[发明专利]基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线及收发方法

说明书

本发明公开了一种基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线及提高双光路收发一体化的接收耦合效率的方法，实现收发一体化。这种天线装置的主体结构为一个双平行通光孔结构的主镜筒，包括大通光孔和小通光孔，两通光孔中心轴相互平行。小通光孔前端与大直角反射棱镜呈45°角胶合连接；后端与信号发射系统连接，发射系统与小通光孔同轴；大通光孔前端与平板支架连接，支架底面与通光孔前端面平行，小直角棱镜安装在该支架上，卡塞格林望远镜设置在大通光孔内，与大通光孔同轴；调焦系统通过多头螺纹连接在主镜筒后段外壁，光束整形系统通过锁紧螺纹固定在主镜筒后段内侧。该装置结构简单，稳定性好，易于安装和调节，显著提高光纤的耦合效率。

技术领域

本发明属于激光精密测量技术领域，具体涉及一种基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线，还涉及一种提高基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线的接收耦合效率的方法。

背景技术

大空间球坐标测量技术在机械制造领域中有很重要的作用，产品的加工及装配精度需要依靠更加精密的测量技术来保证。传统的球坐标测量仪有很多，测量技术也较为成熟，但在具体测量时大都需要反射镜或角锥棱镜来作为辅助测量目标，测量过程极其繁琐，不易操作；而激光雷达则无需合作目标，极大简化了原有的测量过程。光学天线是激光雷达实现无合作目标测量的关键单元，负责发射测量光信号并接收经待测目标返回的光信号。高效率收发一体天线的发射效率及接收效率是保证测量精度及量程的重要因素，已成为目前研究的热点问题。激光雷达收发天线中的一个重要部件是望远系统，其中卡塞格林望远镜以口径大，焦距长，体积小，适用波段宽等优点使得其在激光雷达中得到广泛应用。

卡式天线是一种双反射式望远镜，由主反射镜、次反射镜、弯月校正镜和两个遮栏组成。作为信号光发射天线，卡式天线发散角较小，存在盲区，部分光线会被第一遮拦阻挡，不能入射到主反射镜面上，该阻挡造成的发射能量损失至少在50％以上。目前减小发射能量损失的有效方法是通过增加光学元件改变光源的能量分布，但是这些方法都不能实现收发一体，而且改变光束能量分布需要附加器件，增加了天线的复杂程度，降低结构稳定性，更不利于收发一体化设计。作为接收天线，目前多数方法都是直接使用卡塞格林望远镜将光线聚焦耦合进入光纤或者增加一个凸透镜减小相差，但这些方法的耦合效率都很低，大部分的回波信号会被损失掉。

在光学天线收发一体化方面，有的利用光隔离器、分光棱镜实现收发一体，但是光路复杂、安装精度要求很高、设备体积巨大；有的将发射天线固定在接收天线次镜遮挡位置实现收发一体，但是需要进行收发天线光轴的高精度对准，不适合应用于远距离测量装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线，实现收发一体化，达到结构简单，稳定性好，易于安装和调节的效果。

本发明的另一个目的是提供一种提高上述天线接收耦合效率的方法。

(二)技术方案

本发明所采用的技术方案是：

一种基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线，其特征在于，所述天线的主体结构为一个双平行通光孔结构的主镜筒，所述双平行通光孔结构包括直径存在差别的大通光孔和小通光孔，二者中心处于同轴，两通光孔中心轴相互平行，小通光孔前端与大直角反射棱镜连接，小通光孔后端与天线内部的信号发射系统连接，所述信号发射系统与小通光孔同轴并固定，大通光孔前端与平板支架连接，支架底面与通光孔前端面平行，小直角棱镜安装在所述支架上，卡塞格林望远镜包括主反射镜和次反射镜，设置在大通光孔内，与大通光孔同轴，天线内部的调焦系统通过多头螺纹连接在主镜筒后段外壁，天线内部的光束整形系统通过锁紧螺纹固定在主镜筒后段内侧。

其中，本发明的特点还表现在以下方面：