留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

星间 通信终端光学天线的隔离度

杨成龙 颜昌翔 杨宇飞

杨成龙, 颜昌翔, 杨宇飞. 星间 通信终端光学天线的隔离度[J]. , 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
引用本文: 杨成龙, 颜昌翔, 杨宇飞. 星间 通信终端光学天线的隔离度[J]. , 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
YANG Cheng-long, YAN Chang-xiang, YANG Yu-fei. Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462
Citation: YANG Cheng-long, YAN Chang-xiang, YANG Yu-fei. Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 462-468. doi: 10.3788/CO.20171001.0462

星间 通信终端光学天线的隔离度

doi: 10.3788/CO.20171001.0462
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划) 2011AA12A103

详细信息
    作者简介:

    杨成龙(1991-), 男, 吉林省吉林市人, 硕士研究生, 2014年于天津大学获得学士学位, 主要从事星间 通信光学系统设计及杂散光方面的研究。E-mail:yangcl_1991@163.com

    颜昌翔(1973-), 男, 湖北洪湖人, 研究员, 2001年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位, 主要从事空间光学遥感技术方面的研究

    通讯作者:

    颜昌翔, E-mail:yancx@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TN929.13

Isolation of optical antenna of inter-satellites laser communication terminals

Funds: 

National High Technology Research and Development Program of China 2011AA12A103

More Information
  • 摘要: 为满足星间 通信对高隔离水平光学天线的要求,实现对光学天线隔离度的仿真分析和优化,提出了一种将红外系统冷反射的特征控制量YNI值作为衡量光学元件表面后向反射能量强度,并控制光学天线优化以提高隔离度水平的方法。在LightTools软件中为某 通信终端的卡塞格林天线创建了实体模型,通过仿真分析得出了各元件表面的后向反射率。在ZEMAX软件中以增大各元件表面的YNI值为目标优化天线结构。对比优化前后的结果,系统的后向反射率从3.068 8×10-4减小到1.075 5×10-5,隔离度从-35.13 dB减小到-49.68 dB。优化后的卡塞格林天线具备较高的隔离度水平,可用于星间 通信。

     

  • 图 1  后向反射率的定义

    Figure 1.  Definition of back-reflection ratio

    图 2  入射角为0°时的光学系统

    Figure 2.  Schematic diagram of optical system when incident angle is zero

    图 3  入射高度为0时的光学系统

    Figure 3.  Schematic diagram of optical system when incident height is zero

    图 4  卡塞格林天线结构

    Figure 4.  Structure of Cassegrain antenna

    图 5  卡塞格林天线的调制传递函数曲线

    Figure 5.  MTF curves of Cassegrain antenna

    图 6  卡塞格林天线的光线追迹

    Figure 6.  Ray tracing of Cassegrain antenna

    图 7  优化后的天线结构

    Figure 7.  Structure of optimized antenna

    图 8  优化后系统的调制传递函数曲线

    Figure 8.  MTF curves of optimized system

    表  1  卡塞格林天线的设计指标

    Table  1.   Design specifications of Cassegrain antenna

    指标参数 参数值
    波长/nm 1 550,1 530(发射和接收的信号光)
    810,830(发射和接收的信标光)
    视场/mrad 0.25(信号光)
    4(信标光)
    放大倍率 12.5
    透过率 ≥0.75
    口径/mm 250
    下载: 导出CSV

    表  2  各元件的后向反射率及YNI

    Table  2.   Back-reflection ratio and YNI value of each element

    表面 透过率与反
    射率之比/%
    后向反射
    R
    YNI
    透镜3后表面 98.75 1.687 5×10-7 -2.076 84
    透镜3前表面 98.75 5.472 4×10-8 3.682 68
    透镜2后表面 99.80 9.488 1×10-9 3.517 04
    透镜2前表面 99.80 3.316 5×10-7 0.584 13
    透镜1后表面 98.75 2.694 5×10-4 0.051 99
    透镜1前表面 98.75 3.378 9×10-5 0.138 37
    次镜 98.00 3.071 9×10-6 -4.031 07
    主镜 98.00 0 -25.000 00
    支撑结构 - 0 -
    各级遮光罩 - 0 -
    下载: 导出CSV

    表  3  优化后各元件的后向反射率及YNI

    Table  3.   Back-reflection ratio and YNI value of eachelement after optimization

    表面 透过率与反
    射率之比/%
    后向反射
    R
    YNI
    透镜3后表面 98.75 7.275 0×10-7 -1.000 28
    透镜3前表面 98.75 4.134 8×10-8 4.070 96
    透镜2后表面 99.80 6.831 9×10-9 3.962 30
    透镜2前表面 99.80 3.026 4×10-8 1.893 74
    透镜1后表面 98.75 2.672 7×10-6 0.500 21
    透镜1前表面 98.75 4.124 9×10-6 0.525 68
    次镜 98.00 3.152 0×10-6 -4.031 07
    主镜 98.00 0 -25.000 00
    支撑结构 - 0 -
    各级遮光罩 - 0 -
    下载: 导出CSV
    Baidu
  • [1] 吴从均. 星间 通信终端及其实验室检测平台光学系统研究[D]. 长春: 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2014.

    WU C J. Study of inter-satellites laser communication terminals and its laboratory testing platform's optical system[D]. Changchun:Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2014. (in Chinese)
    [2] 程彦彦. 星载 通信终端光学系统研究[D]. 西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所, 2012.

    CHENG Y Y. Research on space laser communication optical system[D]. Xi'an:Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, 2012. (in Chinese)
    [3] HONG J, KOH H S. Backward reflection analysis of transmitting channel of active laser ranging optics[J]. SPIE, 2013:88410Q. doi: 10.1117/12.2024033
    [4] 胥全春. 星地 通信星上终端杂散光分析及抑制方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.

    XU Q CH. Research and analysis on stray light and suppression methods of satellite terminal in satellite-to-ground laser communications[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2014. (in Chinese)
    [5] 金光, 李艳杰, 钟兴, 等.空间成像与 通信共口径光学系统设计[J].光学精密工程, 2014, 22(8):2067-2074. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408013.htm

    JIN G, LI Y J, ZHONG X, et al.. Design of co-aperture optical system for space imaging and laser communication[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(8):2067-2074. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201408013.htm
    [6] SODNIK Z, SMIT H, SANS M, et al.. LLCD operations using the lunar lasercom OGS terminal[J]. SPIE, 2014:89710W. https://www.researchgate.net/publication/263055317_LLCD_operations_using_the_Lunar_Lasercom_OGS_terminal
    [7] 姜会林. HTSS空间 通信技术与系统[M].北京:国防工业出版社, 2010.

    JIANG H L. The technologies and systems of space laser communication[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 2010. (in Chinese)
    [8] 吴从均, 颜昌翔, 高志良.空间 通信发展概述[J].中国光学, 2013, 6(5):670-680. //www.illord.com/CN/abstract/abstract9051.shtml

    WU C J, YAN CH X, GAO ZH L. Overview of space laser communications[J]. Chinese Optics, 2013, 6(5):670-680. (in Chinese) //www.illord.com/CN/abstract/abstract9051.shtml
    [9] 姜会林, 安岩, 张雅琳, 等.空间 通信现状, 发展趋势及关键技术分析[J].飞行器测控学报, 2015, 34(3):207-217. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FXCK201503001.htm

    JIANG H L, AN Y, ZHANG Y L, et al.. Analysis of the status quo, development trend and key technologies of space laser communication[J]. Journal of Spacecraft TT&C Technology, 2015, 34(3):207-217. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FXCK201503001.htm
    [10] BIRKL R A, MANHART S. Back-reflection measurements on the SILEX telescope[C]. Munich'91 (Lasers'91), International Society for Optics and Photonics, Munich, Germany, June 10, 1991.
    [11] 刘欣, 潘枝峰.红外光学系统冷反射分析和定量计算方法[J].红外与 工程, 2012, 41(7):1684-1688. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201207003.htm

    LIU X, PAN ZH F. Analysis and quantitative calculation methods for Narcissus of infrared optical system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(7):1684-1688. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201207003.htm
    [12] 刘涛, 崔庆丰, 杨亮亮, 等.红外光学系统中衍射面冷反射的分析与评价[J].科学通报, 2012, 57(1):36-41. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB201201008.htm

    LIU T, CUI Q F, YANG L L, et al.. Evaluation and control of narcissus for diffractive surfaces in IR systems[J]. Chinese Science Bulletin, 2012, 57(1):36-41. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB201201008.htm
    [13] 杨正, 屈恩世, 曹剑中, 等.对凝视红外热成像冷反射现象的研究[J]. 与红外, 2008(1):35-38. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW200801010.htm

    YANG ZH, QU E SH, CAO J ZH, et al.. The narcissus study in the optical system for the infrared staring arrays[J]. Laser & Infrared, 2008(1):35-38. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW200801010.htm
    [14] HOWARD J W, ABEL I R. Narcissus:reflections on retroreflections in thermal imaging systems[J]. Applied Optics, 1982, 21(18):3393-3397. doi: 10.1364/AO.21.003393
    [15] 张鹏, 罗长江, 熊钟秀.制冷型红外光学系统冷反射的逆光路分析[J].电光与控制, 2013, 20(6):66-69. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGKQ201306017.htm

    ZHANG P, LUO CH J, XIONG ZH X. Analysis of inverse path tracing rays of narcissus for cooled infrared optical system[J]. Electronics Optics & Control, 2013, 20(6):66-69. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGKQ201306017.htm
    [16] 张葆, 崔恩坤, 洪永丰.红外双波段双视场共光路光学系统[J].光学精密工程, 2015, 23(2):395-401. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201502011.htm

    ZHANG B, CUI E K, HONG Y F. Infrared MWIR/LWIR dual-FOV common-path optical system[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(2):395-401. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201502011.htm
  • 加载中
图(8) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  1689
  • HTML全文浏览量:  319
  • PDF下载量:  794
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-05
  • 修回日期:  2017-03-28
  • 刊出日期:  2017-08-01

目录

    /

    返回文章
    返回
    Baidu
    map