美国陆军通讯与电子研究发展与工程中心（CERDEC）的科学家们正在开发一种可安装在士兵装备（如头盔和防弹衣）中的小型天线。这些装置将比当前的鞭形天线更轻便灵活，在士兵卧倒或隐蔽时具有更好的信号接收能力。这些便携天线提高了士兵之间沟通和战场计算机系统的通讯能力。

研究人员正在努力提高无线电天线技术，他们试图把通讯设备安装进防弹衣中，从而更有效地抵御路边炸弹袭击。开始物理测试之前，将结合材料学研发进程采用虚拟建模技术检测和验证原型设备。这种尖端的研究和仿真技术使天线技术迅速成熟，并为初始作战评估做好了准备。

位于美国新泽西州蒙默斯堡的CERDEC太空和陆地通讯指挥部天线技术组组长杰弗里·霍普（Jeffrey Hoppe）表示，该中心的科学家们在技术趋向成熟的各阶段不断努力。研究成果包括为单个步兵量身定做的轻型随身天线（BWA）系统以及用来保护车辆免遭简易爆炸装置（IED）破坏的分布式天线阵（DAA）。

轻型随身穿戴式天线设备分为在头盔上安装天线和在士兵穿的防弹衣、其它设备及衣服上安装天线。最有前景的轻型随身穿戴式天线技术包括两个灵活的小型平板天线，安装在士兵防弹套装的防弹插板上。一根单芯电缆绕过人体肩膀与天线相连接。该系统现已列入未来部队战士先进技术验证项目，为士兵提供能使波形无线电通讯支持声音、图像和数据传输的宽带能力。霍普说：“差动板预计具备225至1000MHz的宽带能力，是当前所用鞭形天线的宽带能力的两倍。”

在验证过程中，无论士兵站立或是卧倒，检测者都能和轻型随身穿戴式天线轻松链接。霍普说：“当士兵站立时，轻型随身穿戴式天线的信号接收能力和标准鞭形天线差不多。但当士兵卧倒时，安装在士兵防弹衣前后的平板天线的信号接受能力比鞭形天线强。”他解释说，无论士兵处于什么位置，轻型随身穿戴式天线都能为他们提供可靠通讯，并且轻型随身穿戴式天线还去掉了长且笨重的鞭形天线，减少士兵的暴露危险，从而增加了他们的生存机会。

霍普小组同时也在为其他项目研究轻型随身穿戴式天线。在下一个项目结束后，CERDEC将同国防高级研究计划署共同研究无线网络以检测和评估轻型随身穿戴式天线的性能。霍普说他的小组正在进行增益模式检测，该检测能测出天线的辐射范围和性能。

CERDEC的研究人员利用人体模特测量射频辐射对人体的影响，在人体模特内填充模拟一系列人体组织的液体和材料。研究人员将轻型随身穿戴式天线安装在人体模特体内以检测辐射性能。这些检测有两个目的。第一，判定天线接收和传播无线电信号的效率。第二，测量天线近距离辐射人体时的安全程度。

霍普说，在过去几年，CERDEC对轻型随身穿戴式天线系统进行了大量研究。已经检测了10种不同的头盔式天线和13种轻型随身穿戴式天线系统。CERDEC的研究人员为多个陆军项目开发天线，如“信号战士” （Signal Warrior），该项目是“陆地战士”项目的演变。霍普承认许多评估阶段的天线还没开始进行操作检测。但他还说有些此类系统正在应用。

CERDEC研究人员开发出了能够在超高频（UHF）范围内有效使用的轻型随身穿戴式天线系统，但霍普表示甚高频（VHF）天线仍然是个挑战。提高系统频率范围是甚高频轻型随身穿戴式天线系统面临的障碍之一。甚高频(VHF)无线电频段范围是30 MHz到300 MHz。而美国陆军主要的甚高频(VHF)系统在30MHz到90MHz波段范围运行。

天线尺寸是开发士兵甚高频(VHF)天线面临的又一难题。霍普透露说：“甚高频(VHF)传输波长从10米到略小于5米。有效天线长度通常是传输波长的四分之一。波段的最低端波长为10米，需要2.5米的天线才能有效工作。”缺点是用传统方式为步兵制造的天线尺寸大，隐蔽性差。他们不断努力，试图减小甚高频(VHF)的天线的尺寸，但是霍普表示这仍是主要的技术挑战。

CERDEC同时也在检测不同种类穿戴式天线的头盔式安装系统。CERDEC太空和陆地通讯指挥部的首席科学家马赫布卜·霍克（Mahbub Hoque）博士说一个陆军项目办公室在处理鞭形天线方面遇到了困难。士兵穿越茂密的森林地带时天线会缠挂植物，以至于士兵平躺在地面时很难接收到信号。

霍普表示，2009年新泽西州福特堡曾进行过一次测试，证实了头盔式天线比传统鞭形天线的性能优越。他还补充说他的研究小组现在面临的难题是如何连接头盔式天线和无线电。霍普说：“轻型随身穿戴式天线的研究已经有了很大进展，并且研究组科学家们现在已开始检测轻型随身穿戴式天线新材料的应用。”

研究人员正在研究一种由纳米纤维制成的纤维材料，该材料坚固、轻便且具有良好的导电性。CERDEC正在和美国陆军研究实验室武器材料研究处共同研究这些新型材料。霍克说他的研究组还和麻省理工学院（MIT）林肯实验室共同研究上述材料，由于美国陆军为麻省理工学院（MIT）提供经费来开发纳米材料，尤其是纳米纤维。他说：“虽然我们当前所用的纤维材料很好，但我们的最终目标是开发出一种高效纤维材料。目前，尽管我们当前已经拥有相当不错的纤维材料。”

美国的盟国对轻型随身穿戴式天线（BWA）也很感兴趣。霍克指出以色列军方想把轻型随身穿戴式天线系统装备到军队。以色列官方参观CERDEC的设施后，表示有兴趣开展一个合作研究项目。

另一个有前景的研究领域是CERDEC研究的分布式天线阵（DAA）技术，该技术旨在干扰简易爆炸装置。简易爆炸装置干扰系统通过一个粗大的棒形天线发射半球形干扰信号。虽然这些系统的有效性得到了提高，但联军之间也有通信中断现象，因为干扰发射机天线和军用车辆顶部安装的通信天线极其相似。如何避免对自身系统干扰是简易爆炸装置干扰机面临的主要难题。霍克说：“你肯定会注意车辆周围的地面，因为那是简易爆炸装置的安装地点。”

为开发分布式天线阵，CERDEC的科学家们将车辆划分成四个象限，把定向天线安装在车辆各面，霍普说，由于分布式天线阵是定向的，所以它可使车辆能量向下或向四周散开，在车辆顶部形成一个通讯系统的“非干扰区”。

非阻挠性是分布式天线阵的另一个特点。霍普解释说：“鞭形天线安装在车辆顶部时，其性能会受到炮塔之类的突起物的影响而减弱。这些障碍将产生屏蔽效应，阻碍天线对屏蔽区简易爆炸装置的干扰。当前系统能提高功率输出克服屏蔽。由于其具有非干扰性，所以分布式天线阵能更有效地干扰且避免车辆在屏蔽区浪费功率。”

分布式天线阵还采用圆偏振作用提高干扰能力。霍普指出简易爆炸装置通常使用可被线式偏振的鞭形天线。如果天线垂直站立，它就可被垂直偏振。如果平行，可被平行偏振。无论武器上安装的天线朝哪个方向，圆偏振作用都能使系统干扰简易爆炸装置。他说：“圆偏振作用对这两种情况都具备极佳的效果。”

霍普说，CERDEC的工程师们已经解决了很多关于屏蔽的问题以及其它与简易爆炸装置干扰系统相关的工程问题。与之前的干扰发射机相比，分布式天线阵隐蔽性更强，因为它对车辆是保角的。

CERDEC的科学家们已经研制出了干扰系统的样机，在不干扰军队正常通讯的情况下，抵御简易爆炸装置对车辆的威胁。分布式天线阵使用四个定向天线，车辆的四面各有一个，把接收到的干扰信号发送到附近的地面。低挂式天线也能阻止干扰发射机干涉在车顶上安装的通讯系统。

从启动到研制阶段，分布式天线阵（DAA）概念都是在CERDEC内部执行。霍普指出CERDEC建模和仿真组在开发原型前建立了整体设计的模型。

CERDEC和美国国防部联合简易爆炸装置对抗组织（JIEDDO）共同面对简易爆炸装置的挑战。两年来，JIEDDO为分布式天线阵项目提供资金。在此期间， CERDEC举行了两次成功的演示。霍克指出努力已初见成效。他说：“我们现在正在考虑如何将其运用在战场上。”

分布式天线阵系统原型将于今年在尤马和亚利桑那州接受测试。霍克说，在2010年将会进行测试和集成，他还补充道：“管理车辆上的四个天线是集成面临的挑战。新系统有望在2010年底完成有限部署。”

作者：亨利·S·凯尼恩（Henry S. Kenyon）

编译：知远/张莉莉