电子设备与技术的发展探讨

摘 要 本文综合论述当前雷达、通信等电子设备的现状以及未来电子技术的主要发展趋势，指出了未来大型电子设备“孔径阵列化、通道数字化、处理软件化”的发展方向。

【关键词】阵列化 数字化 软件化 可重构

近10年来，伴随着电子信息技术飞速发展和电子元器件水平的迅速提高，电子设备和技术也取得了长足的进步。许多电子设备已经初步具备了跨代特征，同时电子技术还将在不远的将来给众多大型电子设备带来一些更为显著的特点。

总的来讲，雷达、通信等领域的电子设备正从过去“单天线，模拟通道，硬件处理”为主向“孔径阵列化，通道数字化，处理软件化”为主转变，电子技术的后续发展将以可重构的体系结构为基础，朝着综合化、智能化方向不断迈进。

1 电子设备的现状

近10年来，雷达、通信等电子设备的发展尤为迅速，基本代表了电子设备的发展潮流。

随着低成本，高可靠的射频收发组件（T/R组件）的成功研制和规模化生产，有源相控阵技术迅速成为了大型雷达设备的首选。传统雷达的抛物面天线和平板裂缝天线被少则数百元，多则上千元的阵列化天线所取代。几千瓦甚至上兆瓦的大功率发射机被数百个甚至上千个T/R组件所取代。阵列化的天线孔径加上T/R组件快速的相位或时延控制，使得雷达波束指向能够在90°甚至更宽的范围内快速捷变和任意驻留，极大满足了雷达的多目标跟踪与多任务要求。同时，数百乃至上千元的阵列化收发孔径在少数单元和组件故障时的性能不会有明显恶化，因此，能够大幅提高雷达的任务可靠度，这对于电子设备而言是非常重要的。

数字技术的发展和应用将电子设备从传统的模拟电路带入了数字电路时代。受限于数字器件的速度与带宽，在过去很长一段时间里，电子设备的数字化主要集中在视频或者窄带中频部分。宽带中频和射频通道基本上都是模拟的。近年来，随着高速模数变换（A/D）和数模变换（D/A）电路的成熟与应用，宽带中频的数字化正逐步成为现实，尤其是在各类成像雷达中，宽带数字中频已成为主流，进而推动通道数字化向前迈进了一大步。而通道的数字化是电子设备处理软件化的基础。

在现有的通道数字化水平上，主流雷达和抗干扰通信设备都已经开始采用更加灵活的数字波束技术（DBF）。对多个接收通道甚至是整个孔径上的每个接收通道进行数字采样，利用计算机软件，采用适当的波束合成算法，获得满足不同任务需要的接收波束。以有源相控阵雷达为例，通过通道数字化和DBF技术，可以以发射波束为中心，同时计算产生9个接收波束，从而提高目标检测概率、测量精度和跟踪性能。

随着电磁环境日益复杂，电子设备必须充分考虑来自周围环境的电磁干扰问题，因此，利用DBF技术，采用空间自适应滤波算法，可以在存在电磁干扰的方向上形成比主波束低50dB～60dB的凹口，以此大幅降低外部电磁干扰对设备正常工作的影响。目前，这些处理基本上都由软件来实现。

随着电子设备中计算机处理能力的提高以及软件工程化的不断成熟，過去由硬件电路才能完成的许多处理功能，例如检波、选大、测量、增益控制等都正逐步被软件处理所取代。

2 电子技术的发展

电子技术的发展通常领先于电子设备的发展，同时也是为解决当前设备面临的问题进行先期研究与技术储备。

从目前看，各类电子设备将继续沿着“孔径阵列化，通道数字化，处理软件化”的方向发展。在此过程中，又会表现出一些新的特点。

2.1 孔径阵列化

在孔径阵列化方面，将从目前集中、密集平面阵向分布式的稀布阵、异型阵变化，以满足充分利用平台空间、解决电磁兼容等一系列应用需求。“智能蒙皮”可能是一种可以预见的设备形态。口径阵列化的这种发展趋势必然要求一种能够支持资源可裁剪、可扩展的设备系统架构，以便支持不同任务下的资源调度与组合构型。为满足这种需求，技术人员正在研究一种“硬件可扩展，软件可重载，功能可定义，性能可升级”的“可重构”设备体系结构技术。

2.2 通道数字化

在通道数字化方面，将从目前的宽带中频向数字射频转变，以满足超宽带孔径多专业、多功能综合应用的需要。“数字前移”预示在不远的将来，通道数字化将直接抵近到天线后面。不再有体积、重量、供电、散热以及成本代价都较高的上下变频单元。通道数字化的这种发展趋势必然带来宽带射频采样与高速数据传输的问题。目前，研究人员正在探索和尝试利用微波光子学的相关理论和成果，用光子技术来解决微波频段的采样、量化和高速传输问题。

2.3 处理软件化

在处理软件化方面，将从目前相对集中的软件处理向分层、分级的分布式处理变化。基于人体仿生学的理念，构建一个类似于人体神经系统的处理系统。有广泛分布的、相对简单和专用的神经元、神经节，也有构造复杂，处理能力极强的大脑。处理软件化的这种发展趋势必然要求电子设备能够提供类似于人体神经系统一样的分布式处理架构。目前，基于光纤网络的分布式处理架构正在验证中。“神经元”、“神经节”与“大脑”之间的高速数据交换以及基于任务的处理迁移与协同是当前攻关的技术难点。同时，在“大脑”运行的、具有人工智能的软件也将是电子技术发展的一个主要方向。

3 结束语

信息化使得电子设备和技术的发展成为世界各国，尤其是西方发达国家高度关注和竞相投入的领域。也许未来的发展可能远远超出我们今天的认知，但我们坚信，以阵列化、数字化、软件化为基础的电子设备和技术必将向着综合化、智能化方向快速发展。

参考文献

[1]Merrill Skolnik.Radar handbook third edition[M].Merrill I.Skolink，（2008）.

[2]MH Carpentier，WD wirth，TH Robinson.Muitifunction Radar[M].Multifunction Radar for Airborne Applications，1986.

作者简介

何思行（1998-），男，现为四川省成都市树德光华中学高三学生，对电子技术的发展与应用具有浓厚的兴趣，学习之余广泛涉猎相关知识，希望能够与志趣相投者共同探讨。

作者单位

树德光华中学 四川省成都市 610091