CN101699661A - 一种光波与毫米波复合通信用反射式天线及系统 - Google Patents

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胡玮
朱勇
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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种激光光波通信和毫米波通信复合共用的反射式收发合一天线。所述天线包括天线主镜、复合副镜、天线筒和毫米波波导；天线主镜与复合副镜共轴安装于天线筒的两端，天线主镜具有一个中心光阑；毫米波波导紧靠在复合副镜的背面；复合副镜中心具有一个与毫米波波导截面相适应的矩形区域；天线主镜的凹面与复合副镜的正面相对，复合副镜的正面与天线主镜的焦面重合；天线主镜的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜正面中心矩形区域外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。本发明将激光通信用光学天线与毫米波通信用电学天线合二为一，可同时实现激光光波和毫米波通信功能，具有体积小、重量轻和功耗低的特点。

Description

一种光波与毫米波复合通信用反射式天线及系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及无线光通信、毫米波通信和遥感技术，具体涉及一种激光光波通信和毫米波通信复合共用的反射式收发合一天线。
背景技术
无线光通信及毫米波通信均具有高传输码率、保密、抗干扰等特点，在通信技术领域均发挥着重要的作用。由于大气信道中存在的大气分子及粒子与传输的光波及毫米波的相互作用，导致无线光通信在雾天的传输效果非常差，而毫米波通信在雨天的传输效果非常差，为了提高在全天候条件下的通信可靠性，国际上提出了激光光波/毫米波光电综合(复合)通信系统的概念，激光光波/毫米波光电综合通信系统采用激光光波/毫米波通信系统同时工作的方式，该工作方式比单独的激光通信或毫米波通信的链路可靠性都高。
目前国内外有关“激光光波/毫米波光电综合通信系统”的设计一般都采用分离式天线组合设计方式，其天线系统采用了分别适用于激光光波、毫米波频段的2副分离式天线进行简单组合，激光光波和毫米波系统也相对独立，这种配备多副天线的系统具有体积庞大、重量重、功耗大的缺陷。
发明内容
为了减轻激光光波/毫米波光电综合通信系统整机重量、减小系统体积、降低系统功耗，实现激光光波/毫米波光电综合通信系统的小型化、轻量化、低功耗，本发明提供一种光波与毫米波复合通信用反射式天线及系统。所述天线将激光通信用光学天线与毫米波通信用电学天线合二为一，具有体积小、重量轻和功耗低的特点；所述系统因为采用所述天线，所以同样具有体积小、重量轻和功耗低的特点。
本发明技术方案如下：
一种光波与毫米波复合通信用反射式天线，如图1所示，包括天线主镜1、复合副镜2、天线筒3、毫米波波导4和通光三叉架5。天线主镜1的直径与天线筒3的直径相适应，并固定于天线筒3的一端；复合副镜2和毫米波波导4通过通光三叉架固定于天线筒3的另一端。天线主镜1为凹面镜，具有一个中心光阑6；毫米波波导4为矩形波导，紧靠在复合副镜2的背面；复合副镜2正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域7(如图3所示)；天线主镜1与复合副镜2的中心轴重合，天线主镜1的凹面与复合副镜2的正面相对，复合副镜2的正面与天线主镜1的焦面重合。天线主镜1的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
一种光波与毫米波复合通信系统，如图4所示，包括激光发射及接收子系统、毫米波发射及接收子系统和发射及接收天线。
所述发射及接收天线为光波与毫米波复合通信用反射式天线，如图1所示，包括天线主镜1、复合副镜2、天线筒3、毫米波波导4和通光三叉架5。天线主镜1的直径与天线筒3的直径相适应，并固定于天线筒3的一端；复合副镜2和毫米波波导4通过通光三叉架固定于天线筒3的另一端。天线主镜1为单凹面镜，具有一个中心光阑6；毫米波波导4为矩形波导，紧靠在复合副镜2的背面；复合副镜2正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域7(如图3所示)；天线主镜1与复合副镜2的中心轴重合，天线主镜1的凹面与复合副镜2的正面相对，复合副镜2的正面与天线主镜1的焦面重合。天线主镜1的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
本发明工作过程描述如下：
发射过程：激光发射及接收子系统产生准直和整形光束，通过光波与毫米波复合通信用反射式天线的天线主镜1的中心光阑6传输至复合副镜2的正面并反射回天线主镜1，再经天线主镜1反射完成光波出瞳发射过程；毫米波发射及接收子系统产生需发射的毫米波，经毫米波波导传输至光波与毫米波复合通信用反射式天线的复合副镜2，通过复合副镜2的中心区域7传输至天线主镜1，再经天线主镜1反射完成毫米波出瞳发射过程。
接收过程：经信道传输的光波传输至光波与毫米波复合通信用反射式天线，经天线主镜1反射至复合副镜2，再经复合副镜2反射并透过天线主镜1的中心光阑6传输至激光发射及接收子系统，完成光波接收过程；经信道传输的毫米波传输至光波与毫米波复合通信用反射式天线，天线主镜1反射至复合副镜2，再通过复合副镜2的中心区域7传输至毫米波波导，通过毫米波波导传输至毫米波发射及接收子系统，完成毫米波接收过程。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种光波与毫米波复合通信用反射式天线及系统，将激光通信用光学天线与毫米波通信用电学天线合二为一，可同时实现激光光波和毫米波通信功能，具有体积小、重量轻和功耗低的特点。
附图说明
图1是本发明提供的光波与毫米波复合通信用反射式天线结构示意图。
图2是本发明提供的光波与毫米波复合通信用反射式天线的结构及工作原理示意图。
图3是本发明提供的光波与毫米波复合通信用反射式天线中，复合副镜正面放大图。
图4是本发明提供的光波与毫米波复合通信用系统结构示意图。
具体实施方式
一种光波与毫米波复合通信用反射式天线，如图1所示，包括天线主镜1、复合副镜2、天线筒3、毫米波波导4和通光三叉架5。天线主镜1的直径与天线筒3的直径相适应，并固定于天线筒3的一端；复合副镜2和毫米波波导4通过通光三叉架固定于天线筒3的另一端。天线主镜1为单凹面镜，具有一个中心光阑6；毫米波波导4为矩形波导，紧靠在复合副镜2的背面；复合副镜2正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域7(如图3所示)；天线主镜1与复合副镜2的中心轴重合，天线主镜1的凹面与复合副镜2的正面相对，复合副镜2的正面与天线主镜1的焦面重合。天线主镜1的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
天线主镜1的凹面所镀反射膜为介电常数大于4的金属膜，如金膜、银膜或铝膜等；膜厚大于100纳米。复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域所镀薄膜为介电常数大于4的金属膜，如金膜、银膜或铝膜等；膜厚大于100纳米。
天线主镜1的基底材料可采用非金属材料中的K9玻璃、微晶材料或SiC；或采用金属材料中的钛合金。复合副镜2的基底材料可采非金属材料中的K9玻璃或微晶材料。
一种光波与毫米波复合通信系统，如图4所示，包括激光发射及接收子系统、毫米波发射及接收子系统和发射及接收天线。
所述发射及接收天线为光波与毫米波复合通信用反射式天线，如图1所示，包括天线主镜1、复合副镜2、天线筒3、毫米波波导4和通光三叉架5。天线主镜1的直径与天线筒3的直径相适应，并固定于天线筒3的一端；复合副镜2和毫米波波导4通过通光三叉架固定于天线筒3的另一端。天线主镜1为单凹面镜，具有一个中心光阑6；毫米波波导4为矩形波导，紧靠在复合副镜2的背面；复合副镜2正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域7(如图3所示)；天线主镜1与复合副镜2的中心轴重合，天线主镜1的凹面与复合副镜2的正面相对，复合副镜2的正面与天线主镜1的焦面重合。天线主镜1的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
天线主镜1的凹面所镀反射膜为介电常数大于4的金属膜，如金膜、银膜和铝膜等；膜厚大于100纳米。复合副镜2正面中心矩形区域7外的区域所镀薄膜为介电常数大于4的金属膜，如金膜、银膜和铝膜等；膜厚大于100纳米。
天线主镜1的基底材料可采用非金属材料中的K9玻璃、微晶材料或SiC；或采用金属材料中的钛合金。复合副镜2的基底材料可采非金属材料中的K9玻璃或微晶材料。
本发明提供的一种光波与毫米波复合通信用反射式天线及系统，将激光通信用光学天线与毫米波通信用电学天线合二为一，可同时实现激光光波和毫米波通信功能，具有体积小、重量轻和功耗低的特点。

Claims (8)

1.一种光波与毫米波复合通信用反射式天线，包括天线主镜(1)、复合副镜(2)、天线筒(3)、毫米波波导(4)和通光三叉架(5)；其特征在于，天线主镜(1)的直径与天线筒(3)的直径相适应，并固定于天线筒(3)的一端；复合副镜(2)和毫米波波导(4)通过通光三叉架固定于天线筒(3)的另一端；天线主镜(1)为凹面镜，具有一个中心光阑(6)；毫米波波导(4)为矩形波导，紧靠在复合副镜(2)的背面；复合副镜(2)的正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域(7)；天线主镜(1)与复合副镜(2)的中心轴重合，天线主镜(1)的凹面与复合副镜(2)的正面相对，复合副镜(2)的正面与天线主镜(1)的焦面重合；天线主镜(1)的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜(2)正面中心矩形区域(7)外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
2.根据权利要求1所述的光波与毫米波复合通信用反射式天线，其特征在于，天线主镜(1)的凹面所镀反射膜为介电常数大于4的金属膜，膜厚大于100纳米；复合副镜(2)正面中心矩形区域(7)外的区域所镀薄膜为介电常数大于4的金属膜，膜厚大于100纳米。
3.根据权利要求2所述的光波与毫米波复合通信用反射式天线，其特征在于，所述金属膜为金膜、银膜或铝膜。
4.根据权利要求1所述的光波与毫米波复合通信用反射式天线，其特征在于，天线主镜(1)的基底材料采用非金属材料中的K9玻璃、微晶材料或SiC，或采用金属材料中的钛合金；复合副镜(2)的基底材料采非金属材料中的K9玻璃或微晶材料。
5.一种光波与毫米波复合通信系统，包括激光发射及接收子系统、毫米波发射及接收子系统和发射及接收天线；
所述发射及接收天线为光波与毫米波复合通信用反射式天线，包括天线主镜(1)、复合副镜(2)、天线筒(3)、毫米波波导(4)和通光三叉架(5)；其特征在于，天线主镜(1)的直径与天线筒(3)的直径相适应，并固定于天线筒(3)的一端；复合副镜(2)和毫米波波导(4)通过通光三叉架固定于天线筒(3)的另一端；天线主镜(1)为凹面镜，具有一个中心光阑(6)；毫米波波导(4)为矩形波导，紧靠在复合副镜(2)的背面；复合副镜(2)的正面中心具有一个与毫米波波导截面相同形状和大小的矩形区域(7)；天线主镜(1)与复合副镜(2)的中心轴重合，天线主镜(1)的凹面与复合副镜(2)的正面相对，复合副镜(2)的正面与天线主镜(1)的焦面重合；天线主镜(1)的凹面镀有同时反射激光和毫米波的反射膜，复合副镜(2)正面中心矩形区域(7)外的区域镀有反射激光而透射毫米波的薄膜。
6.根据权利要求5所述的光波与毫米波复合通信系统，其特征在于，天线主镜(1)的凹面所镀反射膜为介电常数大于4的金属膜，膜厚大于100纳米；复合副镜(2)正面中心矩形区域(7)外的区域所镀薄膜为介电常数大于4的金属膜，膜厚大于100纳米。
7.根据权利要求6所述的光波与毫米波复合通信系统，其特征在于，所述金属膜为金膜、银膜或铝膜。
8.根据权利要求5所述的光波与毫米波复合通信系统，其特征在于，天线主镜(1)的基底材料采用非金属材料中的K9玻璃、微晶材料或SiC，或采用金属材料中的钛合金；复合副镜(2)的基底材料采非金属材料中的K9玻璃或微晶材料。
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