无线光通信系统光学天线设计研究

摘要

自由空间光通信是利用激光作为载体在大气信道中传输数据，提供无线高速点对点或点对多点通信的一种双向通信方式。光学天线是其中的关键技术，主要功能是高效率的发射和接收带有调制信号的激光。光学天线性能的好坏直接影响自由空间光通信系统的通信质量和稳定性。本论文针对以卡塞格伦为代表的反射式天线能量损失较大，以及支撑结构设计难度大等不足之处，根据无线光通信系统的使用要求，基于光学设计软件ZEMAX，设计了中心波长为1550nm的收发分离的透射式光学天线，并对设计结果进行了评价。分析了装配误差对无线光通信系统的影响，并设计实验，检测了多光轴不平行度。本论文主要内容如下：
　　（1）介绍了国内外无线光通信技术及光学天线的发展，介绍了光学天线的关键技术和未来发展趋势
　　（2）制定了光学天线的设计流程，推导了波像差与无线光通信系统的误码率和通信速率的关系式。
　　（3）设计了一套中心波长为1550nm的收发分离式光学天线。收发天线成像质量满足马雷夏尔判据，成像质量优良。利用几何像分析法测得天线耦合效率高达59.478%，满足无线光通信系统要求。
　　（4）建立了无线光通信系统的链路方程，分析了传输过程中的各种损耗情况，并对光学天线装配失调情况进行了分析。基于高斯光束传播理论，探究了激光发射功率、传输距离、发散角、探测器灵敏度等因素的影响规律，对系统实际工作提供技术指导。
　　（5）设计实验完成了双望远系统光轴不平行度检测。实验测得双望远系统平行度为82.456mrad，调校精度大于0.436mrad。分析了实验误差，提出了一种基于精密二维位移平台的小口径平行光管法改进方案，测量精度为1.829mrad，调校精度为0.03526mrad。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及论文主要工作

2 光学天线设计流程及评价体系

2.1 无线光通信光学天线评价体系

2.2 光学天线设计指标和要求

2.3 本章小结

3 光学天线设计

3.1 接收光学天线设计

3.2 发射光学天线设计

3.3 本章小结

4 光学天线性能分析

4.1 无线光通信系统链路损耗分析

4.2 光学天线装配误差分析

4.3 本章小结

5 无线光通信系统中多光轴平行度检测

5.1 双望远系统平行度检测方案

5.2 双望远系统平行度检测实验

5.3 基于二维位移平台的小口径平行光管法改进方案

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献