问题——宽带相控阵迈向6G与多场景应用过程中,面临“带宽更宽、波束更多、体积更小”的多重约束;近年来,5G/6G网络演进叠加卫星互联网、电子对抗、航空航天测控等需求增长,使相控阵在信号接收、传输与处理中的作用更加突出。但在真实部署中,系统不仅要扩展工作带宽、抑制波束斜视,还要支持面向用户与任务的多波束同时形成,并持续压缩体积、重量与功耗(SWaP)。 原因——传统光子真时延补偿(TTD)虽应用广泛,但在灵活性与工程代价上逐渐显露短板:其一,TTD往往根据特定指向或单一波束优化。当不同频率的用户分布在不同方向、网络侧需要并行服务多类终端时,单一延时补偿难以在复杂场景下实现多波束的同步与独立调控。其二,不少TTD方案需要提供接近阵列孔径引入的总延迟。阵列规模越大,所需延时波导储备与调谐范围越高,插入损耗、功耗与体积随之增加,限制系统向大规模阵列扩展。另外,后端模数/数模转换器(ADC/DAC)与数字信号处理(DSP)也面临压力:宽带接收意味着更高采样率与更大计算量,即便高端器件也难以在数十吉赫兹范围内长期以可控功耗稳定运行,成为宽带相控阵工程化的重要瓶颈之一。 影响——这些矛盾直接影响6G面向多用户、多频段、多业务的资源调度能力,也抬高了卫星平台、机载平台等对功耗与载荷高度敏感场景的部署门槛。若无法在波束形成与信号处理链路上同时兼顾“宽带能力”和“可扩展性”,相控阵在未来高密度组网与复杂电磁环境中的优势将被削弱。 对策——针对上述痛点,北京邮电大学戴一堂教授团队提出并演示一种基于微波光子学的宽带信道化相控阵接收机思路,并以“Broadband phased array receiver based on microwave photonics channelization”为题发表于2026年第2期对应的栏目。该架构的核心是在光域完成宽带信号的信道化:将整体工作频带划分为多个窄带信道,在每个信道内独立实施移相与合成,以“分而治之”的方式实现宽带、多波束、可调控的波束形成。 具体而言,系统通过级联的强度-相位调制器产生包含多梳齿的光频梳,经放大与解复用分成多路后,分别加载来自不同阵元的接收信号,再复用汇聚。随后,由多只周期一致但通带峰值位置不同的窄带滤波器构成的周期性窄带滤波器阵列,对宽带一阶信号进行信道化。与此同时,各信道的本振光频梳通过可调光延时线对梳齿进行相位加权:不同频率的光载波经过同一段延时会获得不同附加相位,从而把“延时”转化为可控的“相位权重”。最终,信号与本振梳经平衡探测完成下变频,输出完成相权调控后的各阵元信号相干叠加结果。 在实验验证中,研究团队给出一组典型场景:在0°、-60°、+60°三个角度上设置4GHz、8GHz、12GHz三个信道的来波信号,共9路信号同时接入系统。通过测量延迟-功率曲线并进行空时映射转换,获得对应的波束图案与指向结果。系统参数上,示例中光频梳25GHz自由光谱范围对应约40ps的延时扫描周期,可覆盖±90°扫描范围,并体现出不同信道频率下延时调谐需求的差异。结果表明,通过各信道内独立调节延时量,可实现多信道、多方向的并行波束控制,为多用户并发接入提供了可行路径。 前景——业内认为,基于微波光子信道化的相控阵接收路线,为缓解“宽带—多波束—低功耗”的系统约束提供了新的思路:一上,信道化可降低后端对超高采样率ADC及全频段DSP的依赖,有望减轻计算规模与功耗压力;另一方面,按信道实施移相与叠加,提升了面向多用户、多方向的调度灵活度,契合6G对动态波束管理需求。随着光电集成、滤波器阵列与可调延时器件持续演进,该类架构在大规模阵列、星地融合通信、机载与舰载平台等对SWaP高度敏感的场景中具备继续工程化潜力。当然,系统复杂度、器件一致性、链路稳定性与成本控制等问题,仍需在更大规模阵列与更复杂电磁环境下继续验证。
从“堆叠带宽与算力”转向“重构链路与分而治之”,是破解宽带相控阵工程难题的重要方向;以微波光子信道化推动多信道并行处理,不仅回应了6G时代对多频多用户与低功耗部署的现实需求,也提示产业界:在下一代信息基础设施建设中,系统架构创新与关键器件突破同样重要,只有合力推进,才能把“更宽、更快、更灵活”真正转化为可规模化落地的能力。