[發明專利]一種多光束發射天線系統

有效

• 申請號: 201310566404.2
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103684612A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 程坤;申景詩;馬宗峰;石德樂;李振宇;吳世臣;張建德;黃秀軍;董昊;蔡卓燃
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/564;H04B10/67;H01Q3/26
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術領域

本發明涉及精密光機電產品技術領域，具體涉及一種多光束發射天線系統，用于一臺能量發射端與多臺設備進行激光傳能、激光通信或其他需要發射多束激光的情況。

背景技術

在一些情況下需要能量發射端同時發射多束激光，比如一對多激光傳能、通信，其中比較典型的應用案例是分離模塊航天器。分離模塊航天器由多個“模塊航天器”組成，每個模塊航天器有各自的任務功能，可以獨立制造及發射，航天器體系更加靈活，發射風險低、成本低，提高了系統的壽命和可靠性。在軌運行時通過無線信息及能源交換將分散的模塊功能和資源高效的結合在一起。分離模塊航天器通常包含一顆高成本高可靠性的資源航天器，每個資源航天器伴隨多個任務航天器，資源航天器與任務航天器間通過無線的方式進行能量傳遞和信息交互。當前的激光傳能系統是點到點的，而分離模塊航天器采用多顆任務航天器包圍資源航天器的圓形編隊時，點到多點的傳能系統是尤為需要的。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種多光束發射天線系統，能夠實現一個發射端對多個接收端的高功率遠距離的能量傳遞。

一種多光束發射天線系統，包括轉臺、轉臺伺服單元、光學相控陣天線、光束耦合器、相位控制模塊、激光發生器和控制器；

轉臺包括控制系統整體方位的轉臺A和單獨控制每個光學相控陣天線方位和俯仰的轉臺B_i，i=1,2,...,N；N為光學相控陣天線的數量，N大于或等于3；轉臺B_i設置在轉臺A上；光學相控陣天線中相控陣元的后表面通過光束耦合器連接相位控制模塊，光束耦合器將激光發生器發出的激光束耦合至相控陣元，相位控制模塊根據控制器的指令控制相控陣元發射光束的相位；

當需要向接收端發射激光時，根據控制器提供的接收端的位置信息，轉臺伺服單元轉動轉臺中的一個或多個使得光學相控陣天線瞄準接收端，以實現粗瞄準；根據傳輸距離和所需光斑的空間分布特征，控制器控制相控陣元的選通和波束偏轉令多路發射光束指向接收端，以實現精瞄準；控制器還利用相位控制模塊控制相控陣元發射光束的相位，以實現射向同一接收端的多光束非相干或相干合成。

優選地，所述控制器進一步用于，根據接收端的個數、位置和激光輸出總功率的大小，采用如下策略進行發射控制：

當僅存在單個接收端時，分以下兩種情況：

A1）一對一發射

當激光輸出總功率不超過設定的單天線安全發射功率時，由與接收端方位最近的光學相控陣天線發射光束；

A2）多對一發射

當激光輸出總功率超過所述單天線安全發射功率時，根據功率需要由兩個或兩個以上的光學相控陣天線瞄準同一接收端并共同發射；

當存在至少兩個接收端時，分以下兩種情況：

B1）一對多發射

當所有接收端均在某一光學相控陣天線P₁的尋址范圍內，且所需提供的激光輸出總功率不超過單天線安全發射功率時，由光學相控陣天線P₁發射光束，且通過控制光束偏轉進行光束分配，使得每個接收端均接收到多光束；

B2）多對多發射

當所需提供的激光輸出總功率超過單天線安全發射功率時，或者接收端的分布超出單個光學相控陣天線的尋址范圍，則根據接收端位置和功率需求由兩個或兩個以上的光學相控陣天線共同發射，每個光學相控陣天線向自身尋址范圍內的接收端發射光束。

優選地，當轉臺伺服單元轉動轉臺對接收端瞄準時，在轉動轉臺B_i的同時轉動轉臺A加以配合。

優選地，所述控制器進一步用于對每路發射光束進行單獨的編碼調制。

優選地，N=3；3個光學相控陣天線沿圓形均勻排布于轉臺A上，轉臺B₁～B₃距離轉臺A中心轉軸的距離相同。

優選地，控制器進一步控制發射光束的空間排布以提高光強在接收端光電池板表面的均勻度。

本發明的有益效果：

1）發射端采用激光相控陣技術，通過多束激光合成可以提高電池表面光強和光斑均勻性，從而提高光電池的光電轉化效率，進一步提高激光無線傳能效率并提高傳能功率和傳輸距離。

2）可以同時發射多路傳能光束為多個設備供能，并且通過轉臺轉動在未被平臺遮擋的立體角內不存在盲區；

3）可以完成瞄準、對中，具備相位控制、光束控制功能，實現多路光束的非相干、相干合成；

4）可用于激光通信發射多路通信光束，每路光束可單獨編碼。

附圖說明

圖1—本發明系統組成示意圖；