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留学方案科普|EE专业究竟是学什么的?

时间:2020-05-18 18:20:10 收藏0 阅读 评论0 点赞0
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国内关于电子电气工程(EE)的大小专业分类比较乱,每个学校都不太一样。所以,在报考/申请专业大类的时候,一定要去了解每个学校的大专业在大三以后分成小专业的情况。如果能够问到相关学校的学长学姐当然最好。问不到的话也不用担心,可以去每个学院的网站上查看。
想留学,没方向?还不点我快来聊?

什么是EE

电子工程(Electrical Engineering),经常简称为EE,是信息技术的基石,研究一切与电有关的现象,理论,及其应用的工程学科。

电子工程学科的包含很广,从大型的输变电网络到微小的电子运动,再到虚拟的信号处理和控制理论研究全部囊括其中。在一般人的印象里,电子工程往往与硬件联系在了一起。其实并不然,电子工程的研究领域同时包含了软件和硬件。所以电子工程与别的学科也有紧密的联系,例如计算机科学,物理学,化学,乃至生物学


一、EE专业的细分方向

EE专业之所以在申请的时候比较麻烦,是因为一些同学可能对EE的细分方向不够了解,或者本科学的偏power方向的,要转到弱电领域(或者相反),这就会增加申请的难度。


大的方向分强电和弱电,强电一般是指power这个方向,有关电力、能量的。

power方向:

主要涉及电力系统/电力网监控,分析和控制。 大量科研都在distributed system/smart grid方向,涵盖很多其他领域例如controls,optimization,还有power system simulation/visualization (data science)等等。一般也会有electrical machines 和power electronics design。

弱电主要分三类:

一以硬件为主,就是集成电路这块,包括电子器件、电子信息和计算机网络可能都有交叉的部分;

二是网络通信工程,包括与计算机结合的部分,如光电、光学等等也略有涉及;

三数字与信号处理,声音、成像、语音系统,甚至是系统控制等。

在方向的分类上,很难有一个标准的分类方法。有人把EE涉及的内容分四个大方向,包括Electronic Devices and Circuits、Communication,control and Signal Processing、Electromagnetics&Solid State和Computer engineering。有的人又把四个大方向又分成十几个小方向。一般情况下,学校只会开设其中的几个小方向。

下面我简单介绍一下EE与CS的区别,与数学、物理的关系,还有国内常见的EE下面的小专业。

一、电子/电气工程与计算机有什么关联和区别?与数学、物理的关系又如何?

计算机偏软件,PhD之后除了特别几个领域(e.g. 机器人)会与硬件打交道以外,多数都只与软件(数学+编程)打交道了。而电子/电气偏硬件,数学和动手都很重要。计算机科学基本不怎么用到物理知识,但物理对于电子/电气的大部分分支还是很重要的。在数学知识上,计算机与电子电气又有不同侧重。一般来说,计算机用到的是离散数学(discrete math),而电子电气用到的是连续数学(continuous math)。所以集合论、数理逻辑、概率论对计算机更有用,而微积分、数分、统计则对电子电气更有用。当然也有例外,计算机中到了研究生后的一些领域(如人工智能、机器人、机器学习、网络)的许多理论还是会用到连续数学的知识,这也是为什么编程基础好的数学系、电子系的本科生也常常能在博士阶段直接转成计算机。就业来说,计算机通常易于电子/电气,但并不绝对。

二、电子/电气信息工程在本科有哪些具体专业分支?

  1. 电子信息工程(Electronic Engineering):弱电。喜欢焊电路板的就选它吧。。。

  2. 电气信息工程(Electric Engineering):强电(比较糙)。管电力传输之类的,就业可以进设计院和国家电网。

  3. 通信(Telecommunication):课程挺有意思的,数学好的话很有帮助。喜欢抽象概念的同学应该会喜欢学。专业基础课有信号与系统、通信原理。据说就业没有10年前好了。

  4. 微电子(Micro-electronics):这个非常偏理论,所以据说不好找工作。对物理要求很高。如果对学术有兴趣的可以考虑。我个人是非常喜欢它学的相关理论的(半导体物理),很有意思。PhD后可以转作微电子材料如半导体,电子仪器(有个方向就叫micro-electronic devices吧)。好像搞量子物理在材料、仪器中的应用,也是这个方向的人在做。

  5. 微波(根据下面的评论,还是把微波挪出来吧):最基础的课程是电磁场与电磁波,麦克斯韦方程是最基础的公式,相关课程很有趣。答主本科的时候有接触过一些算天线/雷达散射截面的项目。但据说比较难找工作,企业需求量不大,部分项目也会带有军方背景。PhD后可以做天线的理论研究;从事天线、雷达研发的工作;听说也可以去做芯片的企业(因为会算电路间的干扰)。

  6. 自动化(Automatic Control)专业课有自动控制理论、数控等。对转计算机的部分分支PhD有帮助,其理论基础与人工智能、机器学习、机器人相关。


目前热门申请专业方向:

数据驱动的分析和计算

赶上人工智能和大数据的这波热潮,不仅是计算机系(Computer Science)大力开设与大数据、人工智能相关的项目,与CS紧密相关的电子工程系也纷纷上马了与人工智能和大数据相关的项目。

毕竟电子工程系的许多教授也一直在从事人工智能和大数据方面的研究工作,特别是信号处理(Signal Processing)和图像处理(Image Processing),这些一直是电子工程专业的内容。而现在的人工智能的很多热点问题,比如计算视觉(Computer Vision),本来也都是图像处理衍生出来的研究话题。

专业方向:

网络和无线和移动通信

网络和无线通信,这两个方向相辅相成,通常是连在一起的。通信技术主要包含传输接入、网络交换、移动通信、无线通信、光通信、卫星通信、支撑管理、专网通信等技术。

例如现在热门的5G,就是一种移动通信技术,联想到由此引起的中美贸易争端,可见5G的重要性。

1G时代(1970-1990):主要以AMPS,NMT,TACS等技术为基础,传输速度只有15KB每秒,因此那时的移动通信只能传输语音,也就是俗称的“大哥大”。

2G时代(1990-2000):以CDMA和TDMA技术为基础,传输速度没有起到质的提升,所以那时的诺基亚手机基本上不能上网。

2.5G-2.75G时代(2001-2004):GPRS技术开始成熟并商用,传输速度超过了100KB每秒,手机上网开始变得流行

3G时代(2004-2006):CDMA2000,UMTS和EDGE的出现,使得传输速度突破了1MB每秒,手机能做的事情越来越多,智能手机开始逐步出现

3.5G时代(2006-2010):HSPA技术的商用使得移动互联网开始迅速发展,传输速度也逐步提升,手机已经可以开始看视频了

4G时代(2010年以后):Wi-Fi,WiMax,LTE技术开始成熟,传输速度甚至可以达到100MB每秒,甚至出现了“忘记关流量房子没了”这样的段子。

5G时代(2019年以后):OMA,NOMA和LTE技术的升级,使得传输速度可以突破1GB每秒,秒开4K视频,延时成为过去式,频谱效率更高、速率更快、容量更大的无线网络已成为现实。智能终端普及应用及移动新业务需求持续增长,无线传输速率需求呈指数增长,未来移动通信的应用需求将在5G的时代得到完美解决。

专业方向:

智能电网/智慧城市

这个方向就是传统的强电方向,在国内一般叫电力工程,英文是power electronics,主要涉及电力、电网系统的监控、分析与控制等。主要的科研集中在分布式系统和智能电网等。随着智能电网,能源等方向的发展,这个方向算是从夕阳产业变成了朝阳产业

专业方向:

系统生物学与神经工程

这个方向传统是EE与生物学的交叉分支,旨在运用工程原理去学习和控制生物进程,把数学和物理学的概念引入到药学和生物学中去。

以生物传感器为例,这种生物仪器的工作原因是利用生物要素与物理化学检测要素组合在一起对被分析物进行检测。此外,对于人体生物信号的分析处理,比如对脑电信号在外界刺激下的反应,也是一个重要的研究方向。

最近大火的人工智能也促进了生物医学工程的发展,毕竟人工智能的终极目标是赋予机器“智慧”,人脑的运作方式,神经信号在人体类的传递过程对于研究低耗能的人工智能具有重要的意义。科幻电影《阿凡达》虚构的“脑-脑接口”技术,以及人类用意念控制机器人的“脑机接口”技术,都是这一领域的研究课题

专业方向:

光子学

光子学是研究光信号与电信号之间的转换、处理和相互控制的方向。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,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,材料光学特性研究等。非常炫酷的“光子计算机”和“光量子计算机”也是这一领域的研究热点之一

专业方向:

微电子器件

微电子器件一般是指MEMS,指大小在毫米量级下,构成单元尺寸在微米,纳米量级的可控制、可运动的微型机电装置,是集成微机构、微传感器,微执行器以及信号处理控制等功能于一体的系统。通过利用纳米技术对于纳米/微米材料进行设计,加工,制造,测量和控制等。

该方向较为新颖,目前国外有不少的老师在做相关的研究,比如纳米机器人,纳米定位(nano positioning),纳米控制(nano control)等等,包括手机里的重力陀螺,加速度计。

专业方向:

集成电路与系统

本方向是研究如何设计集成电路,也就是通常所说的芯片。包括手机里的无线通信芯片,电脑里的处理器显卡芯片等。芯片是信息技术的基石,几乎任何电子设备里都有一系列不同功能的芯片。

前不久的中芯和华为事件也反映出了芯片对于整个信息产业的重要性,卡住芯片供应可以瞬间击垮一个公司。当然,华为未雨绸缪早就有了替代芯片的方案,任正非还霸气回复:“如果特朗普打电话我还不一定接,将来美国想买我还不一定卖!”。


英国大学的电子工程专业在国际上的声誉也是十分突出的,并且有着手机CPU领域的霸主ARM、和引领人工智能潮流Deep Mind为首的一批世界级公司的产业加持。

牛津和剑桥有多牛自不必多说,在此mema荐一些不那么知名,却很厉害的大学。

谢菲尔德大学

成立于1905年,英格兰北部第四大城市,综合排名24。全英综合实力最强大学之一,科研水平获满分(5*/5)的有35个系,在全英排第六,工程系120年的历史,被称为英国的“工程帝国”。

电子工程系为该校的王牌专业,在英国该研究领域一直处于领先地位,且均有各自的研究中心。新建了电子移动通讯技术研究中心,通信、光通信、电子与电气工程、数据通讯、移动通讯、自动化控制实力雄厚。与工业巨头劳斯莱斯和英国宇航局联合建立了研究中心进行开发研究。

布里斯托大学

创建于1876年,位于英国西南部古城布里斯托。2001年科研水平评估中,超过95%的课程领域获得了高分(4分、5分和5*)。工程专业久负盛名,电子工程5星。无线电通讯、移动通讯专业很突出,与移动通讯企业联系紧密。学习及实践都很有市场针对性,所在城市也算是一个信息企业比较集中的城市,Funding也比较充裕。这所大学的电子系与中国的华中科技大学有合作关系,招生学生非常严格。

爱丁堡大学

位于苏格兰,传统的EE强校,电子工程类课程可供选择类别较多微电子技术,通讯光缆,电子通信,微电,电力全部都有。

爱丁堡的EE是以SAS(Signal & Signal)最为有名的。Peter Grant现在苏格兰把SMC(Scottish Microelectronics Center)设在爱丁堡,又多了一个净化楼,做一些微电最底层的东西。

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