[發明專利]共用雙焦點光學天線系統

在審

• 申請號: 202010732675.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111999875A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 張濤;楊冬;趙文;湯海濤;李貞;李婷;盧錚;汪大寶;梅瀟;李玉高;倪辰;劉彬;姜宇;王志斌;陳彥杰
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B7/02;G02B3/00;G02B5/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明共用雙焦點光學天線系統，該系統中心為旋轉雙葉雙曲面反射鏡，其有內、外兩個焦點，位于旋轉雙曲面反射鏡內的焦點為內焦點，位于旋轉雙曲面反射鏡外的焦點為外焦點。多組會聚透鏡單元分布在旋轉雙曲面反射鏡外側，每組會聚透鏡單元的焦點均與雙葉雙曲面反射鏡的內焦點重合即共用內焦點，發散透鏡單元的焦點與雙葉雙曲面的外焦點重合即共用外焦點。各會聚透鏡單元分別位于以旋轉雙曲反射鏡內焦點為球心，以每個會聚透鏡單元的焦距為半徑的空間球面任意位置處，由控制系統調整凸透鏡單元在各自空間球面上的位置變化。發散透鏡單元位于雙葉雙曲面反射鏡的下方，其光軸與雙葉雙曲面反射鏡的旋轉軸重合。

技術領域

本發明一種共用雙焦點光學天線系統，屬于光學遙感通信技術領域。

背景技術

隨著信息傳輸量呈指數級增長，未來用戶對數據傳輸能力的需求越來越高。而激光通信相比射頻通信具有較多明顯優勢，包括數據傳輸快，能量損耗低，帶寬大，通信終端尺寸小，且抗干擾、保密性好等等，呈現出方興未艾的發展態勢。利用激光通信技術能夠實現對戰場的敵我態勢感知、自然災害狀態等進行“現場直播”式的實時傳送，因此激光通信技術從實現國防安全到服務國計民生都有重大意義，是涉及國家戰略安全的重要通信手段，且特別適用于無人平臺、飛機、衛星等載荷能力有限、數據傳輸量大的通信平臺。

各國目前的激光通信終端只能完成點對點的通信，且通信形式單一，通信節點少的缺點十分明顯。而支持多平臺節點激光通信組網模式的光學天線研究成果比較有限，例如將多個一對一通信光端機進行簡單多向分布排列，尚未有較完善的光學天線應用。相關結構存在總體結構過于龐大，通信節點少，能量損耗大，結構設計困難等等弱點，這大大限制了激光通信技術的發展與應用。

為了克服當前各種系統的不足，需要設計新的光學系統來滿足未來多種需要。

發明內容

本發明的結構解決的問題是：為了克服現有的一對多激光通信設備天線裝置存在的視場小、體積大、無法跟蹤捕獲且成本高的問題。本發明提供的一種容易實現小型化輕量化的共雙焦點的天線裝置。

本發明的技術解決方案為：一種共用雙焦點光學天線系統，包括雙葉雙曲面反射鏡、發散透鏡單元、會聚透鏡單元和控制系統；

所述中心為雙葉雙曲面反射鏡，雙葉雙曲面反射鏡有內、外兩個焦點；位于旋轉雙曲面反射鏡內的焦點為內焦點，位于旋轉雙曲面反射鏡外的焦點為外焦點；多組會聚透鏡單元分布在旋轉雙曲面反射鏡外側，每組會聚透鏡單元的焦點均與雙葉雙曲面反射鏡的內焦點重合，即共用內焦點，發散透鏡單元的焦點與雙葉雙曲面反射鏡的外焦點重合，即共用外焦點；控制系統由轉動臂、旋轉軸、圓弧形滑軌以及相關控制結構組成；轉動臂能夠圍繞旋轉軸做圓周運動，會聚透鏡單元能夠在圓弧形滑軌上進行滑動，保證會聚透鏡單元在以共用內焦點為圓心，以會聚透鏡單元焦距為半徑的球面空間運動；

當多束平行信號光從不同的空間角度入射至該光學天線系統，由控制系統的控制單元調整處于空閑狀態下、調整時間最短的會聚透鏡單元完成對合作目標的指向捕獲跟蹤，使該受控的會聚透鏡單元光軸方向與信號光入射方向一致，將平行信號光射向雙葉雙曲面反射鏡的內焦點，然后經雙葉雙曲面反射鏡外表面反射后，向雙葉雙曲面反射鏡的外焦點會聚，最后經發散透鏡單元折射，形成與雙葉雙曲面旋轉軸平行的出射信號光。

所述發散透鏡單元采用多個光學透鏡合成。

所述會聚透鏡單元采用多個光學透鏡合成，或衍射透射光學會聚元件。

所述會聚透鏡單元中的所有光學透鏡均處于以共用內焦點為球心、以各個凸透鏡單元焦距為半徑的球面任意位置。

雙葉雙曲面反射鏡的內焦點到頂點距離為5mm。

內焦點和外焦點距離為50mm。

本發明有益效果：