孙利滨：想做5G天线“引路人”
文 梁靖卿 黄文静
· 孙利滨 清华大学电子工程系2016级直博生
他每天早上7点起床，晚上9、10点结束实验室工作，和园子里大多数同学一样，简单而规律。
2017年10月的一个夜晚，一篇偶然间看到的论文，让他决定将5G移动终端天线作为研究方向。
他提出了一个解决多天线去耦的原创想法，导师对他说，“你得赶紧给它起个响亮点的名字。”
华为天线方向的第一个“天才少年”聘任书发给了他。他说，我想做5G天线的“引路人”。
他就是2020年清华大学特等奖学金（研究生）得主孙利滨。
孙利滨，电子系2016级直博生，师从张志军教授。他专注于5G移动终端天线的研究，在IEEE Transactions on Antennas and Propagation等领域顶级期刊发表论文十余篇，并担任IEEE TAP、IEEE AWPL等8个SCI期刊的审稿人，获得IEEE TAP颁发的杰出审稿人荣誉，为当年全世界仅有的两位学生获奖人之一。
孙利滨
“这个方向挺难的。”
2017年10月的一个夜晚，孙利滨偶然间看到一篇展望5G手机天线的论文，文章中提到5G手机天线当时面临的困境：如何在极小的空间中“塞下”更多的5G天线，并解决多天线间的互耦问题。
“天线的数量越多，通信的容量就会越高。如果说4G手机相当于一条双车道，那么5G手机是想要提供四车道，甚至八车道。”
然而，为了避免相互干扰，天线之间要间隔一定距离。在手机都想做成全面屏的趋势下，天线设计的空间是非常有限的。如果不能突破这一难题，5G技术将陷入瓶颈期。孙利滨敏锐地察觉到这将是一个非常有前景的研究方向，于是和导师商定将其作为博士研究课题。
孙利滨的导师张志军教授曾在美国从事过苹果手机的天线设计，出于对领域前瞻性的判断，张老师回国后建议学生选择更具创新意义的方向，并强调不能仅关注工程上的优化。在听到孙利滨的选题方向后，张老师说：“这个方向挺难的”。这句话既预示了研究的难度，又肯定了研究的前景。
华为天线方向的“天才少年”
如何突破技术瓶颈？孙利滨的答案是：创新。
“相较于花大量时间进行细节的把控，无论是精心打磨图表，还是精益求精地花大量的时间做实验、调数据，得到一个非常好的结果，我的想法可能会不太一样，我会花最多的时间想一个原创性的点子。”
对自己科研的原创性，孙利滨的要求近乎严苛。他曾经完成了一个调试了将近4个月的工作，最终因为对结果和文章的创新性不太满意而放弃了投稿。因为类似的原因，他已经放弃了很多工作。很多人也许不理解他的做法，不过对于孙利滨来说，最有成就感的并不是发文时刻，而是灵光乍现之时。“科研其实就像打游戏一样，用原创的想法‘打怪升级’，攻克难关。”
为攻克5G天线的难关，孙利滨花了很长时间去摸索。“先是自己构思，然后跟导师讨论，不断被否定，然后继续想，这个过程循环了好久。”在摸索的过程中，想法从稚嫩逐渐走向成熟。于是他就开始做一些仿真实验，“但有时仿真实验也做不出来，就是说明刚开始的想法可能就是错的，或者某一步出了问题，就回去重新想。”
终于，原创的点子“打倒”了5G天线这个“怪”。
基于正交模式法的5G天线设计
已有的集成多天线设计方案是利用额外的去耦结构消除多个天线间的干扰，不但解耦效果不好，而且占用了稀缺的设计空间。孙利滨另辟蹊径，设计两个具有正交模式特性的同频5G天线。这样无论它们距离多近，也不存在互耦干扰。张志军老师将这一成果在华为天线技术大会上进行汇报，受到了众多工业界技术专家的青睐。华为随即与张老师团队签订协议，共同解决5G手机天线中的瓶颈问题。这一技术最终被应用到了华为的旗舰手机中，实现了手机中最先进的天线设计与最多的5G天线数量。
正交模式法虽能解决天线间的互耦干扰问题，但它始终解决不了天线性能不一致、天线尺寸大、无法集成更多天线等难题。于是孙利滨又提出一个全新的角度，通过共模和差模的叠加将多天线去耦问题等效为不同模式的阻抗匹配问题，这样不仅可以大大减小集成多天线的设计复杂度，而且可以实现更高维度的多天线集成。导师听完他的思路后激动地说：“你得赶紧给它起个响亮点的名字。”孙利滨将这一方法命名为“模式抵消法”。基于该方法，原先正交模式法中存在的各种问题都得到了解决，实现了集成一体化5G天线的一致化、小型化与宽带化。之后，孙利滨又进一步提高集成度，实现了世界上第一款宽带集成一体化四天线乃至八天线的设计，为下一代移动通信技术奠定了基础。
基于模式抵消法的5G天线设计
由于在5G手机天线领域的突出成果，华为公司向孙利滨发出了“天才少年”聘任书。在面试时，华为首席天线专家王汉阳老师评价说：“模式抵消法具有创新性，给目前难以解决的多天线去耦问题提供了新的思路，在手机天线设计中将大有用处。”
华为“天才少年”受聘仪式（中间为孙利滨）
“我把整面墙的专业书都读了一遍。”
不过，这位“天才少年”并不认为自己是“天才”。“我觉得我天赋不是很好，来到清华发现了身边很多人脑子转得很快，情商也特别高，还是能感受到差距的。”
刚开始读博时，孙利滨甚至完全听不懂导师的课。当导师让他选择在第一年是否进组做科研时，他决定暂不进组。博士一年级，没有科研任务的孙利滨通过大量阅读的方式来打基础。图书馆里有一面墙都是专业书，孙利滨将大多数都读了一遍。读完之后就去阅读导师和所有师兄们的毕业论文，然后再读其他课题组的论文。孙利滨将自己读过的电子文献都放在一个文件夹里，陆陆续续已经存了20GB，算下来大概有4000到5000篇文献。“我们组的传统就是文献阅读量较大，导师要求我们不能只局限在自己的领域里学习。”
2020年孙利滨参加并担任国际会议IEEE APMC的Session Chair（分会场主席）
“读文献并不是单纯的阅读，也要带着批判性思维去讨论，因为即使是发在顶刊上的文献，也不能完全相信数据的真实性和思路逻辑的正确性。”每个月孙利滨所在的课题组都会一起讨论顶刊中新发表的所有文章。“我们先不看作者怎么写的，而是基于呈现出的结果，自己去想象如何解释文中的现象，然后再去看文章中是怎么解释的，考察文章的解释是否成立。”
2019年孙利滨获得顶级期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation的杰出审稿人
每天大概7点起床，7点半到实验室，晚上9、10点结束工作。晚上有时会去跑步，每周3～4次，每次大概5公里。一般不熬夜，周末的时候会看些哲学、心理学的书，一般也会抽出半天时间出去玩……就像园子里大多数同学一样，孙利滨的生活低调而普通、简单而规律。但这样的日程表一天天积攒下来，却是令人震撼的厚积薄发。
“哪有什么天才少年，这都是无数日夜努力奋斗的结晶。”
“我现在也在做6G的研究。”
技术研究和理论研究何者更重要？
孙利滨认为，两者具有同等价值。“1864年，麦克斯韦预言了电磁波的存在，过了24年，1888年赫兹通过实验证实了电磁波的真实存在，又过了17年，在1905年马可尼才把电磁波真正运用到无线通信上，整个无线通讯体系才真正建立起来，改变了人们的生活。”
目前，我们在基础研究上和国外差距较大，应用技术上的差距在逐渐缩小。“这可能和整个社会的价值取向有关系，大家觉得技术研究更容易出成果，于是更愿意去做技术研究。我觉得需要让科研工作者们真正沉下心来做自己喜欢的事情，以他们所做的事情的意义和价值来做评价，而不是以论文的数量或拿到的经费来衡量他们。”
技术研究和基础研究同样是相互促进的关系。“大学里这两块都不能缺，技术要往产业化方向做，跟公司有深入的合作，做真正社会有需要的研究。”
孙利滨的第一份成果发表之后，很快收到了工业界的响应。华为积极地前来寻求项目合作，他们觉得这个方向“还可以继续深挖”。从5G到6G，中间有很多技术瓶颈亟待突破。移动通信到了毫米波甚至太赫兹频段之后，天线的形式会发生很大变化，也会面临更高的要求——不仅仅是尺寸，还有它的辐射性能，以及整个天线的设计框架。
在工业界的需求下，孙利滨有了新的目标和研究内容：“我现在也在做6G天线的研究。”
谈及自己的未来打算，孙利滨打算先去工业界沉淀几年，“我们当前在学术界看到的一些研究和成果，很多其实是没有办法实现产业化和实际应用的，这和我们缺乏业界的经验有关”。在工业界了解真正需要什么样的技术，什么样的成果有应用价值，积累足够的积淀之后，孙利滨可能还是想跳出企业来做一些前沿研究：“我还是想能够在一个空白领域做出自己的成果，希望自己的成果能被写进教科书。”
在特奖申请材料中，孙利滨写道：“虽然手机天线领域已经很久都没有技术突破，逐渐沉寂在学术界，但我毅然决定去啃这块难啃的硬骨头，因为我想做5G天线的‘引路人’。”
何谓“引路人”？孙利滨说：“就是当技术瓶颈出现的时候，我就去做方案解决它。”
在采访的过程中，孙利滨的声音不急不缓、波澜不惊。如果说闪亮的创新点是那粼粼波光，波光之下则是宁静致远的力量。