CN117907979A - 一种远距式测风雷达收发天线 - Google Patents

一种远距式测风雷达收发天线 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种远距式测风雷达收发天线，用作测风雷达的接收天线或者发射天线。该收发天线设计中采用设置于圆台型外壳两侧的透镜组对光束进行整形，作为发射天线时，两侧的透镜组可以对传输光纤内输出的光束进行扩束和/或准直，投射到空气当中；作为接收天线时，两侧的透镜组可以将经空气粒子作用后的反射光汇聚至传输光纤内进行采集。本收发天线避免了光路反射式结构，大大地缩小了器件体积，利于设备的储运及安装调试。

Description

一种远距式测风雷达收发天线
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，特别涉及一种远距式测风雷达收发天线。
背景技术
测风雷达作为一种先进的空间测量设备，其工作原理主要是通过激光发射与接收系统，对空气中的粒子进行空间信息的采集与反馈。具体而言，测风雷达中激光发射器从发射光纤的一端接入，经过发射天线内部的多层透镜组进行扩束与准直，随后将扩束后的激光投射至大气中。当激光束在空气中运行时，与空气粒子相互作用，产生反射，相关空间信息通过反射被接收天线捕获，并经过设备内部的处理器件进行反演与计算，最终转化为数据形式，反映空气粒子的变化状态。
然而，目前测风雷达中的收发天线一般采用光纤技术，虽然取得了一定的进展，但仍存在空间尺寸大、光路调校困难、安装对接难以及结构复杂稳定性差等问题，这些问题限制了测风雷达的应用范围和测量精度。
发明内容
本申请的目的在于提供一种远距式测风雷达收发天线，其能够改善上述问题。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种远距式测风雷达收发天线，其包括：圆台型外壳、第一透镜组、第二透镜组、光纤连接结构和传输光纤；
所述圆台型外壳包括圆形顶面和圆形底面，所述圆形顶面的圆心处设置有第一通孔，所述圆形底面的圆心处设置有第二通孔；所述第一通孔和所述第二通孔均与所述圆台型外壳的内腔连通；所述圆形顶面的面积小于所述圆形底面的面积；
所述第一透镜组固定于所述第一通孔内，包括至少一个凸透镜；所述第二透镜组固定于所述第二通孔内，包括至少一个凸透镜；所述第一透镜组和所述第二透镜组中的所有透镜的光轴相同，即为所述圆形顶面和所述圆形底面的圆心连线，所述圆心连线为主光轴；
所述光纤连接结构固定于所述圆形顶面，用于与所述传输光纤连接。
可以理解，本申请公开了一种远距式测风雷达收发天线，用作测风雷达的接收天线或者发射天线。该收发天线设计中采用设置于圆台型外壳两侧的透镜组对光束进行整形，作为发射天线时，两侧的透镜组可以对传输光纤内输出的光束进行扩束和/或准直，投射到空气当中；作为接收天线时，两侧的透镜组可以将经空气粒子作用后的反射光汇聚至传输光纤内进行采集。本收发天线避免了光路反射式结构，大大地缩小了器件体积，利于设备的储运及安装调试。
在本申请可选的实施例中，所述光纤连接结构包括法兰、安装板和光纤接口；所述安装板的几何中心设置有第三通孔，所述法兰固定于所述安装板上，所述法兰的中央通孔与所述第三通孔的圆心连线与所述主光轴重合；所述法兰与所述光纤接口连接，且所述传输光纤与所述光纤接口连接后，所述光纤的焦点落在所述主光轴上。
可以理解，本收发天线通过光纤连接结构将光纤的焦点定位在主光轴上，使得从光纤输出/输入的光束与透镜组的光轴保持一致，使得光路居中不再左右偏移，解决了光路调校困难的问题。此外，本结构中，安装板、法兰和光纤接口的几何中心在同一主光轴上，将传输光纤插入光纤接口即可实现同轴且平行的光路安装效果，解决了安装对接难的问题。
在本申请可选的实施例中，所述安装板上垂直平行设置有至少三根导向柱，所述导向柱的另一端与所述圆形顶面连接；所述安装板可沿所述导向柱的延伸方向，相对于所述圆形顶面移动。
在本申请可选的实施例中，所述导向柱背离所述安装板的一端插入所述圆形顶面的圆孔中，且所述导向柱可以在所述圆孔中移动。
可以理解，导向柱可带动安装板在导向柱的延伸方向移动，即可调整安装板与第一透镜组的间距，使得光纤的焦点可以稳定的前后移动，以便达到测风雷达接收天线的最佳测量位置。
在本申请可选的实施例中，所述安装板和所述圆形顶面之间设置有遮尘套，所述遮尘套与所述安装板连接。可以理解，该遮尘套可以对光纤的出光口进行防护，防止灰尘掉到光纤头出，造成光纤的损坏。
在本申请可选的实施例中，所述第一通孔包括朝向所述传输光纤的第一端口和朝向所述第二通孔的第二端口，所述第一端口的尺寸大于所述第二端口的尺寸；所述第一通孔内设置有第一压紧圈，用于向所述第二端口方向挤压所述第一透镜组；所述第二通孔包括朝向所述第一通孔的第三端口和背离所述第一通孔的第四端口，所述第四端口的尺寸大于所述第三端口的尺寸；所述第二通孔内设置有第二压紧圈，用于向所述第三端口方向挤压所述第二透镜组。可以理解，第一压紧圈和第二压紧圈类似密封圈，对透镜组压紧，能够起到透镜的定位与固定作用。
在本申请可选的实施例中，所述第一透镜组包括第一级凸透镜和第二级凸透镜；所述第二透镜组包括第三级凸透镜。
可以理解，第一级凸透镜、第二级凸透镜和第三级凸透镜依次对光束进行扩束准直作用，可以有效地将光纤中的激光扩束后射入空气中。第三级凸透镜、第二级凸透镜和第一级凸透镜依次对光束进行汇聚作用，可以有效地将空气中反射的光束汇聚到光纤中进行采集，便于后续进行光学数搞演算。
在本申请可选的实施例中，所述第一级凸透镜和所述第二级凸透镜还设置有透镜隔圈。可以理解，透镜隔圈按光学设计的要求严格控制第一级凸透镜和第二级凸透镜之间的间距与平行度。
第二方面，本申请提供一种测风雷达，包括激光器和收发天线；收发天线采用如第一方面任一项所述的远距式测风雷达收发天线。
在本申请可选的实施例中，所述收发天线的所述传输光纤与所述激光器的出光口连接。
有益效果：
本申请公开了一种远距式测风雷达收发天线，用作测风雷达的接收天线或者发射天线。该收发天线设计中采用设置于圆台型外壳两侧的透镜组对光束进行整形，作为发射天线时，两侧的透镜组可以对传输光纤内输出的光束进行扩束和/或准直，投射到空气当中；作为接收天线时，两侧的透镜组可以将经空气粒子作用后的反射光汇聚至传输光纤内进行采集。本收发天线避免了光路反射式结构，大大地缩小了器件体积，利于设备的储运及安装调试。
本收发天线通过光纤连接结构将光纤的焦点定位在主光轴上，使得从光纤输出/输入的光束与透镜组的光轴保持一致，使得光路居中不再左右偏移，解决了光路调校困难的问题。此外，本结构中，安装板、法兰和光纤接口的几何中心在同一主光轴上，将传输光纤插入光纤接口即可实现同轴且平行的光路安装效果，解决了安装对接难的问题。
本收发天线中导向柱可带动安装板在导向柱的延伸方向移动，即可调整安装板与第一透镜组的间距，使得光纤的焦点可以稳定的前后移动，以便达到测风雷达接收天线的最佳测量位置。
本收发天线因为取消了多级光路反射的光学原理，充分利用凸透镜改变光路的优点，对结构的外壳进行一体化设计，避免了结构因为复杂的原因，而造成光路不稳定的可能。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本申请提供的一种远距式测风雷达收发天线的结构示意图；
图2是图1所示的远距式测风雷达收发天线的光路示意图；
图3是图1的A处区域局部放大示意图；
图4是图1的B处区域局部放大示意图；
图5是本申请提供的一种光纤连接结构40的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方面，如图1至图5所示，本申请提供一种远距式测风雷达收发天线，其包括：圆台型外壳10、第一透镜组20、第二透镜组30、光纤连接结构40和传输光纤50。
圆台型外壳10包括圆形顶面和圆形底面，圆形顶面的圆心处设置有第一通孔11，圆形底面的圆心处设置有第二通孔12；第一通孔11和第二通孔12均与圆台型外壳10的内腔13连通；圆形顶面的面积小于圆形底面的面积。
第一透镜组20固定于第一通孔11内，包括至少一个凸透镜；第二透镜组30固定于第二通孔12内，包括至少一个凸透镜；第一透镜组20和第二透镜组30中的所有透镜的光轴相同，即为圆形顶面和圆形底面的圆心连线，圆心连线为主光轴。
如图3所示，第一透镜组20包括第一级凸透镜21和第二级凸透镜22；第二透镜组30包括第三级凸透镜。可以理解，第一级凸透镜21、第二级凸透镜22和第三级凸透镜依次对光束进行扩束准直作用，可以有效地将光纤中的激光扩束后射入空气中。第三级凸透镜、第二级凸透镜22和第一级凸透镜21依次对光束进行汇聚作用，可以有效地将空气中反射的光束汇聚到光纤中进行采集，便于后续进行光学数搞演算。第一级凸透镜21和第二级凸透镜22还设置有透镜隔圈60。可以理解，透镜隔圈60按光学设计的要求严格控制第一级凸透镜21和第二级凸透镜22之间的间距与平行度。
光纤连接结构40固定于圆形顶面，用于与传输光纤50连接。
可以理解，本申请公开了一种远距式测风雷达收发天线，用作测风雷达的接收天线或者发射天线。该收发天线设计中采用设置于圆台型外壳10两侧的透镜组对光束进行整形，作为发射天线时，两侧的透镜组可以对传输光纤50内输出的光束进行扩束和/或准直，投射到空气当中；作为接收天线时，两侧的透镜组可以将经空气粒子作用后的反射光汇聚至传输光纤50内进行采集。本收发天线避免了光路反射式结构，大大地缩小了器件体积，利于设备的储运及安装调试。
在本申请可选的实施例中，如图3和图5所示，光纤连接结构40包括法兰41、安装板42和光纤接口43；安装板42的几何中心设置有第三通孔，法兰41固定于安装板42上，法兰41的中央通孔与第三通孔的圆心连线与主光轴重合；法兰41与光纤接口43连接，且传输光纤50与光纤接口43连接后，光纤的焦点落在主光轴上。
可以理解，本收发天线通过光纤连接结构40将光纤的焦点定位在主光轴上，使得从光纤输出/输入的光束与透镜组的光轴保持一致，使得光路居中不再左右偏移，解决了光路调校困难的问题。此外，本结构中，安装板42、法兰41和光纤接口43的几何中心在同一主光轴上，将传输光纤50插入光纤接口43即可实现同轴且平行的光路安装效果，解决了安装对接难的问题。
在本申请可选的实施例中，安装板42上垂直平行设置有至少三根导向柱44，如图5所示的安装板42上设置有4根导向柱44。导向柱44的另一端与圆形顶面连接；安装板42可沿导向柱44的延伸方向，相对于圆形顶面移动。
在本申请可选的实施例中，导向柱44背离安装板42的一端插入圆形顶面的圆孔中，且导向柱44可以在圆孔中移动。
可以理解，导向柱44可带动安装板42在导向柱44的延伸方向移动，即可调整安装板42与第一透镜组20的间距，使得光纤的焦点可以稳定的前后移动，以便达到测风雷达接收天线的最佳测量位置。
举例说明，导向柱的内部设置有刚性柱体，刚性柱体的外壁包裹有橡胶层，圆形顶面的圆孔尺寸控制在一定范围内，使得工作人员用力推动导向柱时，导向柱可以在圆孔内移动，在无外力作用时，导向柱通过橡胶层的摩擦力固定于圆孔内。
在本申请可选的实施例中，如图1和图2所示，安装板42和圆形顶面之间设置有遮尘套70，遮尘套70与安装板42连接。可以理解，该遮尘套70可以对光纤的出光口进行防护，防止灰尘掉到光纤头出，造成光纤的损坏。
在本申请可选的实施例中，如图3所示，第一通孔11包括朝向传输光纤50的第一端口和朝向第二通孔12的第二端口，第一端口的尺寸大于第二端口的尺寸；第一通孔11内设置有第一压紧圈110，用于向第二端口方向挤压第一透镜组20。如图4所示，第二通孔12包括朝向第一通孔11的第三端口和背离第一通孔11的第四端口，第四端口的尺寸大于第三端口的尺寸；第二通孔12内设置有第二压紧圈120，用于向第三端口方向挤压第二透镜组30。可以理解，第一压紧圈110和第二压紧圈120类似密封圈，对透镜组压紧，能够起到透镜的定位与固定作用。
第二方面，本申请提供一种测风雷达，激光器和收发天线；收发天线采用如第一方面任一项所述的远距式测风雷达收发天线。
在本申请可选的实施例中，所述收发天线的所述传输光纤与所述激光器的出光口连接。
在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。
当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测（陈述的条件或事件）时”或“响应于检测（陈述的条件或事件）”。
以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远距式测风雷达收发天线，其特征在于，包括：圆台型外壳、第一透镜组、第二透镜组、光纤连接结构和传输光纤；
所述圆台型外壳包括圆形顶面和圆形底面，所述圆形顶面的圆心处设置有第一通孔，所述圆形底面的圆心处设置有第二通孔；所述第一通孔和所述第二通孔均与所述圆台型外壳的内腔连通；所述圆形顶面的面积小于所述圆形底面的面积；
所述第一透镜组固定于所述第一通孔内，包括至少一个凸透镜；所述第二透镜组固定于所述第二通孔内，包括至少一个凸透镜；所述第一透镜组和所述第二透镜组中的所有透镜的光轴相同，即为所述圆形顶面和所述圆形底面的圆心连线，所述圆心连线为主光轴；
所述光纤连接结构固定于所述圆形顶面，用于与所述传输光纤连接。
2.根据权利要求1所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述光纤连接结构包括法兰、安装板和光纤接口；
所述安装板的几何中心设置有第三通孔，所述法兰固定于所述安装板上，所述法兰的中央通孔与所述第三通孔的圆心连线与所述主光轴重合；
所述法兰与所述光纤接口连接，且所述传输光纤与所述光纤接口连接后，所述光纤的焦点落在所述主光轴上。
3.根据权利要求2所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述安装板上垂直平行设置有至少三根导向柱，所述导向柱的另一端与所述圆形顶面连接；
所述安装板可沿所述导向柱的延伸方向，相对于所述圆形顶面移动。
4.根据权利要求3所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述导向柱背离所述安装板的一端插入所述圆形顶面的圆孔中，且所述导向柱可以在所述圆孔中移动。
5.根据权利要求3所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述安装板和所述圆形顶面之间设置有遮尘套，所述遮尘套与所述安装板连接。
6.根据权利要求1所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述第一通孔包括朝向所述传输光纤的第一端口和朝向所述第二通孔的第二端口，所述第一端口的尺寸大于所述第二端口的尺寸；所述第一通孔内设置有第一压紧圈，用于向所述第二端口方向挤压所述第一透镜组；
所述第二通孔包括朝向所述第一通孔的第三端口和背离所述第一通孔的第四端口，所述第四端口的尺寸大于所述第三端口的尺寸；所述第二通孔内设置有第二压紧圈，用于向所述第三端口方向挤压所述第二透镜组。
7.根据权利要求6所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述第一透镜组包括第一级凸透镜和第二级凸透镜；
所述第二透镜组包括第三级凸透镜。
8.根据权利要求7所述的远距式测风雷达收发天线，其特征在于，
所述第一级凸透镜和所述第二级凸透镜还设置有透镜隔圈。
9.一种测风雷达，其特征在于，包括激光器和收发天线；
所述收发天线采用如权利要求1至8任一权利要求所述的远距式测风雷达收发天线。
10.根据权利要求9所述的测风雷达，其特征在于，
所述收发天线的所述传输光纤与所述激光器的出光口连接。
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