一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统，包括：第一频率选择面、第一极化线栅、第二极化线栅、第二频率选择面、第一超高斯型波纹喇叭馈源、第二超高斯型波纹喇叭馈源、第一双椭球镜光学系统、第三超高斯型波纹喇叭馈源、第二双椭球镜光学系统、第四超高斯型波纹喇叭馈源、第三双椭球镜光学系统和第五超高斯型波纹喇叭馈源。本发明专利技术能够满足天线系统技术指标设计要求，设计简单，结果准确可靠。结果准确可靠。结果准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统


[0001]本专利技术属于天线
，尤其涉及一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统。

技术介绍

[0002]随着空间微波辐射计载荷技术的进一步发展，对于地球大气温湿度分布的多维度探测需求日益迫切，多维度主要体现在频率窗口的数量上。准光学馈电网络是辐射计载荷天线前端实现通道分离的核心馈电组件，实际上是由一系列喇叭馈源、频率选择表面、极化线栅、准光反射镜等器件组合成的自由空间波束波导系统，可满足不同频率通道的输出波束具有非常高的波视共轴特性，实现天线的多波段共口径探测。
[0003]天线系统波束的主波束效率的高低，即天线主极化方向图2.5倍3dB波束宽度能量占天线辐射总能量的比例，将直接影响辐射计载荷的探测灵敏度与信噪比。其中，准光学馈电网络各通道的交叉极化电平特性是决定天线辐射波束主波束效率高低的一项关键设计指标，波束交叉极化电平越低，则天线波束等化性越好，主波束效率越高。通常若要获得优于97％的天线主波束效率，则馈电网络各频率通道初级波束的交叉极化电平特性一般要求低于
‑
35dB，设计较为困难。
[0004]现有技术条件下，准光学馈电网络的部件设计主要依赖于经验参数值与商用仿真软件(GRASP等)结合优化，并没有理论指导下专门针对低交叉极化、高主波束效率技术要求的算法计算程序。因此，传统低交叉极化准光学馈电网络的设计流程十分依赖于设计师的经验并且需要进行大量的前期计算验证。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统，能够满足天线系统技术指标设计要求，设计简单，结果准确可靠。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统，包括：第一频率选择面、第一极化线栅、第二极化线栅、第二频率选择面、第一超高斯型波纹喇叭馈源、第二超高斯型波纹喇叭馈源、第一双椭球镜光学系统、第三超高斯型波纹喇叭馈源、第二双椭球镜光学系统、第四超高斯型波纹喇叭馈源、第三双椭球镜光学系统和第五超高斯型波纹喇叭馈源；其中，入射波正面照射第一频率选择面，第一频率选择面作为低通频率选择表面，低于预设第一频率的第一电磁波通过，而高于预设第一频率的第二电磁波反射；经第一频率选择面透射的第一电磁波到达所述第一极化线栅，第一极化线栅作为极化选择表面，对水平极化的第三电磁波反射，对垂直极化的第四电磁波透射；经过第一极化线栅反射的第三电磁波被第二超高斯型波纹喇叭馈源接收；经过第一极化线栅透射的第四电磁波被第一超高斯型波纹喇叭馈源接收；经第一频率选择面反射第二电磁波到达所述第二极化线栅，第二极化线栅作为极化选择表面，对水平极化的第五电磁波反射，对垂直极化的第六电磁波透射；经过第二极化线栅透射的第六电磁波经过第二双椭球镜光学系统进入第四高斯型波纹喇叭馈源；经过第二极化线栅反射的第五电磁波到达所述第二频率选择
面，第二频率选择面作为低通频率选择表面，低于预设第二频率的第七电磁波通过，而高于预设第二频率的第八电磁波反射；经第二频率选择面透射的第七电磁波，经过第一双椭球镜光学系统进入第三超高斯型波纹喇叭馈源；经第二频率选择面反射的第八电磁波，经过第三双椭球镜光学系统进入第五超高斯型波纹喇叭馈源。
[0007]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，所述第一双椭球镜光学系统、所述第二双椭球镜光学系统和所述第三双椭球镜光学系统均为双椭球镜光学系统，其中，双椭球镜光学系统满足波前转换矩阵理论，波前转换矩阵表达式如下所示：
[0008][0009]其中，A、B、C和D均为波前转换矩阵中的因素，f1为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的焦距，f2为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的焦距，z
12
为双椭球镜光学系统中两个反射镜的距离。
[0010]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，双椭球镜光学系统的交叉极化级联矩阵通过如下公式得到：
[0011]T
SYS
＝T
ref2
T
lp
T
rot
T
ref1
；
[0012]其中，T
SYS
为双椭球镜光学系统的交叉极化级联矩阵，T
ref1
为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的反射矩阵，T
ref2
为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的反射矩阵，T
lp
为自由空间传输矩阵，T
rot
为旋转矩阵。
[0013]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，双椭球镜光学系统中的一个反射镜的反射矩阵T
ref1
通过如下公式得到：
[0014][0015]其中，γ1为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的反射系数；
[0016]双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的反射矩阵T
ref2
通过如下公式得到：
[0017][0018]其中，γ2为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的反射系数；
[0019]自由空间传输矩阵T
lp
通过如下公式得到：
[0020][0021]其中，为空间相位误差，j为虚部单位；
[0022]旋转矩阵T
rot
通过如下公式得到：
[0023][0024]其中，β为双椭球镜光学系统中的光路旋转角。
[0025]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，双椭球镜光学系统的出射波束的交叉极化电平通过如下公式得到：
[0026][0027]其中，XPD(d
in
,f1,f2,z
12
,θ
i1
,θ
i2
)为双椭球镜光学系统的出射波束的交叉极化电平，X1为双椭球镜光学系统中的一个反射镜引入的交叉极化，X2为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜引入的交叉极化，为空间相位误差，d
in
为输入距离，θ
i1
为波束主轴对双椭球镜光学系统中的一个反射镜的入射角，θ
i2
为波束主轴对双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的入射角，f1为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的焦距，f2为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的焦距，z
12
为双椭球镜光学系统中两个反射镜的距离。
[0028]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，双椭球镜光学系统中的一个反射镜引入的交叉极化X1通过如下公式得到：
[0029][0030]双椭球镜光学系统中的另一个反射镜引入的交叉极化X2通过如下公式得到：
[0031][0032]空间相位误差通过如下公式得到：
[0033][0034]其中，ω
0in
为束腰半径，λ为入射波的波长。
[0035]上述低交叉极化准光学馈电网络光学系统中，所述第一双椭球镜光学系统包括第一反射镜和第二反射镜；其中，所述第一反射镜和所述第二反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低交叉极化准光学馈电网络光学系统，其特征在于包括：第一频率选择面(1)、第一极化线栅(2)、第二极化线栅(3)、第二频率选择面(4)、第一超高斯型波纹喇叭馈源(5)、第二超高斯型波纹喇叭馈源(6)、第一双椭球镜光学系统、第三超高斯型波纹喇叭馈源(9)、第二双椭球镜光学系统、第四超高斯型波纹喇叭馈源(12)、第三双椭球镜光学系统和第五超高斯型波纹喇叭馈源(15)；其中，入射波正面照射第一频率选择面(1)，第一频率选择面(1)作为低通频率选择表面，低于预设第一频率的第一电磁波通过，而高于预设第一频率的第二电磁波反射；经第一频率选择面(1)透射的第一电磁波到达所述第一极化线栅(2)，第一极化线栅(2)作为极化选择表面，对水平极化的第三电磁波反射，对垂直极化的第四电磁波透射；经过第一极化线栅(2)反射的第三电磁波被第二超高斯型波纹喇叭馈源(6)接收；经过第一极化线栅(2)透射的第四电磁波被第一超高斯型波纹喇叭馈源(5)接收；经第一频率选择面(1)反射第二电磁波到达所述第二极化线栅(3)，第二极化线栅(3)作为极化选择表面，对水平极化的第五电磁波反射，对垂直极化的第六电磁波透射；经过第二极化线栅(3)透射的第六电磁波经过第二双椭球镜光学系统进入第四高斯型波纹喇叭馈源(12)；经过第二极化线栅(3)反射的第五电磁波到达所述第二频率选择面(4)，第二频率选择面(4)作为低通频率选择表面，低于预设第二频率的第七电磁波通过，而高于预设第二频率的第八电磁波反射；经第二频率选择面(4)透射的第七电磁波，经过第一双椭球镜光学系统进入第三超高斯型波纹喇叭馈源(9)；经第二频率选择面(4)反射的第八电磁波，经过第三双椭球镜光学系统进入第五超高斯型波纹喇叭馈源(15)。2.根据权利要求1所述的低交叉极化准光学馈电网络光学系统，其特征在于：所述第一双椭球镜光学系统、所述第二双椭球镜光学系统和所述第三双椭球镜光学系统均为双椭球镜光学系统，其中，双椭球镜光学系统满足波前转换矩阵理论，波前转换矩阵表达式如下所示：其中，A、B、C和D均为波前转换矩阵中的因素，f1为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的焦距，f2为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的焦距，z
12
为双椭球镜光学系统中两个反射镜的距离。3.根据权利要求2所述的低交叉极化准光学馈电网络光学系统，其特征在于：双椭球镜光学系统的交叉极化级联矩阵通过如下公式得到：T
SYS
＝T
ref2
T
lp
T
rot
T
ref1
；其中，T
SYS
为双椭球镜光学系统的交叉极化级联矩阵，T
ref1
为双椭球镜光学系统中的一个反射镜的反射矩阵，T
ref2
为双椭球镜光学系统中的另一个反射镜的反射矩阵，T
lp
为自由
空间传输矩阵，T
rot
为旋转矩阵。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，万继响，腾飞，王浩，钟亦阳，邵世达，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：