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基于二元光学的耦合透镜与阵列天线研究

作 者: 熊杰
导 师: 元秀华
学 校: 华中科技大学
专 业: 光学工程
关键词: 空间光通信 大气湍流 二元光学 阵列天线 信噪比 视场角
分类号: TN820.15
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 31次
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内容摘要


在自由空间光通信中,激光束在大气传输过程中受到湍流的影响,使接收到的光信号质量劣化,影响空间光通信系统的稳定性和可靠性。本文针对湍流大气光传输特性,设计和分析了一种二元光学阵列接收天线,它的各个子孔径将接收到的光信号分别耦合到光纤,在光路上使用移相器和耦合器等光学元件对光信号经行处理、合并,提高了输出信号的质量。文章通过角谱理论在空间频域内对二元光学耦合透镜结构进行了改进和分析,获得了与光纤有最大耦合效率的二元光学耦合透镜结构参数。通过仿真,分析了透镜与光纤处于不同位置和不同波长光入射对耦合效率的影响,并对二元光学耦合透镜的视场角进行了讨论。从2×2耦合器的光场方程出发,得出了产生干涉加强的条件和最佳耦合系数,设计了一种N×N的耦合器结构。在相同接收条件下,相对于单孔径天线,采用阵列接收可以在光链路上有效地对抗大气湍流,提高系统的信噪比和接收视场角。通过仿真可知,各子透镜接收的光场波动越大,使用阵列天线的效果越好;各支路信号的相关性越小,对提高信噪比越有利;阵列中子透镜增加到一定数目时,耦合器级数相应增加使耦合器的插入损耗增加,探测器电路噪声会变得明显,使阵列天线的效果降低。在实验上,设计了一种阵列天线,在它的各个子透镜的光轴之间都设定了一定的夹角,该结构进一步增加了系统的视场角。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究情况  9-11
  1.3 课题来源及研究  11-12
2 大气信道模型及接收天线的设计  12-23
  2.1 激光在大气中的传输特性  12-19
  2.2 光学阵列接收天线改善链路性能  19-21
  2.3 二元光学阵列天线总体结构设计  21-22
  2.4 本章小结  22-23
3 二元光学耦合透镜设计与分析  23-43
  3.1 二元光学元件的设计理论  23-25
  3.2 二元光学耦合透镜的基本原理  25-28
  3.3 空间光通过透镜与光纤耦合效率的计算  28-32
  3.4 二元光学耦合透镜的设计  32-36
  3.5 二元光学耦合透镜与光纤耦合特性分析  36-41
  3.6 本章小结  41-43
4 光学阵列天线的结构与性能分析  43-60
  4.1 光束耦合系统设计  43-47
  4.2 阵列天线在光路上对相位的校正  47-48
  4.3 阵列天线提高信噪比分析  48-54
  4.4 接收视场角分析  54-58
  4.5 本章小结  58-60
5 总结与展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题 > 信号发送、辐射系统 > 天线阵与天线组合
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