隨著5G/6G網(wǎng)絡(luò)、軍事通信、衛(wèi)星導(dǎo)航及航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對高速、高容量通信的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。在這一背景下，相控陣技術(shù)作為信號傳輸、接收和處理的核心手段，正面臨新的挑戰(zhàn)與機遇。傳統(tǒng)相控陣系統(tǒng)的發(fā)展已不再局限于擴展工作帶寬和消除波束斜視，而是需要建立以用戶為導(dǎo)向的波束形成架構(gòu)，實現(xiàn)更小的體積、重量和功耗（SWaP），并提升收發(fā)組件的效率與靈活性。

光子真時延（TTD）補償技術(shù)曾是相控陣系統(tǒng)中的主流解決方案，但其局限性日益凸顯。一方面，TTD方案通常針對特定波束設(shè)計，難以適應(yīng)6G通信中多用戶、多方向的實際場景需求；另一方面，大型陣列對延時波導(dǎo)儲備和調(diào)諧范圍的要求極高，導(dǎo)致功耗、插損和體積顯著增加。系統(tǒng)后端對模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC/DAC）的帶寬需求遠超現(xiàn)有技術(shù)能力，數(shù)字信號處理（DSP）單元的計算規(guī)模和功耗也面臨巨大壓力。

針對這些難題，北京郵電大學的研究團隊提出了一種基于微波光子學的寬帶信道化相控陣接收機方案。該方案通過將工作頻帶劃分為多個窄帶信道，并在每個信道內(nèi)獨立移相實現(xiàn)波束形成，有效解決了傳統(tǒng)方案的靈活性不足和資源消耗過高的問題。相關(guān)研究成果以“Broadband phased array receiver based on microwave photonics channelization”為題發(fā)表。

這一創(chuàng)新架構(gòu)的核心在于級聯(lián)的強度-相位調(diào)制器，它能夠生成具有多個梳齒的光頻梳。這些光頻梳經(jīng)放大后被解復(fù)用器分成多路，每路分別調(diào)制來自不同陣元的接收信號，再復(fù)用到一起。通過周期性窄帶濾波器陣列（PNFA）的信道化處理，寬帶信號被分解為多個窄帶信號。同時，每個信道的本振光頻梳經(jīng)過可調(diào)光延時線進行相位加權(quán)，使不同頻率的光載波在經(jīng)過同一段延時后附加不同的相位。最終，信號與本振梳通過平衡探測器下變頻，得到相權(quán)調(diào)控后的各陣元信號的相干疊加。

實驗表明，該系統(tǒng)在4–12 GHz的工作帶寬內(nèi)實現(xiàn)了無波束斜視的波束形成。通過調(diào)節(jié)每個信道中的延遲量，系統(tǒng)能夠同時掃描全空間，且每個信道所需的最大延遲量僅為40 ps，遠低于TTD方案的625 ps。這一優(yōu)勢在多波束和大規(guī)模陣列場景中尤為顯著，不僅大幅降低了系統(tǒng)的SWaP，還為芯片級集成提供了可能。

該研究的創(chuàng)新之處在于將微波光子信道化技術(shù)引入寬帶相控陣系統(tǒng)，通過并行處理多個窄帶信道，實現(xiàn)了資源的高效利用。首先，系統(tǒng)能夠以用戶為導(dǎo)向，在不同信道中同時獨立形成多個波束，滿足了點對點通信的多樣化需求。其次，虛擬延時相位控制技術(shù)顯著減少了所需的延時量，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。最后，信道化并行窄帶輸出避免了末端大帶寬收發(fā)組件的需求，減輕了DSP單元的數(shù)據(jù)處理負擔。

這一成果為5G/6G通信和雷達電子等領(lǐng)域提供了新的技術(shù)路徑。在實際應(yīng)用中，用戶信號通常以多載波形式分布在不同頻段和方向，而該系統(tǒng)能夠靈活分配資源，建立用戶導(dǎo)向的波束形成網(wǎng)絡(luò)。隨著光電器件集成技術(shù)的進步，這一系統(tǒng)有望進一步發(fā)展為原理樣機或?qū)嶓w芯片，并在新一代電子通信中發(fā)揮重要作用。