探秘DARPA正在研發(fā)的毫米波數(shù)字陣列技術(shù)是什么

據(jù)DARPA網(wǎng)站2018年1月24日報道美國國防先進研究計劃局（DARPA）正在組織設(shè)立新的“毫米波數(shù)字陣列”(MIDAS)項目，旨在發(fā)展工作在18GHz～50GHz頻段的多波束數(shù)字相控陣技術(shù)，以強化軍事平臺之間的通信安全。

軍用通信系統(tǒng)目前面臨的挑戰(zhàn)

如今，人們越來越感興趣于在小型移動平臺上廣泛運用毫米波頻段來進行通信。在這種應(yīng)用場景中，來自小輻射孔徑的較窄天線波束可以提高通信的安全。但是，目前的毫米波系統(tǒng)易用性不足，而且是平臺專用，缺乏互操作性，因此只能在最復(fù)雜的平臺上使用。為了拓展毫米波相控陣的用途，并使之廣泛應(yīng)用于國防部的各種系統(tǒng)，必須克服許多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括寬頻覆蓋、精確波束指向、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。受益于多波束相控陣的應(yīng)用，以及數(shù)字無線電和毫米波技術(shù)的進步，人們發(fā)展出了當今的技術(shù)能力，而接下來，在毫米波相控陣的推動下，通信和網(wǎng)絡(luò)化移動平臺將迎來新的變革。

工作于更高頻率毫米波頻段的相控陣技術(shù)，是新興5G無線通信的一個活躍的研究領(lǐng)域。然而，商業(yè)應(yīng)用主要解決“最后一公里”問題，消費者需要給高數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用以更多的帶寬，在相對較短的距離上，在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)，使用戶發(fā)現(xiàn)的障礙最小。與之相比，軍用系統(tǒng)處于更復(fù)雜的通信環(huán)境。而且，如今的軍事系統(tǒng)通常相隔數(shù)十英里，甚至數(shù)百英里距離，并在三維空間里以未知的方向移動。這種環(huán)境對于波束形成技術(shù)所帶來的挑戰(zhàn)，無法通過應(yīng)用現(xiàn)有的商業(yè)通信方法輕易解決。

DARPA項目經(jīng)理蒂莫西?漢考克說:“想象一下，兩架高速飛行的飛機相互運動。它們必須在空中找到彼此，以便利用定向天線波束進行通信，這就產(chǎn)生了一個非常困難的、利用商用相控陣方案無法解決的挑戰(zhàn)性問題?！?/p>

毫米波數(shù)字陣列項目研究目標及重點

為克服上述挑戰(zhàn)，DARPA啟動了“毫米波數(shù)字陣列”（MIDAS）項目。項目旨在研發(fā)陣元級數(shù)字相控陣技術(shù)，為國防部下一代毫米波系統(tǒng)提供支撐。為了解決波束成形問題并確保解決方案在應(yīng)用上的廣泛性，MIDAS項目將尋求研制一種可推動實現(xiàn)多波束定向通信的通用數(shù)字陣列模塊。

研究的重點在于降低數(shù)字化毫米波收發(fā)器的尺寸并增強其性能，將相控陣技術(shù)應(yīng)用于移動系統(tǒng)，并將移動通信的頻段范圍提高到不那么擁擠的毫米波頻段。

在相控陣設(shè)計中，陣元級數(shù)字波束成形技術(shù)的進步正在推動形成新的多波束通信方案（或使用多個波束同時進行多個方向的接收和發(fā)送）。這些方案有助于大幅縮短節(jié)點發(fā)現(xiàn)時間，并提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。然而，盡管這對于下一代相控陣來說十分關(guān)鍵，但目前的數(shù)字波束成形技術(shù)受限于較低的頻率，導(dǎo)致相應(yīng)的陣列在尺寸上因過大而無法在小型移動平臺上使用。

毫米波技術(shù)的進步有助于將工作頻率推向更高頻帶、縮減相控陣天線陣列尺寸、將定向天線能力引入小型移動系統(tǒng)。Hancock說:“DARPA希望供應(yīng)商的技術(shù)提案能夠結(jié)合毫米波和數(shù)字波束成形技術(shù)的最新進步來研制無線電，從而為美軍提供安全的通信能力?！?/strong>