天线专家的传奇人生： 以硕士论文获博士学位，堪称中国天线技术“教父”

1887年，年仅29岁的德国人赫兹率先发现电磁波的存在，为人类利用电磁波进行通信创造了条件。如今，我们使用的智能手机便是借助无线电进行远距离信息传输，而天线则是发射和接收无线电磁波的关键材料。

从 1G 时代 “大哥大” 长达 9.4cm 的天线；到 2G 时代摩托罗拉发布首个双频 GSM 手机，配带尺寸很小的螺旋和鞭状两根天线；再到5G时代，掌中大小的电子产品便装置有8个发射端天线、8根手机端天线。

在人们惬意地享受4G带来的视频通话、5G带来的智能生活的同时，很少人会关注到“天线”这一材料技术的重要性，但不可否认的是，历代的无线通讯技术都离不开先进的天线材料及其技术。

而在无线通讯技术飞跃发展的进程中，离不开一位天线设计专家的默默钻研，他就是宽带磁电偶极子天线和L形探针激励的微带天线的创始人——陆贵文院士。

从微波研究到天线研究

回望如何与天线结下不解之缘，陆贵文院士低头沉思了会儿，将思绪拉到近半个世纪前。

“原本我一直对数学很感兴趣，也计划大学研读数学。”陆贵文院士告诉新材料在线^®，草根阶层出生的他中学时就展现出突出的数学优势，但在大学志愿填报时，考虑到数学领域的就业机会有限，听闻机电工程对数学的应用较为广泛后，1978年，陆贵文选择就读于香港大学电机工程系。

大学时期的陆贵文院士

大学期间，成绩优异的陆贵文院士逐渐对“微波”这个领域产生了浓厚兴趣。毕业后，他选择继续留在香港大学研究微波，攻读硕士学位。

据他回忆，当时他的论文考核导师，是英国首屈一指的微波专家Cullen教授。陆贵文撰写的毕业论文得到了Cullen教授高度评价：“这本硕士论文是我有生以来见过最出色的一本。如果是博士论文的话，也是其中最好的一本。”

基于此，Cullen教授建议香港大学考虑直接给陆贵文院士颁授博士学位。随后，香港大学考虑了Cullen 教授的提议，批准陆贵文院士回收硕士论文，转读博士，一年后再交论文并授予博士学位。“通过这一荣誉，我的学术生涯才真正开始”，陆贵文欣慰地说道。

1993年陆贵文与Cullen教授合影

1985年，获得博士学位后，陆贵文受聘于香港城市理工学院（现为香港城市大学）。入职第一天，时任香港城市理工学院机电工程系系主任的天线专家李启方教授给了陆贵文一项挑战：研究微带天线的理论分析。

尽管博士期间的研究主要集中在微波测量领域，但陆贵文也明显感觉到微波领域相关研究已发展成熟，难以再有更多突破。“正好当时他们刚开始研究微带天线，这对我而言是一个具有挑战性的机会，我喜欢接受挑战。”

1986年，美国芝加哥诞生了第一套移动通讯系统。与此同时，80年代初期的中国，移动通信产业仍然是一片空白。直到1987年，在广东举办的第六届全运会上，蜂窝移动通信系统正式启动，填补了这一空白。

随着全球进入1G时代，天线领域正等待科学家们进行探索，陆贵文坦言︰“当时完全想不到天线原来如此重要”，碰巧被引渡到天线行业的他更没想到自己将会在这个领域留下浓墨重彩的篇章。

2G时代的突破性研究：L形探针天线

在第1代行动通信系统（1G）在国内刚刚建立的时候，很多人手中拿的还是大块头的摩托罗拉8000X，俗称“大哥大”。20世纪90年代，国内已经开始有2G手机出现，1997年，摩托罗拉发布了首个双频GSM手机mr601，置有螺旋和鞭状两根天线。

无论是1G还是2G手机，所用的手机天线均为外置天线，采用单极子天线设计。外置天线由于设置在手机壳体之外，受壳体的体积限制较小，受手机内部电子器件的影响也较小，因此可以获得优异的无线通信性能，但也存在尺寸大、易损坏、不美观、对脑部可能产生辐射等问题。

与此同时，进入香港城大的陆贵文及其团队正在开始研究宽频微带天线并改善其性能。

微带天线是 20 世纪70年代出现的一种新型的天线形式。早在1953 年，Deschamps就提出利用微带线的辐射原理制成微带天线的概念。直到微带传输理论模型以及对敷铜的介质基片的光刻技术发展以后，Munson和Howell等学者才研制出了第一批实用的微带天线。

微带天线有别于传统天线（例如鱼骨形的天线），极为轻薄，而且以肉眼看不见、不影响本身载体的性能为佳。但当时的微带天线带宽即天线可以辐射的频率范围很窄，只有2%至3%。

如何增加其带宽，令天线可以接收多个频道又能降低天线辐射对脑部的影响？

经过多年思考和研究，1998年，陆贵文带领科研团队突破性研发出L形探针天线，让其带宽增至30%的同时还保持合理的辐射特性。正是在陆贵文团队发明的L形探针天线技术的基础上，高性能的双极化天线才得以被制造。人类距离3G通信时代，更进一步。

通常，无线通信技术每10年更新一代，2000年3G开始成熟并商用。第3代移动通信网络（3G）要求更高的数据传输速率，而L形探针天线技术的高带宽性能不仅让其被广泛应用于3G通信上，也在如今的5G通信技术中发挥了关键作用。

助力5G时代的研究：磁电偶极子天线

时间发展到21世纪初，据陆贵文回忆：“当时，内陆对于天线的应用还主要集中在遥感领域，通信领域尚未全面发力”。

手握“L形探针天线”技术法宝的陆贵文开始寻找合适的试验田。

2000年，陆贵文接到清华大学一位教授的邀请，在山东联合开设公司进行研发及生产。此后，这种天线逐渐获得内陆电信公司的采用，也让一直致力于基础研究的陆贵文开始有了与产业界接触的机会。

业正是在这段经历中，陆贵文发现L形探针天线虽然频宽够宽，但是其交叉极化和前后对比有不足之处，对信号传输会产生影响。

meeting Prof Charles Kao at City University of Hong Kong in 2000

原来，手机信号是以电磁波的形式通过基站在不同区域之间进行传播，但是电磁波传输的距离有限，并且随着距离的增加而逐渐衰弱。所以为了让信号能够覆盖的范围足够广，就需要设立很多个基站。

为使基站可以覆盖更大范围，基站覆盖范围往往呈六边形分布，即每个六边形的中心设有一个基站，也就形成了形状酷似蜂窝的蜂窝式频谱通讯。

但采用蜂窝式频谱通讯，就会导致每个蜂窝的频谱都有可能重复，如果某支天线后方发射出来的讯号太强，就会干扰到附近相同频号天线的讯号。“理想的天线模型应是当天线射向前面时，后面的讯号要减弱，不会影响后面其它天线的讯号。”陆贵文解释到。

基于这一思考，2006年，陆贵文及其团队成功研发出了一种性能更高的磁电偶极子天线。这种天线具有宽带、对称方向图、低后瓣和稳定增益等优越性能，并且可以缩小并装置在载体上。因此，该天线在当前的5G基站天线设计等应用场景中备受青睐。

visiting Prof K F Lee in the US about 15 years ago

踏入5G时代，5G天线技术备受重视。

陆贵文透露：“5G手机天线一重要频段是24 -39 GHz，属毫米波的一种，这种载波频率比3G及4G高10倍，业界需要一些相控阵的天线安装在手机里，但如何令相控阵天线的扫描角度够广阔，是未来要克服的难题之一”。于是，陆贵文再次改良技术，研发出了先进的磁电偶极天线，并与国内知名手机公司洽谈了合作。

此外，陆贵文参与研发的多款创新天线，包括微带天线、小型天线、介质天线与互补天线等，现均已应用于全球无线通讯上。

从5G到6G，探索从不止步

能够不断研创和开发出新的天线和技术，陆贵文认为这有赖于工业界的紧密合作，“通过与工业界接触，我们至少知道产业界未来8至10年的需求和趋势，这为我们反馈了很多创意理念，去推进我们的研究，而不会闭门造车。”陆贵文说道。

receiving John Kraus Antenna Award in 2017

在他看来，身为工程师，必须有远见。陆贵文表示：“有时我们未必要跟从当下的需求，身为科学家，我们不应该被应用牵着鼻子走，我们要会预测未来的需求。”

今年9月，由中关村泛联移动通信技术创新应用研究院与无线移动通信全国重点实验室（中国信科）等机构联合举办的6G协同创新研讨会（2023）在北京举行。随着我国行业企业、高校、科研院所纷纷启动6G布局，始终坚持走在业界前列的陆贵文也开始积极参与6G技术的研究。

“6G时代将使用太赫兹频段，是一个频率比5G高出许多的频段，其网络的‘致密化’程度也将达到前所未有的水平。”陆贵文表示，其团队目前已与香港城大太赫兹及毫米波国家重点实验室成员研究掌握了太赫兹技术。

随着现代无线技术的发展，能源接收、太空通讯、太空科技都需要不同类型的天线。陆贵文表示：“未来的天线不但要求更大带宽，还须有其它特点，例如多输入多输出、相控阵与天线小型化。”

而他走的设计路线也确实一直重视“多应用场景导向”。例如，他发明的水天线可研发成未来的透明天线，为无线通讯开创新路向。近年，他更将重点从通讯转到医药，希望利用无线电波应用在电磁人体成像技术上。

陆贵文屡屡突破界限，引领天线技术的创新发展，令数据传输的速度及效率大幅提高。值得一提的是，他将自己90%以上的技术发明都开源化处理，并未申请专利。至今，他发表的论文已达700余篇，出版国际专著4部，也培养了多位国际知名高校优秀学者，并多次获得国际学术会议最佳论文奖和学生最佳论文奖。

在电子工程界的突出贡献让他于2018年获得英国皇家工程院院士的殊荣。回顾自己半个世纪的经历，他坦言：“我自己就是一个生动的例子，我的经历能够告诉所有年轻人，只要付出努力，每个人都有机会创造一番事业。”

receiving the Fellow of Royal Academy of Engineering in 2018

如今，陆贵文仍然在天线领域的研究与指导岗位上发挥着重要作用。陆教授说：“我的事业在香港城大得以发展、研究成果获得国际学术界关注，这些都离不开大学的支持。”作为一个致力于传承学问的学者，他表示：“作为老师，最大的成功感来源于培养出好学生。”

每年过年前后，陆贵文院士都会组织团队和学生们在实验室拍一张热情洋溢的“全家福”。每每谈起自己指导过的学生开始在无线领域发光发热，他总是倍感自豪。展望未来，他希望有更多机会作出更多贡献，但他更期望能为年轻人提供指导，吸引更多年轻人从事科研行业。