[發明專利]一種接收旋轉運動發射天線信號的折射式光學接收天線

有效

• 申請號: 201310210378.X
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103399380A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉峰;徐圓飛;丁潔;王稷;劉玉平
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;H04B10/11
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 符彥慈

技術領域

本發明涉及一種折射式光學接收天線，尤其涉及一種在近距離自由空間光通信系統中接收旋轉運動的光學發射天線信號的折射式光學接收天線。

背景技術

自由空間光通信技術以大氣或真空作為傳播光信號的通道來完成空間中點對點、點對多點或多點對點之間的光通信。它既具有無線通信的特征，又具有光通信高速傳輸的優勢，并且相對使用光纖的光通信系統具有布局簡單、成本低廉、組網靈活、對不同場合的適應性強等特點。因此，自由空間光通信技術在商業和軍事上具有廣泛的應用。

典型的自由空間光通信系統由光發送機、光學發射天線、光學接收天線、光接收機和大氣通道組成。光發送機的作用是將電信號調制到激光器上，產生包含數據信息的激光束。光學發射天線對激光束進行擴束、準直后對準光學接收天線發射，在大氣通道中進行傳播。光學接收天線將激光束匯聚至光接收機的光電探測器上進行光電信號轉換，光接收機的后端電路對轉換后的電信號進行整形、放大，并完成信號的解調。為了確保兩個通信終端的精確定向，有時還需要捕獲、跟蹤及瞄準子系統。

在需要將旋轉體上的數據向固定體上進行傳輸時，光學接收天線需要接收旋轉運動的光學發射天線發射的激光束，如果光學接收天線也與發射天線一起旋轉則無法實現旋轉體向固定體上的數據傳輸，因此需要使光學接收天線和光接收機都保持固定。在這種情況下，需要設計出能夠最大限度接收旋轉入射光束并聚焦到光接收機的光學接收天線。

發明內容

本發明的目的在于為上述系統提供一種結構形式合理、適合進行參數優化的折射式光學接收天線，用于接收旋轉運動的光學發射天線的光信號。在光學發射天線處于光學接收天線的接收面內不同位置時，優化設計的光學接收天線都將光信號匯聚至光接收機的的光電探測器的光敏面上，從而保證數據在發射天線旋轉運動的過程中正常傳輸。

本發明的技術方案為：一種接收旋轉運動光學發射天線信號的折射式光學接收天線，包括從光束入射方到光束出射方依次設置的第一組雙膠合透鏡和第二組雙膠合透鏡，第一組雙膠合透鏡的前片為雙凸透鏡，后片為平凹透鏡并且凹面在光束入射方一側；第二組雙膠合透鏡的前片為平凸透鏡且平面在光束出射方一側，后片為平凹透鏡且平面在光束入射方一側。

第一組雙膠合透鏡和第二組雙膠合透鏡之間具有空氣間隙。

所述空氣間隙s滿足0≤s≤100mm。

所述第一組雙膠合透鏡前凸面的曲率半徑大于凹面的曲率半徑。

所述第二組雙膠合透鏡的凹面的曲率半徑大于凸面的曲率半徑。

所述折射式光學接收天線的焦距f為一固定焦距，f滿足以下關系式：f*tan(θ)≤d_APD/2，其中θ為光學發射天線光軸與折射式光學接收天線光軸的最大允許夾角，d_APD為接收天線出射光束到達的光電探測器的光敏面直徑。

所述折射式光學接收天線的入瞳直徑D滿足以下關系式：D≥2M+d，其中M為接收天線接收的入射光束的運動范圍，d為入射光束的直徑。入射光束的運動范圍是指入射光束的中心光線到達接收天線第一面的點到接收天線光軸的直線距離。

優選，所述折射式光學接收天線的兩組雙膠合球面透鏡焦距滿足下述的關系式：

2＜f_前/f_后＜4

其中f_前為第一組雙膠合球面透鏡的焦距，f_后為第二組雙膠合球面透鏡的焦距。

所述折射式光學接收天線的入瞳在接收天線第一組雙膠合透鏡前片的第一面。

所述折射式光學接收天線中的透鏡材料為無色光學玻璃。

所述折射式光學接收天線還可以在第一組雙膠合球面透鏡前設置保護玻璃。保護玻璃置于折射式光學接收天線的最前端用于保護其后的透鏡，此時該折射式光學接收天線的入瞳在保護玻璃的前表面。

所述保護玻璃為一片平行平板。

此外，所述折射式光學接收天線中兩組雙膠合球面透鏡位置固定。