电磁场与微波技术专家陈敬熊：长剑当空舞，天眼傲苍穹

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10月16日是中国工程院院士陈敬熊先生99周岁生辰，他是我国天线理论和制导雷达天线设计领域的主要开拓者、电磁场与微波技术专家。在此祝先生生日快乐、寿比南山！

陈敬熊

2019年10月1日，红旗-22防空导弹在庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵上公开亮相。红旗系列防空导弹在我国的地空防空体系中占有重要地位，各型号导弹既能够独立进行防空作战任务，又能够与其他型号的地空导弹武器系统混编组网作战，这些防空导弹在我国的地空防空体系中发挥着强大的作用。

陈敬熊曾领导我国第一代地空导弹“红旗一号”制导站的天线攻关工作。从20世纪50年代起，他就从事导弹与航天型号研制工作，在天线理论和技术上贡献卓著。他的学术论著《电磁理论中的直接法与积分方程法》对天线工程具有重要的指导作用。

求学报国，投身新中国电信事业

1921年10月16日，陈敬熊出生于浙江省镇海县压赛堰乡（现属宁波市江北区甬江街道）。因父辈经营纸张生意，家道殷实富裕。

1928年，7岁的陈敬熊进入当地私塾（后改为競时小学）读书。1935年，为了接受新式教育，14岁的陈敬熊被父亲送到宁波上学。1938年夏天，陈敬熊全家移居上海，他也转学至上海继续求学。

1943年夏，陈敬熊高中毕业，同年秋天，考入上海大同大学电机系。1947年大学毕业的他被分配到国民政府交通部第二区（苏、浙、皖）电信管理局工作。

1948年秋，陈敬熊报考交通大学研究生，在众多竞争者中脱颖而出，成为交通大学电信研究所的一名研究生。

1948年，陈敬熊入学国立上海交通大学就读的保证书

在交通大学的两年里，陈敬熊按照培养方案完成了课程学习，在导师张仲俊和指导老师陈季丹的指导下完成了毕业论文《有空隙的圆锥振子天线》（Biconical Antemna With Gap）。

1950年7月，陈敬熊国立交通大学电信研究所研究生毕业证书

1950年7月，陈敬熊从交通大学电信研究所毕业，他与同学熊继衮被分配到华东邮电管理局工作。由于机关的管理工作不能发挥所学，经熊继衮的本科同学蒋通推荐，1950年8月，他们被调往北京邮电部电信科学研究所，从事通讯天线设计。

当时解放军正在朝鲜作战，为了解决部队坑道战时通讯问题，陈敬熊与同事们一起承担了地表面波传播及架于贴近地面或埋入地下军用短波天线的研究工作。在没有资料可以借鉴的情况下，他潜心钻研电磁场理论，从解决麦克斯韦方程边值问题入手，计算出天线上的电流分布和不同介质的传播常数，从而计算出天线的方向图。

为了验证理论推导的正确性，陈敬熊与同事一起进行了大量的实验验证。通过不懈的努力，他解决了战时天线的输入阻抗及传播常数的计算等一系列关键问题，并发表了论文《地面波的传播》。

此后，陈敬熊结合研究所的工作任务开展了一系列通讯天线研究工作。1957年，他和李桂生合作完成了《架于地面附近天线性能的研究》论文，发表于中国人民解放军电子科学研究院主办的《电子学研究》1957年12月第2期。这项成果从理论分析入手并经试验核实，解决了通讯天线的关键问题。

他们推导出的创新性计算公式，为军用通讯天线设计提供了理论依据，也为部队正确使用短波线天线提供了理论指导。

摩厉以须，踏上航天新征程

1957年，陈敬熊调入国防部第五研究院二分院——导弹控制系统研究分院，成为新中国航天事业的创业者。

当时，二分院正在开展代号“1059”（定型后代号：东风一号）导弹的仿制工作，陈敬熊首先从事的是“1059”导弹天线的理论分析与计算。

由于防空导弹天线和导弹结构密切相关，天线也是导弹结构的一个部分，其电气参数与导弹外形有关，所以导弹天线设计与地面天线不相同，有其特殊性。通过分析，陈敬熊和他的同事们以高速飞行器天线绕射问题的研究作为工作重点，对导弹天线的理论计算进行了一系列开创性的基础研究工作。

1959年，陈敬熊率先在国际上提出“Maxwell方程直接求解法”。根据这种解法，对于以柱体为边界形状的边值问题，其轴向电场与磁场各自满足关于电流源与磁流源的非齐次波动方程，而场强的其他分量可以由此导出。这种方法较70年代美国人戴振铎提出的并矢格林函数法要早10余年，且运算更为简单、易于掌握、比较直观、不易漏项。

陈敬熊利用直接求解法，对金属圆锥体和圆柱体在各种激励下的电磁波绕射问题，以及求解有源电磁场的边值问题都做了系统的研究，推导出了一系列的基本公式并通过实验验证其正确性，从而简化了此类问题中的计算过程。他对金属圆锥体、圆柱体、抛物柱体等设计计算公式的推导，为导弹上天线设计提供了理论依据。这是陈敬熊的一个重要理论成果，也是他在学术上的一个里程碑。

《电磁理论中的直接解法与积分方程法》

这一理论被编入陈敬熊和李桂生合著的《电磁理论中的直接解法与积分方程法》，于1987年由科学出版社出版。

攻坚克难，解决制导站天线难题

1958年，二分院开始仿制苏制“C-75”导弹武器系统，五院和部队称该产品为“543”。陈敬熊也参加了此项工作。

1964年，“543”全部样机生产完成，开始定型试验，经过5次打靶试验，国家武器定型委员会批复“同意‘红旗一号’战斗弹初步定型”。

然而，由于制导站在大多数雷达工作频率上天线的系统误差超过技术条件的规定，未能和导弹一起定型。

当时，美蒋飞机入侵侦察活动日趋频繁，我军迫切需要部署更多的地空导弹武器系统。在这种形式下，国家武器定型委员会一方面于1965年6月批准了制导站和地面设备初步定型报告，同意投入小批生产，以解决部队装备的燃眉之急；另一方面要求设法解决天线的系统误差问题。

1965年7月，第七机械工业部副部长钱学森指名二院二十三所副所长陈敬熊负责组织攻关小组，解决制导站天线系统误差问题。按照钱学森副部长的指示，陈敬熊、李桂生奉命赴西安786厂，与已经在厂参加生产和调试的张惠杰、曹正国、彭润初、尹若冰、杨相珍五名同志组成攻关小组。

当时，786厂已生产出24部制导站天线，由于性能指标不合格，不能出厂，面临报废。

攻关小组深入现场做了大量的调查研究，查看不合格天线的各种图表，认真分析厂里实验的数据。在半年时间内，通过深入的理论分析和上百次的试验后，他们找到了天线误差和频率关联这个关键性的突破口。陈敬熊通过分析天线误差与频率相关的原理，提出了高次模再辐射是引起天线动态系统误差超差的直接原因，他采用Wiener-Hoph方法严格求解了辐射器内激励出的传输模的场分布，通过简化，计算出经喇叭口辐射出去的次级方向图，并根据此公式，画出高次模的场分布。

根据陈敬熊给出的这一论断，攻关小组的李桂生进行了定量计算，理论上证明了在扫描范围内的系统误差的快速变化，并给出了定量结果。

李桂生在天线攻关报告中详细进行了分析和计算，在结论部分他写到：

“经过了严密的数学推导计算，证明了空间方向图的失真是和辐射器激励出的二次模成比例的。只要有-40分贝的能量就能产生1分数量级的相对测角误差，而一般情况下，二次模的能量在-30分贝左右，足以造成1分以上的测角误差，这是造成系统误差的根本原因。”

找出了“543”天线系统误差是由二次本征模干扰所致这一问题后，接下来，他们全力以赴地投入到寻求二次反射部位的紧张工作中。

在某种“特定”条件下大幅度影响天线性能的反射部位非常少。为了最后确定这个反射点，攻关小组决定对反射点逐个测试，通过实验来确定。

786厂的天线试验场，在距厂区几十公里外的郊区，通往山顶的小路曲曲弯弯，沿着六十多度的陡坡向上延伸。山上设备简陋，无论是烈日炎炎的盛夏，还是北风凛冽的寒冬，攻关小组都坚持在测试岗位上，对所选定的反射点进行测试。这种测试要求很高，每测一种状态，都要记录25个频率数据，然后再将这些数据人工画成曲线，进行判读和计算。陈敬熊经过对大量测试数据的分析，判断这个反射点部位是在天线的辐射器处，攻关小组经过反复测试验证了他的判断，找到了关键反射点。

反射点找到了如何解决呢？陈敬熊提出要在辐射器的背部开槽，安装一个波导负载用来吸收二次反射波。由于要改动工厂已生产出来的天线，需要修改苏联原有的设计，为了慎重起见，陈敬熊回到北京向钱学森副部长作了详细汇报。钱副部长当即表态坚持攻关小组的方案，并亲自给厂方打电话，要求厂方支持陈敬熊的意见。1966年1月改装后的天线进行了试验。实验结果证明陈敬熊和攻关小组提出的方案是完全正确的，陈敬熊提出的理论机理得到了实践证明。

当时，面临报废的24部不合格天线按照陈敬熊小组的方案进行改装后，实验证明天线满足使用要求，且改造后的天线指标超过了进口天线。天线关键问题突破了，攻关小组成功了。

制导站天线问题解决后，“543”的仿制工作全部结束。之后，国家将整个武器系统“红旗一号”投入批量生产，装备到部队，加强了中国的防空力量。

“红旗二号”地空武器系统制导站天线

陈敬熊攻关小组在“543”制导站天线设计中的创新技术继续运用到了“红旗二号”“红旗二号甲”等后续型号的天线设计中，为国防建设做出了突出贡献。

1984年，国家批准此项技术创新为国家发明一等奖。陈敬熊、李桂生名列第一、二位。

1984年，陈敬熊获得的地空武器系统关键技术国家发明一等奖证书

桃李不言，下自成蹊

1970年，陈敬熊负责“715”相控阵雷达研制。他在相控阵天线的研究中，从Maxwell方程出发，推导出了一整套天线输入阻抗随扫描角变化的计算公式，并从理论上弄清楚了相控阵天线产生盲区是由于天线的输入电导为无限大造成的，否定了美国Oliner等人提出的关于“盲点”产生的理论，发表了《相控阵天线“盲点”问题》。

这项成果荣获了1978-1979年度国防科工委科技进步奖二等奖，为相控阵天线设计提供了理论依据。

80年代初，他在担任七机部第二研究院二十三所副所长期间，跟踪技术前沿，与同事开展了微带天线的理论研究。根据研究成果，他们发表了《微带天线理论与实践》论文，为我国微带天线早期研究提供了理论依据，荣获部级进步奖三等奖。

除此之外，他曾担任中国电子学会《天线学报》副主编（1986年），中国电子学会理事（1980年），北京市第五届政协委员（1978年）。

陈敬熊治学严谨，敢于创新，在学术领域取得显著成就，先后获国家发明一等奖一项、国防科工委重大科研成果二等奖两项、部级科技进步二等奖一项、部级科技进步三等奖两项。1977年，他被评为“北京市科学技术先进工作者”；1989年，被评为航空航天部“优秀研究生导师”；1991年，被评为航空航天部“有突出贡献的老专家”，享受国务院政府特殊津贴；2006年被授予中国航天事业50年“杰出贡献奖”称号。

陈敬熊作为一名电磁场领域卓越的技术专家，在他所处的专业技术领域中指方向、组队伍、攻难关、育新人。在这其中，曾有过曲折与艰辛，但更多的是成功的喜悦。

长剑当空舞，天眼傲苍穹。航天导弹事业经历了六十多年的风风雨雨，从无到有，持续发展，已成为我国强大的空天防御力量。今天，回忆第一代航天创业者的奋斗历程，将激励我们继往开来，砥砺奋进，开创更加辉煌的未来。

文：安洁，中国航天科工集团第二研究院二十三所科技委秘书长