專逐科學之美 手植桃李滿園
——記西安電子科技大學天線與微波技術(shù)重點實驗室教授龔書喜

吳 彪

西安電子科技大學，其前身是1931年誕生于江西瑞金的中央軍委無線電學校，是毛澤東等老一輩革命家親手創(chuàng)建的第一所工程技術(shù)學校。1958年學校遷址西安，1966年轉(zhuǎn)為地方建制，1988年定為現(xiàn)名。自學校誕生之日起，西安電子科技大學與校內(nèi)全體師生就承載著民族復(fù)興的希望與使命，熾熱的愛國情懷與執(zhí)著的科研夢想洋溢在這片紅色土地上，厚德、求真、礪學、篤行，成為每一個西電人堅持不變的奮斗理念與治學精神。龔書喜的故事也從這里開始。

本科（畢業(yè)設(shè)計）師從付德民教授，碩士師從茅于寬教授，博士師從黃席椿教授、任朗教授、茅于寬教授……作為西安電子科技大學天線與微波技術(shù)重點實驗室老主任、西安電子科技大學天線與電磁散射研究所老所長，龔書喜的科研之路上有太多的精彩故事，他曾蹚過緩流，看過麗日；也曾勇闖險灘，飽經(jīng)風雨。但無論如何，在追逐科學之美的漫長道路上，他始終堅定不移，將科研報國當作終身的事業(yè)和無悔的追求。

若得科學之美路途坎坷又何妨

龔書喜正在查閱文獻

1977年全國恢復(fù)高考，擠過高考獨木橋的龔書喜服從調(diào)劑來到了西北電訊工程學院（西安電子科技大學前身），學習天線專業(yè)。那是他第一次真正接觸天線與電磁理論的相關(guān)知識，從入門到熱愛，兩三年足矣。

“科學當中包含著自然美，自有他的吸引力?！北究飘厴I(yè)時，被科學所深深吸引的龔書喜并未像大多數(shù)人那樣選擇就業(yè)，而是繼續(xù)向上攀登，他要去看一看那世界前沿的絕美風光。

但龔書喜的科研之路并不順暢。經(jīng)過一段時間的基礎(chǔ)學習，龔書喜將“多波束天線”暫定為自己的碩士論文選題。但由于剛剛接觸相關(guān)研究，對行業(yè)了解不夠深入，到了開題報告答辯時，他被評審老師一句“這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于衛(wèi)星并且發(fā)射上天了，你接下來還能做出什么創(chuàng)造性成果？”問得不知所措，這一選題自然也被否決。

一次小小的挫折并不能擊退龔書喜攀登科學高峰的決心。不久后，時任研究室主任的石鎮(zhèn)教授建議龔書喜跟隨剛從美國做訪問學者歸來的鐘順時教授開展微帶天線研究，彼時相關(guān)研究剛剛起步，正是需要年輕學者加入的時候。這次龔書喜深刻吸取之前的教訓，認為先找出自己能夠發(fā)揮創(chuàng)造價值的突破口后，再決定也不遲。

通過查閱文獻，龔書喜發(fā)現(xiàn)微帶天線有兩類：第一類是在一個薄介質(zhì)基板上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法做出一定形狀的金屬貼片，利用微帶線或同軸探針對貼片饋電；第二類是微帶縫隙天線，它是把上述接地板刻出窗口即縫隙，在介質(zhì)基板的另一面印刷出微帶線對縫隙饋電。盡管這兩項技術(shù)還算不上十分成熟，但國外已有不少相關(guān)研究成果發(fā)表，順著別人的足跡前行，終究難以有所創(chuàng)新。當時年輕氣盛的龔書喜默默下定決心：“我要做，就做一種新的微帶天線?！?/p>

創(chuàng)新，說起來容易做起來難?！靶碌奈炀€”要從哪里入手才好？毫無頭緒的龔書喜只能暫時放下手中書籍隨處走走。這一走，就恰好發(fā)現(xiàn)了創(chuàng)新大門的關(guān)鍵鑰匙——寬縫的微帶縫隙天線。那一刻，他靈光乍現(xiàn)，“能不能從電磁互補的角度著手，形成新型寬帶微帶天線（電磁耦合微帶天線）呢？”

模型天線的初步測試結(jié)果表明新型微帶天線帶寬性能優(yōu)異。令人遺憾的是，龔書喜所在的實驗室當時并沒有高精度測量儀表可用，測試結(jié)果和HP儀表所測結(jié)果相差4倍之多。但HP儀表僅折舊費就高達200元錢每小時，并不是龔書喜這個“窮學生”用得起的。

測試回來之后，龔書喜難得地消沉了好一陣子，內(nèi)心十分彷徨。但他自認不是一個“心靈脆弱”“不能吃苦”的人，小時候家庭條件一般，他要一邊幫忙干活兒一邊學習；高中畢業(yè)時，國內(nèi)高考尚未恢復(fù)，他在4年的忙碌工作中一邊學習一邊等待希望到來?！斑@些困難我都咬牙堅持過來了，怎么現(xiàn)在反倒一蹶不振？”給自己鼓勁兒后，他決心在科技文獻資料中尋覓路徑和突破。

龔書喜（右）與同事在電波暗室內(nèi)合影

在日復(fù)一日查閱文獻的過程中，他偶然看到了戴振鐸教授所著的《電磁理論中的并矢格林函數(shù)》英文版。龔書喜知道戴先生是該領(lǐng)域最權(quán)威的學者。學校的多位老師都曾聆聽過戴教授關(guān)于“并矢格林函數(shù)”的講座。學習戴教授的名著后，龔書喜更是深受啟發(fā)，構(gòu)造了幾種平面分層媒質(zhì)結(jié)構(gòu)的并矢格林函數(shù)。在梁昌洪教授的鼎力支持鼓勵下，他完成了題為“并矢格林函數(shù)與微帶天線”的碩士論文，研究了微帶天線的數(shù)學建模和諧振頻率的數(shù)值分析，討論了Hansen矢量函數(shù)系的完備性等問題。

少年風華正當時不畏權(quán)威成果豐

“或許我可以嘗試著直接證明這類函數(shù)系的完備性?！边@個念頭一經(jīng)出現(xiàn)就占據(jù)了龔書喜的全部思維，并讓他立刻付諸行動。自確定研究方向以來，無論寒冬炎夏，龔書喜一直在考慮Hansen函數(shù)系的完備性問題。由于反復(fù)嘗試物理論證未獲成功，且考慮到Hansen函數(shù)系的完備性問題是一個數(shù)學問題，龔書喜轉(zhuǎn)變策略，開始嘗試數(shù)學論證。

數(shù)學上確定一個算子包含兩個要素，即確定算子的運算和確定算子的定義域。龔書喜認識到Hansen矢量是自伴拉普拉斯算子的本征函數(shù)或廣義本征函數(shù)。算子的本征函數(shù)屬于算子的定義域，廣義本征函數(shù)不屬于算子的定義域。在電磁理論問題中，只有諧振腔問題（點譜問題）中的Hansen矢量函數(shù)是算子的本征函數(shù)，而波導(dǎo)問題和三維空間問題（連續(xù)譜問題）中的Hansen矢量函數(shù)是算子的廣義本征函數(shù)。但是僅僅從解決問題過程中“發(fā)現(xiàn)”和“確認”這一函數(shù)的特殊性并不夠，要想達成“直接證明Hansen函數(shù)系的完備性”的初始目標，還應(yīng)針對其特殊性建立完整的理論體系，證明函數(shù)系的完備性。

那段時間里，安靜的圖書館、無人的教室、溫馨的宿舍，乃至人來人往的道路，都成為龔書喜思考問題的場所。他越是深入，越是癡迷；解決的舊問題越多，產(chǎn)生的新問題也就越多。

建立了自伴拉普拉斯算子本征函數(shù)和廣義本征函數(shù)的理論框架后，龔書喜終于開始真正著手證明Hansen矢量函數(shù)系的完備性。當時相關(guān)研究無論是在國外還是國內(nèi)都處于空白狀態(tài)，所有的一切只能靠他自己摸索，最終他發(fā)明了“算子譜論法”，從數(shù)學上直接證明了典型的Hansen矢量函數(shù)系的完備性。相關(guān)成果得到了“有助于解決電磁場需求問題，奠定了這一分支學科的數(shù)學基礎(chǔ)”的高度評價。

由于電磁場在兩種不同媒質(zhì)分界面上從一側(cè)過渡到另一側(cè)時，場矢量E、D、B、H一般都有一個躍變，所以該領(lǐng)域?qū)W者就用電磁場的邊界條件表示場矢量的這種躍變所遵從的條件，也就是兩側(cè)切向分量之間及法向分量之間的關(guān)系。延續(xù)此前的方向，龔書喜開展了關(guān)于電磁場廣義邊界條件的研究?！爱敃r我們得到電流源激勵產(chǎn)生電場的電并矢格林函數(shù)，它的切向分量是不連續(xù)的。”這幾乎可以說是一種顛覆性的結(jié)果，按照一般情況來說，電磁場中沒有磁流源的話，電場的切向分量是連續(xù)的，這是一個最基本的概念。

龔書喜在實驗室外

恰逢此時戴振鐸先生來到國內(nèi)訪問交流，當他來到西安交通大學時，龔書喜將自己的論文初稿拿去請戴先生指導(dǎo)。出乎意料的是，戴先生看過論文后對茅于寬教授說：“你這個學生如果做得對的話，全世界搞電磁的人都要驚奇啦。他的基本概念搞錯了?！?/p>

盡管對自己的工作十分自信，但得到回復(fù)的龔書喜秉持著謹慎的態(tài)度，繼續(xù)與導(dǎo)師反復(fù)討論，再度進行了幾輪驗證。他們發(fā)現(xiàn)，按照常規(guī)理論來進行相關(guān)分析，無論如何都“走不通”，這讓龔書喜再次確信自己是對的，于是請導(dǎo)師茅于寬教授寫信向戴先生解釋。這次老先生仍舊回復(fù)：“他還是基礎(chǔ)概念沒搞清?！辈⒓膩砹俗约寒斈晁鶎懙囊黄恼?，讓龔書喜自己對比琢磨。

此時戴振鐸先生已經(jīng)去了其他幾所大學進行學術(shù)交流，西安電子科技大學的一些老師也參與其中。他們回來告訴龔書喜：“你別想畢業(yè)了，戴先生說‘西電有個小伙子不知道天高地厚，把麥克斯韋方程推翻啦!’”如果不能趕在戴先生回美國之前證明自己，龔書喜接下來的處境將變得十分艱難。

后來龔書喜看完戴先生寄來的文章，發(fā)現(xiàn)兩篇文章中相關(guān)工作的結(jié)果其實是相同的，只不過先生的結(jié)果是通過等效法得出，而龔書喜的結(jié)果是按照他自己建立的理論體系直接推導(dǎo)得出。“之后我給他回信說，除了差一個系數(shù)之外，這兩個結(jié)果是一致的。沒想到他很爽快地承認是自己錯了，說這一工作時間太久遠，是他自己記錯了。這也是讓我非常佩服的一點，真正的學者就應(yīng)該是這樣，錯了就勇于承認?！币粓鰧W術(shù)風波就此消弭，龔書喜也以優(yōu)異的成績?nèi)〉貌┦繉W位。

在職博士畢業(yè)后，龔書喜繼續(xù)在西安電子科技大學從事教學科研工作，并依據(jù)此前的研究成果，進一步從邊界條件角度推導(dǎo)并矢格林函數(shù)。據(jù)了解，彼時國際上對電磁場的邊界條件也有不同認識，有些學者提出，邊界條件是一個假設(shè)，它的正確性需要靠實驗來證實。龔書喜從中受到啟發(fā)，決定“大膽假設(shè)，小心論證”。他與合作者引入一種新的公設(shè)：麥克斯韋微分方程組在廣義函數(shù)論意義下成立，然后直接從麥克斯韋微分方程組出發(fā)進行推導(dǎo)，由此得出了一種更廣義的、原來沒有出現(xiàn)過的廣義電磁場邊界條件。這一結(jié)果與龔書喜攻讀博士學位期間做出的電并矢格林函數(shù)的不連續(xù)性方程形成了一種首尾呼應(yīng)效果，使他的工作更加完善。

二十幾年來，龔書喜一邊教書育人，一邊開展學術(shù)研究。他主持開展分形天線研究、電磁散射計算研究、天線隱身技術(shù)研究、天線測量技術(shù)研究等，完善了電磁理論中的廣義本征函數(shù)展開原理，得到了天線散射場的基礎(chǔ)理論公式，提出了數(shù)學自由空間（數(shù)學暗室）概念，在國際知名期刊發(fā)表大量高質(zhì)量論文。其參研成果“提高我國通信衛(wèi)星性能的一種新型天線的理論研究”獲陜西省科技進步獎二等獎，“彈上天線綜合技術(shù)研究”獲信息產(chǎn)業(yè)部科技進步獎二等獎，“論求解并矢格林函數(shù)的交換算子法”獲億利達優(yōu)秀論文獎一等獎。2010年，他編著出版《電磁理論中的廣義本征函數(shù)展開原理》一書，該書系統(tǒng)梳理了龔書喜多年來在電磁理論領(lǐng)域的研究成果，將自伴算子的廣義本征函數(shù)展開的數(shù)學理論引入電磁理論中，圍繞著電磁理論中的廣義本征函數(shù)展開問題進行論述。這部著作被選作電磁理論相關(guān)專業(yè)研究人員、高校教師和研究生的參考用書，為我國學科發(fā)展作出了極大貢獻。

龔書喜（左一）與團隊成員一起查看暗室情況

承團隊建設(shè)之重任歷盡艱辛促發(fā)展

1999年，龔書喜擔任西安電子科技大學天線與微波技術(shù)重點實驗室主任，接過前輩肩上的重擔，全力建設(shè)實驗室。該實驗室在1992年立項，1998年驗收，到他接手時，實驗室的硬件條件雖算不得“非常差”，但也確實無法與研究所相提并論?！拔覀兪强繙y量起家的團隊，前輩毛乃宏教授最早在國內(nèi)開展了天線的近場測量，為提升我國軍事實力作出了很大貢獻，我們的測量絕對不能丟，一定要走在全國前列！”秉持著這樣的想法，龔書喜竭盡全力為實驗室的設(shè)備、資金等問題不斷奔走，相繼與中國電子科學研究院、中國電子科技集團公司第三十八研究所等單位建立了合作關(guān)系。

當時國際上有些測量公司針對電波暗室的環(huán)境影響因素提出了一種MARS技術(shù)，它可以通過數(shù)學方法抑制環(huán)境反射。龔書喜帶領(lǐng)團隊在深入了解并學習這項技術(shù)的基礎(chǔ)上更進一步，提出了“理論上有可能不需要吸波材料”的直接用數(shù)學方法過濾環(huán)境影響的技術(shù)，他們將其稱為“數(shù)學暗室”。這種技術(shù)不僅可以用在近場天線測量，也能用在遠場天線測量和緊縮場天線測量，大幅降低了暗室建設(shè)的場地要求，為電磁測量的進一步發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支撐。

近年來，龔書喜與團隊中的張帥教授、姜文教授等人合作，針對暗室建設(shè)過程中的互耦情況下大型陣列天線的輻射和散射場的計算難題，提出了一種基于有源單元方向圖法結(jié)合小陣外推大陣思想的新方法。通過公式推導(dǎo)，他們簡化了該方法的操作過程，不僅大大地減少了計算量，而且避免了逐個計算單元場而帶來的操作復(fù)雜度……經(jīng)過近二十年的建設(shè)發(fā)展，“數(shù)學暗室”技術(shù)愈加成熟完善，到如今已獲得國家國防科技工業(yè)局認可與大力支持。

除了電波暗室建設(shè)工作外，懷揣著一腔報國熱血的龔書喜還響應(yīng)國家需求，帶領(lǐng)團隊開拓了新的研究方向——“低可探測技術(shù)”，也就是俗稱的“隱身技術(shù)”。

雷達和通信設(shè)備工作時會發(fā)出電磁波，其表面也會反射電磁波，運轉(zhuǎn)中的發(fā)動機和其他發(fā)熱部件會輻射紅外線，設(shè)備表面會反射照射向它的雷達波，這樣就使武器裝備容易被敵人發(fā)現(xiàn)?！暗涂商綔y技術(shù)”就是通過多種途徑，設(shè)法盡可能減弱自身的特征信號，降低對外來電磁波、光波和紅外線反射，達到與它所處的背景難以區(qū)分，從而把自己隱蔽起來。它的出現(xiàn)使偽裝技術(shù)由防御性走向了進攻，由消極被動變成了積極主動，有助于增強部隊的生存能力，提高對敵人的威脅力。

當記者問龔書喜為何選擇開拓這一方向時，他回答說：“通俗點講，我們現(xiàn)在是姓‘軍’，既然身處國防類實驗室，就必須有一定的使命感。雖然實際上我們工作的核心仍舊是做學術(shù)，但個人和國家命運是緊密相連的，還是應(yīng)當把自己的興趣與國家需求緊密結(jié)合，去創(chuàng)造更大的價值。”

苦心留棟梁桃李滿天下

忙于建設(shè)實驗室，帶領(lǐng)團隊為國家國防科技建設(shè)發(fā)展提供助力的同時，龔書喜也未曾在教學工作上有過一絲懈怠。通過長期的科研積累，他深刻認識到，數(shù)學理論在技術(shù)研發(fā)當中十分重要。除了最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與計算等問題，靈活運用數(shù)學手段能夠大幅降低工程建設(shè)的成本，出其不意地解決一些原本難以突破的瓶頸，就像他關(guān)注了數(shù)十年的“數(shù)學暗室”技術(shù)一樣。因此在日常的教學過程中，他十分重視數(shù)學理論的推導(dǎo)工作。

龔書喜的學生對他最深刻的印象是——他是個很少用投影的老師，往往在黑板上列了數(shù)學公式后，就開始一邊現(xiàn)場推導(dǎo)，一邊為學生講解。從最基礎(chǔ)的理論一直延伸至應(yīng)用的場景和方案，中間穿插著他自身凝練出的心得體會。到了下課時他總會說上一句：“整個學習過程中，你們有哪里不懂，都可以來找我交流?！边@樣的教學十分簡潔明了，雖然缺少了富有技巧性的活潑變化，卻也給了學生更多專注思考的空間。龔書喜這種系統(tǒng)性強而又深入淺出的講解，總能使學生以較快的速度掌握專業(yè)知識，并能幫助他們梳理審查自身的不足之處。

除了課堂上的數(shù)學理論推導(dǎo)，龔書喜也十分重視學生的品質(zhì)問題，他常說：“大學的主要的職責是培養(yǎng)人。除了傳授知識，還要讓學生了解一些科學界的勵志故事，從中學習一些寶貴精神，我們老師自己也要注重言傳身教?！?/p>

在做學問方面，龔書喜不僅對學生傾囊相授，面對其他想學習進步的同行時，他也從不私藏，即使是還沒有申請專利的關(guān)鍵技術(shù)，也樂于同別人分享和討論。

在團隊管理方面，龔書喜給予每一位成員充分的尊重與關(guān)懷。西安電子科技大學天線與微波技術(shù)重點實驗室中流傳著一個類似“蕭何月下追韓信”的美談：當年團隊中的張玉教授曾為得不到支持而十分苦惱，甚至一度打算前往國外發(fā)展。龔書喜和張玉教授進行了一番推心置腹的交流，他說：“到國外公司打工沒有意義，你現(xiàn)在做的這個事對國家有重大戰(zhàn)略意義。是金子總會發(fā)光的，如果有什么困難，我來支持你。”如今西安電子科技大學的張玉教授已是我國計算電磁學研究領(lǐng)域的優(yōu)秀學者，近年來更是承擔著我國工業(yè)自主可控電磁計算軟件研發(fā)重任。在為數(shù)不多的空閑時刻，龔書喜也會與同事們玩笑道：“我的貢獻之一就是張玉當年與我溝通的時候，我把他留住了。往小了說是把我們實驗室的人才留住了；往大了說，是避免了我們國家的損失?！?/p>

龔書喜正與他人進行交談

三十余年科教生涯，十數(shù)載團隊建設(shè)旅程，人才培養(yǎng)與科研工作早已融入龔書喜的生活，成為他的習慣和愛好?，F(xiàn)下他雖已將肩上重任交付給年輕一代的優(yōu)秀學者，有了許多休閑時光，卻從未選擇放縱享樂?！艾F(xiàn)在我主要關(guān)注隊伍的成長，看看年輕人有什么需要我?guī)兔Φ?，我好去給他們‘敲敲邊鼓’，發(fā)揮傳幫帶的作用?！眹蚁嚓P(guān)工業(yè)部門、知名科研院所、多地高等院校、行業(yè)巨頭公司……這些工作場所中幾乎都能找到不少龔書喜帶過的優(yōu)秀學生，他最喜歡的場景就是每年行業(yè)內(nèi)的學術(shù)會議上，明明與會人員都是來自全國各地的學者，卻仿佛在參加西安電子科技大學的校友會，“桃李滿天下”不外如是。