北京
—— 專為大規模低地球軌道設計，這種衛星天線旨在確保在對抗環境中維持安全通信。
五角大樓正在尋找新方法，以保護軍用衛星通信免受太空電子攻擊。麻省理工學院林肯實驗室的工程師正在開發一種輕型天線系統，旨在讓美軍在遭遇強力干擾時仍能保持聯絡。
該原型天線為“大規模低地球軌道”（pLEO）而制造，在這類軌道上，由大量小型衛星構成的星座需要緊湊且功耗低的硬件。研究人員表示，這一天線能夠實現先進的波束成形能力，而功耗遠低于傳統系統。
降低衛星功耗需求
現代軍用衛星越來越依賴能夠快速重定向信號并阻斷干擾的自適應天線陣列。這些系統有助于操作人員在敵方干擾時保持連接。
然而，傳統相控陣天線功耗大且需要復雜的硬件。麻省理工學院林肯實驗室給出的解決方案是一種掃描式反射陣列天線，名為“搭載式敏捷波束成形抗干擾反射陣列”（Hosted Nimble Beamforming Anti-Jam Reflectarray），簡稱HoNi BAJR。
該設計不是為每個天線單元都配備放大器，而是依靠一面由獨立受控單元構成的反射面。入射信號在反射面上反彈，并在傳向獨立的饋源天線之前改變相位。
這一過程在塑造和操控波束的同時降低了硬件復雜度。工程師們估計，與傳統陣列系統相比，該反射陣列設計的功耗約降低95%。
更小的體積也使該天線能夠安裝在pLEO星座中常用的小型衛星平臺上。研究人員認為，這一優勢可能令該技術對未來軍用衛星星座具有吸引力。
該實驗室戰術衛星通信組的技術人員邁克爾·克拉頓表示，未來的軍用衛星網絡需要尺寸更小、重量更輕、功耗和成本更低的可擴展系統。
克拉頓說：“我們希望探索如何用更廉價的硬件實現卓越的性能。”他補充道，團隊還希望在新興威脅成為實際作戰問題之前就做好準備。
在軌阻斷干擾
HoNi BAJR系統非常注重抗干擾性能。自適應陣列通常通過生成“零陷”來對抗干擾，從而壓制來自敵對方向的信號。
在該實驗室的射頻系統測試設施進行的測試中，原型機展示了廣角掃描能力。研究人員還確認，該天線能在多個用戶之間分配波束，且信號衰減極小。
團隊更進一步，開發了更廣的干擾抑制區，而非只針對單一干擾點。工程師們嘗試通過重塑波束旁瓣來減少更大范圍內的干擾。
這一方法在早期測試中結果不一，因為微小的信號變化會影響旁瓣控制。研究人員認為，改進校準方法可以解決大部分不穩定性問題。
校準仍是難題
校準目前是該項目的最大技術障礙之一。與傳統相控陣不同，掃描式反射陣列在軍用衛星系統中缺乏廣泛的運行歷史。
工程師仍需確定如何精確測量和補償天線上的信號失真。研究人員表示，精準的校準將改善波束轉向、干擾抑制以及系統的整體性能。
實驗室還在繼續研究反射陣列最適合用于未來軍事體系中的哪些場景。初步研究表明，該技術在預定波束操作、功率受限的航天器以及存在持續但不太動態變化的干擾環境中表現良好。
克拉頓說：“設計硬件始終是一項挑戰。但最難的部分在于如何將技術融入一個滿足任務需求的完整功能系統中。”
未來的工作將進一步完善波束成形技術，改進校準程序，并探索該天線技術的作戰應用場景。
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