Nature Commun.：6GHz Ku波段无斜视波束成形！光子准TTD技术实现无限分辨率

前言

近日，清华大学电子工程系团队在《Nature Communications》发表突破性研究，提出全球首个频率梳调控的光控准实时延迟（quasiTTD）波束成形器。该技术一举攻克传统相控阵天线在超宽带场景下的“波束倾斜”难题，同时实现6GHz瞬时带宽覆盖、连续无限精度波束转向及雷达通信双功能集成，为6G通感一体化网络奠定硬件基础。

（论文链接：https://doi.org/10.1038/s4146702562854z）

核心技术

研究团队独辟蹊径，用光学频率梳替代物理延迟线，构建全新波束控制架构：

1.双光频梳引擎  

   两套重复频率微差异的光频梳（图2a），通过电光调制生成16组频差精准的微波信号，直接馈入天线阵列。  

2.频率空间映射  

   通过控制相邻天线的频率偏移量（Δf），在空间中合成“虚拟延时”（图1d），彻底规避物理延迟线。  

3.无限精度转向  

   仅需调节单个微波源频率（每157Hz偏移对应1°转向），即可实现0.1°级连续扫描（图3h），比传统9比特延迟线系统简化百倍。

性能实测：刷新多项记录

 带宽与精度  

 1218GHz（Ku波段）全频段无波束倾斜（图3df）  

 16单元线阵&4×4面阵验证，主瓣一致性超95%  

 通感一体  

 雷达端：逆合成孔径成像分辨率2.6×3.0cm（可辨识硬币级目标）  

 通信端：64QAM调制下速率达4.8Gbps（超5G基站10倍）  

 双功能波形（CELFMOFDM）通过单系统同步传输（图6de）

研究意义

这项研究的突破不仅体现在技术创新上，更在于为实际应用铺平了道路：  

 性能跃升：首次在1218GHz全波段实现无倾斜波束，6GHz超宽带特性为高分辨率成像（厘米级）和高速通信（Gbps级）提供了支撑，满足下一代系统对带宽和精度的双重需求。  

 架构革新：摒弃延迟线后，系统更紧凑、稳健，且天线规模可通过增加频率梳"齿数"轻松扩展，解决了传统技术大规模应用时的复杂度难题。  

 应用拓展：集成传感与通信能力使其可直接服务于自动驾驶、卫星通信、物联网等场景，尤其适配需要"边探测边通信"的集成传感与通信（ISAC）系统，推动设备向多功能、高性能演进。 

未来，随着集成光子电路技术的融入，该系统有望实现芯片级集成，进一步缩小体积、降低功耗，成为6G及下一代雷达通信系统的核心支撑技术。

图1|光频梳调控准实时延迟（quasi-TTD）波束成形器概念示意图

图2|光频梳调控线性准实时延迟（quasi-TTD）波束成形器实验验证

图3|线性准实时延迟（quasi-TTD）波束成形器的超宽带波束成形与连续转向实验结果

图4|光频梳调控二维准实时延迟（quasi-TTD）波束成形器实验验证

图5|二维准实时延迟（quasi-TTD）波束成形器超宽带性能实验结果

图6|采用频率梳引导准TTD波束成形器的集成雷达成像与通信系统

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