激光通信组网光学天线结构设计与分析

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天线结构的力学性能分析与优化设计

天线结构的力学性能分析与优化设计天线结构的力学性能分析与优化设计摘要：天线作为通信系统中重要的组成部分，对于其力学性能的分析和优化设计具有重要意义。

本文针对天线结构的力学性能进行分析与优化设计，通过力学模型的建立和仿真分析，对天线的刚度、振动模态和自由空振频率等指标进行分析与优化，以实现天线结构的稳定性、工作性能和可靠性。

在此基础上，采用优化算法对天线的材料和结构进行优化设计，以提高天线的力学性能和工作效果。

通过本文的研究与分析，可以为天线的设计和制造提供一定的指导和参考。

关键词：天线；力学性能；分析；优化设计1.引言天线作为无线通信系统的重要组件，对于通信质量和性能起着关键作用。

天线结构的稳定性和可靠性是保证通信系统正常工作的基础，而天线的力学性能是影响其稳定性和可靠性的重要因素。

因此，对天线的力学性能进行分析与优化设计是至关重要的。

2.天线的力学模型与分析为了对天线的力学性能进行分析与优化设计，首先需要建立相应的力学模型。

天线结构一般可简化为梁或薄壳结构，根据实际情况选择合适的力学模型进行建立。

在建立力学模型时，需要考虑天线结构的几何形状、材料性能和工作条件等因素。

2.1 天线的刚度分析天线的刚度是指天线受到外部力作用时的抗弯和抗扭能力。

通过弯曲和扭转实验可以测量天线的刚度系数，进而分析天线的刚度性能。

刚度分析的关键是建立包括天线结构、材料性质和外部载荷等因素的力学模型，并根据边界条件和受力分析等原理计算天线的刚度系数。

2.2 天线的振动模态分析天线的振动模态是指天线在受到外部激励或自然频率下的振动形式。

通过振动模态分析，可以确定天线的主要振动模态和共振频率，从而了解天线在工作过程中可能存在的振动问题。

振动模态分析的方法主要包括模态分析和频率响应分析。

模态分析通过求解天线结构的固有频率和振动模态，确定天线的固有振型；频率响应分析通过加载外力或外界激励，计算天线的响应和振动特性。

2.3 天线的自由空振频率分析天线的自由空振频率是指在无外界激励下，天线结构产生自由振动的频率。

无线激光通信技术应用分析

无线激光通信技术应用分析蔡凤福【摘要】无线激光通信(Wireless Optical Communication)又称自由空间光通信或大气激光通信,是近年来出现的通信热点,它是以大气或者自由空间为媒介,让载波激光在大气中传输有效信息的一种新型的通信技术.无线激光通信有无线电通信的便利性,同时也继承了光纤通信的绝大部分优点,尤其是大通信容量的特点.它凭借着传输速率高、方便灵活、保密性好、抗于扰性强等特点脱颖而出,在民用和军用上得到了广泛的应用,成为一种极具竞争力的新兴的通信技术.文章主要介绍无线激光通信的基本工作原理,分析了无线激光通信关键技术技术,以及国内无线激光通信应用的现状,供大家参考.【期刊名称】《中国新技术新产品》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】1页(P29)【关键词】FSO;激光;无线;宽带接入【作者】蔡凤福【作者单位】广东公诚通信建设监理有限公司,广东,广州,510610【正文语种】中文1 无线激光通信的基本原理无线激光通信不是用光纤作为传输媒介，而是以大气为媒质，通过激光或光脉冲在太赫兹(THz)光谱范围内传送信息的通信系统；其传送终端在原理上与光纤传送终端十分相似，但由于用在接入系统，因而组成更为简单。

激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更优良的特性，即单色性(激光光波都具有相同的频率)好，强度高，相干性与方向性好，因此激光束的发散角度小，能量集中在很小的范围内，接收器可获得比微波高几个数量级的功率密度。

无线激光通信本质上也是一种无线电通信，但它与一般无线电通信相比又有区别。

在无线激光通信系统中多了两个转换过程，即在发送端进行电一光的转换，在接收端进行光一电的转换。

一个光传输系统，所用的基本技术，也就是光电的转换。

在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，具有全双工的通信能力。

通常把待发送的信息源(语言、文字、数据、图像等)，通过信号转换设备(话筒、摄像机等)转换成模拟或数字电信号，然后把这些信号输入光调制器，调制到一个由激光器产生的激光束(激光载波)上，并控制这个载波的某个参数(振幅等)，使它按电信号的规律变化。

深空探测中的光学(论文)

目录一、引言 (2)二、深空通讯技术的概念及发展 (3)2.1、通讯技术的基本概念 (3)2.2、深空中光通信系统的结构及原理 (4)2.3、深空中光通讯的特点 (5)三、深空光通讯中主要技术 (7)3.1、光束准直及天线技术 (7)3.2、高码率调制、高能量转换效率的发射技术 (8)3.3、高灵敏度和高抗干扰性的光信号接收技术 (9)3.4、调制与编码技术 (9)3.5、捕获、瞄准和跟踪技术(APT) (10)3.6、深空光通讯中的其他技术 (11)四、深空光通讯的发展趋势和给我们的启示 (12)五、对未来深空光通信的展望 (13)参考文献 (14)一、引言当前,世界上正兴起一个深空探测的热潮,主要的目的是开发和利用空间资源,发展空间技术,进行科学研究,探索太阳系和宇宙的起源,扩展人类的生存空间,为人类社会的长期可持续发展服务。

我国以“嫦娥”探月工程为起点的深空探测也已经启动, 正逐步深入发展。

深空探测是指对2 ×106 km以远的天体和空间进行的探测。

在1988年以前,国际电信联盟( ITU)也曾将月球及月球以远的探测定义为深空探测,因此,目前这两种定义方法都在应用。

实施探测的航天器称为深空探测器,对其测控通信的系统称为深空测控通信系统,它包括深空测控通信地面站和空间应答机两大部分。

它的主要功能是:跟踪、遥测、指令控制和数传(TTC&DT) ,在深空探测器的整个飞行过程中,需要对其测控以保证其飞行轨道的准确,而在进入探测过程以后,需要传回探测信息。

它是深空探测的唯一信息线,至关重要,与其它测控系统相比其重要性更加突出。

不同于现有的地基测控系统、天基测控系统、遥感地面接收站和卫星通信站,深空测控通信系统有着自己的特点和特殊技术问题。

由于通信的距离很远,所以与此相关的技术问题总是处于测控通信技术发展的最前沿。

在建设深空测控系统以前,应对它的特点进行研究,比较它与现有系统的区别, 抓住它特殊的、主要技术问题,重点地开展研究工作。

激光无线通信光发射与接收电路的设计

激光无线通信光发射与接收电路的设计1. 前言激光无线通信作为一种高速、高带宽的通信方式，被广泛应用于各个领域。

在激光无线通信系统中，光发射与接收电路的设计至关重要。

本文将深入探讨激光无线通信光发射与接收电路的设计原理、要求以及设计流程，以期为读者提供一个全面、详细、完整的指南。

2. 设计原理激光无线通信光发射与接收电路的设计原理是基于激光器和光接收器的工作原理。

激光器通过激发激光介质产生激光，而光接收器则接收并解析激光信号。

因此，设计一个有效的光发射与接收电路需要深入理解激光器和光接收器的特性。

2.1 激光器的特性激光器是产生激光的关键组件，它具有以下几个重要特性：1.高单色性：激光器发出的光具有很高的单色性，能够有效避免光信号的色散和干扰。

2.高方向性：激光器发出的光具有很高的方向性，能够将光信号有效地聚焦和传输。

3.高功率输出：激光器能够输出相对较高的功率，以提供足够的信号强度和传输距离。

2.2 光接收器的特性光接收器是接收激光信号的关键组件，它具有以下几个重要特性：1.高灵敏度：光接收器能够对弱光信号进行高效的接收和解析，以提供足够的信噪比。

2.快速响应：光接收器能够迅速响应光信号的变化，以满足高速通信的要求。

3.低噪声：光接收器具有低噪声特性，以提高信号的可靠性和质量。

3. 设计要求激光无线通信光发射与接收电路的设计需要满足以下要求：1.高效传输：设计的光发射与接收电路应能够实现高效的光信号传输，并保持较低的传输损耗。

2.适应不同距离：光发射与接收电路应能够适应不同的传输距离，从近距离到远距离的通信需求。

3.抗干扰能力：光发射与接收电路应具备一定的抗干扰能力，以应对外界环境对信号传输的影响。

4.低功耗设计：光发射与接收电路应具备较低的功耗，以延长激光器和光接收器的使用寿命。

4. 设计流程激光无线通信光发射与接收电路的设计流程可以分为以下几个步骤：4.1 系统需求分析首先，需要进行系统需求分析，明确激光无线通信的具体应用场景、距离要求、传输速率等。

空间超高速数字相干激光通信问题与解决方法

引用本文：陶坤宇，曹哲玮，杨奇，等.空间超高速数字相干激光通信问题与解决方法[J].光通信技术，2021,45(5):44-49.空间超高速数字相干激光通信问题与解决方法陶坤宇！，曹哲玮！，杨奇"，宋义伟！，陈心怡！，姜义君！，付森1(1.上海无线电设备研究所激光探测技术研发中心，上海201109; 2.华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074)摘要：为了解决空间超高速率信息传输问题，保障我国天基宽带信息传输网的实现，分析了未来在空间进行超高速率激光通信采用数字相干体制的必要性，总结了现阶段实现这一目标存在的4个问题:单模光纤耦合、低噪声掺｛光纤放大器(EDFA)的放大、数字编解码算法和硬件架构问题.针对这4个问题逐一提出了解决方法，即快反镜(FSM)跟踪与自适应光纤章动、分段噪声抑制、浮点数并行处理算法和集成化.分析了空间激光通信技术水平的发展趋势，最后给出了对未来技术方向发展的预测。

关键词：激光通信;数字相干;单模光纤耦合；掺｛光纤放大器;编解码算法中图分类号：TN929.12文献标志码：A文章编号：1002-5561(2021)05-0044-06D01：10.13921/ki.issn1002-5561.2021.05.010开放科学(资源服务)标识码(OSID)：Problems and solutions of ultra-high speed digitalcoherent space laser communicationTAO Kunyu1,CAO Zhewei1,YANG Qi2,SONG Yiwei1,CHEN Xinyi1,JIANG Yijun1,FU Sen1(ser R&D Center of Detection Technology,Shanghai Radio Equipment Research Institue,Shanghai201109,China;2.School of Optical and Electronic Information,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China)Abstract:In order to solve the problem of ultra-high speed space transmission and ensure the realization of our country's space-based broadband communication network,the necessity of applying digital coherence scheme to ultra-high speed space laser communication is analyzed in this paper,four problems in achieving this goal existed at current stage are summarized as follows:single-mode fiber coupling,low noise amplification of the erbium doped fiber amplifier(EDFA),algorithm of digital encoding and decoding,and hardware architecture.The solutions to these four problems are put forward one by one:fast steering mirror(FSM)tracking and adaptive nutation,segmented noise suppression,floating point parallel processing algorithm and integration.This paper analyzes the development trend of space laser communication technology,and finally gives the prediction of the future development direction of technology.Key words:laser communication;digital coherent;single-mode fiber coupling;erbium doped fiber amplifier;encoding and decoding algorithm0引言我国卫星通信技术处于快速发展阶段，对卫星通信系统的需求主要包括3个方面：带宽需求日益增加、通信距离越来越远和能够适应复杂的信道环境，用微波手段已经越来越难以满足卫星通信带宽的需收稿日期：2020-09-25。

构架式天线可展支撑机构构型设计及性能分析

构架式天线可展支撑机构构型设计及性能分析构架式天线可展支撑机构构型设计及性能分析摘要：天线是无线通信系统中至关重要的部件，其性能直接关系到通信质量。

构架式天线可展支撑机构是一种常用于航天器或机载设备中的天线支撑结构，其具有较好的可展性和稳定性。

本文针对构架式天线可展支撑机构的设计进行了深入研究，并通过性能分析和模拟测试，验证了设计的可行性。

1. 引言构架式天线可展支撑机构是一种轻量化、高强度的天线支撑结构，在航天器和机载设备中广泛应用。

该机构采用了复杂的构架设计，能够在对抗风力和重力的作用下保持稳定，同时又能轻松展开和收缩，非常适合应用于空间环境中。

2. 构架式天线可展支撑机构的设计原理构架式天线可展支撑机构的设计原理是基于构架结构的力学性质。

构架结构采用节点和构件相连的方式，能够承受较大的力和扭矩。

在设计构架式天线可展支撑机构时，需要考虑到构件材料的选择、节点的连接方式以及构件的布置等因素。

3. 构架式天线可展支撑机构的构型设计构架式天线可展支撑机构的构型设计是该研究的核心内容之一。

通过结构拓扑优化和参数化设计，确定了最佳的构件尺寸和布局。

并使用有限元分析方法对设计进行了验证，确保了结构的可靠性和稳定性。

4. 构架式天线可展支撑机构的性能分析为了进一步验证构架式天线可展支撑机构的性能，对其进行了性能分析。

主要包括结构的刚度、强度、振动特性和瞬态响应等方面。

通过数值模拟和实验测试，得到了结构在不同工况下的性能指标，并与设计要求进行了对比。

5. 结果与讨论通过对构架式天线可展支撑机构的性能分析和测试，得到了以下结果：该机构的刚度较高，在承受外力时不易产生变形；强度满足设计要求，无松动和断裂现象；振动特性良好，在工作频率范围内保持稳定；瞬态响应快速，能够迅速适应系统需求。

6. 总结和展望本文通过对构架式天线可展支撑机构的设计和性能分析，验证了该机构的可行性和优越性。

未来可以进一步优化设计，提高结构的性能，并将其应用于更多的航天器和机载设备中。

激光通信空间传输技术

01
02
03
半导体激光器
研究高功率、高效率的半导体激光器，提高激光输出的稳定性和可靠性。
光纤激光器
利用光纤作为增益介质，实现高功率、高效率的激光输出，同时具有良好的光束质量。
固体激光器
研究新型固体激光材料，提高激光器的能量转换效率和输出功率。
大气湍流对信号影响及补偿措施
大气湍流模型
研究大气湍流的统计特性和物理模型，为信号传输提供准确的预测和补偿。
该试验成功实现了卫星与地面站之间的激光通信，标志着中国在卫星激光通信领域取得了重要突破。
地面站与飞行器间数据传输需求
高数据传输速率
随着空间探测任务的日益复杂，对数据传输速率的要求也越来越高，激光通信能够满足这一需求
。
大容量数据传输
激光通信具有传输容量大的特点，能够满足地面站与飞行器之间
大容量数据的传输需求。
特点
激光通信具有传输速度快、容量大、保密性好、抗干扰能力强等优点，是实现高速、大容量通信的重要手段。
空间传输技术概述
空间传输技术
指利用激光在大气或空间中进行信息传输的技术，包括自由空间光通信和卫星激光通信等。
技术原理
通过调制激光束的强度、相位、频率等参数，将信息加载到激光上，然后通过光学系统发射到空间中，接收端通过光学系统接收并解调激光信号，实现信息传输。
01
接收来自发射端的激光信号，并进行精确指向和跟踪。
光检测器与解调器
02
将接收到的光信号转换为电信号，并进行解调处理，还原出原
始传输信息。
解码与信号处理单元
03
对接收到的信号进行解码和解密处理，确保信息的完整性和安
全性。

激光通信系统的设计原理

激光通信系统的设计原理激光通信是一种利用激光脉冲在空气或光导纤维中传输信息的通信方式。

它应用了激光器、光调制器、光解调器、光纤等一系列关键技术，可以实现高速、远距离、抗干扰等特点，被广泛应用于通信、卫星导航、激光雷达等领域。

下面将详细介绍激光通信系统的设计原理。

激光通信系统由激光发射端和激光接收端两部分组成。

首先介绍激光发射端的设计原理。

激光发射端的主要组成部分是激光器和光调制器。

激光器是产生激光脉冲的核心设备，一般采用半导体激光器或固体激光器。

激光器通过电流激励，产生高纯度、高功率、窄线宽的激光光束。

光调制器则用于对激光光束进行调制，将要传输的信息转化为光脉冲信号。

光调制器一般采用电光调制器或腔共振式调制器。

在激光器和光调制器之间，需要设计适当的光放大器来增强激光光信号的强度。

光放大器一般采用光纤放大器、固体放大器等。

此外，还需要设计光学滤波器来去除杂散光信号，提高系统的信号质量。

激光接收端的设计原理与激光发射端类似，也由光解调器和光接收器两部分组成。

光解调器用于解调接收到的光脉冲信号，将光信号转化为电信号，并恢复原始的信息内容。

常用的光解调器有光电二极管、光电倍增管、光电探测器等。

光接收器用于接收光脉冲信号并转化为电信号，进一步处理和分析。

激光接收端的信号处理环节是非常重要的一步。

首先，需要对电信号进行放大和滤波，提高信号的强度和质量。

接着，进行信号解调和信号重建，将光信号转化为可读取的信息信号。

最后，采用信号处理技术对信号进行干扰抑制和错误校正，提高系统的抗干扰性和可靠性。

在激光通信系统设计中，还需要考虑激光光束的传输损耗问题。

激光光束在大气中传输时会受到散射、吸收和大气湍流等影响，导致传输损耗。

为了减小传输损耗，可以采用大功率激光器和低损耗的光纤进行传输，同时通过气象监测和动态自适应技术来补偿大气影响，提高传输效率和距离。

此外，激光通信系统还需要考虑安全性和隐蔽性问题。

激光通信是一种点对点的通信方式，相较于无线通信可以更好地实现信息的隐蔽传输。

激光通信中光学天线的隔离度研究

第 45 卷第 2 期航天返回与遥感2024 年 4 月SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING83激光通信中光学天线的隔离度研究马业辉 1,2 闫钧华 1,2 张超 1,2,3 刘剑峰 3（1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，南京 211106）（2 南京航空航天大学航天学院，南京 211106）（3 北京空间机电研究所，北京 100094）摘　要　伴随激光通信组网和轻量化的需求以及收发一体化模式的普遍应用，实现光学天线发射和接收之间的高效隔离至关重要，为此文章对同轴天线与离轴天线的隔离度进行了研究。

首先采用Code V 光学设计软件分别设计了1 550 nm波段的同轴天线和离轴两反式天线，视场角为±1.5 mrad，接近衍射极限；再根据杂散光散射模型，利用分析软件进行光线追迹，模拟出隔离度；然后分别研究了在同轴天线次镜中心放置遮拦来规避开孔风险，以及在离轴天线中调整离轴量和曲率半径的方法，使同轴和离轴天线的隔离度分别提升至−69 dB和−89 dB。

结果表明，上述方法均能够有效提升光学天线的隔离度。

关键词　激光通信　光学天线　隔离度　杂散光中图分类号：TN929.1；V443+.4 文献标志码：A 文章编号：1009-8518(2024)02-0083-09DOI：10.3969/j.issn.1009-8518.2024.02.008Study on the Isolation of Optical Antennas in Laser Communication MA Yehui1,2 YAN Junhua1,2 ZHANG Chao1,2,3 LIU Jianfeng3（ 1 Key Laboratory of Space Photoelectric Detection and Perception, Ministry of Industry and Information Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China ）（ 2 College of Astronautics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China ）（ 3 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China ）Abstract　Accompanying the demands for laser communication network integration, lightweighting, and the widespread adoption of transceiver integration, achieving efficient isolation between optical antenna transmission and reception is crucial. This article thus investigates the isolation between coaxial and off-axis antennas. Initially, using Code V optical design software, coaxial antennas and off-axis two-reflective antennas operating in the 1 550 nm band were individually designed with a field of view angle of ±1.5 mrad, approaching the diffraction limit. Subsequently, based on the stray light scattering model, ray tracing was conducted using analysis software to simulate isolation. Methods were then studied to place baffles at the center of coaxial antenna secondary mirrors to mitigate aperture risk, and to adjust off-axis tilt and curvature radii in off-axis antennas. Ultimately, the isolation levels of coaxial and off-axis antennas were respectively increased to −69 dB and −89 dB. The results indicate that the aforementioned methods effectively enhance the isolation of optical antennas.Keywords　laser communication; optical antenna; isolation; stray light收稿日期：2024-01-17引用格式：马业辉, 闫钧华, 张超, 等. 激光通信中光学天线的隔离度研究[J]. 航天返回与遥感, 2024, 45(2): 83-91.MA Yehui, YAN Junhua, ZHANG Chao, et al. Study on the Isolation of Optical Antennas in Laser Communication[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2024, 45(2): 83-91. (in Chinese)0　引言空间激光通信技术因其高信息承载能力、优越的光学增益和强大的干扰与截获防护性能而备受关注，被认为是目前处理高速通信挑战的关键手段[1-6]。

激光无线通信光发射与接收电路的设计

激光无线通信光发射与接收电路的设计一、激光无线通信的基本原理二、光发射电路的设计1. 激光器驱动电路设计2. 激光器保护电路设计3. 激光调制电路设计三、光接收电路的设计1. 光探测器选择与特性分析2. 前置放大电路设计3. 高频放大电路设计4. 信号解调电路设计一、激光无线通信的基本原理激光无线通信是利用激光作为信息传输的载体，通过空气中的传播实现数据传输。

其基本原理是利用激光器产生高功率狭窄束的激光，将信息转换为脉冲宽度调制（PWM）或强度调制（IM）信号，通过发射机向空气中发送，接收机则通过探测器将接收到的信号转换为电信号进行解码。

二、光发射电路的设计1. 激光器驱动电路设计激光器驱动电路是将直流或交流信号转换为足够高频率和幅度的脉冲，以使得激光器能够正常工作。

其主要组成部分包括信号发生器、放大器和脉冲调制器。

2. 激光器保护电路设计激光器保护电路用于保护激光器免受过电流、过压、过温等因素的损害。

其主要包括过流保护电路、过压保护电路和温度控制电路等。

3. 激光调制电路设计激光调制电路是将输入信号转换为PWM或IM信号，以控制激光的强度或频率。

其主要包括放大器、滤波器和脉冲调制器等。

三、光接收电路的设计1. 光探测器选择与特性分析光探测器是将接收到的激光信号转换为电信号的关键部件。

常用的有PIN型探测器、APD型探测器和PSD型探测器等。

在选择时需要考虑其响应速度、灵敏度和带宽等特性。

2. 前置放大电路设计前置放大电路用于放大从光探测器输出的微弱信号，并消除噪声干扰。

其主要包括低噪声放大器和滤波器等。

3. 高频放大电路设计高频放大电路用于进一步放大信号，并将其转换为可处理的中频或基带信号。

其主要包括中频放大器和混频器等。

4. 信号解调电路设计信号解调电路用于将接收到的PWM或IM信号转换为原始数据。

其主要包括解调器和滤波器等。

总之，在激光无线通信系统中，光发射电路和光接收电路都是至关重要的组成部分，其设计需要考虑多种因素，如功率、带宽、灵敏度、噪声等，以确保系统的稳定性和可靠性。

光学天线

光学天线天线，按维基百科的定义，"是一种用来发射或接收无线电波—或更广泛来讲—电磁波的器件"。

例如，在无线通信系统中，天线被用于发射与接收射频与微波波段的电磁波。

而在我们的智能手机中，就有内置的平面倒F天线(PIFA)，用于接收和辐射射频波段在2.4GHz和5GHz的电磁波信号。

偶极子天线由于天线对电磁波的调控作用服从经典电磁学的基础方程，也即麦克斯韦方程(MaxwellEqu ations)，而麦克斯韦方程在形式上具有频率(波长)不变性，也就是说，麦克斯韦方程组并没有限制天线的工作波长。

因此，在射频波段电磁天线的诸多功能(例如频率选择表面，相控阵雷达等)，逻辑上也可以在光频段实现。

从尺度上来看，天线的工作波长λ与天线尺度L是线性相关的。

以最简单的1/2波长偶极子天线(dipole antenna)为例，它由两根1/4波长单极子天线(monopole antenna)组成，其长度是工作波长λ的一半。

对于工作900MHz的射频天线，其长度为估算为L=λ/2=(3e 8m/s/900e6/s)/2=0.167m。

而工作波长在可见光的天线，其长度估算为L=λ/(2 n)，这里n为天线所处的介质环境的折射率[2]。

对于工作波长为680nm(红光)的光学天线，假设其制备衬底为硅，则L=λ/(2n)=680nm/2/3.4=100nm。

可见，对光学天线(光频段电磁天线)的研究，首先要解决的是要能实验制备与光波长尺度可比拟，乃至比光波长尺度还要小的微纳结构。

光学天线近年来，随着以电子束刻蚀(Electron Beam Lithography)和聚焦离子束刻蚀(Focused Ion Beam Lithography)为代表的“至顶向下”式纳米加工技术的日趋成熟，大规模加工纳米尺度的金属与介质结构成为可能，光频段电磁天线(简称光学天线)的研究也随之成为研究热点。

电子束曝光对光学天线的研究很广泛，这里只做大致的梳理与分类，以抛砖引玉。

宽视角光学接收天线研究与进展

ｏａｅｏｍｆｒｌｓｒｃｍｕｎｃｔｏｎ．ｓｄｏｎｔｅｄｏｃａｅｅｅｏｍｕｉａｏｎｄｒｓａｃｐｒｒｓｎｔｔｃｎｅｎａｏｆｗｉｉｗｉｉａｉＢａｅｈｅｆｌｆｓｅｌｓｒｔｌｃｍｉｐａｎｃｔｎａｅｅｒｈｏｇｅｓｏｈｅｏｐａａｔｎｄｅｖｅｎｇｉｉｌａｇｅｈｅｅｓｎｅｈｏｇｙｈｓｂｅｎｏｐａｅａｎｌｚｄ．Ｃｏｎｓｄｒｎｇｔｅｉｎｇｅｎｌ，ｔｍｆｇｔｃｎｏｌａｅｃｍｒｄｎｄａａｙｅｉｉｅｉｈｅｖｉｗｎｇａｌ，ｏｐｃｇａｎｎｄａｅｒｔｏｉｔ￣ｉａｂｒａｉｎ，ｔｓｐｐｅｓｈｉａｒｈａｐｒａｄａｎｅｉａａｕｔｔｉｗｙｔｍｎｄｓｔｕｐａｇｄｆｕｎｄｔｏｆｒｔｔｒｒｓａｃｆｕｓｎｇｏｎｔｅｉｅｅｎｏｆｗｉｅｕｔｆｗｒｗｄｅｂｏｈｓｎｅｓｓｅａｅｏｏｏｏａｎｏｈｅｆｈｅｅｅｒｈ，ｏｃｉｈｎｄｘｄｍｄｉｕｒａｄｖｅｉｇａｌｎｄｌｒｅａｅｔｒｅｅｖｎｇａｅ，ｈｃｉａｅｏｔｎｔｎｎｒａｎａｓａｌｒｃｉｎｇａｅｒｐｈｏｌｃｒｃｄｅｅｔｏｉｗｎｎｇｅａａｇｐｒｕｅｒｃｉｉｒａｗｉｈｓｂｓｄｎｈｅａｅａａｒｙａｄｍｌｅｅｖｉｒａｆｏｔｅｅｔｔｃｏｒｔｏｉｓｍｐｅｔｅｓｒｃｕｒｎｒｄｅｔｏｔｉｌｈｔｔｅａｄｅｕｃｈｅｃｓ．ｕ

空间激光通信发展现状及组网新方法

空间激光通信发展现状及组网新方法任建迎; 孙华燕; 张来线; 张天齐【期刊名称】《《激光与红外》》【年(卷),期】2019(049)002【总页数】8页(P143-150)【关键词】空间激光通信; 星间激光通信; 空间中继; 逆向调制; 激光通信组网【作者】任建迎; 孙华燕; 张来线; 张天齐【作者单位】航天工程大学研究生院北京 101416【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言随着空间信息获取及传感技术的快速发展,如高分辨相机、合成孔径雷达、超光谱成像仪等,卫星或航天器所获取的及需要传输的信息量成指数级增长,未来空间载人航天需要实时视频通信、高质量高清图像传输等,由于无线电通信带宽限制,目前的通信手段已无法满足人类大宽带、高速率、实时性的通信需求,因此寻找更高速率、更高带宽的通信手段成为必然趋势。

由于激光通信将光束作为载波在空间中传输,比无线电频率高4～5个数量级,因此信息容量大、数据传输速率更高,由于激光束的方向性更好,受空间电磁环境影响小,抗干扰能力强,安全保密性好。

激光通信终端设备的体积更小、重量更轻、功耗更低,符合空间平台对有效载荷小型化、轻型化、低功耗的需求。

因此激光通信技术成为解决现有通信方式带宽不足、速率不高、实时性不好的有效方法,因此空间激光通信成为国际上空间通信重点研究和发展领域。

以美国、欧洲、俄罗斯、日本为代表的国家开展空间激光通信研究较早,已经实现了点对点的大宽带、高速率的通信。

EDRS/Serinal、LCRD等项目标志着空间通信已经走向空间通信网路研究和实验阶段。

随着人类对数据传输的高速度、实时性要求越高,空间全链路高速信息网络是未来发展的方向,激光通信组网技术是构建空天一体化高速通信网络的有效方法。

本文总结了国内外空间激光通信现状以及发展趋势,分析了相关关键技术问题,针对空间激光通信小型化、一体化问题,提出逆向调制体制的空间激光通信及组网构想。

2 自由空间激光通信研究现状国外开展自由空间激光通信试验较早,特别是以美国、欧洲、日本、俄罗斯为代表的国家开展了多次空间激光通信试验,如美国的月地激光通信演示项目(LLCD)、欧洲的卫星数据中继(European Data Rrelays System,EDRS)项目、日本的小型光通信终端(Small Optical TrAnsponder,SOTA)、俄罗斯的(GLObal Navigation Satellite System,GLONASS)等都是具有代表性的自由空间激光通信试验,并制定了后续发展规划。

一种平滑大气湍流效应的小型化光学天线设计

ｓｏｈｏｖｒｏｈｆｃｆａｍｏｐｅｉｕｂ－ｍｏｔｒｏｅｃｍｅｔｅｅｅｔｏｔｓｈｒｃｔｒｕｌｎｅｔｅａｔｏｕｓｆｒｒｉｄｏｐｉａｎｅｃ，ｈｕｈｒｐｔｏｗａｄａｋｎｆｏｔｌａ－ｃｔｎａｄｓｇａｅｎｔｅｓａｅｄｖｒｉ＇ｌｒｅｅｎｅｉｎｂｓｄｏｈｐｃｉｅｓｔｉｏｄｒｙｎ
政府特许证等诸多优点，别适合骨干网的扩建、纤特光
程化应用的瓶颈。文章通过对比分析用来平滑、克服大气湍流效应的不同方法与手段，出了一提种基于空问分集技术的光学天线设计方案，期以
满足工程化应用的需要。
关键词：无线光通信。气湍流，学天线，间大光空
分集技术
Ａｂｔｃ：Ａｍｏｐｅｉｕｂｌｎｅａｅｔｅｏｓｙｓｒｔａｔｓｈｒｔｒｕｅｃｆｃｓｓｒｕｌｃｉｔｅｗｒｌｓｐｉａｏｈｉｅｓｏｔｌｃｍｍｕｉａｉｎｌｋｅｉｂｌｙｅｃｎｃｔｔｉｒｌａｉｔｏｎｉ
ｔｅｈｅｆｅｇｎｅｉｇ印ｐｌｃｔｏｏｍｅｔｔｅｎｅｄｏｎｉｅｒｎｉａｉｎ．
ＫｅｒｓｗｉｌｓｐｉａｏｙＷＯｄ：ｒｅｓｏｔｌｃｍｍｕ பைடு நூலகம் ａｉｎｔ－ｅｃｎｃｔａｍｏｏ

天线设计方案

天线设计方案引言天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，其功能是将无线信号转化为电磁波在空间中传播，并从接收端接收到的电磁波转换为电信号。

天线的设计方案关系到系统的通信性能，因此在无线通信系统中，天线设计是一个非常重要的环节。

本文将以天线设计为主题，结合目前的通信技术趋势，介绍不同类型的天线设计方案，并对其特点和应用进行分析。

1. 基本天线结构大多数基本天线结构由导体构成，其中导体的形状和尺寸决定了天线的特性。

以下是常见的基本天线结构：1.1 线性极化天线线性极化天线是最为常见的天线类型之一，其导体通常采用直线或折线形状。

根据导体的形状和长度不同，线性极化天线可以分为多种类型，如单极子天线、偶极子天线、带状天线等。

线性极化天线适用于广泛的应用场景，包括无线通信、广播、雷达等。

1.2 圆极化天线相对于线性极化天线，圆极化天线的导体形状更加复杂。

它常常被用于需要具有正交极化和相位差的应用，例如卫星通信、雷达系统等。

圆极化天线的设计更为复杂，通常需要采用螺旋线或抛物面等结构来实现。

1.3 阵列天线阵列天线由多个天线单元组成，这些天线单元可以以线性或者二维阵列的形式排列。

阵列天线的优点是具有较高的增益和直向性。

阵列天线适用于无线通信系统中的基站天线、雷达和卫星通信等应用场景。

2. 天线设计方案根据不同的应用需求和通信技术，天线设计方案可以分为以下几类：2.1 宽频带天线设计宽频带天线设计目标是在一定频率范围内保持较好的性能。

在宽频带天线设计中，常常采用带状天线、双折线天线或补偿型天线等结构。

宽频带天线设计广泛应用于无线通信系统中，能够满足高速数据传输和多频段通信需求。

2.2 小型化天线设计随着无线通信设备的普及和模块化技术的发展，对天线的小型化需求越来越迫切。

小型化天线设计方案主要通过改变天线结构和采用新材料等方式来实现。

小型化天线设计适用于无线耳机、智能手表和移动设备等小型无线通信设备。

2.3 多频段天线设计多频段天线设计方案主要用于能够在多个频段上工作的设备，如多模移动通信终端。

星间激光通信终端光学天线的隔离度

强度的方法，并以增大光学元件表面的ＹＮＩ值作测器经光学系统表面而观察到自身形成的冷
为目标，对光学天线进行优化设计。通过像［１２］。冷反射的存在会影响红外光学系统的成
ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ软件对优化前后的光学天线进行仿真像质量，因此在进行红外光学系统设计时，必须尽
实验，结果表明，采用ＹＮＩ值控制光学天线的优化量抑制冷反射现象的产生。
接收过程在空间上分开。这两种方式虽然均能提
高通信终端的隔离度水平，但却降低了效率，增加
了成本，并不适合于星间激光通信。星间激光通
信终端多采用收发一体的双工通信模式，即通信
图１后向反射率的定义
的发射和接收过程共用光学天线，常用光谱分光、
Ｆｉｇ．１Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｂａｃｋｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ
，ｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ－３５．１３ｄＢｔｏ－４９．６８ｄＢ．ＴｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄＣａｓｓｅｇｒａｉｎａｎｔｅｎｎａｈａｓａｈｉｇｈｉｓｏｌａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｗｈｉｃｈ
ｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｉｎｔｅｒｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｌａｓｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｒｍｉｎａｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｂａｃｋｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｅａｃｈｅｌｅｍｅｎｔｓｕｒｆａｃｅ
ｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ．Ｏｐｔｉｃａｌａｎｔｅｎｎａ′ｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅＹＮＩ
收稿日期：２０１７０２０５；修订日期：２０１７０３２８基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（Ｎｏ．）２０１１ＡＡ１２Ａ１０３

空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术

系统采用面阵 CCD 相机作为跟踪传感器，进行信标光探测，对其输出的视频信号进行前置放大、滤波和阈值检测之后，得到跟踪脱靶量信号。此过程由基于 FPGA 的图像处理单元负责完成。在此基础上，伺服控制单元根据脱靶量信号生成电机控制量，控制反射镜偏转，实现对目标的动态跟瞄，并将误差控制在精跟踪视场内。
空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术王俊尧宋延嵩佟首峰姜会林董岩董科研常帅 Linkage tracking control technology of space laser communication network mirror WANG Jun-yao, SONG Yan-song, TONG Shou-feng, JIANG Hui-lin, DONG Yan, DONG Ke-yan, CHANG Shuai
第 13 卷第 3 期 2020 年 6 月
文章编号 2095-1531（பைடு நூலகம்020）03-0537-10
中国光学 Chinese Optics
Vol. 13 No. 3 Jun. 2020
空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术
王俊尧1,2，宋延嵩1 *，佟首峰1，姜会林1，董岩1，董科研1，常帅1
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激光无线通信光发射与接收电路的设计

激光无线通信光发射与接收电路的设计激光无线通信是一种高速、高带宽、高安全性的通信方式，其光发射与接收电路的设计对于通信系统的性能至关重要。

以下是激光无线通信光发射与接收电路的设计内容：一、光发射电路设计1. 激光二极管驱动电路设计激光二极管是激光无线通信系统中最常用的光源，其驱动电路需要满足高速、高稳定性、低噪声等要求。

驱动电路通常采用直流偏置电路和交流调制电路相结合的方式，其中直流偏置电路用于维持激光二极管的工作状态，交流调制电路用于调制激光二极管的输出功率。

2. 光纤耦合电路设计激光二极管的输出光束需要通过光纤进行传输，因此需要设计光纤耦合电路。

光纤耦合电路包括光纤接口、光纤调制器、光纤放大器等部分，其目的是将激光二极管的输出光束耦合到光纤中，并通过光纤进行传输。

3. 光学系统设计光学系统是激光无线通信系统中的重要组成部分，其设计需要考虑光束的聚焦、衍射、散射等问题。

光学系统包括透镜、反射镜、光学滤波器等部分，其目的是将激光二极管的输出光束聚焦到接收器上。

二、光接收电路设计1. 光电探测器设计光电探测器是激光无线通信系统中的重要组成部分，其设计需要考虑灵敏度、响应速度、噪声等问题。

光电探测器通常采用光电二极管、PIN光电二极管、APD 光电二极管等类型，其目的是将接收到的激光信号转换为电信号。

2. 前置放大器设计由于光电探测器输出的电信号较小，需要通过前置放大器进行放大。

前置放大器需要满足高增益、低噪声、高线性等要求，通常采用低噪声放大器、宽带放大器等类型。

3. 信号处理电路设计信号处理电路包括滤波器、放大器、比较器等部分，其目的是对接收到的信号进行处理，以提高系统的性能。

信号处理电路需要根据系统的具体要求进行设计，例如需要进行频率选择、幅度调整、时序恢复等操作。

以上是激光无线通信光发射与接收电路的设计内容，其设计需要充分考虑系统的性能要求和实际应用环境，以提高系统的可靠性和稳定性。