來源：中國軍網-解放軍報 責任編輯：李佳琦 發(fā)布：2025-11-07 08:42:31
從“電磁火花”到“智慧脈沖”——
超寬帶技術：為萬物互聯(lián)奠基
■劉 瑩 李 倫 施育鑫
“電磁火花”迸發(fā)出的萬物互聯(lián)革命。AI圖片
近期，國產超寬帶芯片產業(yè)迎來集體突破：馳芯半導體CX500芯片累計出貨量達數(shù)百萬顆，在消費電子、汽車、工業(yè)等多個領域實現(xiàn)量產應用。這些進展標志著超寬帶技術的核心部件正加速實現(xiàn)國產化替代，為以萬物互聯(lián)為特征的各種實際應用奠定了堅實基礎。
超寬帶技術是一種無線通信技術，利用功率極低的極窄脈沖信號在極寬的頻譜上進行數(shù)據(jù)傳輸。這種獨特的信號形式，使超寬帶技術具備厘米級的時空感知能力，實現(xiàn)對“位置”和“距離”的精準把控。在該技術的推動下，一個以“無感解鎖”和“數(shù)字鑰匙”為核心的多元應用生態(tài)正在加速成形。
以智能汽車制造為例，2024年，僅國產的汽車品牌中，具有超寬帶數(shù)字車鑰匙的汽車銷量大約有100萬輛左右。一些海外汽車品牌商已經開始大規(guī)模使用超寬帶技術。
當我們驚嘆于超寬帶技術在應用層面的廣泛滲透時，不禁要追問其背后的技術根基：超寬帶技術有著什么樣的特質和優(yōu)勢？這項技術又是如何從實驗室走向市場的呢？請看本期解讀。
超寬帶技術的百年沉浮
1896年的一天，意大利青年古利莫·馬可尼，正站在一臺粗糙的設備前。左側是“火花隙發(fā)射機”，如同一個能量炮仗；右側是“凝聚檢波器”，像敏銳的聽覺器官。當馬可尼啟動設備，電流瞬間擊穿空氣，迸發(fā)出一場覆蓋寬廣頻段的“電磁煙花”，這也堪稱人類有意識向空間發(fā)送的第一封“電磁電報”。
馬可尼意識到，這股看不見的電磁之力中蘊藏著無限可能。他以這種特殊的方式成功復現(xiàn)了赫茲的實驗，一次次地將通信距離推向極限；他將法國物理學家白蘭利的“凝聚檢波器”，優(yōu)化為靈敏度更高的“信號捕捉網”；他發(fā)現(xiàn)同一發(fā)射信號可被多臺設備接收，廣播的序幕就此拉開；他在3000公里外捕捉到代表“S”的微弱電碼火花，完成了人類首次跨洋無線電通信……
1912年，當“泰坦尼克”號撞擊冰山時，正是其裝備的火花隙發(fā)射機，發(fā)出了那條關鍵的寬頻求救信號“CQD MGY N41.46 W50.14撞冰山，速來救援”。這束粗糙但至關重要的“電磁烽火”，成功穿透夜空，挽救了數(shù)百條生命，也將這項技術推上了時代的舞臺。
一戰(zhàn)后，窄帶連續(xù)波通信崛起，開啟了廣播的黃金時代。憑借穩(wěn)定的載波，它能夠精準地承載聲音與信息，如同優(yōu)雅的“電磁歌唱家”。窄帶連續(xù)波的出現(xiàn)，迅速取代了火花隙技術。到1920年代末，火花隙無線電幾乎退出了歷史舞臺，這一早期無線通信范式也隨之陷入數(shù)十年的“電磁冬眠”。
二戰(zhàn)期間，一種基于脈沖的寬帶技術——雷達，在全球機密實驗室中快速成長。它如同一只“電磁蝙蝠”，通過發(fā)射短脈沖并聆聽回波，在黑夜與迷霧中“看見”遠方。在英倫戰(zhàn)役和太平洋海戰(zhàn)中，雷達技術提供了至關重要的早期預警和目標追蹤能力，成為左右戰(zhàn)局的關鍵力量。
戰(zhàn)爭結束后，脈沖技術并未消失，而是在軍事需求的“溫室”中悄然進化。至1960年代，超寬帶技術以“脈沖無線電”之名重獲新生。1993年，超寬帶技術迎來新的“啟蒙時刻”——美國南加利福尼亞大學的羅伯特·阿諾·舒爾茨教授提出采用“跳時調制”的沖激脈沖多址通信方案，大幅提升了多用戶能力和抗干擾性能。這被公認是現(xiàn)代超寬帶技術通信研究的奠基之作。
隨后，美軍迅速展開了一系列實戰(zhàn)測試：1997年10月，“秘密行動鏈路”演示中，6部超寬帶電臺如同組建了一支“電磁幽靈小隊”，在900米距離實現(xiàn)雙工傳輸；2001年，MSSI公司的超寬帶系統(tǒng)在復雜環(huán)境中展現(xiàn)出遠超傳統(tǒng)技術的定位精度，如同在電磁迷宮中安裝了“高精度導航儀”。
超寬帶技術的獨特之道
為什么這個一度被遺忘的技術，會在今天以更高形態(tài)“復活”？一切要從它的基本原理說起。
最早的火花隙無線電傳輸，依賴于兩個導體間迸發(fā)的電火花——這本質上是一種電容蓄能瞬間釋放所形成的電弧放電。這道短暫而強烈的電流脈沖，激起一陣“電子振蕩”。這種振蕩會向外激發(fā)出一種看不見的波動：電磁波。電磁波穿越空間，即使距離很遠，只要有合適的接收裝置，就能捕捉到這個來自遠方的“信號”。
然而，火花隙無線電作為寬帶傳輸?shù)碾r形，其缺陷也十分突出：功耗巨大、波形難以精確控制，無法支持連續(xù)信息傳輸，只能將編碼寄托于一連串斷續(xù)的“火花”之中。更致命的是，其寬頻譜發(fā)射方式如同一場傾瀉而下的“電磁暴雨”，有力卻粗暴，極易干擾周邊設備，且能量分散、傳輸效率低下。
為了從根本上克服這些缺陷，工程師開始有意識地設計納秒或亞納秒的極窄脈沖，就像制作一把把精準的“電磁飛針”，希望以更加高效和可靠的方式傳遞信息。而這，也恰恰成了打開未來之門的鑰匙——
根據(jù)物理學原理，一個極短促的脈沖信號，天然就對應著一個極寬的頻譜范圍。這一特性使脈沖信號的能量像薄霧一樣彌散在廣闊的頻段中，單點強度微弱到幾乎與環(huán)境噪聲融為一體，信號形成了天然的“電磁隱形”能力。與此同時，極寬的頻譜帶寬帶來了驚人的時間測量精度。這就像為電磁波裝備了一把高精度的尺子，連厘米級別的距離變化都能被清晰分辨。
在抗多徑干擾方面，超寬帶技術同樣展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：傳統(tǒng)窄帶信號如同一個拖沓的長音“啊——”，在空間中多次反射后，原始信號與回聲會混雜在一起，難以區(qū)分。而超寬帶信號則像一個清脆的“嘀”聲，接收設備能夠輕松識別出最先抵達的直射信號，并將后續(xù)那些遲到的反射信號視為干擾，將其有效濾除。
超寬帶技術還具有卓越的抗窄帶干擾能力。想象一下，超寬帶技術傳遞信息，就像將一份“秘密指令”巧妙地分散隱藏在一幅巨大畫卷的無數(shù)細節(jié)中，即便有強烈的窄帶干擾像墨汁潑灑上去，也僅僅會污損畫卷上的零星幾個點。接收機憑借對畫卷整體布局的掌握，就能忽略這些被污染的零星斑點，準確還原出完整的指令內容。
正是這些源于物理本征的獨特優(yōu)勢，讓超寬帶技術擺脫了早期“粗糙火花”的桎梏。昔日難以駕馭的“電磁暴雨”，變成一道道精準可控的“時空密碼”，悄然融入我們生活的方方面面。
“掌上方寸”的感知革命
2002年2月14日，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準超寬帶技術進入民用市場，成為其發(fā)展史上的“解放日”。民用合法化，使超寬帶技術從軍事的“深閨”走向大眾的“廣場”，引爆了芯片、算法與應用的創(chuàng)新井噴。如今，超寬帶技術正以“靜默卻精準”的方式，重塑多個領域。
消費電子領域：賦予設備“空間感知”能力。蘋果公司2019年在iPhone 11中引入U1芯片，將超寬帶技術深度整合。它讓設備不再僅僅知道“是否連接”，而是能精確感知“彼此的位置和距離”。借助超寬帶技術，用戶可以實現(xiàn)指向性的文件“精準投送”——將手機對準另一臺設備即可優(yōu)先傳輸。隨著許多手機品牌商在高端機型中全面搭載超寬帶芯片，這項技術正沿著“Wi-Fi級標配”的路徑快速普及。
汽車領域：構建更安全、便捷的出行體驗。一些汽車品牌商推出基于超寬帶技術的數(shù)字鑰匙系統(tǒng)，用戶無需掏出手機，即可實現(xiàn)“走近自動解鎖、離車自動上鎖”的體驗。超寬帶技術精準的測距能力可有效防御中繼攻擊，相當于為車輛配備了一把獨一無二的“電磁指紋鎖”。它還可應用于車間通信、自動駕駛輔助系統(tǒng)，通過車輛間共享位置和姿態(tài)信息，為協(xié)同駕駛和避免碰撞提供可靠數(shù)據(jù)基礎。
工業(yè)領域：打造透明化的“數(shù)字工廠”。在智能制造中，超寬帶系統(tǒng)為工廠提供10到30厘米級的人員、設備與物料定位能力。管理者可以實時查看資產位置、優(yōu)化物流路徑、設置電子圍欄保障人員安全，并能回溯生產流程，極大地提升了管理效率和生產安全性。這種精確定位能力也廣泛應用于倉儲物流、港口碼頭等場景，是實現(xiàn)工業(yè)4.0和柔性制造的重要基石。
醫(yī)療領域：實現(xiàn)無擾式的“精準守護”。超寬帶雷達可用于非接觸式生命體征監(jiān)測，就像擁有一臺“隔空聽診器”，遠程檢測患者的呼吸頻率與心跳波動。這種技術特別適合老年監(jiān)護和病房監(jiān)測，無需佩戴任何設備，避免了患者的心理負擔和不適感。超寬帶技術的引入，為智慧醫(yī)療和遠程監(jiān)護開辟了新的路徑。
未來，隨著萬物互聯(lián)不斷走向縱深，超寬帶技術將繼續(xù)以它特有的“寬廣”與“精準”，在越來越多的場景中悄然重塑著我們的感知與交互方式。從馬可尼火花隙中迸發(fā)出的第一道寬頻譜脈沖，到今日超寬帶技術的精妙應用，超寬帶技術的發(fā)展歷程告訴我們：真正的技術創(chuàng)新從不囿于既有范式，它往往隱藏在更寬的寬度里、更精的精度中，等待一個時代的理解與開啟。
