[发明专利]一种多光束发射天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及精密光机电产品技术领域，具体涉及一种多光束发射天线系统，用于一台能量发射端与多台设备进行激光传能、激光通信或其他需要发射多束激光的情况。

背景技术

在一些情况下需要能量发射端同时发射多束激光，比如一对多激光传能、通信，其中比较典型的应用案例是分离模块航天器。分离模块航天器由多个“模块航天器”组成，每个模块航天器有各自的任务功能，可以独立制造及发射，航天器体系更加灵活，发射风险低、成本低，提高了系统的寿命和可靠性。在轨运行时通过无线信息及能源交换将分散的模块功能和资源高效的结合在一起。分离模块航天器通常包含一颗高成本高可靠性的资源航天器，每个资源航天器伴随多个任务航天器，资源航天器与任务航天器间通过无线的方式进行能量传递和信息交互。当前的激光传能系统是点到点的，而分离模块航天器采用多颗任务航天器包围资源航天器的圆形编队时，点到多点的传能系统是尤为需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多光束发射天线系统，能够实现一个发射端对多个接收端的高功率远距离的能量传递。

一种多光束发射天线系统，包括转台、转台伺服单元、光学相控阵天线、光束耦合器、相位控制模块、激光发生器和控制器；

转台包括控制系统整体方位的转台A和单独控制每个光学相控阵天线方位和俯仰的转台B_i，i=1,2,...,N；N为光学相控阵天线的数量，N大于或等于3；转台B_i设置在转台A上；光学相控阵天线中相控阵元的后表面通过光束耦合器连接相位控制模块，光束耦合器将激光发生器发出的激光束耦合至相控阵元，相位控制模块根据控制器的指令控制相控阵元发射光束的相位；

当需要向接收端发射激光时，根据控制器提供的接收端的位置信息，转台伺服单元转动转台中的一个或多个使得光学相控阵天线瞄准接收端，以实现粗瞄准；根据传输距离和所需光斑的空间分布特征，控制器控制相控阵元的选通和波束偏转令多路发射光束指向接收端，以实现精瞄准；控制器还利用相位控制模块控制相控阵元发射光束的相位，以实现射向同一接收端的多光束非相干或相干合成。

优选地，所述控制器进一步用于，根据接收端的个数、位置和激光输出总功率的大小，采用如下策略进行发射控制：

当仅存在单个接收端时，分以下两种情况：

A1）一对一发射

当激光输出总功率不超过设定的单天线安全发射功率时，由与接收端方位最近的光学相控阵天线发射光束；

A2）多对一发射

当激光输出总功率超过所述单天线安全发射功率时，根据功率需要由两个或两个以上的光学相控阵天线瞄准同一接收端并共同发射；

当存在至少两个接收端时，分以下两种情况：

B1）一对多发射

当所有接收端均在某一光学相控阵天线P₁的寻址范围内，且所需提供的激光输出总功率不超过单天线安全发射功率时，由光学相控阵天线P₁发射光束，且通过控制光束偏转进行光束分配，使得每个接收端均接收到多光束；

B2）多对多发射

当所需提供的激光输出总功率超过单天线安全发射功率时，或者接收端的分布超出单个光学相控阵天线的寻址范围，则根据接收端位置和功率需求由两个或两个以上的光学相控阵天线共同发射，每个光学相控阵天线向自身寻址范围内的接收端发射光束。

优选地，当转台伺服单元转动转台对接收端瞄准时，在转动转台B_i的同时转动转台A加以配合。

优选地，所述控制器进一步用于对每路发射光束进行单独的编码调制。

优选地，N=3；3个光学相控阵天线沿圆形均匀排布于转台A上，转台B₁～B₃距离转台A中心转轴的距离相同。

优选地，控制器进一步控制发射光束的空间排布以提高光强在接收端光电池板表面的均匀度。

本发明的有益效果：

1）发射端采用激光相控阵技术，通过多束激光合成可以提高电池表面光强和光斑均匀性，从而提高光电池的光电转化效率，进一步提高激光无线传能效率并提高传能功率和传输距离。

2）可以同时发射多路传能光束为多个设备供能，并且通过转台转动在未被平台遮挡的立体角内不存在盲区；

3）可以完成瞄准、对中，具备相位控制、光束控制功能，实现多路光束的非相干、相干合成；

4）可用于激光通信发射多路通信光束，每路光束可单独编码。

附图说明

图1—本发明系统组成示意图；