CN103986523B - 基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线及收发一体方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线及收发一体方法

技术领域

本发明属于无线激光通讯装置技术领域，本发明涉及一种基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，本发明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。

背景技术

无线激光通信(FreeSpaceOptic，FSO)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元器件将高斯光束转化成环形光束(俞建杰,韩琦琦,马晶等.衍射光学元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.)。

发明内容

本发明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。

本发明的另一个目的是提供上述天线的收发一体方法。

本发明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1分4光纤分路器。

本发明的特点还在于，

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。

本发明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1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：根据步骤2计算得到的发射光纤尾端光线发散角θ_F，在与1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。

本发明的特点还在于，

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θ_S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(1)计算接收视场角θ，

tanθ＝d_L/2L(1)

式中：d_L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+2θ_R)×(l+Δ)+Rsinθ_R(2)

式中：Δ＝R(1-cosθ)；θ_R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；l是次反射镜中心到第一遮拦前端面的距离；R是次反射镜半径；

θ_R和θ_r的关系可由公式(3)确定：

Rsinθ_R＝tanθ_r(L+R-Rtanθ_R)(3)

将l、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θ_r；

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_r，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θ_F和发射光纤尾端安装倾斜角θ_S；

$S=L-\frac{D_L\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2})}{(\tan \mathrm{\θ}-\tan {\mathrm{\θ}}_r)\cos \mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\θ}}_F=\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_s=\frac{\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(6\right)$

式中：D_L为发射光纤发光面直径；L是次反射镜中心到卡式天线焦点的距离；θ为接收视场角；θ_r为半遮挡发散角。

本发明的有益效果是：本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，利用光纤阵列环形排布规避了卡式天线次镜中心遮挡问题，利用光纤阵列、空间光-光纤耦合技术和光纤-自聚焦透镜准直技术实现收、发光路以同一卡式天线的光轴为基准的收发一体化，提高了卡式天线的发射功率且实现了收发一体化，装置安装方便，体积小，通信距离远，成本低。

附图说明

图1是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线的结构示意图；

图2是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线接收光纤盘结构的主视图；

图3是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线接收光纤盘结构的左视图；

图4是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线发射光纤盘结构的主视图；

图5是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线发射光纤盘结构的左视图；

图6是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线收发一体方法卡式天线发射盲区的几何关系图；

图7是卡式天线的结构示意图；

图8是本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线收发一体方法的系统原理图。

图中，1.第二遮拦，2.第一遮拦，3.主反射镜，4.发射光纤盘，5.次反射镜，6.弯月校正镜，7.接收光纤盘，8.焦面，9.发射盲区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线，如图1所示，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，弯月校正镜6镜面中心设置有次反射镜5和第二遮拦1，主反射镜3的中心设置有第一遮拦2，第一遮拦2中设置有接收光纤盘7，如图2和图3所示，接收光纤盘7为中心设置有第一通孔的圆台结构，接收光纤盘7中固定有耦合光纤，接收光纤盘7放置在第一遮拦2的内焦点处，接收光纤盘7与第一遮拦2过盈配合，第一遮拦2的端口通过紧定螺钉与发射光纤盘4相连接，如图4和图5所示，发射光纤盘4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，发射光纤盘4的4个第三通孔中分别固定有发射光纤，4根发射光纤的尾端分别胶合有自聚焦透镜，组成光纤阵列，4根发射光纤同时与1分4光纤分路器相连。

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1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：根据如图6所示卡式天线发射盲区的几何关系图，结合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(1)计算接收视场角θ，

tanθ＝d_L/2L(1)

式中：d_L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；由于d_L的测量存在一定误差，光斑边缘无法精确分辨，因此通过公式(1)得到的接收视场角θ实际上为近似值；

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+2θ_R)×(l+Δ)+Rsinθ_R(2)

式中：Δ＝R(1-cosθ)；θ_R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；l是次反射镜中心到第一遮拦前端面的距离；R是次反射镜半径；

θ_R和θ_r的关系可由公式(3)确定：

Rsinθ_R＝tanθ_r(L+R-Rtanθ_R)(3)

将l、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θ_r；

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_r，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θ_F和发射光纤尾端安装倾斜角θ_S；

$S=L-\frac{D_L\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2})}{(\tan \mathrm{\θ}-\tan {\mathrm{\θ}}_r)\cos \mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\θ}}_F=\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_s=\frac{\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(6\right)$

式中：D_L为发射光纤发光面直径；L是次反射镜中心到卡式天线焦点的距离；θ为接收视场角；θ_r为半遮挡发散角；

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1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。

卡式天线为双反射设计，如图7所示，卡式天线本体两端相对设置有主反射镜3和弯月校正镜6，弯月校正镜6镜面中心设置有次反射镜5和第二遮拦1，主反射镜3中心设置有第一遮拦2。光线通过弯月校正镜6后入射到主反射镜3上，经过主反射镜3反射到次反射镜5上，将光束进一步压缩焦面8位置汇聚，此处为整个卡式天线的焦点。由几何光学知识可知，将满足一定发散角的光源放置在系统的焦点位置，经过该卡式天线后，理想状态下将会得到一束平行光。但不难发现作为信号光发射天线，卡式天线存在发射盲区9，发散角较小的区域，光线不能入射到主反射镜3镜面上，被第一遮拦2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。

实现卡式天线收发一体的主要思想：从接收的角度来看是利用卡式天线发射盲区9作为有效接收区域；从发射的角度来看是通过改变光束的发散角和束腰大小充分利用有效发射区域作为发射区域。

整体系统原理如图8所示，发射方：光信号通过1分4光纤分路器，将光信号变为4路且由发射光纤输出；在发射光纤的尾端胶合自聚焦透镜，改变发射光纤尾端光线发散角θ_F；根据卡式天线具体结构参数计算有效发射区域光源所满足的特性，即发射光纤的空间位置，包括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，根据计算出的具体参数将这4根发射光纤固定于发射光纤盘4的4个第三通孔内，并将发射光纤盘4通过紧定螺钉固定在卡式天线第一遮拦2的前端，完成光发射过程；接收方：将耦合光纤放置于接收光纤盘7中心第一通孔内，由于发射光纤盘4中心设置有第二通孔，则接收光信号透过发射光纤盘4的第二通孔后可耦合进接收光纤盘7中心的耦合光纤内，将接收光纤盘7过盈配合放置在第一遮拦2内卡式天线的焦点处，完成空间光-光纤耦合和光接收过程；经过这样改装后的卡式天线，将具有大功率输出和收发一体的特点，可满足远距离双工无线激光通信需求。

实施例1

以口径105mm卡式天文望远镜进行具体说明：

步骤1：将激光光源通过1分4的光纤分路器将光源能量1:1:1:1均分成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2.1：计算接收视场角θ

卡式天线的发射盲区9如图6所示：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(1)计算接收视场角θ，

tanθ＝d_L/2L(1)

式中：d_L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+2θ_R)×(l+Δ)+Rsinθ_R(2)

式中：Δ＝R(1-cosθ)；θ_R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；l是次反射镜中心到第一遮拦前端面的距离；R是次反射镜半径；

θ_R和θ_r的关系可由公式(3)确定：

Rsinθ_R＝tanθ_r(L+R-Rtanθ_R)(3)

将l、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θ_r＝2.85°；

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_r，通过公式(4)、公式(5)和公式(6)分别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θ_F和发射光纤尾端安装倾斜角θ_S；

$S=L-\frac{D_L\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2})}{(\tan \mathrm{\θ}-\tan {\mathrm{\θ}}_r)\cos \mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\θ}}_F=\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_s=\frac{\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(6\right)$

式中：D_L为发射光纤发光面直径；L是卡式天线焦点到次反射镜中心的距离；θ为接收视场角；θ_r为半遮挡发散角；

得到105mm卡式天文望远镜系统发射光纤安装面的位置S＝95.730、发射光纤光线发散角θ_F＝2.3°和安装倾斜角θ_S＝5.15°；

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1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，使4根发射光纤尾端光线发散角控制在2.3～2.5°之间，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，结构如图4和图5所示，发射光纤盘4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，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，结构如图2和图3所示，接收光纤盘7为中心设置有第一通孔的圆台结构，接收光纤盘7为中心设置有第一通孔的圆台结构，将耦合光纤固定于接收光纤盘7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，实现卡塞格伦天线收发一体化。

本发明的有益效果：

1)具有较高的发射效率，规避了卡式天线中心遮拦问题并可以完成信标光/信号光的同光路指示；

2)实现收发一体化，利用光纤阵列、光纤耦合技术和光纤-自聚焦透镜准直技术实现可靠的收发一体化结构；

3)实现天线的实用化，利用光纤放大器实现前置放大，提高了通信距离，可满足1～10km的无线激光通信需求；利用光纤分/合路器缩小光学天线体积。

Claims (7)

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分别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；

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。

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。

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)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。

5.如权利要求4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。

6.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1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1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，根据所述步骤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，将所述步骤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。

7.如权利要求6所述的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，所述步骤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θ_S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(1)计算接收视场角θ，

tanθ＝d_L/2L(1)

式中：d_L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：根据所述步骤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+2θ_R)×(l+Δ)+Rsinθ_R(2)

式中：Δ＝R(1-cosθ)；θ_R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；l是次反射镜中心到第一遮拦前端面的距离；R是次反射镜半径；

θ_R和θ_r的关系可由公式(3)确定：

Rsinθ_R＝tanθ_r(L+R-Rtanθ_R)(3)

将l、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θ_r；

步骤2.3：根据所述步骤2.1得到的接收视场角θ和所述步骤2.2得到的半遮挡发散角θ_r，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θ_F和发射光纤尾端安装倾斜角θ_S；

$S=L-\frac{D_{L}sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2})}{(\tan \mathrm{\θ}-{\mathrm{tan\θ}}_r)\cos \mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

${\mathrm{\θ}}_F=\frac{\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(5\right)$

${\mathrm{\θ}}_s=\frac{\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}_r}{2}---\left(6\right)$

式中：D_L为发射光纤发光面直径；L是次反射镜中心到卡式天线焦点的距离；θ为接收视场角；θ_r为半遮挡发散角。