毫米波通信研究現(xiàn)狀

當(dāng)前的毫米波通信系統(tǒng)主要包括地球上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和通過(guò)衛(wèi)星的通信或廣播系統(tǒng)?，F(xiàn)在地球上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)毫米波通信一般用于對(duì)保密要求較高的接力通信中。毫米波本身就具有很強(qiáng)的隱蔽性和抗干擾性，同時(shí)由于毫米波在大氣中的衰減和使用小口徑天線就可以獲得極窄的波束和很小的旁瓣，所以對(duì)毫米波通信的截獲和干擾變得非常困難。

1、毫米波地面通信

毫米波地面通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)應(yīng)用是接力（中繼）通信。毫米波傳播的大量試驗(yàn)表明，利用多跳的毫米波接力（中繼）通信是可行的。為了減少風(fēng)險(xiǎn)，首先從毫米波頻段的低端和厘米波頻段的高端入手。在開(kāi)發(fā)高頻段大容量通信系統(tǒng)的同時(shí)，更高頻段的中、低容量短程毫米波通信設(shè)備也相繼出臺(tái)。

到20世紀(jì)90年代，迎來(lái)了全球信息化的浪潮。因特網(wǎng)迅猛發(fā)展，交互多媒體業(yè)務(wù)、寬帶視頻業(yè)務(wù)以及專用網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電通信的業(yè)務(wù)量的急劇增長(zhǎng)，迫切需要提高傳輸速率、傳輸帶寬和傳輸質(zhì)量。用戶對(duì)寬帶接入的需求日益強(qiáng)烈，推動(dòng)了各種寬帶接入網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的研發(fā)，利用毫米波的無(wú)線寬帶接入技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2、毫米波衛(wèi)星通信

由于豐富的頻率資源，在衛(wèi)星通信中毫米波通信得到了迅速發(fā)展。例如，在星際通信時(shí)一般使用5mm（60GHz）波段，因?yàn)樵诖祟l率處大氣損耗極大，地面無(wú)法對(duì)星際通信內(nèi)容進(jìn)行偵聽(tīng)。而在星際由于大氣極為稀薄，不會(huì)造成信號(hào)的衰落。美國(guó)的“戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略和中繼衛(wèi)星系統(tǒng)”就是一個(gè)例子。該系統(tǒng)由五顆衛(wèi)星組成，上行頻率為44GHz，下行頻率為20GHz，帶寬為2GHz，星際通信頻率為60GHz。

與其他通信方式相比，衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點(diǎn)是：

a）通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無(wú)關(guān)。

b）以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址連接。

c）通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多。

d）可以自發(fā)、自收、監(jiān)測(cè)等。

20世紀(jì)70～80年代，衛(wèi)星通信大多是利用對(duì)地靜止軌道（又稱同步軌道）進(jìn)行的。到20世紀(jì)90年代以后，利用中、低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)紛至沓來(lái)。但是在大容量通信服務(wù)方面，利用對(duì)地靜止軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)仍然是唱主角的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代的10年間，發(fā)射送入同步軌道上的通信衛(wèi)星多達(dá)200顆，其中C波段的最多，Ku波段的次之。由此帶來(lái)的衛(wèi)星通信頻譜擁擠問(wèn)題也日益突出，向更高頻段推進(jìn)已成為必然趨勢(shì)。

實(shí)際上早在20世紀(jì)70年代初，就已經(jīng)開(kāi)始了毫米波衛(wèi)星通信的實(shí)驗(yàn)研究。此領(lǐng)域大部分開(kāi)發(fā)工作在美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本進(jìn)行。到20世紀(jì)80年代末至90年代，除了推出繼續(xù)用于范圍更廣、內(nèi)容更多的毫米波頻段實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星外，開(kāi)始出現(xiàn)了實(shí)用化的Ka波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)。需要指出的是，其中許多衛(wèi)星采用了一系列先進(jìn)的技術(shù)，包括多波束天線、星上交換、星上處理和高速傳輸?shù)取?/p>

3、毫米波通信在電子對(duì)抗中的應(yīng)用

軍事上的需要是推動(dòng)毫米波系統(tǒng)發(fā)展的重要因素。目前，毫米波在雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等方面得到了廣泛應(yīng)用。其中戰(zhàn)略通信與電子對(duì)抗是非常重要的應(yīng)用方向。電子對(duì)抗是指敵對(duì)雙方均利用電子設(shè)備或器材所進(jìn)行的電磁斗爭(zhēng)，是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的一種重要手段。

隨著毫米波雷達(dá)和制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，相應(yīng)的電子對(duì)抗手段也發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)除去強(qiáng)火力和高密度外，一個(gè)重要的特點(diǎn)就是整個(gè)戰(zhàn)斗是在激烈的電子對(duì)抗中進(jìn)行的。因此，要求通信設(shè)備必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，而毫米波在這方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，選擇60GHz、120GHz、200GHz三個(gè)“衰減峰”頻段上的艦對(duì)艦的毫米波通信，利用這些頻段上信號(hào)嚴(yán)重衰減的特點(diǎn)，可極大提高艦對(duì)艦之間通信的抗干擾和抗截獲能力。國(guó)外還大力開(kāi)展了毫米波頻段的測(cè)向機(jī)、干擾機(jī)和信號(hào)分析器等電子對(duì)抗設(shè)備的研制。

毫米波波束很窄，天線的旁瓣可以做得很低，使偵察和有源干擾都比較困難，因此，無(wú)源干擾在毫米波段有較大的發(fā)展。對(duì)35GHz以下的毫米波，目前最常用的干擾手段就是投放非諧振的毫米波箔條和氣溶膠，對(duì)敵方毫米波雷達(dá)波束進(jìn)行散射，它可以干擾較寬的頻段而不必事先精確測(cè)定敵方雷達(dá)的頻率。除此之外，也還可以利用爆炸、熱電離或放射性元素產(chǎn)生等離子體，對(duì)毫米波進(jìn)行吸收和散射，以干擾敵方雷達(dá)。

現(xiàn)役的多數(shù)雷達(dá)偵察、告警系統(tǒng)的頻率覆蓋范圍均已擴(kuò)展到0.5GHz～40GHz。據(jù)報(bào)道，美國(guó)的電子對(duì)抗設(shè)備中部分雷達(dá)偵察設(shè)備頻率可達(dá)到110GHz，正在向300GHz發(fā)展。雷達(dá)告警設(shè)備頻率已擴(kuò)展到40GHz～60GHz，北約正研制一種車載毫米波告警設(shè)備，頻段為40GHz～140GHz。此外，通信偵察頻段覆蓋10GHz毫米波段，通信干擾部分40GHz以下已實(shí)用化，正在向110GHz發(fā)展。在毫米波段還可以利用隱身技術(shù)。在對(duì)付有源毫米波雷達(dá)時(shí)，同在微波波段一樣，可以采用減小雷達(dá)截面的外形設(shè)計(jì)，或者在表面涂敷鐵氧體等毫米波吸收材料，以減小反射波的強(qiáng)度。對(duì)于通過(guò)檢測(cè)金屬目標(biāo)的低毫米波輻射與背景輻射之間的反差來(lái)跟蹤目標(biāo)的無(wú)源雷達(dá)，則要在目標(biāo)表面涂敷毫米波輻射較強(qiáng)的偽裝物，使其輻射和背景輻射基本相等，從而使目標(biāo)融合于背景中。

總之，毫米波通信應(yīng)用于軍事上是非常必要和有重大意義的，是很有發(fā)展前途的通信手段，具有波束窄、數(shù)據(jù)率高、電波隱蔽、保密和抗干擾性能好、開(kāi)設(shè)迅速、使用方便靈活以及全天候工作的特點(diǎn)。除了應(yīng)用于電子對(duì)抗領(lǐng)域外，軍用毫米波通信的應(yīng)用包括遠(yuǎn)（外空間）近（大氣層）距保密通信、快速應(yīng)急通信、對(duì)潛通信、衛(wèi)星通信、星際通信、微波干線上下山的走線和電纜中斷搶通設(shè)備等