可能你已經(jīng)想到了，HFSS正是通向電磁場科學(xué)的一個“捷徑”。入門一套軟件操作方法，只要有師兄弟指點一下，一天或許就能搞定。練習(xí)幾天，就成熟手。想想電磁場理論，繁雜的數(shù)學(xué)公式、多樣的微波結(jié)構(gòu)，那真是一條崎嶇小路，天曉得那天得見光明。
在學(xué)校和研究所是如此，其直接效應(yīng)在我國的若干研究所和公司中已經(jīng)有充分表現(xiàn)。細心的讀者會讀到若干研究所和公司的宣傳材料：引進了先進的仿真計算軟件，掌握HFSS等設(shè)計工具......確實，仿真工具如果配合良好的原始設(shè)計，能夠大大提升研發(fā)效率和進度。對管理者和非研發(fā)人員，仿真工具能夠提供有高度顯示性的結(jié)果，因此很容易產(chǎn)生出顛倒主次的附效應(yīng)：原始設(shè)計常常被淡化，甚至認為，仿真工具能夠代替設(shè)計。而事實上，只依靠仿真工具的“設(shè)計”，無需說只是一種仿制或復(fù)制。因為仿真逃不掉需要一個“原始設(shè)計”作為依據(jù)。應(yīng)用中的設(shè)計圖樣都不會十分簡單，尺寸參數(shù)很多，沒有理論依據(jù)就能創(chuàng)造一個“原始設(shè)計”，如果不靠復(fù)制，就只能靠魔術(shù)或騙術(shù)?？梢哉f，仿真或復(fù)制能夠大行其道，就是因為有“捷徑”可走。當然，如果國家對知識產(chǎn)權(quán)保護有更有效的政策措施，就不會有那么多“捷徑”。
以筆者正在從事的微波雷達研發(fā)領(lǐng)域為例，我們看到，利益誘惑催生了各種各樣的通往成功“捷徑”，有合法的和非法的，這直接腐蝕了我們的創(chuàng)新能力。創(chuàng)造產(chǎn)品需要實實在在的技術(shù)，需要科學(xué)知識和技術(shù)的積累。特別是在高技術(shù)領(lǐng)域中創(chuàng)造有競爭力的產(chǎn)品，常常要求多領(lǐng)域的知識綜合，肯定沒有什么太容易的捷徑。建議年輕研究者不要沉迷于五花八門的軟件工具，而是把心思更多地放在至少深入一個專業(yè)領(lǐng)域，有所創(chuàng)造，才會有更確實的發(fā)展機會。
作者：鄒謀炎，中科院電子所研究員(退休)、博導(dǎo)，中國科學(xué)院大學(xué)崗位教授，北京華同微波科技有限公司董事長
成長中的高端民用微波產(chǎn)業(yè)
微波在雷達和通訊上的應(yīng)用是總所周知的。在民用方面，微波爐已經(jīng)走進了千家萬戶。所謂高端民用微波，或稱高端商用微波，是指微波雷達、微波傳感器等技術(shù)在交通、工業(yè)、醫(yī)療、公共安全等方面的應(yīng)用。
中國在2004年就出現(xiàn)了使用測速雷達進行交通超速管理的報道，并在以后幾年間陸續(xù)展開了大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)有的組裝和生產(chǎn)雷達企業(yè)有十余家，基于雷達集成道路管理卡口和抓拍電子警察系統(tǒng)為主營的公司則有百家以上，雷達產(chǎn)值大致在億元左右，而系統(tǒng)產(chǎn)值要翻十倍。這在民用微波領(lǐng)域算是一個小產(chǎn)業(yè)。如果以購買國外雷達頭來生產(chǎn)組裝雷達，其技術(shù)層次較易于進入。
工業(yè)用雷達的典型例子是雷達物位計。將它安裝于大型物料塔罐的頂部，測量塔中物料的高度。要求的測量高度為40米或更高，而測量精度為毫米級。在中國市場上一段時間內(nèi)，德國進口的物位計占主導(dǎo)地位，但在幾年前國內(nèi)模仿和自研的物位計逐步占據(jù)了取代地位，市場份額有幾個億。
隨著智能交通、智慧城市等概念的提出，對雷達傳感器用于交通管理提出了更高的要求。車流量檢測器在中國市場上出現(xiàn)已有近十年的歷史，在北京、上海、杭州等城市，有關(guān)部門進行了試驗性應(yīng)用，但實質(zhì)性或規(guī)模化應(yīng)用并未展開。這主要決定于國家，特別是這些城市的智能交通實施計劃，以及對解決交通問題的策略性判斷。從這個意義來說，可能更現(xiàn)實有效的是一種能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈自適應(yīng)管理的傳感器，用以提高城市交通的運行效率。如果發(fā)展出這樣的雷達傳感器，它的市場可能不低于目前其他的交通用雷達。這是我們當前正在努力的工作。
美國于2004年開始了汽車前向防撞雷達在長途公交上的規(guī)?；瘧?yīng)用?，F(xiàn)今中國道路上出現(xiàn)的進口高檔車上有的已經(jīng)安裝了這樣的雷達，具有防撞和自適應(yīng)導(dǎo)航的功能。雷達工作于77GHz頻率，測量距離超過150米，4度或更窄的雙波束或3波束，使用線性調(diào)頻或階梯線性調(diào)頻體制。規(guī)?；瘧?yīng)用統(tǒng)計表明，雷達的應(yīng)用能夠有效地減少汽車在高速路上發(fā)生前向尾追碰撞的事故。國外雷達價格為2~3千美元，而作為防撞和自適應(yīng)系統(tǒng)裝到車上需要的技術(shù)較多，價格更高，因此在低檔車上難以廣泛應(yīng)用。國內(nèi)大學(xué)和研究所開展這方面的研究至少可以追溯到80年代末，前幾年還不時出現(xiàn)某些零星報導(dǎo)，但沒有成形的產(chǎn)品。然而，隨著國內(nèi)商用微波技術(shù)的進步，研發(fā)生產(chǎn)出低價汽車前向防撞雷達的可能性和現(xiàn)實性正在成熟。計劃中的雷達使用47GHz頻率，達到工藝上用分離微波器件可實施的上限。如果能夠?qū)⒗走_價格降低到1千美元以內(nèi)，它的規(guī)模化應(yīng)用應(yīng)該可以期待。
由于救災(zāi)和反恐的需要，一種能夠穿墻探測生命體移動甚至呼吸的雷達在國外已經(jīng)商品化。這種雷達使用頻率步跳式連續(xù)波(FSCW)，作用距離可以達到15米，其距離分辨率和速度靈敏度較高。隨著太赫茲技術(shù)越來越接近產(chǎn)品應(yīng)用，在太赫茲上達到幾個GHz的步跳相對容易，使得用寬的頻率步跳達到高的距離分辨率成為可能。對于短距離(幾十米以內(nèi))的應(yīng)用情況，使用低功率的FSCW雷達比脈沖雷達有較多的優(yōu)越性。原理上，F(xiàn)SCW雷達獲得距離信息不依賴于目標移動，但結(jié)合多普勒效應(yīng)以及斷層反射效應(yīng)可以發(fā)展出針對各種探測應(yīng)用的不同雷達，具有更優(yōu)秀的品質(zhì)，例如非接觸式臨床監(jiān)視和診斷、大型水壩及其他建筑體探傷、考古、地基或路基探測等。
微波成像是一個很有吸引力的領(lǐng)域。一個典型應(yīng)用是在公共安全管理中取代X射線掃描儀，另一個應(yīng)用是場景成像監(jiān)測。若干研究機構(gòu)和大學(xué)公布了原理樣機，但實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用還需要進一步工作。
高端民用微波在中國的產(chǎn)品市場上剛剛初起，在這個領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)的研發(fā)能力普遍薄弱。國內(nèi)市場上出現(xiàn)的、能夠稱為“自主研制”的測速雷達和FSK監(jiān)測雷達迄今全部為筆者本人設(shè)計。大多數(shù)雷達生產(chǎn)企業(yè)使用國外的雷達頭和企業(yè)發(fā)展的信號處理部件組裝生產(chǎn)雷達，這是高端技術(shù)上整體落后的一個典型例子。筆者希望有更多的年輕研究者加進來，共同努力，提升自主創(chuàng)造能力，做出更多的“中國創(chuàng)造”。
年輕研究者可以發(fā)現(xiàn)，這是一個大有可為的領(lǐng)域：你創(chuàng)造的一個產(chǎn)品可能衍生出一個產(chǎn)業(yè)，甚至一個產(chǎn)業(yè)鏈，而這個領(lǐng)域可發(fā)展的產(chǎn)品非常多。這是一個有高度挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域：包含了微波理論和技術(shù)、雷達技術(shù)、和信號處理技術(shù)的最新進展，是電子信息技術(shù)領(lǐng)域中最受關(guān)注的前緣之一；包含了從理論、設(shè)計到工藝實現(xiàn)的全面要求。年輕研究者可以從一個應(yīng)用產(chǎn)品學(xué)起，逐步彌補知識和技能，逐步學(xué)習(xí)理論和實際的結(jié)合方法，這是在書本上難以得到的。
