摘要：目前国际上点对点激光通信技术已较为成熟,但多平台间组网通信问题仍未能解决。提出了一种新型组网通信光学天线设计方法,可实现多点间同步双工激光通信。分析了光学天线原理,并通过仿真建模验证了设计理论,给出了光学天线的结构设计和工作模式,最后采用数学最优控制算法推导出多组光学天线多平台动态、双工通信的工作范围,当旋转抛物面开口为300 mm时,能使方位角为360°,俯仰范围为90°以上。并针对GEO(高轨道卫星)—GEO—OGS(光学地面站)间的组网通信要求进行了光学天线的初始化设计,对推动激光通信技术实现大范围宽领域应用具有重要意义。

摘要：从宽带数字光波通信系统光学天线的要求出发，采用一种简化的高斯光束计算模型，设计出收发合一，具有跟踪、扫描功能的离轴折反式光学天线，并给出了天线性能的计算和实验的结果。

摘要：同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时,因中心遮拦造成的能量损失,也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷,提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能。由初级像差理论推导得出离轴两反系统的初始结构,并采用Zernike多项式自由曲面面形,增加系统设计自由度,提高系统平衡像差的能力。给出入瞳口径与焦距相同的同轴两反和离轴两反系统的设计实例,并比较二者的光学传递函数MTF、点列图、衍射包围圆能量、波前误差等。结果表明:离轴两反自由曲面天线的像质明显优于同轴两反天线,因而该种天线结构的使用可提升空间激光通信系统的整体性能。

摘要：针对室内可见光通信的特点,选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线,介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性,利用光学仿真软件Trace Pro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真.通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现:在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好,且视场角越小增益越高;但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响,在仿真条件下,视场角为10?的复合抛物面聚光器实际增益为22.88,比理论值降低了31%.在此基础上,在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模,分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布.仿真结果表明,采用一个视场角为60?的复合抛物面聚光器为光学天线,两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 d Bm和4.77 d Bm,非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.

摘要：为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ(λ=4.7μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。

摘要：针对多光谱通信的需求,设计了一种光栅型光谱波分复用可见光通信光学天线。相比同类多光谱通信光学系统,该光学天线具有信道数多、增益大、效率高等优点。经过理论分析,提出了采用双柱面镜结合反射式光栅的天线结构,在光谱维保持较高的光谱分辨率,增加信道数,提高系统的通信速率;同时缩小光斑空间维的大小,提高系统的增益。仿真分析表明,该光学天线可以同时高效地对8个不同的单光谱信号进行探测接收,视场角高达18°×0.4°,增益为12.6,信噪比高达48.28 d B,天线尺寸为9 cm×12 cm。最后,根据设计仿真制作了原理样机,实验结果显示该光学天线可以清晰地分开多光谱信号并实现探测接收,信号间没有产生串扰,信噪比较高,适用于多光谱波分复用通信系统。

摘要：在阴影遮挡等非视距应用场景中,可见光通信系统的性能受限于严重的光功率衰减影响。基于仿生复眼的工作原理,设计了一种球面仿生复眼微透镜组和复合抛物面聚光器耦合的光学接收天线。利用Trace Pro软件分析球面仿生复眼的非成像特性,发现当探测面面积一定时,随着邻子眼光轴夹角减小,能量收集比率逐步提高,当邻子眼光轴夹角小于局部最优值时,能量收集比率达90%以上,接近最优。光轴夹角的局部最优值与探测器面积呈正相关。复眼的大视场特性随邻子眼光轴夹角的增大而逐步丧失,最终趋近于单透镜特性。对于可见光通信非视距链路的应用,可获得天线增益达56.45,视场角大于90°。利用MATLAB对室内信道进行数值分析,证明了仿生复眼多级耦合光学天线在阴影遮挡严重的场景下依旧能保持较高的馈入光功率,与普通的单透镜天线相比,平均功率提高了20 d Bm,表明所设计的光学天线具有大视场和高增益的特性,可有效提高室内可见光通信系统的抗阴影遮挡性能。

摘要：针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3)m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411dBm和16.4956dBm。

摘要：在保证"一对多"激光通信终端光学天线的成像质量前提下,为解决光学天线两端面承担载荷的技术问题,提出了一种用于卫星平台的可承载式激光通信光学天线。对主镜组件、可承载式遮光罩及次镜支撑桁架的结构形式以及连接方式进行正对性设计,保证主镜面形精度以及次镜的位置精度。使用ANSYS有限元分析软件进行分析,结果表明:整机一阶模态151.54 Hz;光学天线前端可承载8.5 kg,后端面可承载13 kg;径向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS值(均方根误差)为λ/158、PV值(最大峰谷误差)λ/30,次镜最大倾角1.88″;在(20±5)℃环境温度、轴向1 g自身重力及两端承载工况下,主镜面形精度RMS为λ/65、PV为λ/14,次镜最大倾角1.21″,该天线承载后具有较好的力、热稳定性以及成像质量,可以满足天线在地面装调、检测以及发射过程中的指标要求。采用质量块模拟两端负载质量及重心位置,使用ZYGO干涉仪进行测试,结果表明系统波相差能够满足1 g重力及负载条件下,系统波相差RMS值优于λ/15的指标要求。

摘要：光学天线作为空间激光通信系统中的核心组件,应具有较好的温度场稳定性和均匀性。较大的天线口径和地球静止轨道空间外热流的复杂聚变,增大了天线温度场热控技术的难度。根据光学天线的构型特点和外热流的变化规律,基于光机热一体化协同设计,将空间高效热防护技术与光学镜面辅助热控技术相结合,实现了对大口径光通信天线温度场的稳定性与均匀性的长期精稳控制,并通过热实验进行验证。实验结果表明,强日照期对天线采取避光策略时,满足光通信天线温度场指标要求的时长大于14.3h/d,温度稳定控制在21.4~26.2℃范围内,主镜自身热差不大于1.3℃,主镜与次镜之间的热差不大于3.8℃,这些结果均高于稳定性与均匀性的指标要求。