专逐科学之美 手植桃李满园——记西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室教授龚书喜

吴 彪

西安电子科技大学，其前身是1931年诞生于江西瑞金的中央军委无线电学校，是毛泽东等老一辈革命家亲手创建的第一所工程技术学校。1958年学校迁址西安，1966年转为地方建制，1988年定为现名。自学校诞生之日起，西安电子科技大学与校内全体师生就承载着民族复兴的希望与使命，炽热的爱国情怀与执着的科研梦想洋溢在这片红色土地上，厚德、求真、砺学、笃行，成为每一个西电人坚持不变的奋斗理念与治学精神。龚书喜的故事也从这里开始。

本科（毕业设计）师从付德民教授，硕士师从茅于宽教授，博士师从黄席椿教授、任朗教授、茅于宽教授……作为西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室老主任、西安电子科技大学天线与电磁散射研究所老所长，龚书喜的科研之路上有太多的精彩故事，他曾蹚过缓流，看过丽日；也曾勇闯险滩，饱经风雨。但无论如何，在追逐科学之美的漫长道路上，他始终坚定不移，将科研报国当作终身的事业和无悔的追求。

若得科学之美路途坎坷又何妨

龚书喜正在查阅文献

1977年全国恢复高考，挤过高考独木桥的龚书喜服从调剂来到了西北电讯工程学院（西安电子科技大学前身），学习天线专业。那是他第一次真正接触天线与电磁理论的相关知识，从入门到热爱，两三年足矣。

“科学当中包含着自然美，自有他的吸引力。”本科毕业时，被科学所深深吸引的龚书喜并未像大多数人那样选择就业，而是继续向上攀登，他要去看一看那世界前沿的绝美风光。

但龚书喜的科研之路并不顺畅。经过一段时间的基础学习，龚书喜将“多波束天线”暂定为自己的硕士论文选题。但由于刚刚接触相关研究，对行业了解不够深入，到了开题报告答辩时，他被评审老师一句“这种技术已经应用于卫星并且发射上天了，你接下来还能做出什么创造性成果？”问得不知所措，这一选题自然也被否决。

一次小小的挫折并不能击退龚书喜攀登科学高峰的决心。不久后，时任研究室主任的石镇教授建议龚书喜跟随刚从美国做访问学者归来的钟顺时教授开展微带天线研究，彼时相关研究刚刚起步，正是需要年轻学者加入的时候。这次龚书喜深刻吸取之前的教训，认为先找出自己能够发挥创造价值的突破口后，再决定也不迟。

通过查阅文献，龚书喜发现微带天线有两类：第一类是在一个薄介质基板上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电；第二类是微带缝隙天线，它是把上述接地板刻出窗口即缝隙，在介质基板的另一面印刷出微带线对缝隙馈电。尽管这两项技术还算不上十分成熟，但国外已有不少相关研究成果发表，顺着别人的足迹前行，终究难以有所创新。当时年轻气盛的龚书喜默默下定决心：“我要做，就做一种新的微带天线。”

创新，说起来容易做起来难。“新的微带天线”要从哪里入手才好？毫无头绪的龚书喜只能暂时放下手中书籍随处走走。这一走，就恰好发现了创新大门的关键钥匙——宽缝的微带缝隙天线。那一刻，他灵光乍现，“能不能从电磁互补的角度着手，形成新型宽带微带天线（电磁耦合微带天线）呢？”

模型天线的初步测试结果表明新型微带天线带宽性能优异。令人遗憾的是，龚书喜所在的实验室当时并没有高精度测量仪表可用，测试结果和HP仪表所测结果相差4倍之多。但HP仪表仅折旧费就高达200元钱每小时，并不是龚书喜这个“穷学生”用得起的。

测试回来之后，龚书喜难得地消沉了好一阵子，内心十分彷徨。但他自认不是一个“心灵脆弱”“不能吃苦”的人，小时候家庭条件一般，他要一边帮忙干活儿一边学习；高中毕业时，国内高考尚未恢复，他在4年的忙碌工作中一边学习一边等待希望到来。“这些困难我都咬牙坚持过来了，怎么现在反倒一蹶不振？”给自己鼓劲儿后，他决心在科技文献资料中寻觅路径和突破。

龚书喜（右）与同事在电波暗室内合影

在日复一日查阅文献的过程中，他偶然看到了戴振铎教授所著的《电磁理论中的并矢格林函数》英文版。龚书喜知道戴先生是该领域最权威的学者。学校的多位老师都曾聆听过戴教授关于“并矢格林函数”的讲座。学习戴教授的名著后，龚书喜更是深受启发，构造了几种平面分层媒质结构的并矢格林函数。在梁昌洪教授的鼎力支持鼓励下，他完成了题为“并矢格林函数与微带天线”的硕士论文，研究了微带天线的数学建模和谐振频率的数值分析，讨论了Hansen矢量函数系的完备性等问题。

少年风华正当时不畏权威成果丰

“或许我可以尝试着直接证明这类函数系的完备性。”这个念头一经出现就占据了龚书喜的全部思维，并让他立刻付诸行动。自确定研究方向以来，无论寒冬炎夏，龚书喜一直在考虑Hansen函数系的完备性问题。由于反复尝试物理论证未获成功，且考虑到Hansen函数系的完备性问题是一个数学问题，龚书喜转变策略，开始尝试数学论证。

数学上确定一个算子包含两个要素，即确定算子的运算和确定算子的定义域。龚书喜认识到Hansen矢量是自伴拉普拉斯算子的本征函数或广义本征函数。算子的本征函数属于算子的定义域，广义本征函数不属于算子的定义域。在电磁理论问题中，只有谐振腔问题（点谱问题）中的Hansen矢量函数是算子的本征函数，而波导问题和三维空间问题（连续谱问题）中的Hansen矢量函数是算子的广义本征函数。但是仅仅从解决问题过程中“发现”和“确认”这一函数的特殊性并不够，要想达成“直接证明Hansen函数系的完备性”的初始目标，还应针对其特殊性建立完整的理论体系，证明函数系的完备性。

那段时间里，安静的图书馆、无人的教室、温馨的宿舍，乃至人来人往的道路，都成为龚书喜思考问题的场所。他越是深入，越是痴迷；解决的旧问题越多，产生的新问题也就越多。

建立了自伴拉普拉斯算子本征函数和广义本征函数的理论框架后，龚书喜终于开始真正着手证明Hansen矢量函数系的完备性。当时相关研究无论是在国外还是国内都处于空白状态，所有的一切只能靠他自己摸索，最终他发明了“算子谱论法”，从数学上直接证明了典型的Hansen矢量函数系的完备性。相关成果得到了“有助于解决电磁场需求问题，奠定了这一分支学科的数学基础”的高度评价。

由于电磁场在两种不同媒质分界面上从一侧过渡到另一侧时，场矢量E、D、B、H一般都有一个跃变，所以该领域学者就用电磁场的边界条件表示场矢量的这种跃变所遵从的条件，也就是两侧切向分量之间及法向分量之间的关系。延续此前的方向，龚书喜开展了关于电磁场广义边界条件的研究。“当时我们得到电流源激励产生电场的电并矢格林函数，它的切向分量是不连续的。”这几乎可以说是一种颠覆性的结果，按照一般情况来说，电磁场中没有磁流源的话，电场的切向分量是连续的，这是一个最基本的概念。

龚书喜在实验室外

恰逢此时戴振铎先生来到国内访问交流，当他来到西安交通大学时，龚书喜将自己的论文初稿拿去请戴先生指导。出乎意料的是，戴先生看过论文后对茅于宽教授说：“你这个学生如果做得对的话，全世界搞电磁的人都要惊奇啦。他的基本概念搞错了。”

尽管对自己的工作十分自信，但得到回复的龚书喜秉持着谨慎的态度，继续与导师反复讨论，再度进行了几轮验证。他们发现，按照常规理论来进行相关分析，无论如何都“走不通”，这让龚书喜再次确信自己是对的，于是请导师茅于宽教授写信向戴先生解释。这次老先生仍旧回复：“他还是基础概念没搞清。”并寄来了自己当年所写的一篇文章，让龚书喜自己对比琢磨。

此时戴振铎先生已经去了其他几所大学进行学术交流，西安电子科技大学的一些老师也参与其中。他们回来告诉龚书喜：“你别想毕业了，戴先生说‘西电有个小伙子不知道天高地厚，把麦克斯韦方程推翻啦!’”如果不能赶在戴先生回美国之前证明自己，龚书喜接下来的处境将变得十分艰难。

后来龚书喜看完戴先生寄来的文章，发现两篇文章中相关工作的结果其实是相同的，只不过先生的结果是通过等效法得出，而龚书喜的结果是按照他自己建立的理论体系直接推导得出。“之后我给他回信说，除了差一个系数之外，这两个结果是一致的。没想到他很爽快地承认是自己错了，说这一工作时间太久远，是他自己记错了。这也是让我非常佩服的一点，真正的学者就应该是这样，错了就勇于承认。”一场学术风波就此消弭，龚书喜也以优异的成绩取得博士学位。

在职博士毕业后，龚书喜继续在西安电子科技大学从事教学科研工作，并依据此前的研究成果，进一步从边界条件角度推导并矢格林函数。据了解，彼时国际上对电磁场的边界条件也有不同认识，有些学者提出，边界条件是一个假设，它的正确性需要靠实验来证实。龚书喜从中受到启发，决定“大胆假设，小心论证”。他与合作者引入一种新的公设：麦克斯韦微分方程组在广义函数论意义下成立，然后直接从麦克斯韦微分方程组出发进行推导，由此得出了一种更广义的、原来没有出现过的广义电磁场边界条件。这一结果与龚书喜攻读博士学位期间做出的电并矢格林函数的不连续性方程形成了一种首尾呼应效果，使他的工作更加完善。

二十几年来，龚书喜一边教书育人，一边开展学术研究。他主持开展分形天线研究、电磁散射计算研究、天线隐身技术研究、天线测量技术研究等，完善了电磁理论中的广义本征函数展开原理，得到了天线散射场的基础理论公式，提出了数学自由空间（数学暗室）概念，在国际知名期刊发表大量高质量论文。其参研成果“提高我国通信卫星性能的一种新型天线的理论研究”获陕西省科技进步奖二等奖，“弹上天线综合技术研究”获信息产业部科技进步奖二等奖，“论求解并矢格林函数的交换算子法”获亿利达优秀论文奖一等奖。2010年，他编著出版《电磁理论中的广义本征函数展开原理》一书，该书系统梳理了龚书喜多年来在电磁理论领域的研究成果，将自伴算子的广义本征函数展开的数学理论引入电磁理论中，围绕着电磁理论中的广义本征函数展开问题进行论述。这部著作被选作电磁理论相关专业研究人员、高校教师和研究生的参考用书，为我国学科发展作出了极大贡献。

龚书喜（左一）与团队成员一起查看暗室情况

承团队建设之重任历尽艰辛促发展

1999年，龚书喜担任西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室主任，接过前辈肩上的重担，全力建设实验室。该实验室在1992年立项，1998年验收，到他接手时，实验室的硬件条件虽算不得“非常差”，但也确实无法与研究所相提并论。“我们是靠测量起家的团队，前辈毛乃宏教授最早在国内开展了天线的近场测量，为提升我国军事实力作出了很大贡献，我们的测量绝对不能丢，一定要走在全国前列！”秉持着这样的想法，龚书喜竭尽全力为实验室的设备、资金等问题不断奔走，相继与中国电子科学研究院、中国电子科技集团公司第三十八研究所等单位建立了合作关系。

当时国际上有些测量公司针对电波暗室的环境影响因素提出了一种MARS技术，它可以通过数学方法抑制环境反射。龚书喜带领团队在深入了解并学习这项技术的基础上更进一步，提出了“理论上有可能不需要吸波材料”的直接用数学方法过滤环境影响的技术，他们将其称为“数学暗室”。这种技术不仅可以用在近场天线测量，也能用在远场天线测量和紧缩场天线测量，大幅降低了暗室建设的场地要求，为电磁测量的进一步发展提供了强有力的技术支撑。

近年来，龚书喜与团队中的张帅教授、姜文教授等人合作，针对暗室建设过程中的互耦情况下大型阵列天线的辐射和散射场的计算难题，提出了一种基于有源单元方向图法结合小阵外推大阵思想的新方法。通过公式推导，他们简化了该方法的操作过程，不仅大大地减少了计算量，而且避免了逐个计算单元场而带来的操作复杂度……经过近二十年的建设发展，“数学暗室”技术愈加成熟完善，到如今已获得国家国防科技工业局认可与大力支持。

除了电波暗室建设工作外，怀揣着一腔报国热血的龚书喜还响应国家需求，带领团队开拓了新的研究方向——“低可探测技术”，也就是俗称的“隐身技术”。

雷达和通信设备工作时会发出电磁波，其表面也会反射电磁波，运转中的发动机和其他发热部件会辐射红外线，设备表面会反射照射向它的雷达波，这样就使武器装备容易被敌人发现。“低可探测技术”就是通过多种途径，设法尽可能减弱自身的特征信号，降低对外来电磁波、光波和红外线反射，达到与它所处的背景难以区分，从而把自己隐蔽起来。它的出现使伪装技术由防御性走向了进攻，由消极被动变成了积极主动，有助于增强部队的生存能力，提高对敌人的威胁力。

当记者问龚书喜为何选择开拓这一方向时，他回答说：“通俗点讲，我们现在是姓‘军’，既然身处国防类实验室，就必须有一定的使命感。虽然实际上我们工作的核心仍旧是做学术，但个人和国家命运是紧密相连的，还是应当把自己的兴趣与国家需求紧密结合，去创造更大的价值。”

苦心留栋梁桃李满天下

忙于建设实验室，带领团队为国家国防科技建设发展提供助力的同时，龚书喜也未曾在教学工作上有过一丝懈怠。通过长期的科研积累，他深刻认识到，数学理论在技术研发当中十分重要。除了最基础的数据统计与计算等问题，灵活运用数学手段能够大幅降低工程建设的成本，出其不意地解决一些原本难以突破的瓶颈，就像他关注了数十年的“数学暗室”技术一样。因此在日常的教学过程中，他十分重视数学理论的推导工作。

龚书喜的学生对他最深刻的印象是——他是个很少用投影的老师，往往在黑板上列了数学公式后，就开始一边现场推导，一边为学生讲解。从最基础的理论一直延伸至应用的场景和方案，中间穿插着他自身凝练出的心得体会。到了下课时他总会说上一句：“整个学习过程中，你们有哪里不懂，都可以来找我交流。”这样的教学十分简洁明了，虽然缺少了富有技巧性的活泼变化，却也给了学生更多专注思考的空间。龚书喜这种系统性强而又深入浅出的讲解，总能使学生以较快的速度掌握专业知识，并能帮助他们梳理审查自身的不足之处。

除了课堂上的数学理论推导，龚书喜也十分重视学生的品质问题，他常说：“大学的主要的职责是培养人。除了传授知识，还要让学生了解一些科学界的励志故事，从中学习一些宝贵精神，我们老师自己也要注重言传身教。”

在做学问方面，龚书喜不仅对学生倾囊相授，面对其他想学习进步的同行时，他也从不私藏，即使是还没有申请专利的关键技术，也乐于同别人分享和讨论。

在团队管理方面，龚书喜给予每一位成员充分的尊重与关怀。西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室中流传着一个类似“萧何月下追韩信”的美谈：当年团队中的张玉教授曾为得不到支持而十分苦恼，甚至一度打算前往国外发展。龚书喜和张玉教授进行了一番推心置腹的交流，他说：“到国外公司打工没有意义，你现在做的这个事对国家有重大战略意义。是金子总会发光的，如果有什么困难，我来支持你。”如今西安电子科技大学的张玉教授已是我国计算电磁学研究领域的优秀学者，近年来更是承担着我国工业自主可控电磁计算软件研发重任。在为数不多的空闲时刻，龚书喜也会与同事们玩笑道：“我的贡献之一就是张玉当年与我沟通的时候，我把他留住了。往小了说是把我们实验室的人才留住了；往大了说，是避免了我们国家的损失。”

龚书喜正与他人进行交谈

三十余年科教生涯，十数载团队建设旅程，人才培养与科研工作早已融入龚书喜的生活，成为他的习惯和爱好。现下他虽已将肩上重任交付给年轻一代的优秀学者，有了许多休闲时光，却从未选择放纵享乐。“现在我主要关注队伍的成长，看看年轻人有什么需要我帮忙的，我好去给他们‘敲敲边鼓’，发挥传帮带的作用。”国家相关工业部门、知名科研院所、多地高等院校、行业巨头公司……这些工作场所中几乎都能找到不少龚书喜带过的优秀学生，他最喜欢的场景就是每年行业内的学术会议上，明明与会人员都是来自全国各地的学者，却仿佛在参加西安电子科技大学的校友会，“桃李满天下”不外如是。