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论微波和毫米波频谱的快速商业化为国防工业带来的影响-中田微波器件(深圳)有限公司

      随着5G技术在商用领域的不断发展和应用,其对频率需求的增长为军事领域频段应用提出新的挑战,推动军方通信系统设计者在解决频谱干扰、与商用领域共享频谱等方面进行了多个探索,并取得多项进展。 

      无线通信行业正处在技术变革的时期,作为商用技术领域的重要发展阶段,5G的发展最初利用的是28吉赫兹~39吉赫兹频谱,长远来看将逐步过渡到70吉赫兹频带。与之前商用无线领域使用的<6吉赫兹标准相差甚远。 

      在这一时期,针对普通对手或非传统对手的外部环境的不断变化,美国国防部和国家安全局实现了自身的巨大转变。这些新出现的威胁融合,以及商业通信系统向毫米波频率的渗透,使得人们对那些能够保护其安全的新兴技术产生新的需求,从而带来了市场机遇。这些新技术必须具有成本效益、高效性和可扩展性,才能应对未来威胁。

5G商用广泛应用对军事领域带来频谱挑战

      当联邦机构为移动和固定无线商用宽带分配500兆赫兹频谱时,高频融合成为2015年的焦点。这项决定旨在为5G发展构建基础。此举带来的严重副作用就是这些新的商业网络将对军事领域的波长带来影响,造成的结果是频谱迁移可能需要10年时间才能完成。

      尽管5G允许商业移动运营商满足消费者需求,但这些应用渗透到传统的国防和航空航天领域频谱中会产生问题。美国军方将这些频段用于雷达、无人机系统、遥测、气象卫星、CT检查和涉密系统。这些会受到5G系统影响吗?如果受到影响,影响多大?

      由于无线通信的部署和带宽的增加,以网络为中心和无人系统的使用,以及雷达和通信频谱灵活性增加的需求以提高性能并克服复杂的对抗,由此带来的频谱拥塞可能会限制作战能力。

      因此,商用频谱拍卖为军方提供两种选择:与商业用户共享现有频段,或将频谱表提升至更高的频率。每种选择都面临障碍。如果军方仍然使用现有频带范围,那么就必须解决干扰问题。相反,较高的频率理论上提供足够的带宽,但其较短的无线电波不会传播太远,并且通常被建筑物或其他结构阻挡。克服这些障碍需要使用不同的波形和更多的功率。

      正如美国国防先期研究计划局(DARPA)制定了频谱协作挑战项目。根据DARPA消息,频谱协作挑战旨在创建“一个新的、更高效的无线模式,在该模式下,无线电网络能够自主协作,动态确定频谱应如何使用。”在过渡期间,国防工业必须准确有效地监测频谱动态以确保军事行动取得成功。

军事领域对微波/毫米波设计测试工具有着严格要求

      商用和军事领域的无线系统不止拥有共同的频谱。两者都必须坚守严格的预算,以及严格的设计准则和标准。出于这些原因,技术得以不断发展来高效地处理更高频率的测试产品和系统。这些新的测试技术必须满足一系列标准,以满足与验证微波和毫米波设计有关的军事要求,包括:

· 稳定性——在多个设备之间,以及同一设备上多个测量之间可重复和稳定测量对于测试拥有严格公差和严格规格的军事设计至关重要。
· 校准——应该限制漂移以减少必须完成的校准次数,以便更高效地进行测试。从军事角度来看,限制漂移是有利的,因为它允许对测试解决方案进行配置,并将其留在某个位置,从而能够从基地进行持续的远程频谱监测。
· 高动态范围——当测量信号的通道靠近在一起时,尤其是当某个通道打开而另外一个通道关闭时,高动态范围非常重要。所有频率范围(包括低端)高动态范围是必要的。即使在毫米波设计时,后者也很重要,因为如果在较低频率下消除滚降,则谐波有益。
· 频率覆盖——测试解决方案必须是宽带,以处理与军事设计中使用的毫米波频率相关的更宽的信道宽度。从千赫兹到吉赫兹的广泛覆盖提供更高的测量精度和整体测试效率。例如,较为老旧的矢量网络分析仪架构需要实施大型外部组合器来连接两个频带以扩展频率范围。这种实施恶化了矢量网络分析仪架构原始指向和输出功率。
频谱分析仪和矢量网络分析仪架是解决战场隐藏信号探测的重要工具

微波和毫米波频率的新兴应用也将需要发展测试解决方案以追踪隐藏的信号。在当今战场上,捕获敌方之间传输信号是任务成功和安全和关键。隐蔽的操作人员和恐怖分子通常将发射信号尽可能接近环境噪声底层以免被发现,战场频谱分析仪和矢量网络分析仪架构可提供接近噪底的高精度测量,以揭示这些隐藏的信号。

此外,从千赫兹到毫米波连续频率范围的便携式频谱分析仪可对整个不断扩大的商业频谱进行扫描,以更好地监测已知和未知的传输。这些工具的紧凑尺寸意味着,目前可在尺寸与便携式移动设备相同的解决方案中实现宽频率覆盖。

这种“超便携”一个很好的例子是最近的一系列试验,一台重约10盎司的频谱分析仪被安装在商用现货无人机上,用于检测高达110 吉赫兹的隐藏信号。这种探测能力可消除利用大量劳动力从地面搜寻干扰物和隐藏信号的做法,最终使军人更安全。

目前,军事领域和防务企业正处在高频通信系统的边缘。5G技术将商业应用带入微波和毫米波波段,为给武装部队和平民提供安全和保障,5G相关技术必须要迎接新的挑战。
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