相控陣是現代雷達與通信系統中的核心技術，其迅捷的波束賦形能力為實現靈活、高效的空間資源調度奠定了基礎。隨著通信與感知技術在自動駕駛、無人機集群、物聯網等復雜多任務場景中的深度融合，相控陣系統正不斷向寬帶、大規模方向演進，從而為高分辨雷達探測與大容量通信提供支撐。微波光子真延時相控陣是近年來的研究熱點，具有抗波束傾斜、瞬時帶寬大等優點，然而傳統基于延時線陣列的波束賦形網絡復雜度高、調控難度大，成為制約大規模微波光子相控陣實際應用的瓶頸。
近日，清華大學電子工程系的薛曉曉、鄭小平團隊提出了一種無需延時線的光頻梳驅動超寬帶真延時相控陣新方案。原理如圖1所示，相控陣天線的驅動信號由兩個重復頻率存在微小差異的光頻梳進行光電混頻產生，利用線性調頻波的頻時映射關系，將復雜的延時調控轉換為簡單的頻率調控，從而擺脫了對大規模物理延時線的依賴。該方案充分發揮了光頻梳的精準頻率控制與寬光譜擴展能力，系統集成度與可擴展性相對于傳統方案可實現顯著提升。
圖1 基于雙光頻梳驅動的等效真延時相控陣概念圖
研究團隊分別構建了1×16、4×4的一維和二維相控陣實驗系統，在Ku波段成功驗證了其超寬帶、無傾斜波束賦形與連續波束掃描能力，瞬時帶寬覆蓋整個Ku波段（12-18GHz）。團隊進一步將所提出的系統應用于通信和感知一體化（Integrated sensing and technology，ISAC）場景（圖2），采用以線性調頻信號為載波的正交頻分復用相位調制作為ISAC波形，成功實現了高分辨逆合成孔徑雷達成像與高速通信功能。雷達二維成像分辨率達到2.6×3.0 cm，通信速率達到4.8 Gbps。該研究展示了光頻梳驅動的超寬帶相控陣系統在結構緊湊性、高可擴展性與靈活波束調控方面的優勢，為未來高性能ISAC硬件平臺的發展提供了一種極具競爭力的解決方案。
圖 2 等效真延時相控陣系統在通感一體化場景下的應用展示。（a）系統結構圖；（b）波束方向圖；（c）波束掃描曲線；（d）左側：四小球逆合成孔徑（ISAR）成像圖，右側：64QAM-OFDM接收星座圖。
相關成果以“面向通感一體的光頻梳驅動超寬帶準真延時波束賦形技術”（Frequency-comb-steered ultrawideband quasi-true-time-delay beamformer for integrated sensing and communication）為題，發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。清華大學電子工程系2019 級博士生王棉為論文的第一作者，薛曉曉副教授為論文的通信作者。
論文鏈接：Wang, M., Zhang, W., Ren, Z. et al. Frequency-comb-steered ultrawideband quasi-true-time-delay beamformer for integrated sensing and communication. Nat Commun 16, 7571 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62854-z
《汽車雷達技術及市場-2025版》
《激光雷達（LiDAR）技術及市場-2024版》
