论文标题：Compact Millimeter-Wave, Dual-Band, Dual-Polarized, Duplex, and Scalable Phased Array Enabling B5G/6G Multistandard Systems

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.06.017

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近日，东南大学毫米波全国重点实验室洪伟教授团队在新型毫米波相控阵架构研究领域取得重要进展，相关成果目前已被中国工程院院刊《Engineering》专刊“6G from Theory to Practice”接收并在线发表。研究团队提出并实现了一种紧凑型毫米波双频双极化双工可扩展相控阵架构，并将其命名为D³相控阵（D³P）。通过单印刷电路板集成了四套独立波束赋形系统，可支持28 GHz与38 GHz频段下垂直/水平双极化信号的同步收发，为未来复杂场景毫米波通信提供了创新解决方案。博士生陈凯为论文第一作者，洪伟教授、徐俊副教授为论文共同通讯作者，团队多位老师和研究生也参与了本项研究工作。

后第五代与第六代（B5G/6G）移动通信技术正加速赋能车联网、智能工厂等多元场景。尽管当前相控阵已在5G得到大规模应用，但其难以满足未来多频段共存、多类型用户接入等新需求。混合多波束相控阵通过子阵形式实现多波束，口径利用率低且波束间干扰严重。此外，被视为未来移动通信核心技术的全数字多波束阵列则受限于系统复杂度与成本等因素尚未得到大规模部署。因此，如何在受限尺寸内实现具备多个并发独立波束、收发双工能力，同时兼顾可扩展性、成本效益与系统复杂度的新型阵列架构是当前移动通信硬件系统研究的重要方向。

洪伟教授团队提出的双频双极化双工相控阵将四个独立波束成形系统集成于单一口径，采用高性能双工器实现频域隔离以支持频分双工，并内置射频开关兼容时分双工。更关键的是，该架构可同时产生并独立控制四个波束。相较于传统方案，D3相控阵架构在频谱效率、成本控制及多功能集成方面实现突破，是首次实现真正意义上的单板单口径双频双极化双工四波束相控阵系统。

图1. D³相控阵系统的概览图和应用场景

所实现的D³相控阵中使用了一种新型宽带端射天线单元，其辐射结构通过巧妙地设置印刷电路板（PCB）镂空与金属化区域实现，可在单一口径内激励实现宽带垂直与水平极化辐射，实测阻抗带宽为47.6%，增益峰值达6.77 dBi。此外，该相控阵采用砖块式架构，将波束成形芯片等有源电路垂直排布于阵列口径面，从而实现阵列的二维可扩展性。水平与垂直极化系统对称分布于PCB两侧，经由对称层叠结构简化设计与布线。采用交叉垂直互联结构解决了同层布线冲突，经仿真优化确保层间与层内隔离度优于20 dB；双工器由宽带功分器与低温共烧陶瓷（LTCC）带通滤波器构成，兼顾低插损与高频率选择性。最终在1×4阵列口径内成功集成了四套独立波束成形系统。

实验结果表明，该相控阵可分别在28 GHz、38 GHz频段实现双极化±45°、±30°扫描范围，扫描损耗均低于2.7 dB。28 GHz及38 GHz处的峰值等效全向辐射功率（EIRP）为30.6 dBm（水平极化）/31.4 dBm（垂直极化）、27.6 dBm（水平极化）/27.5 dBm（垂直极化）。通过实验验证，该D³相控阵系统样机实现了80MHz带宽64-QAM调制信号的稳定传输（此实验结果受限于测试仪表带宽，该系统理论上可以支持更大带宽的信号传输）。当多波束并发工作时，各频段以及各极化波束间实测干扰低于预期阈值，证实系统可同时服务多组独立用户设备。

该研究提出的新型毫米波相控阵架构有望应用于智能车联网、远程遥感、工业物联网等领域。进一步电磁仿真证实，该架构可扩展为大规模平面阵列，能在二维扫描中保持稳定波束性能，为未来卫星互联网及毫米波雷达系统等应用提供高性价比解决方案。

此项研究获得国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目、中央高校基础科研基金资助项目以及江苏省科协青年人才托举工程项目的资助。

论文信息：

Kai Chen, Jun Xu, Renrong Zhao, Lei Xiang, Debin Hou, Zhiqiang Yu, Jianyi Zhou, Jixin Chen, Zhang-Cheng Hao, Wei Hong, Compact Millimeter-Wave, Dual-Band, Dual-Polarized, Duplex, and Scalable Phased Array Enabling B5G/6G Multistandard Systems, Engineering, 2025

开放获取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.06.017

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