本发明专利技术基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，包括设置在卡式天线本体两端的弯月校正镜和主反射镜，弯月校正镜镜面中心设置有次反射镜和第二遮拦，主反射镜的中心设置有第一遮拦，第一遮拦中设置有接收光纤盘，接收光纤盘中固定有耦合光纤，第一遮拦的端口连接有发射光纤盘，发射光纤盘中固定有发射光纤，发射光纤连接有1分4光纤分路器；收发一体方法为：光信号通过1分4光纤分路器分为4路；计算发射光纤安装参数；在发射光纤尾端胶合自聚焦透镜；制作发射光纤盘并固定发射光纤；制作接收光纤盘并固定耦合光纤；将发射光纤盘和接收光纤盘装入卡式天线中。本发明专利技术提高了卡式天线发射功率且实现了收发一体化，安装方便，体积小，通信距离远。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线激光通讯装置
，本专利技术涉及一种基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，本专利技术还涉及实现基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线的收发一体方法。
技术介绍
无线激光通信(Free Space Optic,FS0)是一种使用光作为信号载体、大气信道作为传播介质的通信方式。光学天线是FSO系统的重要组成部分，光学天线要能够接收对方终端的光信号同时也要能够发射本地终端光信号。高效率收发一体天线的研究设计已成为热点研究问题，其中利用光纤器件如:光纤、光纤分/合路器等进行系统设计是实现收发一体化的方法之一。FSO系统中的光学天线一般为望远系统，卡塞格伦望远镜(简称为卡式天线)以材料要求低、重量轻且大口径等优点使得其在远距离FSO通信中广泛应用。卡式天线为双反射设计，由主反射镜、次反射镜、弯月校正镜和两个遮栏组成。但作为信号光发射天线，卡式天线存在盲区，发散角较小的区域，光线不能入射到主反射镜面上，被第一遮拦阻挡，对于基横模输出的激光光源来说，该阻挡造成的发射能量损失至少在50%以上。改变光源能量分布是解决能量损失的有效方法，国内针对如何提高卡式天线发射功率的方法有:安徽光学精密机械研究所的孔祥蕾人利用两个不同锥体反射镜将激光光束整形成环形分布以规避遮拦(孔祥蕾，郝沛明.消除中心遮拦的反射式激光扩束新方案[J].量子电子学报，2002，19(3):205-209.);武汉大学的张玉侠和艾勇针对遮挡问题提出了附加器件法和半口径照明法(张玉侠，艾勇.基于空间光通信卡塞格伦天线弊端的探讨[J].红外与激光工程，2005，34(5):560-563.);哈尔滨工业大学的俞建杰和马晶等人利用衍射光学兀器件将高斯光束转化成环形光束(俞建杰，韩琦琦，马晶等.衍射光学兀件在卫星激光通信终端中的潜在应用[J].红外与激光工程，2013，42(1): 130-137.)。以上研究成果都没有涉及实现收发一体，且改变光束能量分布需要附加器件(如椎体反射镜或者衍射元件)，对于结构紧凑的卡式天线而言光路通过附加器件后天线就难以实现收发一体且安装困难、花费代价大。在光学天线收发一体化方面，电子科技大学的杨华军利用准直系统、光隔离器、分光棱镜等光学器件在卡式天线的焦点后实现收发一体，该方案光路复杂、安装精度要求很高、设备体积巨大且成本过高不适合应用于民用无线激光通信设备(杨华军.空间光通信中高精度激光束准直和光学天线设计与实现[D].电子科技大学，2007.);北京邮电大学的王宏锋采用透射式伽利略望远系统作为发射天线、反射式格里高利型系统做接收天线，并将发射天线固定在接收天线次镜遮挡位置实现收发一体，该系统需要进行收发天线光轴的严格校准，但在工程实际中，收发光轴一定存在夹角，所以收发分光路的方法并不适合应用于远距离无线激光通信系统中(王宏锋.自由空间光通信系统设计与光学天线部分的研究[D],北京邮电大学，2004.)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，提高了卡式天线的发射功率且实现了收发一体化，该装置安装方便，体积小，通信距离远。本专利技术的另一个目的是提供上述天线的收发一体方法。本专利技术所采用的技术方案是:基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，包括卡式天线本体及设置在卡式天线本体两端的弯月校正镜和主反射镜，弯月校正镜镜面中心设置有次反射镜和第二遮拦，主反射镜的中心设置有第一遮拦，第一遮拦中设置有接收光纤盘，接收光纤盘中固定有耦合光纤，第一遮拦的端口连接有发射光纤盘，发射光纤盘中固定有发射光纤，发射光纤连接有I分4光纤分路器。本专利技术的特点还在于，接收光纤盘为中心设置有第一通孔的圆台结构。接收光纤盘放置在第一遮拦的内焦点处，接收光纤盘与第一遮拦过盈配合。发射光纤盘与第一遮拦通过紧定螺钉连接。发射光纤盘的中心设有第二通孔，第二通孔周围均匀设置有4个第三通孔，每个第三通孔的轴线与第二通孔的轴线的夹角呈锐角。发射光纤的尾端胶合有自聚焦透镜，发射光纤分别设置在发射光纤盘的4个第三通孔内。本专利技术所采用的另一个技术方案是:基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线的收发一体方法，具体包括以下步骤:步骤1:将光信号通过I分4光纤分路器分为4路且分别由发射光纤尾端输出；步骤2:根据卡式天线的具体结构计算出发射光纤安装面的位置S、发射光纤尾端光线发散角θρ和发射光纤尾端安装倾斜角0S;步骤3:根据步骤2计算得到的发射光纤尾端光线发散角Θ F，在与I分4光纤分路器相连的4根发射光纤尾端分别胶合自聚焦透镜，得到4根胶合有自聚焦透镜的发射光纤;步骤4:制作发射光纤盘，根据步骤2计算得到的发射光纤安装面的位置S和发射光纤尾端安装倾斜角Θ s，将步骤3得到的4根胶合有自聚焦透镜的发射光纤分别固定在发射光纤盘的4个第三通孔内；步骤5:制作接收光纤盘，将耦合光纤固定于接收光纤盘中心的第一通孔内；步骤6:将发射光纤盘通过紧定螺钉固定在卡式天线第一遮拦的前端，将接收光纤盘过盈配合放置在第一遮拦的内焦点位置，即可实现卡塞格伦天线收发一体化。本专利技术的特点还在于，步骤2中发射光纤安装面的位置S、发射光纤尾端光线发散角Θ F和发射光纤尾端安装倾斜角Θs的计算方法具体包括以下步骤:步骤2.1:计算接收视场角Θ利用平行光管，确定卡式天线焦点的位置，测量出焦点距次反射镜的距离L，通过公式(I)计算接收视场角Θ，tan Θ = dL/2L(I)式中为平行光管入射光在次反射镜上的光斑直径；L是次反射镜中心到卡式天线焦点的距离；步骤2.2:根据步骤2.1得到的接收视场角Θ，通过公式(2)和公式(3)计算半遮挡发散角Θ r:r = tan ( Θ r+2 θ R) X (1+ Δ ) +Rsin θ R(2)式中:Λ = Rd-cos θ) ； ΘΕ是遮挡边界和次反射镜圆心连线与光轴的夹角；r是次反射镜反射光线在第一遮拦面上的垂直距离，r不大于第一遮拦的半径；1是次反射镜中心到第一遮拦前端面的距离洱是次反射镜半径；θ R和Θ r的关系可由公式(3)确定:Rsin Θ R = tan Θ r (L+R-Rtan Θ R)(3)将1、L和R的具体数值带入计算，由公式(2)和公式(3)计算得到半遮挡发散角9r；步骤2.3:根据步骤2.1得到的接收视场角Θ和步骤2.2得到的半遮挡发散角Θ P分别通过公式(4)、公式(5)和公式(6)计算得到发射光纤安装面的位置S、发射光纤尾端光线发散角θρ和发射光纤尾端安装倾斜角0S;本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，包括卡式天线本体及设置在卡式天线本体两端的弯月校正镜(6)和主反射镜(3)，所述弯月校正镜(6)镜面中心设置有次反射镜(5)和第二遮拦(1)，所述主反射镜(3)的中心设置有第一遮拦(2)，所述第一遮拦(2)中设置有接收光纤盘(7)，所述接收光纤盘(7)中固定有耦合光纤，所述第一遮拦(2)的端口连接有发射光纤盘(4)，所述发射光纤盘(4)中固定有发射光纤，所述发射光纤连接有1分4光纤分路器。
【技术特征摘要】
1.基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，包括卡式天线本体及设置在卡式天线本体两端的弯月校正镜(6)和主反射镜(3)，所述弯月校正镜(6)镜面中心设置有次反射镜(5)和第二遮拦(I)，所述主反射镜(3)的中心设置有第一遮拦(2)，所述第一遮拦(2)中设置有接收光纤盘(7)，所述接收光纤盘(7)中固定有耦合光纤，所述第一遮拦(2)的端口连接有发射光纤盘(4)，所述发射光纤盘(4)中固定有发射光纤，所述发射光纤连接有I分4光纤分路器。2.如权利要求1所述的基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，所述接收光纤盘(7)为中心设置有第一通孔的圆台结构。3.如权利要求2所述的基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，所述接收光纤盘(7)放置在所述第一遮拦(2)的内焦点处，所述接收光纤盘(7)与所述第一遮拦(2)过盈配合。4.如权利要求1所述的基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，所述发射光纤盘(4)与所述第一遮拦(2)通过紧定螺钉连接。5.如权利要求1所述的基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，所述发射光纤盘(4)的中心设有第二通孔，所述第二通孔周围均匀设置有4个第三通孔，每个第三通孔的轴线 与所述第二通孔的轴线的夹角呈锐角。6.如权利要求1或5所述的基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，其特征在于，所述发射光纤的尾端胶合有自聚焦透镜，所述发射光纤分别设置在所述发射光纤盘(4)的4个第三通孔内。7.基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线的收发一体方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤1:将光信号通过I分4光纤分路器分为4路且分别由发射光纤尾端输出； 步骤2:根据卡式天线的具体结构计算出发射光纤安装面的位置S、发射光纤尾端光线发散角Θ F和发射光纤尾端安装倾斜角Θ s ； 步骤3:根据所述步骤2计算得到的发射光纤尾端光线发散角Θ F，在与I分4光纤分路器相连的4根发射光纤尾端分别胶合自聚焦透镜，得到4根胶合有自聚焦透镜的发射光纤; 步...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯熙政，雷思琛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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