CN105549188A - 单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置 - Google Patents

单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置 Download PDF

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Abstract

单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，涉及一种天线结构。解决了背式天线结构终端的体积大和重量过重影响卫星激光通信系统通信性能的问题。本发明所述的主镜固定在基板的上表面，基板和主镜的中心均开有通孔，主镜的中心通孔与基板中心通孔相对应；主镜呈向上凹的弧形，遮光筒的一端垂直固定在基板的上表面，遮光筒的中心轴与主镜的光轴重合，且遮光筒套设在主镜的外侧；圆筒形次镜单点支架的一端穿过主镜中心的通孔与基板垂直连接，圆筒形次镜单点支架的另一端与次镜座的下端固定连接，圆筒形次镜单点支架的顶端侧面有通光空隙，次镜固定在次镜座的下侧的镜座内，次镜与主镜相对设置。本发明适用于无线通信技术领域。

Description

单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置
技术领域
本发明涉及一种天线结构。
背景技术
卫星激光通信终端小型化程度最好的光机结构为后背式结构，如图1所示。该种卫星激光通信终端系统中光学天线口径及其装置结构决定卫星激光通信系统的体积和重量。这种卫星激光通信系统光机结构主要特点：1.光学天线采用双反射式的卡塞格伦光学天线；2.次镜通常采用三脚架或四脚架的型式支撑；3.子光路元件分布在主镜背面，即后背式结构。该种安装结构传统上主镜和次镜都安装在基板上，次镜支架安装在主镜边缘外，所以光学天线机械口径尺寸应该是主镜口径、次镜安装圈、遮光筒三者之和，光学天线这种光机结构增加了光学天线机械结构尺寸，因此也相应地增加了终端的体积和重量。
发明内容
本发明是为了解决背式天线结构终端的体积大和重量过重影响卫星激光通信系统通信性能的问题，提出了一种单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置。
本发明所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，该装置包括基板1、主镜2、次镜3、圆筒形次镜单点支架4、次镜座5、遮光筒6、发射光纤头7、发射整形透镜组8、接收聚焦透镜组9、接收探测器10和分色镜11；
主镜2固定在在基板1的上表面，基板1和主镜2的中心均开有通孔，主镜2的中心通孔与基板1中心通孔相对应；主镜2为向上的非球面凹面；
遮光筒6的一端垂直固定在基板1的上表面，遮光筒6的中心轴与主镜2的光轴重合，且遮光筒6套设在主镜2的外侧；
圆筒形次镜单点支架4的一端穿过主镜2中心的通孔与基板1垂直连接，圆筒形次镜单点支架4的另一端与次镜座5的下端固定连接，圆筒形次镜单点支架4的顶端侧面有通光空隙，次镜3固定在次镜座5的下侧的镜座内，次镜3与主镜2相对设置，次镜3的光轴与主镜2的光轴重合；
发射整形透镜组8与接收聚焦透镜组9均固定在基板1的下表面，发射光纤头7用于向发射整形透镜组8发射激光信号；分色镜11设置在基板1中心通孔的正下方；
发射光纤头7发射的激光经发射整形透镜组8整形后发射至分色镜11，经分色镜11反射后的激光信号穿过基板1和主镜2的中心通孔入射至次镜3，经次镜3反射后的激光信号入射至主镜2上表面，经主镜2反射后激光信号发射出去；
接收光信号入射至主镜2的上表面，经主镜2上表面反射后的光信号入射至次镜3，经次镜3反射后的光信号通过圆筒形次镜单点支架4、基板1和主镜2的中心通孔入射至分光镜11，经分色镜11透射后入射至接收聚焦透镜9，经接收聚焦透镜9聚焦后入射至接收探测器10的感光面上。
本发明装置基板口径为320mm，传统装置基板半径为332mm，通常基板材料采用钛合金TC4，密度为4.44x10-6kg/mm3，厚度为20mm，相比传统装置，本发明小型化装置基板体积减小4.92x105mm3，质量减小2.18kg，由此可知，本发明装置非常有利于卫星激光通信终端小型化设计。并且本小型化装置，主镜与基板接触面积较小，相比传统装置接触半径仅为二分之一，这样基板受外力导致的形变对主镜的影响也减小为原来的二分之一，相应提高了力学性能。由于次镜支架分为两部分，使得支脚部分变短，加强了机械强度，并且可以将支脚部分轻量化，减小能量遮挡，能量利用率提高2％。
附图说明
图1为现有卫星激光通信终端小型化程度最好的光机结构为后背式结构示意图，图中，1为基板、2为主镜、3为次镜、5为次镜座、6为遮光筒、7为发射光纤头、8为发射整形透镜组、9为接收聚焦透镜组、10为接收探测器、11为分色镜、12为主镜固定框、13为次镜支架；
图2为本发明所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，该装置包括基板1、主镜2、次镜3、圆筒形次镜单点支架4、次镜座5、遮光筒6、发射光纤头7、发射整形透镜组8、接收聚焦透镜组9、接收探测器10和分色镜11；
主镜2固定在在基板1的上表面，基板1和主镜2的中心均开有通孔，主镜2的中心通孔与基板1中心通孔相对应；主镜2为向上的非球面凹面；
遮光筒6的一端垂直固定在基板1的上表面，遮光筒6的中心轴与主镜2的光轴重合，且遮光筒6套设在主镜2的外侧；
圆筒形次镜单点支架4的一端穿过主镜2中心的通孔与基板1垂直连接，圆筒形次镜单点支架4的另一端与次镜座5的下端固定连接，圆筒形次镜单点支架4的顶端侧面有通光空隙，次镜3固定在次镜座5的下侧的镜座内，次镜3与主镜2相对设置，次镜3的光轴与主镜2的光轴重合；
发射整形透镜组8与接收聚焦透镜组9均固定在基板1的下表面，发射光纤头7用于向发射整形透镜组8发射激光信号；分色镜11设置在基板1中心通孔的正下方；
发射光纤头7发射的激光经发射整形透镜组8整形后发射至分色镜11，经分色镜11反射后的激光信号穿过基板1和主镜2的中心通孔入射至次镜3，经次镜3反射后的激光信号入射至主镜2上表面，经主镜2反射后激光信号发射出去；
接收光信号入射至主镜2的上表面，经主镜2上表面反射后的光信号入射至次镜3，经次镜3反射后的光信号通过圆筒形次镜单点支架4、基板1和主镜2的中心通孔入射至分光镜11，经分色镜11透射后入射至接收聚焦透镜9，经接收聚焦透镜9聚焦后入射至接收探测器10的感光面上。
主镜、圆筒形次镜单点支架、遮光筒、后续子光路都安装在基板上，其中基板、次镜单点支架、遮光筒安装在基板一侧，发射子光路和接收子光路安装在基板另一侧，基板是整个装置与外界力学接口；主镜是占有基板大部分面积，主镜固定在基板上，与其它单元无直接力学接触，发射时主镜与次镜配合将发射光束口径放大，接收时主镜与次镜配合将接收光束口径压缩；次镜安装在次镜座内，发射时次镜与主镜配合将发射光束口径放大，接收时次镜与主镜配合将接收光束口径压缩；次镜单点支架：用来支撑次镜座，间接支撑次镜，与次镜座和次镜联成一体，最后次镜单点支架通过主镜中间孔洞固定在基板上；次镜座用来固定次镜，自身固定在次镜单点支架上；遮光筒用来遮挡背景杂散光，安装在基板上，将主镜、次镜、次镜单点支架包在内部；发射光纤头：用来发射激光信号，与外部信号激光器连接，出射发散球面波，打在发射整形透镜组上；发射整形透镜组：用来对发射光纤头出射的激光信号进行整形，将整形好的激光束传递给光学天线发出；接收聚焦透镜组用来将目标激光信号通过光学天线压缩，最后经过接收聚焦透镜组聚焦，成像在探测器上；接收探测器：用来探测接收到的激光信号；分色镜：用来将不同波段的发射激光信号和接收激光信号分开，使得发射子光路与接收子光路共用光学天线。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的进一步说明，主镜采用微晶材料，非球面凹面的曲率半径为600mm,口径为300mm，中心厚度为20mm。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的进一步说明，次镜3采用微晶材料，次镜3的下表面为非球面凸面。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式三所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的进一步说明，次镜3的非球面凸面的曲率半径为40mm，口径为30mm，中心厚度为12mm。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的进一步说明，次镜单点支架4包括圆筒杆体和四脚支架，圆筒的一端与基板1相连，四脚支架的一端固定在圆筒的另一端，且等间隔设置，四脚支架的另一端与次镜座相连。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式五所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置的进一步说明，圆筒杆体的长度100mm，口径为18mm，厚度为6mm，四脚支架由四个长方形条体组成，四个长方形条体的长度为150mm，宽度为12mm，厚度为5mm。
圆筒形次镜单点支架的一端与基板相连，起到消杂散光的作用，四脚支架部分与次镜座相连，既起到支撑次镜座的作用，又能保证信号光全部通过，材料选用殷钢，圆筒长度100mm，口径18mm，厚度6mm，四脚支架由四个长方形长条组成，长度为150mm，宽度12mm，厚度5mm。

Claims (6)

1.单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，该装置包括基板(1)、主镜(2)、次镜(3)、次镜座(5)、遮光筒(6)、发射光纤头(7)、发射整形透镜组(8)、接收聚焦透镜组(9)、接收探测器(10)和分色镜(11)；
其特征在于，它还包括圆筒形次镜单点支架(4)；主镜(2)固定在在基板(1)的上表面，基板(1)和主镜(2)的中心均开有通孔，主镜(2)的中心通孔与基板(1)中心通孔相对应；主镜(2)为向上的非球面凹面；
遮光筒(6)的一端垂直固定在基板(1)的上表面，遮光筒(6)的中心轴与主镜(2)的光轴重合，且遮光筒(6)套设在主镜(2)的外侧；
圆筒形次镜单点支架(4)的一端穿过主镜(2)中心的通孔与基板(1)垂直连接，圆筒形次镜单点支架(4)的另一端与次镜座(5)的下端固定连接，圆筒形次镜单点支架(4)的顶端侧面有通光空隙，次镜(3)固定在次镜座(5)的下侧的镜座内，次镜(3)与主镜(2)相对设置，次镜(3)的光轴与主镜(2)的光轴重合；
发射整形透镜组(8)与接收聚焦透镜组(9)均固定在基板(1)的下表面，发射光纤头(7)用于向发射整形透镜组(8)发射激光信号；分色镜(11)设置在基板(1)中心通孔的正下方；
发射光纤头(7)发射的激光经发射整形透镜组(8)整形后发射至分色镜(11)，经分色镜(11)反射后的激光信号穿过基板(1)和主镜(2)的中心通孔入射至次镜(3)，经次镜(3)反射后的激光信号入射至主镜(2)上表面，经主镜(2)反射后激光信号发射出去；
接收光信号入射至主镜(2)的上表面，经主镜(2)上表面反射后的光信号入射至次镜(3)，经次镜(3)反射后的光信号通过圆筒形次镜单点支架(4)、基板(1)和主镜(2)的中心通孔入射至分光镜(11)，经分色镜(11)透射后入射至接收聚焦透镜(9)，经接收聚焦透镜(9)聚焦后入射至接收探测器(10)的感光面上。
2.根据权利要求1所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，其特征在于，主镜采用微晶材料，非球面凹面的曲率半径为600mm，口径为300mm，中心厚度为20mm。
3.根据权利要求1所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，其特征在于，次镜采用微晶材料，次镜(3)的下表面为非球面凸面。
4.根据权利要求3所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，其特征在于，次镜(3)的非球面凸面的曲率半径为40mm，口径为30mm，中心厚度为12mm。
5.根据权利要求1所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，其特征在于，圆筒形次镜单点支架(4)包括圆筒杆体和四脚支架，圆筒杆体的一端与基板(1)相连，四脚支架的一端固定在圆筒的另一端，且等间隔设置，四脚支架的另一端与次镜座相连。
6.根据权利要求5所述的单点支撑小型化卫星激光通信收发共用天线装置，其特征在于，圆筒杆体的长度为100mm，口径为18mm，厚度为6mm，四脚支架由四个长方形条体组成，四个长方形条体的长度为150mm，宽度为12mm，厚度为5mm。
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