随着相控阵产品更加轻量化、成本进一步降低，其将在卫星、无人机、地面通信乃至无人驾驶等各个军事、民用领域迸发出巨大价值。

徐鸣

　　不久前，天问一号探测器成功着陆火星。据媒体公开报道，助力着陆的一款神器是我国自主研发的相控阵产品。

　　相控阵一般指相控阵天线技术。据说，最早发现“天线”的，是一位名叫威尔的学者，他为了验证电波是否可以穿过桌面，把发射机放在桌底下，再将接收机吊在桌子上方的天花板上，结果吊着接收机的导线，竟让接收效果好了许多。后来，很多科学家围绕天线作出改进优化，让天线逐渐应用于生活。

　　1957年，世界第一颗人造卫星上天，标志着人类进入了航天时代。航天技术的发展让天线变得更能干、更强悍，使它可以精密跟踪、适应复杂的太空环境等。在过去数十年，像“锅”一样来回转动的天线已经取得非常成熟的技术进步，广泛应用于卫星通信、卫星遥感以及其他探测雷达等领域。

　　近年来，卫星技术的快速发展和地面毫米波的应用，都对天线的重量、体积、便携性、一体化设计等提出了更高的要求，特别是航天航空、中低轨卫星互联网领域均需要智能、轻量化的天线。电子计算机、微电子技术和现代材料的发展，让符合当下行业和经济发展的相控阵天线应运而生。

　　相控阵的完整表达是：相位-控制-天线阵列。通俗来说，过去的机械天线，类似收信号的“锅”，要和低轨卫星进行持续连接非常困难，因为卫星在轨道上不停地快速运动，要跟踪快速运转的卫星，并迅速从跟踪一颗卫星切换到另一颗，很难在不造成通信中断的情况下使用单个天线连续跟踪卫星。而相控阵天线，则无需机械转动，只通过遥控信号相位，就可以调整信号的方向来对准卫星，并可以实现一副天线支持多颗星同时工作，非常有利于中低轨卫星通信，其优点包括天线厚度薄、信号指向灵活迅速等。

　　研发出高质量、低成本的相控阵天线并不容易。首先，相控阵的研发技术门槛高，天线及微波射频技术需要长期的积累沉淀；其次，相控阵产品研制投入大，器件及供应链成熟度低；此外，相控阵产品的工程实现涉及多个产业，实现难度大。

　　相控阵有什么用呢？根据具体应用场景，相控阵天线可分为雷达相控阵与通信相控阵等，文章开头提到的火星探测器中的相控阵应用，就属于雷达相控阵，而应用于通信卫星的相控阵天线等，属于通信相控阵。星载相控阵拥有可以快速准确改变波束方向的能力，是与地面进行通信的最佳天线，也是提高通信卫星性能、推动其便捷应用的重要方式。

　　以美国SpaceX公司的“星链”为例。在过去两年时间里，该计划发射超过1600颗卫星，并开始为北美用户提供服务，相控阵技术就是“加速度”之一。

　　当前，得益于集成芯片技术的进步，相控阵天线可以做到极高的集成，进而实现天线轻量化。对于星链用户而言，应用相控阵的终端使用起来十分便捷，终端是直径大概只有0.48米的圆碟，而使用星链上网的成本也降到了家庭用户可以承受的程度。

　　从全球来看，美国与欧洲（主要是德国）在相控阵技术方面处于领先地位。虽然中国起步相对较晚，但发展十分迅速。

　　随着相控阵产品更加轻量化、成本进一步降低，其将在卫星、无人机、地面通信乃至无人驾驶等各个军事、民用领域迸发出巨大价值。未来，相控阵天线有望完美融入人们生活。比如汽车的车顶就可能嵌入相控阵天线，随时与卫星进行通信；甚至在更远的未来，身上穿着的衣服可能就是计算机屏幕，而这样的衣服也很有可能嵌入了相控阵天线，进行信号的收发和探测。

来源：2021年6月16日出版的《环球》杂志 第12期

《环球》杂志授权使用，其他媒体如需转载，请与本刊联系

本期更多文章敬请关注《环球》杂志微博、微信客户端：“环球杂志”