美国先进军用通信天线的研制情况

美国先进军用通信天线的研制情况
军队对战场实时通信和传递重要信息能力的要求推动了先进天线技术的研究。美军各级指挥机构正在研究改进天线的技术，将天线作为从单兵到车辆到卫星的信息传输链路的关键部件。同时，军方也注视着商业部门在天线技术方面的研究进展，努力将它们的研究成果应用到军用通信系统之中。
1 军方对天线技术的研究
美国陆军通信和电子仪器司令部（CECOM）的空间和陆地通信局最近确定了几个重点研究方向，天线技术就是其中之一。
该司令部所属的研究发展和工程中心（RDEC）正在研究对联合战术无线电系统至关重要的天线技术。这一系统将包括众多不同类型的平台，例如，高机动性多用途轮式车辆（HMMWV）、船舶、飞机、无人飞行器（UAV）等等，具有从2兆赫到2千兆赫的宽频谱。天线结构必须满足各种平台的要求，因此采用单一天线结构是不可能的，研究一种在此频段工作的小型化天线便成为联合战术无线电系统成败的关键。由于研究发展与工程中心的拨款有限，因此，它正谋求与工业界和其他军事部门合作，以便共同解决研究中的技术难题。
另一个研制的通信系统是陆地勇士倡议，这是一个为单兵提供多种通信装备的计划，具有独特的要求。由于单兵着装有限，不可能携带大的电源，所以这种单兵装备必须耗电少；装备的体积要小并满足医学和安全标准；天线的功率必须足够强，能与卫星通信。
除了研究通信系统外，该研究发展与工程中心还在研究一些先进的通信技术。铁电技术就是一种正在研究的应用于相控阵天线的新技术。其原理是对通过一种特别设计的加有电场的陶瓷材料的无线电频率信号加一个相移，对阵列的每一个输入点都如此处理。
该研究发展与工程中心还正为美国海军试验光电喷射p型材料本征n型材料（PIN）开关技术，它将用于可重构的天线。这项技术用光能改变PIN开关的状态，其优点是电流大，在开的状态，电流通过，在关的状态，信号完全断绝，由低价格的光电二极管完成开与关之间的状态转换。
研究发展与工程中心也正在检验相干共线天线技术。它采用聚焦发射能量而不是增加发射功率的方法，将通信系统的作用范围增大50％，将天线的尺寸减小了90％。研究发展与工程中心还正在研究能有目的地抗干扰的天线和嵌入到军用平台中的能与其他通信设备公用一个天线的GPS系统。研究发展与工程中心研究的天线导线结构重构技术能显著提高天线的效能，但是技术难度非常大，目前不可能实现。
国防机载侦察办公室（DARO）感兴趣的是无人飞行器上的天线。无人飞行器有益于情报搜集，但是为了充分利用已有的信息，任一种普遍采用的无人飞行器上的天线必须能够进行空间通信。尽管目前的天线技术可以保障联系，但是体积太大，不便于在一些无人飞行器上应用。因此，DARO目前正致力研究小型天线，这种天线并不比UAV本身贵，数据传递率不仅能达到兆比特、几十兆比特，而且能达到千兆比特。因为无人飞行器是机动的，并且有可能和低轨道卫星相互配合，所以天线必须能保持两个独立的波束。当然，能与飞机上的天线相互作用的天基天线也是一个重要方面。
2 有助于军用天线的民用技术
民航公司和电信公司为了向客户提供扩展服务，也在研究商业平台上应用的天线技术，它们与军用平台应用的技术是相似的。
国防机载侦察办公室（DARD）也在关注着商用天线技术，以便找出那些已在进行中的可用于满足军用标准的天线研究与发展项目。
DARD考察的哈里斯（Harris）公司在天线技术研究方面有着悠久历史，该公司的政府通信系统分部（GCSD）主要从事地基天线技术研制，政府空间通信系统分部（GASD）主要研究包括飞机和卫星在内的运载平台上的天线技术。公司在空间领域内的专门研究可以追溯到50年代的Telstat和Minuteman计划。目前，公司主要从事跟踪与数据中继卫星（TDRS）上用的可展开天线。TDRS用的可展开网状天线直径4.8米，折叠起来时体积很小，进入轨道后，展开到全尺寸。镀金的导线网充当反射面，网格形状精确，可以支持地区无线移动通信系统。这种天线大区域内电话、传真和无线寻呼提供了技术保障。
哈里斯公司最近在佛罗里达州棕榈湾建成了天线结构试验设施，设有一个对空间可展开网状天线进行无线电频率试验的大型消声室，它将用来测量天线对多种频率干涉的灵敏度。
哈里斯公司还发展和演示了用于机载的和航天器运载的移动通信的相控阵天线系统。该系统的最大扫描角为70度，数据传送率为每秒1000兆赫。极高频（EHF）硬件支持20～44千兆赫与Milstar相容的数据链路和60 千兆赫步幅交叉链路、全部的发射接收机、调制解调器和一个体积小于229立方厘米、重量小于300克的阵列天线。航天器上的K波段发射阵列是一个20千兆赫的发射阵列，具有高的数据速率，有效的天线单元和无线电频率组件。多波束直接下行链路天线在X波段工作，采用70度的锥形扫描。这种相控阵系统也用于航空电子设备，包括安全的数据传送和机载遥测系统。
哈里斯公司当前正为Ellipso系统开发通信有效负载，其中包括天线。Ellipso系统计划在2000年投入使用，将包括工作在地球椭圆形轨道上的 17 颗低轨道人造卫星。Ellipso系统将扩展和完善现有的电话和数据网络，为目前没有电信基础设施的国家提供通信能力。
在地基系统中，哈里斯公司提供了能供前沿部署部队使用的轻型多波段卫星终端。最初的应用是作为美国空军的可部署的通信系统的一部分提供与美国本土和其他海外指挥中心之间的通信。终端可与所有美国和北约的X 波段及商用C波段和Ku 波段卫星进行通信，也能以同步双波段方式同时与两个卫星一起工作，多通道数据速率可达每秒8.216兆位。该终端能部署在C-130、C-141、C-5和C-17运输机上，拖车式系统有军用运输卡车、HMMWV和商用运输车辆牵引。
哈里斯公司的集成多任务终端提供了将多个单独的通信终端集合成单一集成系统的工具。这一终端的工作频率范围在1.7～11千兆赫之间。操作人员能从一个控制站选择最多5个独立且同步的通信链路，能对在工作频带范围内建立的每一个通信链路设置不同的频率、数据速率和调制类型，同时执行5个分立天线终端系统的任务。设计了可进行移动通信的地基的和船载的相控阵天线。在工作过程中，终端探测动态滚动、俯仰和偏航并对波束的每一个瞄准角进行补偿，以便保持通信链路的闭合。能用膝上个人计算机控制全部功能。
哈里斯公司的高级项目经理认为，天线技术的未来发展方向是Ka波段和V波段的高频相控阵天线，军事和商业用户的日益增加的需求将大大推动这些技术发展。

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