程勇　呂文俊

【摘 要】本文闡述了南京郵電大學(xué)天線球面近場測試系統(tǒng)專管共用的運行機制。通過不同學(xué)科之間的協(xié)作，提高先進(jìn)實驗平臺的利用率，形成設(shè)備的有效管理制度和高效運行模式，既為其他大型科研平臺的建設(shè)提供支持，又為后續(xù)建設(shè)的專業(yè)實驗室提供有益的管理經(jīng)驗。通過探索“共有平臺、不同學(xué)科”之間的設(shè)備管理機制，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；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展過程中發(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在日常教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，是衡量高校實驗室建設(shè)與管理水平的重要標(biāo)志[7-8]。天線球面近場測量實驗室是我校第一個全自動的專業(yè)天線測量平臺，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)等多個專業(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、操作簡單，徹底改變了過去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動方法測量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測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)時間長、強度高、體力消耗大的重復(fù)測試工作中完全解放出來，集中精力提高教學(xué)和科研水平。

1 天線球面近場專管共用機制作用

1.1 研究型教學(xué)模式的建立、實踐和優(yōu)化

依托天線球面近場測試系統(tǒng)，管理人員編撰了相應(yīng)的操作手冊，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)專業(yè)跨學(xué)院的碩士研究生開設(shè)了“無線通信中的天線測量技術(shù)”實驗課程，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)行快速測量和優(yōu)化設(shè)計，還能支持他們參加射頻電路設(shè)計競賽。上述舉措，對內(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。在實施過程中，管理人員和主要參加者還以新一代寬帶移動通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識別、穿戴式系統(tǒng)為應(yīng)用背景，結(jié)合自身承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項等國家級科研項目，指導(dǎo)通信學(xué)科和電磁場學(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、多模寬帶手持機天線、雙輻射模開槽天線等多種新型天線單元，提出了多種新型天線設(shè)計方法，獲得了豐富的原創(chuàng)科研成果。在該機制的實施和實踐過程中，項目負(fù)責(zé)人始終立足于課程教學(xué)、人才培養(yǎng)和團隊磨合的目標(biāo)，依托國家科研項目和先進(jìn)實驗平臺的支持，實現(xiàn)了理論教學(xué)過程、實驗操作環(huán)節(jié)與科學(xué)研究、工程實踐之間的良性互動、彼此促進(jìn)和補充完善，逐步形成了“課堂教學(xué)與理論分析-工程設(shè)計與實驗驗證” 相結(jié)合、教學(xué)科研相長的研究型教學(xué)模式。教師通過直接指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計天線和實際操作測試平臺，一方面強化學(xué)生對課程基礎(chǔ)理論知識的掌握，另一方面又能增進(jìn)教師、師生、學(xué)生之間的溝通和交流，充分實現(xiàn)教師、師生、學(xué)生之間在科研過程中的逐步磨合，不斷發(fā)現(xiàn)研究探索過程中的疑難問題并及時解決之，同時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)科的平臺建設(shè)

天線球面近場測試實驗室是江蘇省無線通信實驗室（歸屬于“信息與通信工程”一級學(xué)科）的重要組成部分。通過探索“共有平臺、不同學(xué)科”之間的設(shè)備管理機制，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)備的正常運轉(zhuǎn)、充分發(fā)揮其效能，而且還為我校省級射頻與微納電子學(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)，通過預(yù)約、課程設(shè)置等方式安排該試驗系統(tǒng)的使用。在完善的設(shè)備管理基礎(chǔ)之上，該實驗設(shè)備對校內(nèi)外師生、科研與生產(chǎn)單位開放，滿足科研與教學(xué)活動需要，最大限度提高設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮該平臺的功能輻射作用。使該平臺成為我校射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中的子平臺之一。通過利用該平臺針對電磁場與無線技術(shù)、電磁場與微波技術(shù)等本科和研究生專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)相應(yīng)的微波與天線測量、電磁兼容、等課程和多門實驗課程，同時開展課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等綜合實踐教學(xué)工作，進(jìn)而鼓勵學(xué)生在這個平臺上完成創(chuàng)新研究和科學(xué)研究項目。借助于該平臺，學(xué)生可以在兩個學(xué)院的教師的共同指導(dǎo)下完成射頻微波電路設(shè)計、射頻器件測量、天線設(shè)計與測試流程，掌握射頻與天線技術(shù)的一般設(shè)計方法、仿真與優(yōu)化手段、現(xiàn)代微波測量技術(shù)，經(jīng)過訓(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年在我校成功申請電子科學(xué)與技術(shù)國家級實驗教學(xué)示范中心的過程中，基于該測試系統(tǒng)的教學(xué)成果作為天線與電波實驗平臺成果的重要組成部分。

2 天線球面近場專管共用機制作用解決的主要問題

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

縱觀國內(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，過去只有少數(shù)重點院校有能力開設(shè)配套的實驗操作課程。特別是天線輻射特性測量實驗，通常只對電子、雷達(dá)、無線電物理等專業(yè)而設(shè)定，在通信類專業(yè)中尚未見有報道。為了提高教學(xué)水平，增強學(xué)生的科研實踐能力，特別是充分發(fā)揮先進(jìn)科研平臺在研究生教學(xué)中的作用，必須開設(shè)相應(yīng)的實驗課程。利用天線球面近場測量系統(tǒng)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)兩個專業(yè)的碩士研究生開設(shè)了“無線通信中的天線測量技術(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手操作環(huán)節(jié)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)少且操作復(fù)雜度過高的情況。通過操作天線球面近場測量系統(tǒng)，學(xué)生可以地直觀驗證教材中各種經(jīng)典天線的輻射特性，加深對天線基本參數(shù)、基礎(chǔ)天線理論知識的感性認(rèn)識，從而逐步從理性上定量了解天線的工作機理，走出過去對天線專業(yè)課程“全是抽象數(shù)學(xué)符號和公式推導(dǎo)”的認(rèn)識誤區(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，幫助解決科研項目中的天線分析和設(shè)計問題。利用天線球面近場測量系統(tǒng)，能夠快速驗證研究過程隨時出現(xiàn)中的各種新點子、新想法，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨立從事天線領(lǐng)域科學(xué)研究和工程設(shè)計的能力。

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

天線球面近場測量實驗室是我校第一個全自動的專業(yè)天線測量平臺，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)兩個專業(yè)的師生提供了優(yōu)良的工作條件，它能對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、操作簡單，徹底改變了過去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動方法測量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測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)時間長、強度高、體力消耗大的重復(fù)測試工作中完全解放出來，集中精力提高教學(xué)和科研水平。在先進(jìn)天線測量平臺的支持下，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類資助項目，2014年又獲得了國家自然科學(xué)基金面上項目。目前，課題負(fù)責(zé)人正在圍繞新一代移動通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識別和穿戴式系統(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)科研水平的問題

通過該平臺的共管與共享，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)生主動參加到教師的科研實踐中，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，為我國通信行業(yè)培養(yǎng)了理論水平高、動手能力強、工程經(jīng)驗豐富、滿足不同層次需求的天線專業(yè)人才。得益于先進(jìn)工作平臺的支撐，相關(guān)專業(yè)師生在天線方面的科研實踐持續(xù)不斷，一系列全新的研究思想、設(shè)計方法與工程設(shè)計方案得以快速驗證和優(yōu)化實現(xiàn)，從而催生出一系列高水平的原創(chuàng)性研究成果。實驗室建成后，相關(guān)專業(yè)師生已出版專著1部，申請了十余項國家發(fā)明專利（其中5項已獲得授權(quán)），而且還在天線與傳播領(lǐng)域的國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物與會議上發(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等頂級刊物上，得到了國內(nèi)外同行的多次引用和關(guān)注。

3 天線球面近場專管共用機制實踐過程及推廣應(yīng)用價值

在專管共用的實踐過程中，負(fù)責(zé)人首先為通信與信息系統(tǒng)、電磁場與微波技術(shù)專業(yè)的碩士研究生講授了“移動通信中的天饋技術(shù)與應(yīng)用”理論課程，然后依托天線球面近場測量系統(tǒng)，開設(shè)了配套的“無線通信中的天線測量技術(shù)”實驗課程，通過48學(xué)時的課堂教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)，對相關(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科學(xué)研究，另一方面積極配合電磁場學(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，依托天線球面近場測量系統(tǒng)，圍繞新一代移動通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識別、穿戴式系統(tǒng)等應(yīng)用背景，在國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項等國家級科研項目的資助下，研究新型天線的設(shè)計理論和方法，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)展開全面探索。本課題發(fā)表的3篇研究論文均發(fā)表在國際和國內(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項國家發(fā)明專利，說明通過對先進(jìn)天線測量平臺的有效管理和使用，不僅對提高我校相關(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產(chǎn)權(quán)的系列成果，獲得了國際和國內(nèi)同行的充分認(rèn)可，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際同等先進(jìn)水平。另一方面，通過探索本實驗室的共管使用機制，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，為我校省級射頻與微納電子學(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，說明通過對先進(jìn)天線測量平臺的有效管理和使用，已經(jīng)為今后課程與平臺建設(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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[責(zé)任編輯：楊玉潔]