美国主要大学EE学科学术方向简介

电气工程（Electrical Engineering?简称EE）是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活工作模式等等。从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。正因为此，电气工程的教育和科研一直在发达国家大学中占据十分重要的地位。 美国大学电气工程学科在机构名称上有的学校称电气工程系，有的称为电气工程与信息科学系，有的称为电气工程与计算机科学系等等。该学科（系）在科研、教学及学术组织形式上与国内电气工程学科有较大不同。了解国外学科状态及教学、科研方向，对调整我们的学科方向、提高教学、科研水平具有十分重要的作用。美国4年制本科大学约有2320所，其中按学校综合实力排名或者按研究生院水平排名占前50名的大学，一般认为是美国的一流大学。作者重点收集整理了美国Stanford大学，MIT，加 州大学Berkeley分校、Los Angeles分校、San Diego分校，Cornell大学，宾州大学，加州理工学院，Princeton大学，西北大学， Maryland大学，哈佛大学，John Hopkins大学，Yale大学，Duke大学，Columbia大学，Michigan大学，Georgia理工学院，Illinois大学等50所名牌大学电气工程系（学科）的教学、科研概况，初步归纳出电气工程的概念、影响因素及11个主要研究方向。由于上述大学电气工程学术领域十分宽泛，有些专业术语闻所未闻，因此在翻译上可能有不准确之处，恳请专家学者批评指正。 [b]一、电气工程的定义 [/b] 传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本已经十分宽泛，但随着科学技术的飞速发展，21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴，斯坦福大学教授指出：今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。本领域知识宽度的巨大增长，要求我们重新检查甚至重新构造电气工程的学科方向、课程设置及其内容，以便使电气工程学科能有效地回应学生的需求、社会的需求、科技的进步和动态的科研环境。 [b]二、影响电气工程的主要因素 [/b] 今后若干年内对电气工程发展影响最大的主要因素包括： 　　1、信息技术的决定性影响。信息技术广泛地定义为包括计算机、世界范围高速宽带计算机网络及通讯系统，以及用来传感、处理、存储和显示各种信息等相关支持技术的综合。信息技术对电气工程的发展具有特别大的支配性影响。信息技术持续以指数速度增长在很大程度上取决于电气工程中众多学科领域的持续技术创新。反过来，信息技术的进步又为电气工程领域的技术创新提供了更新更先进的工具基础。 　　2、与物理科学的相互交叉面拓宽。　由于三极管的发明和大规模集成电路制造技术的发展，固体电子学在20世纪的后50年对电气工程的成长起到了巨大的推动作用。电气工程与物理科学间的紧密联系与交叉仍然是今后电气工程学科的关键，并且将拓宽到生物系统、光子学、微机电系统（MEMS）。21世纪中的某些最重要的新装置、新系统和新技术将来自上述领域。 　　3、快速变化。技术的飞速进步和分析方法、设计方法的日新月异，使得我们必须每隔几年对工程问题的过去解决方案重新全面思考或审查。这对我们如何聘用新的教授，如何培养我们的学生有很大影响。 [b]三、教学与科研领域 [/b] 美国主要大学电气工程学科的教学与科研领域简要归纳为11个方向：它们是通讯与网络，计算机科学与工程，信号处理，系统控制，电子学与集成电路，光子学与光学，电力，电磁学，微结构（Microstructure），材料与装置，生物工程。 　 为了节省篇幅和突出重点，下面仅仅介绍各学术方向中的主要内容。 　　1、通讯与网络 　通讯与网络是目前很热门的学科方向之一，主要包括无线网络与光网络，移动网络，量子与光通讯，信息理论，网络安全，网络协议与体系结构，交互式通讯，INTERNET运行性能建模与分析，分布式高速缓存系统，开放式可编程网络，路由算法，多点传送协议，网络电话学，带宽高效调制与编码系统，网络中的差错控制理论及应用，多维信息与通讯理论，快速传送连接，服务质量评价，网络仿真工具，网络分析，神经网络；信息的特征提取、传送、存储及各种介质下的信息网络化问题，包括大气、空间、光钎、电缆等介质等。本方向与信号处理，计算机，控制与光学等广泛交叉。 　　2、计算机科学与工程 　　计算机科学与工程涉及领域较宽广，包括计算机图形学，计算机视觉技术，口语系统，医学机器人，医学视觉，移动机器人学，应用人工智能，有生物灵感的机器人及其模型。医疗决策系统，计算机辅助自动化，计算机体系结构，网络与移动系统，并行与分布式操作系统，编程方法学，可编程系统研究，超级计算技术，复杂性理论，计算与生物学，密码学与信息安全，分布式系统理论，先进网络体系结构，并行编辑器与运行时间系统；并行输入输出与磁盘结构，并行系统、分布式数据库和交易系统，在线分析处理与数据开采中的性能分析。 　　3、信号处理 　　信号处理技术是现代电气电子工程的基础。包括声音与语言信号处理，图象与视频信号处理，生物医学成像与可视化，成像阵列与阵列信号处理，自适应与随时间变化的信号处理，信号处理理论，大规模集成电路（VLSI）体系结构，实时软件，统计信号处理，非线性信号处理与非线性系统标识，滤波器库与小波变换理论，无序信号处理，分形与形态信号处理。 4、系统控制 　　系统控制包括鲁棒与最优控制，鲁棒多变量控制系统，大规模动态系统，多变量系统的标识，制造系统，最小最大控制与动态游戏，用于控制与信号处理的自适应系统，随机系统，线性与非线性评估的设计，随机与自适应控制等等。 5、电子学与集成电路 　　本领域包括微电子学与微机械学，纳电子学（Nanoelectronics），超导电路，电路仿真与装置建模，集成电路（IC）设计，大规模集成电路中的信号处理，易于制造的集成电路设计，集成电路设计方法学，A/D与D/A转换器，数字与模拟电路，数字无线系统，RF电路，高电子迁移三极管，雪崩光电管，声控电荷传输装置，封装技术，材料生长及其特征化。 　　6、光子学与光学 　　在美国大学，光子学与光学属于电气电子系的关键方向之一。本方向包括光电子学装置，超快电子学，非线性光学，微光子学，三维视觉，光通讯，软X　光与远紫外线光学，光印刷学，光数据处理，光通讯，光计算，光数据存储，光系统设计与全息摄影，体全息摄影研究，复合光数字数据处理，图象处理与材料光学特性研究。 7、电力技术 　　此方面主要包括电气材料学与半导体学，电力电子及装置，电机，电动车辆，电力系统动态及稳定性，电力系统经济性运行，实时控制，电能转换，高电压工程等。 　　8、电磁学 　　本方面包括卫星通讯，微波电子学，遥感，射电天文学，雷达天线，电磁波理论及应用，无线电与光系统，光学与量子电子学，短波激光，光信息处理，超导电子学，微波磁学，电磁场与生物媒介的相互作用，微波与毫米波电路，微波数字电路设计，用于地球遥感的卫星成像处理，子毫米波大气成像辐射线测定（Submillimeter－Wave Atmospheric Imaging Radiometry），矢量有限元，材料电气特性测量方法，金属零 件缺陷定位。 　　9、微结构Microstructure 　　作为微电子学革命的发源学科，固体电子学技术现在又产生了另一个新的重要的技术领域--微机电系统?Micro－Electro－Mechanical Systems MEMS。MEMS是一个极端多学科交叉的领域，对许多工程与科学领域有重大影响，尤其是电气工程，机械工程，生物工程等等。最近的研究表明微加工（Micromaching）为推动化学工程、材料工程、生物学、物理化学的前沿发展提供了强大的工具。MEMS的最基础方面是微制备技术的加工知识，制造微小结构的方法。正是MEMS技术使我们能够制造超声微喷流（Microjet）和微米尺度电机，能在一硅晶片上制造纳米尺度扫描隧道显微镜 nanoscale scanning tunneling microscopes，能制作用于测量精细胞活性的微迷宫。 　　10、材料与装置 　　电气电子材料及其装置是美欧大学电气学科中的重要学科方向之一。这一学科包括光电子装置仿真，纳结构电子学，半导体与微电子学，磁性材料、介电材料与光材料及其装置，固态物理及其应用，小型机械结构及其激励器，微机械与纳机械装置 （Micromechanical and Nanomechanical Devices），物理、化学和生物传感器，装置物理学及其特征化，设备建模与仿真， 纳制备（Nanofabrication）与新装置，微细加工（Microfabrication），超导电子学。 　　[b]11、生物工程 [/b]　　生物、生命科学是21世纪的最活跃学科之一，利用电气电子技术进行生物生命研究是美欧大学电气学科的特点之一。本方面包括生物仪器，生物传感器，计算神经网络，生物医学超声学，微机电系统（MEMS），神经系统中信号的传递与编码，高能粒子与生命物质的相互作用，高能粒子束与高能X光在治疗肿瘤中的临床应用，医学成像，生物图象处理，磁共振成像，发射型计算机断层摄影术（PET　和SPET），超声成像，超声成像的三维重建，心脏成像的特征提取，PET/SPET成像中衰减校正，神经微电子界面，血管内的成像，聋瞎病人感官辅助系统，盲人阅读机，自动语言识别等。 　 [b]四、美国国家自然科学基金委员会（NSF）电气工程学科简介 　 [/b] 美国大学是承担NSF资助项目的主要单位，　NSF资助的项目代表着美国基础研究和应用基础研究的最高水平。因此了解NSF中电气工程学科的资助重点，可以使我们从美国的国家需求高度，宏观了解美国在该学科领域的发展方向。 　　美国NSF在工程领域的资助范围包括：生物工程与环境系统，建筑学与机械系统，化学与运输系统，设计、制造及工业创新，电气与通讯系统，工程教育等。 　　在电气工程与通讯系统领域中，第一重点资助的学科方向是微电子学（Microelectronics）、纳电子学（Nanoelectronics），光电子学，微机电装置，以 及将它们集成到电路和微系统中。第二重点资助的学科领域是系统的分析与设计原理。它包括学习与自适应系统，分布式系统与网络，混合离散--连续表征方法，高性能仿真与特定域计算，基于生物原理的搜索和优化算法等。 　　综合上述内容表明，美国大学的电气工程包括了以电子和光子为基础的几乎所有工程领域，如此宽广的学术内容体现于电气工程系的课程设置，学生培养方向和科研课题之中，这无疑会培养学生在电气工程领域打下宽广而深厚的理论基础。立即咨询