机，电子设备“愈小愈精”的改变，离不开集成技术的推动。据了解，集成技术分为三个层次，最底层的为芯片级，再往上一个层次为电路级，电路级将芯片级的功能再拓展，即芯片级和电路级合成，再搭建成最高层次的完整的系统级集成。基片集成技术不但能够实现电路级的高性能集成，还能实现基片集成系统，有效提高系统的集成度和可靠性。洪伟教授团队本次获奖的项目《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》着眼于电路级和基片集成系统级的集成技术。作为国际上该研究分支的主要贡献者之一，洪伟教授带领团队以基片集成类导波结构的工作机理与创新应用为主线，对这类结构及器件的传输特性、谐振特性、损耗机理、模式和极化转换机理等基础科学问题进行了深入研究，提出了半模基片集成波导等多种新型平面导波结构，以及一系列基片集成类无源器件新结构，并研究出相应的设计方法，发明了一系列新型高性能微波毫米波器件，并推动部分器件投入实际应用，丰富了微波和毫米波理论与技术，有力推动了学科发展。
做顶天立地的事，静待花开结果作为毫米波国家重点实验室的“掌门人”，洪伟教授用“做顶天立地的事”来概括团队的工作。他表示，顶天是基础的、探索自然现象与原理的工作，立地则是将科技运用到人们的实际生活当中去。据统计，十几年来，《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》项目组在IEEE等系列国际核心期刊上发表SCI论文147篇（包括微波及天线领域国际最高学术期刊IEEE T-MTT和IEEE T-AP论文67篇），应邀在美、英、德、日等11国召开的国际会议上作大会主题报告和特邀报告20余次。多年孕育终成果实，目前，项目组的研究成果已获54项授权国家发明专利，其中部分专利已进行技术转让并应用于企业产品中，洪伟教授本人也由于在这方面的突出贡献，在2012年当选IEEE Fellow。
据悉，以往的平面集成技术损耗大、辐射强、信号泄露多，对整个系统的性能带来较大影响。大规模的电子器件同时暴露在一个系统之中，互相干扰，经常会造成器件功能失灵。洪伟教授团队潜心研究的微波毫米波基片集成技术有效地克服了这些问题。用户最直观的体验是：通信信号更清晰、安全性更高，通信质量更好。近年来，通过专利转让的方式，微波毫米波基片集成技术已在很多领域受到关注并得以应用。汽车雷达、无人机、甚至是尚未面世的5G通信中，将有这一技术为高性能无线通信“保驾护航”。攻坚克难，在解决问题中寻求创新做科研是一场枯燥、艰苦的长期征途，不仅要静下心来，更需有数十年磨一剑的精神和毅力，取得成果不可能一蹴而就，相反的，每天都可能遇到难题挡路。然而，在洪伟教授看来，出现问题却是最好的事情，因为解决问题的过程，往往就是创新的过程。若干年前，团队在做相控阵研究时，曾遇到过不小的挫折。当时，相应的研究方案已十分周全，并已按计划实施了较长时间，就在一切有序进行的时候，一个严重的错误出现了，这就好比探险者按照地图行走了大半程时，却发现道路走不通。推倒，重建，再推倒，再重建……方案反反复复了三次，终于在团队成员们的耐心细致下圆满完成，并取得一系列创新研究成果。多年来，这样的难题不知碰到过多少次，坚守始终是成员们不变的信念，“做科研就是这样，不能因为失败踌躇不前，必须脚踏实地一步步走，一旦成功，所带来的影响是非常巨大的。”洪伟教授表示。
打破国外垄断，发出国人自己的声音很长一段时间以来，现代无线通信标准一直由国外研究团队和公司制定并严格把控，而相关标准的“所有权”也直接决定了后续的知识产权及研究开发的归属。这种“垄断”意味着，无论国人做出任何成绩，手脚始终是被束缚的，这直接戳中了科研人的“痛处”。洪伟教授的学生，现东南大学信息科学与工程学院郝张成教授介绍，此前，60GHz毫米波通信标准一直由美国领衔。为了改变国外技术垄断局面，以洪伟教授为首的研究团队经过多年的攻关，在国际上提出了新的适用性更强的毫米波通信标准--IEEE 802.11aj标准，适用于超高速近程和远程毫米波无线通信。“这一标准的提出，使国人在国际毫米波通信领域有了自己的声音。与此同时，我们的芯片、器件、系统级集联，也不用再受制于人，这对我国毫米波通信技术的发展起到了很大的促进作用。”郝张成教授介绍。桃李不言，下自成蹊在外人看来，洪伟教授已然功成名就。但即便是走在国际科研前端、拥有众多荣誉头衔，最让他看重的，始终是教书育人。“我们团队的核心精神是脚踏实地、埋头苦干，团结协作。”郝张成教授透露，洪伟教授不论是在生活上还是在工作中，均事无巨细、亲力亲为。在指引团队前进方向、提出项目研究思路的同时，洪伟教授对每一个技术的细节深究不舍，经常亲自建模、搭建系统，被团队成员视作前行的表率。在同事眼中，“桃李满天下”是洪伟教授职业生涯的真实写照，他的很多学生已在各大研究院所成为教授、博导、研究员，其中有多位国家“青年千人教授”、国家青年长江学者教授、江苏省特聘教授等。参与此次《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》项目的学生中，有2人获得全国百篇优博学位论文奖，1人获全国优博学位论文提名奖，并同时获得其他各类奖项。这些“洪门弟子”，将与洪伟教授一起，继续为我国微波毫米波技术的发展做出新贡献。（新华网 孙倩雯）延伸阅读：随着现代微波毫米波电路系统的高速发展,其功能越来越复杂、电性能指标越来越高,同时其体积越来越小、重量越来越轻;整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。因此,迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构,它可以有效地实现无源和有源集成,使微波毫米波系统小型化,甚至可把整个微波毫米波系统制作在一个封装内;而且它的传播特性与矩形金属波导类似,所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易与其它平面电路和芯片集成等优点,同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成,所以这种结构可以利用普通PCB工艺、LTCC工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现。与传统的波导形式微波毫米波器件的加工成本相比,基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉,不需任何事后调试工作,非常适合微波毫米波电路的集成设计和大批量制作。基片集成波导技术目前处于刚刚兴起的阶段,因此有许多理论问题需要研究,有很多应用领域亟待开拓。定义高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效。波导就常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成。所以产生了一种新的观点：基片集成波导SIW。SIW是介于微带与介质填充波导之间的一种传输线。 SIW兼顾传统波导和微带传输线的优点，可实现高性能微波毫米波平面电路。
1，采用PCB，LTCC或者薄膜工艺实现两排金属过孔SIW场模式2，电磁波被限制在两排金属孔和上下金属边界形成的矩形腔内
3，由于边上的过孔，横磁波（TM）不存在，横电波TE10模为主模。考虑加工，衰减及能量泄漏等特性，基本尺寸为：s/d<2, d/w<0.1SIW可等效为矩形波导,矩形波导宽边为a，其等效公式为：a=w-1.08d^2/s+0.1d^2/w案例半模基片集成波导由于SIW中间为理想磁壁，电力线平行于对称面，可以由此处将SIW一分为二，并不会改变场模式，这样可以大大减小由SIW构成的器件的体积。
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苦心钻研，推动学科发展从笨重烦杂的计算机到小巧轻便的iPad，从堪比砖头的“大哥大”到可以塞进口袋的智能手机，电子设备“愈小愈精”的改变，离不开集成技术的推动。据了解，集成技术分为三个层次，最底层的为芯片级，再往上一个层次为电路级，电路级将芯片级的功能再拓展，即芯片级和电路级合成，再搭建成最高层次的完整的系统级集成。基片集成技术不但能够实现电路级的高性能集成，还能实现基片集成系统，有效提高系统的集成度和可靠性。洪伟教授团队本次获奖的项目《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》着眼于电路级和基片集成系统级的集成技术。作为国际上该研究分支的主要贡献者之一，洪伟教授带领团队以基片集成类导波结构的工作机理与创新应用为主线，对这类结构及器件的传输特性、谐振特性、损耗机理、模式和极化转换机理等基础科学问题进行了深入研究，提出了半模基片集成波导等多种新型平面导波结构，以及一系列基片集成类无源器件新结构，并研究出相应的设计方法，发明了一系列新型高性能微波毫米波器件，并推动部分器件投入实际应用，丰富了微波和毫米波理论与技术，有力推动了学科发展。做顶天立地的事，静待花开结果作为毫米波国家重点实验室的“掌门人”，洪伟教授用“做顶天立地的事”来概括团队的工作。他表示，顶天是基础的、探索自然现象与原理的工作，立地则是将科技运用到人们的实际生活当中去。据统计，十几年来，《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》项目组在IEEE等系列国际核心期刊上发表SCI论文147篇（包括微波及天线领域国际最高学术期刊IEEE T-MTT和IEEE T-AP论文67篇），应邀在美、英、德、日等11国召开的国际会议上作大会主题报告和特邀报告20余次。多年孕育终成果实，目前，项目组的研究成果已获54项授权国家发明专利，其中部分专利已进行技术转让并应用于企业产品中，洪伟教授本人也由于在这方面的突出贡献，在2012年当选IEEE Fellow。据悉，以往的平面集成技术损耗大、辐射强、信号泄露多，对整个系统的性能带来较大影响。大规模的电子器件同时暴露在一个系统之中，互相干扰，经常会造成器件功能失灵。洪伟教授团队潜心研究的微波毫米波基片集成技术有效地克服了这些问题。用户最直观的体验是：通信信号更清晰、安全性更高，通信质量更好。近年来，通过专利转让的方式，微波毫米波基片集成技术已在很多领域受到关注并得以应用。汽车雷达、无人机、甚至是尚未面世的5G通信中，将有这一技术为高性能无线通信“保驾护航”。攻坚克难，在解决问题中寻求创新做科研是一场枯燥、艰苦的长期征途，不仅要静下心来，更需有数十年磨一剑的精神和毅力，取得成果不可能一蹴而就，相反的，每天都可能遇到难题挡路。然而，在洪伟教授看来，出现问题却是最好的事情，因为解决问题的过程，往往就是创新的过程。若干年前，团队在做相控阵研究时，曾遇到过不小的挫折。当时，相应的研究方案已十分周全，并已按计划实施了较长时间，就在一切有序进行的时候，一个严重的错误出现了，这就好比探险者按照地图行走了大半程时，却发现道路走不通。推倒，重建，再推倒，再重建……方案反反复复了三次，终于在团队成员们的耐心细致下圆满完成，并取得一系列创新研究成果。多年来，这样的难题不知碰到过多少次，坚守始终是成员们不变的信念，“做科研就是这样，不能因为失败踌躇不前，必须脚踏实地一步步走，一旦成功，所带来的影响是非常巨大的。”洪伟教授表示。打破国外垄断，发出国人自己的声音很长一段时间以来，现代无线通信标准一直由国外研究团队和公司制定并严格把控，而相关标准的“所有权”也直接决定了后续的知识产权及研究开发的归属。这种“垄断”意味着，无论国人做出任何成绩，手脚始终是被束缚的，这直接戳中了科研人的“痛处”。洪伟教授的学生，现东南大学信息科学与工程学院郝张成教授介绍，此前，60GHz毫米波通信标准一直由美国领衔。为了改变国外技术垄断局面，以洪伟教授为首的研究团队经过多年的攻关，在国际上提出了新的适用性更强的毫米波通信标准--IEEE 802.11aj标准，适用于超高速近程和远程毫米波无线通信。“这一标准的提出，使国人在国际毫米波通信领域有了自己的声音。与此同时，我们的芯片、器件、系统级集联，也不用再受制于人，这对我国毫米波通信技术的发展起到了很大的促进作用。”郝张成教授介绍。桃李不言，下自成蹊在外人看来，洪伟教授已然功成名就。但即便是走在国际科研前端、拥有众多荣誉头衔，最让他看重的，始终是教书育人。“我们团队的核心精神是脚踏实地、埋头苦干，团结协作。”郝张成教授透露，洪伟教授不论是在生活上还是在工作中，均事无巨细、亲力亲为。在指引团队前进方向、提出项目研究思路的同时，洪伟教授对每一个技术的细节深究不舍，经常亲自建模、搭建系统，被团队成员视作前行的表率。在同事眼中，“桃李满天下”是洪伟教授职业生涯的真实写照，他的很多学生已在各大研究院所成为教授、博导、研究员，其中有多位国家“青年千人教授”、国家青年长江学者教授、江苏省特聘教授等。参与此次《微波毫米波新型基片集成类导波结构及器件》项目的学生中，有2人获得全国百篇优博学位论文奖，1人获全国优博学位论文提名奖，并同时获得其他各类奖项。这些“洪门弟子”，将与洪伟教授一起，继续为我国微波毫米波技术的发展做出新贡献。（新华网 孙倩雯）延伸阅读：随着现代微波毫米波电路系统的高速发展,其功能越来越复杂、电性能指标越来越高,同时其体积越来越小、重量越来越轻;整个系统迅速向小型化、轻量化、高可靠性、多功能性和低成本方向发展。低成本、高性能、高成品率的微波毫米波技术对于开发商业化的低成本微波毫米波宽带系统非常关键。因此,迫切需要发展新的微波毫米波集成技术。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损、低辐射、高功率容量等特性的新的导波结构,它可以有效地实现无源和有源集成,使微波毫米波系统小型化,甚至可把整个微波毫米波系统制作在一个封装内;而且它的传播特性与矩形金属波导类似,所以由其构成的微波毫米波甚至亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易与其它平面电路和芯片集成等优点,同时由于整个结构完全为介质基片上的金属化通孔阵列所构成,所以这种结构可以利用普通PCB工艺、LTCC工艺、甚至薄膜电路工艺精确实现。与传统的波导形式微波毫米波器件的加工成本相比,基片集成波导微波毫米波器件的加工成本十分低廉,不需任何事后调试工作,非常适合微波毫米波电路的集成设计和大批量制作。基片集成波导技术目前处于刚刚兴起的阶段,因此有许多理论问题需要研究,有很多应用领域亟待开拓。定义高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效。波导就常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成。所以产生了一种新的观点：基片集成波导SIW。SIW是介于微带与介质填充波导之间的一种传输线。 SIW兼顾传统波导和微带传输线的优点，可实现高性能微波毫米波平面电路。1，采用PCB，LTCC或者薄膜工艺实现两排金属过孔SIW场模式2，电磁波被限制在两排金属孔和上下金属边界形成的矩形腔内3，由于边上的过孔，横磁波（TM）不存在，横电波TE10模为主模。考虑加工，衰减及能量泄漏等特性，基本尺寸为：s/d<2, d/w<0.1SIW可等效为矩形波导,矩形波导宽边为a，其等效公式为：a=w-1.08d^2/s+0.1d^2/w案例半模基片集成波导由于SIW中间为理想磁壁，电力线平行于对称面，可以由此处将SIW一分为二，并不会改变场模式，这样可以大大减小由SIW构成的器件的体积。微信万人群1.仅限射频人员，不重复加群2.先加群主，验证后邀请加入3.需要注明：单位+岗位/方向射频百花潭关注中国最大的射频公众号射频百花潭专注于射频微波/高频高速技术分享和信息传递。由资深射频专家、深圳兴森快捷射频实验室主任、《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》主编徐兴福建立，该号已经50000人关注，10000人加群（博士2000以上），包括IEEE Fellow多名。