程勇　呂文俊

【摘 要】本文闡述了南京郵電大學(xué)天線球面近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)專管共用的運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)不同學(xué)科之間的協(xié)作，提高先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的利用率，形成設(shè)備的有效管理制度和高效運(yùn)行模式，既為其他大型科研平臺(tái)的建設(shè)提供支持，又為后續(xù)建設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供有益的管理經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)探索“共有平臺(tái)、不同學(xué)科”之間的設(shè)備管理機(jī)制，不僅提高了管理水平和設(shè)備的使用效率，有效維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且為學(xué)生培養(yǎng)和教師的科研工作提供了有力的支撐。

【關(guān)鍵詞】專管共用；天線球面近場(chǎng)；儀器共享

【Abstract】This article presents the Nanjing University of Posts and Telecommunications spherical near-field antenna measurement system management and sharing mechanism. By the collaboration between different disciplines， the utilization of the advanced experimental platform is improved and the effective management system and efficient operation mode are formed. The research supports the construction of other large scientific research platform and provides beneficial management experience for the construction of specialized laboratory. Through exploring the equipment management mechanism， the efficiency of the management level and equipment usage not only is improved， but also the normal operation can be maintained effectively. The students and teachers' scientific research work can get strong support.

【Key words】Personal responsibility and sharing usage； Spherical Near-field Antenna Measurements system； Instrument sharing

0 前言

先進(jìn)的大型科研儀器設(shè)備是高校的重要資源，在高層次人才培養(yǎng)、高水平品科研工作的開(kāi)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[1-6]。如何管理并使用好大型科研儀器，使得其不僅在科研方面同時(shí)在日常教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，是衡量高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理水平的重要標(biāo)志[7-8]。天線球面近場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室是我校第一個(gè)全自動(dòng)的專業(yè)天線測(cè)量平臺(tái)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等多個(gè)專業(yè)的師生提供了優(yōu)良的工作條件，它能天線和天線陣列進(jìn)行精確測(cè)量，快速獲取方向圖、增益、效率、極化等關(guān)鍵輻射性能指標(biāo)參數(shù)，而且界面友好、操作簡(jiǎn)單，徹底改變了過(guò)去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動(dòng)方法測(cè)量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測(cè)量精度有限且工作量巨大的艱苦局面，數(shù)十倍地提高了工作效率，使相關(guān)專業(yè)師生從持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高、體力消耗大的重復(fù)測(cè)試工作中完全解放出來(lái)，集中精力提高教學(xué)和科研水平。

1 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制作用

1.1 研究型教學(xué)模式的建立、實(shí)踐和優(yōu)化

依托天線球面近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，管理人員編撰了相應(yīng)的操作手冊(cè)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)跨學(xué)院的碩士研究生開(kāi)設(shè)了“無(wú)線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)一步優(yōu)化了天線專業(yè)課程的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生既能驗(yàn)證經(jīng)典天線的輻射特性，又能自行研制新型天線并進(jìn)行快速測(cè)量和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還能支持他們參加射頻電路設(shè)計(jì)競(jìng)賽。上述舉措，對(duì)內(nèi)促進(jìn)不同學(xué)科研究水平的提高、充分發(fā)揮設(shè)備共享效果， 對(duì)外展示相關(guān)專業(yè)的研究生教學(xué)水平，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，進(jìn)而促進(jìn)高水平研究論文、教材和專著的發(fā)表。在實(shí)施過(guò)程中，管理人員和主要參加者還以新一代寬帶移動(dòng)通信、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別、穿戴式系統(tǒng)為應(yīng)用背景，結(jié)合自身承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，指導(dǎo)通信學(xué)科和電磁場(chǎng)學(xué)科的博士、碩士研究生在0.8-6GHz頻段上研制各種新型天線單元和陣列，研制了1.7-2.7GHz/5-5.9GHz頻段的雙頻雙極化寬帶定向天線、小型雙頻段WLAN寬帶定向天線、TD-LTE頻段全向雙極化天線、5.8GHz頻段平面端射特性圓極化天線、多模寬帶手持機(jī)天線、雙輻射模開(kāi)槽天線等多種新型天線單元，提出了多種新型天線設(shè)計(jì)方法，獲得了豐富的原創(chuàng)科研成果。在該機(jī)制的實(shí)施和實(shí)踐過(guò)程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人始終立足于課程教學(xué)、人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)磨合的目標(biāo)，依托國(guó)家科研項(xiàng)目和先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支持，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)與科學(xué)研究、工程實(shí)踐之間的良性互動(dòng)、彼此促進(jìn)和補(bǔ)充完善，逐步形成了“課堂教學(xué)與理論分析-工程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證” 相結(jié)合、教學(xué)科研相長(zhǎng)的研究型教學(xué)模式。教師通過(guò)直接指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)天線和實(shí)際操作測(cè)試平臺(tái)，一方面強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，另一方面又能增進(jìn)教師、師生、學(xué)生之間的溝通和交流，充分實(shí)現(xiàn)教師、師生、學(xué)生之間在科研過(guò)程中的逐步磨合，不斷發(fā)現(xiàn)研究探索過(guò)程中的疑難問(wèn)題并及時(shí)解決之，同時(shí)提高師生雙方的工作效率，促使師生相互配合、相互促進(jìn)，從而不斷優(yōu)化教學(xué)方法和科研模式，達(dá)到既能全面提高教學(xué)質(zhì)量、又能提升科研業(yè)務(wù)水平的良好效果。

1.2 支持不同學(xué)校學(xué)科的平臺(tái)建設(shè)

天線球面近場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是江蘇省無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)室（歸屬于“信息與通信工程”一級(jí)學(xué)科）的重要組成部分。通過(guò)探索“共有平臺(tái)、不同學(xué)科”之間的設(shè)備管理機(jī)制，不僅提高了管理水平和設(shè)備的使用效率，有效維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、充分發(fā)揮其效能，而且還為我校省級(jí)射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中心（歸屬于“電子科學(xué)與技術(shù)”一級(jí)學(xué)科）的建設(shè)提供了有力支持。在學(xué)生培養(yǎng)方面，電子科學(xué)工程學(xué)院、與通信工程學(xué)院、教務(wù)處三方協(xié)調(diào)，通過(guò)預(yù)約、課程設(shè)置等方式安排該試驗(yàn)系統(tǒng)的使用。在完善的設(shè)備管理基礎(chǔ)之上，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)校內(nèi)外師生、科研與生產(chǎn)單位開(kāi)放，滿足科研與教學(xué)活動(dòng)需要，最大限度提高設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮該平臺(tái)的功能輻射作用。使該平臺(tái)成為我校射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中的子平臺(tái)之一。通過(guò)利用該平臺(tái)針對(duì)電磁場(chǎng)與無(wú)線技術(shù)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等本科和研究生專業(yè)的學(xué)生，開(kāi)設(shè)相應(yīng)的微波與天線測(cè)量、電磁兼容、等課程和多門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，同時(shí)開(kāi)展課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐教學(xué)工作，進(jìn)而鼓勵(lì)學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上完成創(chuàng)新研究和科學(xué)研究項(xiàng)目。借助于該平臺(tái)，學(xué)生可以在兩個(gè)學(xué)院的教師的共同指導(dǎo)下完成射頻微波電路設(shè)計(jì)、射頻器件測(cè)量、天線設(shè)計(jì)與測(cè)試流程，掌握射頻與天線技術(shù)的一般設(shè)計(jì)方法、仿真與優(yōu)化手段、現(xiàn)代微波測(cè)量技術(shù)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練學(xué)生可以具備一名射頻微波與天線工程師的基本素養(yǎng)。2014年在我校成功申請(qǐng)電子科學(xué)與技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的過(guò)程中，基于該測(cè)試系統(tǒng)的教學(xué)成果作為天線與電波實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成果的重要組成部分。

2 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制作用解決的主要問(wèn)題

2.1 解決了相關(guān)專業(yè)研究生教學(xué)中只有理論授課、缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)的問(wèn)題

縱觀國(guó)內(nèi)研究生天線類專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，一直是以理論授課為主，過(guò)去只有少數(shù)重點(diǎn)院校有能力開(kāi)設(shè)配套的實(shí)驗(yàn)操作課程。特別是天線輻射特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，通常只對(duì)電子、雷達(dá)、無(wú)線電物理等專業(yè)而設(shè)定，在通信類專業(yè)中尚未見(jiàn)有報(bào)道。為了提高教學(xué)水平，增強(qiáng)學(xué)生的科研實(shí)踐能力，特別是充分發(fā)揮先進(jìn)科研平臺(tái)在研究生教學(xué)中的作用，必須開(kāi)設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。利用天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的碩士研究生開(kāi)設(shè)了“無(wú)線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”課程，改變了我校在以往相關(guān)課程教學(xué)中，只有理論授課而缺少動(dòng)手操作環(huán)節(jié)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)少且操作復(fù)雜度過(guò)高的情況。通過(guò)操作天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，學(xué)生可以地直觀驗(yàn)證教材中各種經(jīng)典天線的輻射特性，加深對(duì)天線基本參數(shù)、基礎(chǔ)天線理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，從而逐步從理性上定量了解天線的工作機(jī)理，走出過(guò)去對(duì)天線專業(yè)課程“全是抽象數(shù)學(xué)符號(hào)和公式推導(dǎo)”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，產(chǎn)生和增加學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上，還可以吸引有潛力的學(xué)生參加教師的科學(xué)研究，幫助解決科研項(xiàng)目中的天線分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。利用天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，能夠快速驗(yàn)證研究過(guò)程隨時(shí)出現(xiàn)中的各種新點(diǎn)子、新想法，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事天線領(lǐng)域科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的能力。

2.2 解決了相關(guān)專業(yè)學(xué)生和教師的科研工作平臺(tái)條件問(wèn)題，為科研項(xiàng)目的順利開(kāi)展提供有力支持

天線球面近場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室是我校第一個(gè)全自動(dòng)的專業(yè)天線測(cè)量平臺(tái)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的師生提供了優(yōu)良的工作條件，它能對(duì)0.8-6GHz頻段、尺寸不大于45厘米的天線和天線陣列進(jìn)行精確測(cè)量，快速獲取方向圖、增益、效率、極化等關(guān)鍵輻射性能指標(biāo)參數(shù)，而且界面友好、操作簡(jiǎn)單，徹底改變了過(guò)去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動(dòng)方法測(cè)量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測(cè)量精度有限且工作量巨大的艱苦局面，數(shù)十倍地提高了工作效率，使相關(guān)專業(yè)師生從持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高、體力消耗大的重復(fù)測(cè)試工作中完全解放出來(lái)，集中精力提高教學(xué)和科研水平。在先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的支持下，負(fù)責(zé)人于2013年獲得了江蘇省高校自然科學(xué)重大研究A類資助項(xiàng)目，2014年又獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目。目前，課題負(fù)責(zé)人正在圍繞新一代移動(dòng)通信、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別和穿戴式系統(tǒng)等不同應(yīng)用，與不同學(xué)科的師生合作，開(kāi)展更深層次、更高水平的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

2.3 解決了提高相關(guān)專業(yè)師生教學(xué)科研水平的問(wèn)題

通過(guò)該平臺(tái)的共管與共享，不僅顯著地提高了相關(guān)專業(yè)師生研究工作的速度、效率和質(zhì)量，還極大地提高了學(xué)生對(duì)天線專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，吸引更多有潛力、有志于從事天線理論與技術(shù)研究的學(xué)生主動(dòng)參加到教師的科研實(shí)踐中，形成了濃厚的學(xué)術(shù)研究氛圍，顯著提升了研究生的教學(xué)質(zhì)量和教師的科研水平，為我國(guó)通信行業(yè)培養(yǎng)了理論水平高、動(dòng)手能力強(qiáng)、工程經(jīng)驗(yàn)豐富、滿足不同層次需求的天線專業(yè)人才。得益于先進(jìn)工作平臺(tái)的支撐，相關(guān)專業(yè)師生在天線方面的科研實(shí)踐持續(xù)不斷，一系列全新的研究思想、設(shè)計(jì)方法與工程設(shè)計(jì)方案得以快速驗(yàn)證和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，從而催生出一系列高水平的原創(chuàng)性研究成果。實(shí)驗(yàn)室建成后，相關(guān)專業(yè)師生已出版專著1部，申請(qǐng)了十余項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利（其中5項(xiàng)已獲得授權(quán)），而且還在天線與傳播領(lǐng)域的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物與會(huì)議上發(fā)表或錄用了近30篇研究論文（其中近一半被SCI收錄），7篇發(fā)表在IEEE Trans. Antennas & Propagation，IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters等頂級(jí)刊物上，得到了國(guó)內(nèi)外同行的多次引用和關(guān)注。

3 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制實(shí)踐過(guò)程及推廣應(yīng)用價(jià)值

在專管共用的實(shí)踐過(guò)程中，負(fù)責(zé)人首先為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)的碩士研究生講授了“移動(dòng)通信中的天饋技術(shù)與應(yīng)用”理論課程，然后依托天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，開(kāi)設(shè)了配套的“無(wú)線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)48學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)相關(guān)專業(yè)研究生進(jìn)行了完整的科研訓(xùn)練，為學(xué)生從事天線專業(yè)方向的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)管理人員一方面指導(dǎo)自己的碩士研究生展開(kāi)科學(xué)研究，另一方面積極配合電磁場(chǎng)學(xué)科的教師，協(xié)同指導(dǎo)從事相關(guān)專業(yè)方向工作的碩士研究生，依托天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，圍繞新一代移動(dòng)通信、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別、穿戴式系統(tǒng)等應(yīng)用背景，在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的資助下，研究新型天線的設(shè)計(jì)理論和方法，在小型天線、寬帶天線、多頻段天線、圓極化天線等不同領(lǐng)域內(nèi)展開(kāi)全面探索。本課題發(fā)表的3篇研究論文均發(fā)表在國(guó)際和國(guó)內(nèi)重要學(xué)術(shù)刊物上，其中2篇被SCI收錄（源）的研究論文，主要作者均為課題負(fù)責(zé)人指導(dǎo)的碩士研究生；課題負(fù)責(zé)人和主要成員還出版了專著1部、獲授權(quán)了3項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，說(shuō)明通過(guò)對(duì)先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的有效管理和使用，不僅對(duì)提高我校相關(guān)專業(yè)碩士研究生的教學(xué)水平、科研能力有顯著促進(jìn)作用，而且取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列成果，獲得了國(guó)際和國(guó)內(nèi)同行的充分認(rèn)可，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際同等先進(jìn)水平。另一方面，通過(guò)探索本實(shí)驗(yàn)室的共管使用機(jī)制，為不同學(xué)科、從事相似研究方向的教師提供了充分磨合、相互配合的良機(jī)，為我校省級(jí)射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中心的建設(shè)提供了有力支撐，產(chǎn)生了“1+1>2”的效果，說(shuō)明通過(guò)對(duì)先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的有效管理和使用，已經(jīng)為今后課程與平臺(tái)建設(shè)、科研成果轉(zhuǎn)化等后續(xù)工作奠定了良好的工作基礎(chǔ)。

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