相控阵是现代雷达与通信系统中的核心技术，其迅捷的波束赋形能力为实现灵活、高效的空间资源调度奠定了基础。随着通信与感知技术在自动驾驶、无人机集群、物联网等复杂多任务场景中的深度融合，相控阵系统正不断向宽带、大规模方向演进，从而为高分辨雷达探测与大容量通信提供支撑。微波光子真延时相控阵是近年来的研究热点，具有抗波束倾斜、瞬时带宽大等优点，然而传统基于延时线阵列的波束赋形网络复杂度高、调控难度大，成为制约大规模微波光子相控阵实际应用的瓶颈。

近日，清华大学电子工程系的薛晓晓、郑小平团队提出了一种无需延时线的光频梳驱动超宽带真延时相控阵新方案。原理如图1所示，相控阵天线的驱动信号由两个重复频率存在微小差异的光频梳进行光电混频产生，利用线性调频波的频时映射关系，将复杂的延时调控转换为简单的频率调控，从而摆脱了对大规模物理延时线的依赖。该方案充分发挥了光频梳的精准频率控制与宽光谱扩展能力，系统集成度与可扩展性相对于传统方案可实现显著提升。

图1.基于双光频梳驱动的等效真延时相控阵概念图

团队分别构建了1×16、4×4的一维和二维相控阵实验系统，在Ku波段成功验证了其超宽带、无倾斜波束赋形与连续波束扫描能力，瞬时带宽覆盖整个Ku波段（12-18GHz）。团队进一步将所提出的系统应用于通信感知一体化（Integrated sensing and technology，ISAC）场景（图2），采用以线性调频信号为载波的正交频分复用相位调制作为ISAC波形，成功实现了高分辨逆合成孔径雷达成像与高速通信功能。雷达二维成像分辨率达到2.6×3.0cm，通信速率达到4.8Gbps。该研究展示了光频梳驱动的超宽带相控阵系统在结构紧凑性、高可扩展性与灵活波束调控方面的优势，为未来高性能ISAC硬件平台的发展提供了一种极具竞争力的解决方案。

图2.等效真延时相控阵系统在通感一体化场景下的应用展示。（a）系统结构图；（b）波束方向图；（c）波束扫描曲线；（d）左侧：四小球逆合成孔径（ISAR）成像图，右侧：64QAM-OFDM接收星座图

研究成果以“面向通感一体的光频梳驱动超宽带准真延时波束赋形技术”（Frequency-comb-steered ultrawideband quasi-true-time-delay beamformer for integrated sensing and communication）为题，于8月14日发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

清华大学电子工程系2019级博士生王棉为论文第一作者，电子工程系副教授薛晓晓为论文通讯作者。