自由空间光通信系统的光学天线的制作方法

本技术新型公开了一种自由空间光通信系统的光学天线，属于光通信技术领域。该光学天线包括可360°旋转的设置于一伸缩杆顶部的天线传输头外壳，该伸缩杆通过可沿底座表面旋转的转轴链接于底座表面；其中，天线传输头外壳内部远离伸缩杆顶部一侧依次设有消杂光光阑、瞄准器、副镜开孔的卡塞格伦天线、预准直装置和激光发射接受装置；所述激光发射接受装置包括半导体激光器和接收器；瞄准器包括三个呈中心对称的探测器，该探测器内设有激光光强感应器。本技术新型光学天线的激光束采用空间转直角坐标变换初步对准后，利用以探测器形成的等边三角形的三个顶点为基础，逐一进行对准的方法进行精确对准，可以针对任何变形和信息丢失的波形。

技术要求

1.一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳（1），其特征在于：天线传输头外壳（1）可360°旋转的设置于一伸缩杆（2）顶部，该伸缩杆（2）通过可沿底座（4）表面旋转的转轴（3）链接于底座（4）表面；所述天线传输头外壳（1）内部远离伸缩杆（2）顶部一侧依次设有消杂光光阑（7）、瞄准器（8）、卡塞格伦天线（9）、预准直装置（10）和激光发射接受装置（11）；所述激光发射接受装置（11）包括半导体激光器（11-1），半导体激光器（11-1）靠近预准直装置（10）一侧底部设有接收器（11-3），半导体激光器（11-1）与接收器（11-3）之间设有半透半反玻璃（11-2），接收器（11-3）接收到的激光信息输入电脑进行解码分析；所述卡塞格伦天线（9）包括主镜（9-1）和副镜（9-2），其中副镜（9-2）开孔；所述瞄准器（8）包括三个呈中心对称的探测器（8-1），该探测器（8-1）由可在天线传输头外壳（1）径向移动的支撑柱（8-2）和支撑柱（8-2）底部的激光光强感应器（8-3）构成，整个光学天线系统的控制电路设于各部件内部由电脑控制。

2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述天线传输头外壳（1）前端设有防尘玻璃（6），前端顶部设有遮光檐（5）。

3.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述消杂光光阑（7）由若干内孔径依次减小的遮光圈构成。

技术说明书

一种自由空间光通信系统的光学天线

技术领域

本技术新型属于光通信技术领域，具体是一种自由空间光通信系统的光学天线。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们希望传输速率越来越高。目前所用的通信技术以微波通信技术和光纤通信技术为主。但是微波通信技术使用的波长较长，使得设备庞大，重量和功耗也比较大，传输速率和通信容量不能达到要求。光纤通信在目前的发展中是接入的首选，但当光缆资源缺乏，不便于铺设光缆，或者来不及铺设光缆时，便需要寻求一种施工简便、迅速的替代品。自由空间光通信（Free Space Optical Communications，简称FSO）是后来兴起的一种以激光为媒介，在大气信道或者真空中实现点对点或多点对多点的双向通信技术，可以传递语音、数据、图像等信息。自由空间光通信系统所使用的激光频率高，方向性强，可用的频谱宽，不需要频率许可证，具有通信容量大、传输速率高、保密性好、抗电磁干扰能力高、成本低廉、误码率低、组网方便灵活等优点，该通信技术的发展将对军事科学技术和信息化社会的进步产生巨大影响，具有非常广阔的应用背景。

光学天线系统是自由空间光通信中的重要组成部分。发射天线的作用是对光束进行压缩，增大激光束的光腰半径；接收天线的功能是压缩接收视野，增大接收面积，减少背景光干扰并将接受到的微弱光信号，会聚至探测器表面。但该光学天线系统在应用中尚存在以下问题：1、在大气中应用时，大气的衰减比较严重，且大气信道的随机性强，使得精确的对准、捕获、保持比较困难，大气湍流效应易使传输的激光束发生波前畸变，使得光强改变，信号部分丢失；2、当收发端机安装在大楼之上时，大楼的震动以及风的扰动都会使其难于对准，甚至发生信号中断；3、目前所使用的光学天线传输效率偏低。

针对上述大气湍流对激光传输中相位、光强的改变以及大气强湍流的非线性和非均匀效应对传输信号的改变和丢失问题，有人研究出了自适应发射光学大气湍流抑制技术和多光束的空间分集大气湍流补偿技术，来抑制大气湍流效应对传输数据激光的影响。但该技术仍然无法做到高精度对准，并且对环境的适应性不强，从而无法达到远距离传输的目的，也无法解决大气扰动造成的传输效率偏低的问题。

实用新型内容

本技术新型的目的是提供一种可高精度对准、数据传输效率高的自由空间光通信系统的光学天线。

本技术新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳，天线传输头外壳可360°旋转的设置于一伸缩杆顶部，该伸缩杆通过可沿底座表面旋转的转轴链接于底座表面；其中，天线传输头外壳内部远离伸缩杆顶部一侧依次设有消杂光光阑、瞄准器、卡塞格伦天线、预准直装置和激光发射接受装置；所述激光发射接受装置包括半导体激光器，半导体激光器靠近预准直装置一侧底部设有接收器，半导体激光器与接收器之间设有半透半反玻璃，接收器接收到的激光信息连

入电脑进行解码分析；卡塞格伦天线包括主镜和副镜，其中副镜开孔；瞄准器包括三个呈中心对称的探测器，该探测器由可在天线传输头外壳径向移动的支撑柱和支撑柱底部的激光光强感应器构成，整个光学天线系统的控制电路设计在各部件内部由电脑控制。

其中，天线传输头外壳前端设有防尘玻璃，前端顶部设有遮光檐，可以保护系统内部结构，避免灰尘、雨雪、霜、高温、低温等外界环境因素对系统的影响。

激光产生后会有一定的发散角，这会使激光在远距离传输时由于发散角的原因使得发射截面过大，以至超过接受天线的接受范围。所以需要将激光经过预准直装置压缩发散角，直至达到接收器可以接受的大小；然后进入卡塞格伦天线，先到达副镜，经副镜反射至主镜，再被主镜以相对水平方向一微小的角度射出。但是由于一部分中心激光无法到达主镜，所以在副镜中心开一个小孔，以避免光线从主镜的开孔处散失，使得这部分激光可以通过，最后再由副镜的一组放大透镜组合将这部分激光截面放大到与主镜发射时空缺部分吻合，即得到一束横截面为完全完整的圆形的激光束。

另外，消杂光光阑由若干内孔径依次减小的遮光圈构成，形成组合光阑，可以减少外在环境光等杂光进入系统。

本技术新型光学天线自动对准的方法所遵循的原理详述如下：

一、基础理论

以下公式（1）为高斯光束的场强表达式：

其中z为传播距离，x和y为高斯光束横截面内的坐标，为随距离改变的光腰半径，为在原点的光腰半径，为随距离改变的曲率半径，C为一常数因子，k为高斯光束的空间频率，为高斯光束的波长。

通过推导可以得到高斯光束的曲率半径公式和光腰半径公式分别为：

其中为随距离改变的曲率半径，z为传播距离，为在原点的光腰半径，为高斯光束的波长。

z为传播距离，为随距离改变的光腰半径，为在原点的光腰半径，k为曲率半径。

对公式（2）进行分析：

当时，，光束在z轴负半轴汇聚；

当时，，光束在处呈平面波；

当时，，光束在z轴正半轴发射。

得出沿着 z 轴正方向传播的高斯光束在到达坐标原点之前是汇聚的球面波，而到达坐标系原点之后成为平面波，继续沿着 Z 轴传播则成为发散的球面波。

对公式（3）进行分析：

该式所代表的曲线物理意义为沿着 z 轴传播的光束光波横截面上光场强度下降到中心点光波光场强度1/ e处的轨迹，即在每一个横截面上光强随半径增大而减小。

由此可以得出以下结论：

1、激光束的最小半径在平面上获得，为激光光束的光腰半径，用光腰半径和腰斑处的光场强度作为研究高斯光束的初始条件，利用公式（2）和公式（3）可以分别计算出一定距离上光束的光腰半径和波面的曲率半径；由光腰半径可以知道任何时刻横截面的半径，而由曲率半径可知在最小半径之后，即当时，光束为发散的。那么我们可以之后做出一定的设计，如将z=0处作为天线发射点。

2、进一步观察公式（3），可以发现该式刚好为一双曲线族的表示式，双曲线渐近线之间的夹角即为光束远离原点时的发散角，从可知，变大，则变小。而激光发射时的发散角对激光束远距离传输影响极大，所以压缩发散角成为关键。因此，需要在传输前使用预准直装置对光束发散角进行压缩。另外，激光束波长越短，激光束在远场的发散角越小，因此，还应当采用波长较短的短波长光束（1550-1600nm）作为光源。

3、根据以上对高斯光束的几何描述做如下近似：光束从发射天线射出后，可认为处即为光束射出位置，当传播距离足够远时，根据远场条件，将正半轴发射面近似过渡成一个平面，因此我们将远距离的空间光束近似为一个圆锥体。由之前分析可知，光强在横截面随半径增大而减小，即当传播距离z一定时，场强E只与R有关，且随着R的增大而减小。因此，固定距离z的平面是一个呈中心对称，且随着半径增加光强减小的圆面。

基于远场高斯光束的这些近似特点设计对准方法进行对准。

二、对准方法基础过程分析

激光空间信息的传输主要靠的是接受与发射天线彼此能够精准对准，这对传输效率与传输质量都有着至关重要的作用，而在传输过程中也要避免障碍物的影响。

基于以上所述，将本技术的两台光学天线分别置于没有楼层遮挡的两栋高层楼顶，首先利用接受与发射天线的GPS坐标，通过电脑计算得出彼此相对的基本方向以及二者之间的距离，然后根据该基本方向通过电脑控制移动两台光学天线进行初始对准；在进行初始对准后，两台天线的大体朝向已经确定了，但尚存在一定的偏移，因此必须再次对接受与发射天线进行一定的空间移动，进行第二次对准。具体包括以下步骤：

（1）初始对准：将本技术的两台光学天线分别放置于没有楼层遮挡的两栋高层楼顶，然后将二者的GPS坐标转换为空间直角坐标，最后利用连立空间两点的直线方程做一条准直线（传输距离一般远小于1000米，且靠近地表，不考虑相对论效应），该准直线的方向便是两台天线初次对准时的方向。之后电脑便可以通过这条准直线的方向调节接受天线与发射天线在空间中初始的对准方向；

（2）三角对准法再次对准：

A、通过电脑编程控制此时已初步对准的天线在自身可运动范围内以相同的方式进行运动，当两台天线的激光束扫描区域有重叠的部分时彼此的天线传输头相遇；

B、根据远场高斯光束的特点，将两台光学天线激光发射接受装置发射出的激光束近似为两个相同的圆锥体，天线内部的探测器近似为等边三角形；

C、根据电脑程序控制两台光学天线的激光束以探测器形成的等边三角形的三个顶点为基础，逐一进行对准。

上述过程中，瞄准器的探测器在其横截面方向有一定的伸缩限度，所以在达到极限时只能侦测到一定范围。而当发射光束的横截面大于这个范围时，由于发射光束横截面上的光强随着半径成线性变化，所以就算发射光束的横截面的面积大于探测器的横截面，但是我们可以直接对小于高斯光束范围内的一个同心圆上的光强进行对准，不过此时要由A 步骤计算出在距离z处高斯光束横截面在瞄准器极限半径处的光强作为对准标准。然而，通过计算得出，高斯光束的横截面在1000米内是不可能大于瞄准器的范围的。因此，当发射光束的横截面大于这个瞄准器探测范围时并不会影响对准效果。

三、对传输缺陷面的对准

由于在通过大气窗口时会伴随着信息的丢失，那么了解大气成分计算丢失并补全信息变成了解决问题的关键。但是，了解大气随时随地的变化难度和计算量可想而知，以及随着距离的增加丢失信息的可能性更大，如何通过一种方法进行适应性补充成了解决问题的唯一方法。

由于我们在两台光学天线对准过程中默认二者发射出的激光光束面未受大气影响，是一个完整的圆锥体。而且我们也因此默认瞄准器的探测器形成对称中心为该圆锥体顶点的等边三角形，那么这种方法是否试用于有缺陷的圆。其实根据三角对准过程的原理，只要存在三点便可以构成一个平面。而出射后受影响的激光光束面是在圆的基础上缺失的，那么会存在一个同心圆，该同心圆上至少有三个光强相同的点，由于光强相等以达到相同的对准效果。因此，本技术的三角对准法对受大气影响的波形具有普适性。

既然大气对光束面的影响会使光波波形在任何情况下发生改变，那么，我们可以结合三角对准法的普适性，首先利用两台光学天线同时发射相同的握手信息进行对准，彼此握手成功后，这两台天线可以继续利用默认结果，通过将接收到的默认信息的信息面与默认信息原信息进行比较计算，得出此时大气变化的一套补全算法，然后将位置信息发送，那么未知信息与默认信息也会有相同的变化，我们便可以对位置信息得出一套逆算，以计算出位置信息最初发出时的样子，大大提高了接受的信息量。

本技术新型相对于现有技术具有以下有益效果：

（1）本技术新型的光学天线对环境的适应性强，可以在除了浓雾天气的任何空间情况下进行工作，实现激光信息的精确对准，从而达到远距离传输的目的。

（2）本技术新型提出了再现光波原型的方法，可以针对任何变形和信息丢失的波形，解决了大气扰动造成的光波传输效率偏低的问题。

附图说明

图1为本技术新型光学天线的总体结构示意图；

图2为本技术新型光学天线传输头的内部结构示意图；

图3为本技术新型光学天线瞄准器的结构示意图；

图4为本技术新型光学天线卡塞格伦天线和预准直装置的结构示意图；

图5为本技术新型光学天线激光发射接受装置的结构示意图；

图6为本技术新型光学天线的初始对准状态示意图；

图7为本技术新型光学天线进行三角对准法对准时的运动路径示意图；

图8为本技术新型光学天线的三角对准法对准过程示意图。

附图标记：1、天线传输头外壳；2、伸缩杆；3、转轴；4、底座；5、遮光檐；6、防尘玻璃；7、消杂光光阑；8、瞄准器：8-1、探测器，8-2、支撑柱，8-3、激光光强感应器；9、卡塞格伦天线：9-1、主镜，9-2、副镜；10、预准直装置；11、激光发射接受装置：11-1、半导体激光器，11-2、半透半反玻璃，11-3、接收器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本技术新型作进一步说明。

如图1-5，一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳1，天线传输头外壳1前端设有防尘玻璃6，前端顶部设有遮光檐5，天线传输头外壳1可360°旋转的设置于一伸缩杆2顶部，该伸缩杆2通过可沿底座4表面旋转的转轴3链接于底座4表面；天线传输头外壳1内部远离伸缩杆2顶部一侧依次设有消杂光光阑7、瞄准器8、卡塞格伦天线9、预准直装置10和激光发射接受装置11；其中，消杂光光阑7由若干内孔径依次减小的遮光圈构成；激光发射接受装置11包括半导体激光器11-1，半导体激光器11-1靠近预准直装置10一侧底部设有接收器11-3，半导体激光器11-1与接收器11-3之间设有半透半反玻璃11-2，接收器11-3接收到的激光信息连入电脑进行解码分析；卡塞格伦天线9包括主镜9-1和副镜9-2，其中副镜9-2开孔；瞄准器8包括三个呈中心对称的探测器8-1，该探测器8-1由可在天线传输头外壳1径向移动的支撑柱8-2和支撑柱8-2底部的激光光强感应器8-3构成，整个光学天线系统的控制电路设计在各部件内部由电脑控制。

本技术新型两台上述光学天线进行对准的方法具体包括以下步骤：

（1）初始对准：将两台光学天线分别置于没有楼层遮挡的两栋高层楼顶，然后将二者的GPS坐标转换为空间直角坐标，同时连立空间两点的直线方程做一条准直线，该准直线的方向便是两台光学天线初次对准时的方向，最后通过电脑根据该准直线的方向调节两台光学天线在空间中初始的对准方向如图6所示；

（2）三角对准法再次对准：

A、通过电脑控制已初步对准的两台光学天线在自身可运动范围内均以图7所示的路径进行运动，当两台光学天线的扫描区域重叠时，彼此的天线传输头相遇；

B、根据远场高斯光束的特点，将两台光学天线的激光发射接受装置11发射出的激光束近似为两个相同的圆锥体，天线内部的探测器8-1近似为等边三角形，则两台光学天线发射出的激光束与天线内部探测器8-1均形成圆锥体顶点为等边三角形对称中心的结构关系，分别标记为圆锥体A和圆锥体B；

针对这种近似，下面是将两台光学天线进行对准的过程。整个过程是通过简单是与不是的如果逻辑结构进行阐述的，所以可以针对具体问题应用具体的编程操作语言。（此过程彼此并不知道对方任何光束面位置信息）

C、如图8所示，圆锥体A和圆锥体B继续在自身可运动范围内移动（1）时，两个三角形同时或者其中一个先接收到对方的圆锥截面。此时接收的一方停止运动（彼此并不知道对方的运动方式）。此处设A先接收到B（2）。但是B并不知道被A接收到，所以并没有停止运动，继续移动直到自身的三角形也接收到A的圆锥截面，停止运动（3）。此

时，A已经不在原来开始对准的位置，有了偏移。偏移后A的三角形必定在B面内，这时A 接收到的B光强不再改变,说明B也接收到A并停止运动。此时保持A与B之间距离不变，A 向初始接收到B光强增大的方向转动。则两个三角形彼此都会有一个顶点与对方三角形的一个顶点对准（4）。令圆锥体A沿自身的中心轴旋转，则两个三角形彼此都会有第二个顶点与对方三角形的第二个顶点对准（5）。令圆锥体A沿其三角形两个顶点连线的垂直方向移动，然后沿两个顶点连线的轴旋转，则两个三角形彼此都会有第三个顶点与对方三角形的第三个顶点对准（5）。至此，对准完成。

空间光通信技术简介

空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。

自由空间光通信的现状与发展趋势

自由空间光通信的现状与发展趋势 自由空间光通信的现状与发展趋势（一） 1 前言 20世纪90年代后期，随着全光接入网的发展，人们对传输速率的要求越来越高；随着通信范围的延伸，人们对快捷通信链路建立的兴趣进一步提高。自由空间光通信技术因其具有独到的优势，在固定无线宽带技术中，能为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，又得到了极大的关注。其应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域，其技术本身也在不断的完善中。 自由空间光通信可在以下一些范围发挥重要作用。1）可以作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份；2）可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；3）应用于城域网的建设以及最后一公里接入；4）在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区，在不宜采用或限制使用无线电通信的地方；5）在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合6）在企业内部网互连和数据传输。 2 自由空间光通信的基本原理及其特点

自由空间光通信系统（FSO）是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。 系统所用的基本技术是光电转换。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。光发射机的光源受到电信号的调制，并通过作为天线的光学望远镜，将光信号经过大气信道传送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机，将望远镜收到的光信号再转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。光的无线系统通常使用850nm或1550nm的工作波长。同时考虑到1500nm的光波对于雾有更强的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波长的FSO系统具有更广阔的使用前景。 自由空间光通信与微波技术相比，它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等特点；与有线和光纤通信相比，它具有机动灵活、对市政建设影响较小、运行成本低、易于推广等优点。自由空间光通信可以在一定程度弥补光纤和微波的不足。它的容量与光纤相近，但价格却低得多。它可以直接架设在屋顶，由空中传送。既不需申请频率执照，也没有敷设管道挖掘马路的问题。使用点对点的系统，在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后，一般可在数小时之内安装完

自由空间光通信系统的光学天线的制作方法

本技术新型公开了一种自由空间光通信系统的光学天线，属于光通信技术领域。该光学天线包括可360°旋转的设置于一伸缩杆顶部的天线传输头外壳，该伸缩杆通过可沿底座表面旋转的转轴链接于底座表面；其中，天线传输头外壳内部远离伸缩杆顶部一侧依次设有消杂光光阑、瞄准器、副镜开孔的卡塞格伦天线、预准直装置和激光发射接受装置；所述激光发射接受装置包括半导体激光器和接收器；瞄准器包括三个呈中心对称的探测器，该探测器内设有激光光强感应器。本技术新型光学天线的激光束采用空间转直角坐标变换初步对准后，利用以探测器形成的等边三角形的三个顶点为基础，逐一进行对准的方法进行精确对准，可以针对任何变形和信息丢失的波形。 技术要求

1.一种自由空间光通信系统的光学天线，包括天线传输头外壳（1），其特征在于：天线传输头外壳（1）可360°旋转的设置于一伸缩杆（2）顶部，该伸缩杆（2）通过可沿底座（4）表面旋转的转轴（3）链接于底座（4）表面；所述天线传输头外壳（1）内部远离伸缩杆（2）顶部一侧依次设有消杂光光阑（7）、瞄准器（8）、卡塞格伦天线（9）、预准直装置（10）和激光发射接受装置（11）；所述激光发射接受装置（11）包括半导体激光器（11-1），半导体激光器（11-1）靠近预准直装置（10）一侧底部设有接收器（11-3），半导体激光器（11-1）与接收器（11-3）之间设有半透半反玻璃（11-2），接收器（11-3）接收到的激光信息输入电脑进行解码分析；所述卡塞格伦天线（9）包括主镜（9-1）和副镜（9-2），其中副镜（9-2）开孔；所述瞄准器（8）包括三个呈中心对称的探测器（8-1），该探测器（8-1）由可在天线传输头外壳（1）径向移动的支撑柱（8-2）和支撑柱（8-2）底部的激光光强感应器（8-3）构成，整个光学天线系统的控制电路设于各部件内部由电脑控制。 2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述天线传输头外壳（1）前端设有防尘玻璃（6），前端顶部设有遮光檐（5）。 3.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信系统的光学天线，其特征在于：所述消杂光光阑（7）由若干内孔径依次减小的遮光圈构成。 技术说明书 一种自由空间光通信系统的光学天线 技术领域 本技术新型属于光通信技术领域，具体是一种自由空间光通信系统的光学天线。 背景技术

2.4G八木天线的制作方法

2.4G八木天线的制作方法 好长时间没有上来更新了。一则单位事儿多，没空；二则，自己心情也不太好，没兴致。上周查单子时突然发现家里的ADSL快到期了，想想邻居家里的AD是2M的，自己用不了怪可惜的，不如我跟他合用，但是距离太原，无法拉网线，从网上得知可以用无线路由器及无线网卡组件无线局域网，时间长距离的无线传输，于是在网上查找资料，研究可行性。网上这方面的资料还真不少，但是国内的资料大部分都是照抄国外的，于是直接上国外网站查找，国外无线电爱好者对于2.4G的网络研究比国内要早好多年，因此各种数据比较准确，图纸资料也比较全。2.4G的定向天线有很多种:罐头盒式，反射板式，八木天线，卫星天线，裂隙天线，螺旋天线，以及厨房用具的简单天线。根据天线的制作难易程度以及取材方面考虑，罐头盒式和反射式太简单，厨房用具的那些玩玩倒可以不实用，螺旋天线还要分左旋和右旋，卫星天线和裂隙天线太专业，手工制作不现实。最后决定制作八木天线，虽然要求精度也很高，制作精度要求不低于0.1MM，但是取材和工艺还是能满足的。 第一步选材；根据图纸计算材料，1根12MM的有机玻璃棒，市场上没有12.7MM的，这个尺寸没有问题。直径3.3的铜棒，宽4MM厚1MM的铜条，50欧--5的电缆，虽然比不上--7的电缆，但是只需要1米，效果还是能保证的。由于没有3.3的规格的铜棒，只好用3.2的铜焊条挂上一层焊锡，尺寸比较接近了。 第二步钻孔：给有机玻璃棒上钻15个孔，根据图纸用游标卡尺在有机玻璃棒上画好线，标注好孔位置，这一步很关键，孔的位置将直接影响到后续的工艺精度，钻孔时也要注意，要用台钻，一气呵成，保证所有孔在一条直线上，孔的间距要满足尺寸要求，并且孔的垂直度要保证，否则装上振子后就会发现振子不在一个平面上了。钻头用3.2MM的。 第三步制作振子：根据图纸用钢锯将振子裁好，注意尺寸稍微留长一点，然后用锉刀和砂轮将振子长度调整到标准尺寸，要求精度不小于0.1MM。主振子用铜条打磨弯形挂锡，焊上电缆待用。 第四步安装振子：由于孔是3.2MM多一点的，振子也是3.2MM多一点，因此有些振子安装上后会发现松动，无法固定在孔内，这是可以将振子上再挂点锡，用锉刀修磨到能紧配安装。主振子安装时要求距离第一个振子的位置要固定，上下位置也要固定，但是还不用用任何金属材料来固定，我是用短有机玻璃棒根据振子尺寸锯上缺口，使主振子卡在两个振子之间。 第五步装外壳：根据天线的尺寸使用相应的PVC管将之套入，两头用PVC堵头封住，电缆孔用密封胶封住。 到此为止，一个2.4G的八木天线算是大功告成，据说增益能达到15dbi，剩下的事儿就是用设备调试了。 因为还没有相中合适的设备，所以实验还要过几天做。先把部分照片放上，完全是个人爱好，不正之处欢迎拍砖。 材料

八木天线的原理和制作

八木天線的原理和製作 八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同，间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线，特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀（但在UHF以上波段并不明显），但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理，则可以显著地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。

微波课设八木天线设计

微波课设八木天线设计文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

课设报告 课程名称：微波技术与天线 课设题目：八木天线的仿真设计 课设地点：电机馆跨越机房 专业班级：信息1002班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2013/6/27 目录 1、设计摘要 2、设计原理 3、八木天线参数选择及设计要求 4、八木天线的HFSS10仿真 （1）建立模型 （2）确认设计 (3) S参数（反射参数） （4）2D辐射远区场方向图 （5）3D Polar 5、仿真结果分析 6、实验中的问题 7、心得体会

一、设计摘要 八木天线又称引向天线，它由一个有源振子及若干无源振子组成的线形端射天线。其结构示意图如下，在无源振子中较长的一个为反射器，其余的均为引向器，它被广泛应用于米波、分米波波段的通信、雷达、电视、及其它无线电系统中。 六元八木天线示意图 八木天线中，有源振子可以是半波振子，也可以是折合振子一般常用折合振子，以提高八木天线的输入阻抗，以便和馈电线匹配。主要作用是提高辐射能量。无源振子是若干孤立的金属杆，它与馈线和有源振子不直接相连，作用是使辐射的能量集中到天线的端向。 二、设计原理： 八木天线的工作原理是：有源振子被馈电后，向空间辐射电磁波，使无源振子中的产生感应电流，从而也产生辐射。改变无源振子的长度及其与有源振子之间的距离，无源振子上的感应电流的幅度和相位也随着改变，从而影响有源振子的方向图。若无源振子与有源振子之间的距离小于λ/4，无源振子比有源振子短时，整个电磁波能量将在无源振子方向增强；无源振子比有源振子长时，将在无源振子方向减弱。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着消弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。通常反射器的长度比有源振子长4%～5%,而引向器可以有多个，第1～4个引向器的长度通常比有源振子顺序递减2%～5%。 本设计就是基于八木天线的基本理论的基础上，设计一个六元八木天线。三、八木天线参数选择及设计要求

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势

自由空间光通信技术的 发展现状与未来趋势 易成林 (华中科技大学武昌分校,湖北武汉430070) 摘　要:自由空间光通信(Free2Space Optical Columniation,简称FSO)是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术,介绍了自由空间光通信的国内外研究现状,分析了应用现状和未来发展趋势。 关键词:自由空间;光通信技术;现状;趋势 中图分类号:F623 文献标识码:A 文章编号:167223198(2007)0920263202 1　自由空间光通信的研究现状 1.1　基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前,自由空间光通信曾掀起了研究的热潮,但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时,随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟,光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮,自由空间光通信一度陷入低谷。然而,随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现,以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟,自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外,FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止,FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络,比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上,Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送,并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网(SON ET)通过光节点连接在一起,完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统(见图1)通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式,这种系统有以下几点缺点: (l)半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同,且出射光斑较粗,因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射,这样发射端的光学系统就较为复杂,体积也会相应增大。 (2)在接收端,光斑经光学天线会聚之后直接送入PD 转化为电信号。通常,我们需要提供点到点的,双向的通信系统,这样,FSO系统的每个终端都包括了激光器,探测器,光学系统,电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大,重量大,成本也比较高。从FSO 系统终端的内部结构图中可以看出,完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高,PD的成本也越来越高,6个O E转换单元大大增加了成本闭。 (3 )FSO终端设备一般安装于楼顶,如果终端中含有大量的有源设备,会给我们的安装带来了很多不方便。 (4)系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加,那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代,安装新设备的过程需要再次对准,整个升级过程所需要的时间很长,给人们带来巨大的损失。 图1　基于PD直接接受的FSO系统 1.2　基于光纤耦合技术的FSO系统 光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统(见图2 ),激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射,传输一定距离后,光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上,沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式,只需要在楼顶放置光学天线系统,而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接,整个系统结构简单,易于安装。 图2　基于光纤的FSO系统 这种新型的FSO系统具有以下优点:①减少了不必要的E一O转换,一条链路现在只需要2个O E接口即可,大大降低了成本。②光学系统较为简单,光纤出射的光束一般为圆高斯光,不需要整形,简化了光学系统,减小了体积,易于安装。③易于升级及维护,当用户的带宽增加时,我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可,免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很 — 3 6 2 —

自由空间光通信及可见光通信市场分析

自由空间光通信及可见光通信市场分析 什么是自由空间光通信? 无线通信经常面临带宽限制和低速数据传输等难题。但是，作为航空和国防领域有名的无线技术，自由空间光通信(FSO)则消除了传统无线通信系统所面临的诸多问题。该技术目前适用于卫星连接、深空探测器、偏远地区通信、无人机(UAVs)以及飞行器等。自由空间光通信适用于视线内的点对点通信。它使用不同的调制技术，如振幅与相位调制，用于将输入信息转化为数字信号，进而实现进一步传输。自由空间光通信的最新趋势受限于旨在改善通信传输数据流程和质量的先进编码方案的引入和发展。 自由空间光通信：市场推动力和限制因素 自由空间光通信由于其提供的诸多好处而越来越受欢迎，包括安装成本低、带宽利用率高、数据传输速度快、连接性提高等。此外，自由空间光学技术也适用于军事和商业应用，如电信。自由空间光通信的工作原理与光纤技术相同，只不过它使用空气作为传输信息的媒介，而不是光纤光缆。与此同时，自由空间光学通信的设置只需几个小时的安装。这些都是影响自由空间光通信市场发展的重要因素。然而，自由空间光学通信市场面临着一些挑战。例如，在两点之间部署自由空间光学通信设置之前，两者之间的视线内必须没有任何障碍物，如树木或建筑物等。此外，由于雾和大气湍流等因素，自由空间传播可能会受到干扰。由于光波的吸收、散射和反射，雾的存在会严重阻碍光波的传播特性。大气湍流可以引起闪烁，从而进一步增加比特误码率。这也是制约自由空间光通信市场发展的一些因素。 自由空间光通信：市场细分 自由空间光通信市场可以根据组件、数据类型、调制类型、应用、终端用户和区域进行细分。从组件方面来看，可以将市场细分为发射机、接收器、收发器、调制器、解调器等。发射器和接收器用于单向通信，而收发器则用于双向通信。使用自由空间光通信传输的不同类型的数据包括图像、声音以及视频等。从调制方面来看，自由空间光通信市场可以分割为振幅、频率、相位和偏振。此外，从应用方面来看，可以将市场细分为航空航天和国防、电信、医疗保健、灾害管理、存储区域网络(SAN) 等。从终端用户方面来看，可以将市场细分为企业和商业

调频信号八木天线制作

八木五单元FM天线的制作 发表日期：2003年12月21日出处：调频发烧作者：甘铭晓【编辑录入：飞奔】 天线是接收机捕捉信号的工具,用于远程调频广播接收的天线大部分采用八木(YAGI)天线,八木天线的单元数接影响了接收范围,单元数越多,则方向越尖锐,增益越高,直距离越远. 中国的调频广播频段为87.5-108MHZ,而电视五频道的中心频率为88MHZ,所以五频道天线基本适合于远程调频广播接收.爱好者可购五频道电视天线代用,要求高的爱好者可将五频道电视天线稍加改后用.我建议用五单元的好,它具有较高的增益,且体积不大.普通的五频道五单元八木天线才十多元,购后改动最合算. 以下我介绍我使用天线的一些处理方法: 1.天线的匹配问题,一般天线的输出为300欧,而电缆多为75欧,阻抗不同就得进行匹配,否则高频信号是很难传输的.天线匹配器多为变压器式和U型半波环式,变压器式匹配器制作较复杂,线和磁环的选取直接影响匹配系数.而U型半波环式只需一段75欧的电缆就可以了.我应用时觉得U型半波环式好些. 2.天线的调试问题,安装好天线后并不是就有立杆见影的效果,需进行调试后才有不可思义的效果.首先要确定要接收电台的方向(因为天线为定向天线),将天线引子的方向对准电台方向.用接收机试收电台,然后找相应方向的一个最弱的信号调节天线的高度,找一个信号最强的位置后将天线定住. 3.使用天线放大器应注意的问题,目前市场上的天线放大器多为两个9018组合的,由于9018的工作噪声较大,要"发烧"最好将9018改用C3358或C3355低噪管.若使用放大器时在多个频点上出现不明的数码声(音频脉冲)干扰其它电台的信号,这是传呼发射台的谐波再生造成的,是由于天线放大器的滤波器问题,最好在输入端加一个BPF(88-108MHZ滤波器),可从旧的调频收音机上拆(形状如电视6.5MHZ滤波器).亦可在第一级放大器的耦合电容前对地加一个5-45P的电容. 4.天线与电缆的接头应注意防锈,天线一般架设在天台,日晒风吹后天线接口很易生锈,这样会影响信号的传输和天线的匹配,使接收效果变差.若有天线放大器的天线极易使放大器自激,最好在天线安装时将接口涂上防锈漆. 5.电缆安装时尽量拉直不要卷在一起,引入屋后最好在刚入屋处安个插座,打雷时可很快拔下. 6.天线架设时应注意防雷,高层建筑一般都有避雷针,避雷范围是以针尖为原点与针成45度角的伞形空间,天线应在此空间内才安全. 7.天线的保养,由于天线受风吹,日晒,雨淋后很快会被氧化,有时间可一年将天线洗一次,我是一年换一付天线的.电缆的所有接口一样要用95%的酒精清洗. 8.天线的反射器,振子和引向器不能和支架导通,要用塑料隔开! 9.大部分收音头是300欧输入的,可以将收音头里的300-75欧的匹配器断开成75欧接口. 一个调频接收系统并不是有了好天线,高级电缆就有很好的接收效果.而是要在天线,电缆和接收机相互配合下才可能的.就如我们音响发烧一样,音源,功放,线材,音箱相互搭配好才有好的效果一样.我们选择接收机时应注意,目前市场上的很多收音机都不适宜进行远程调频接收,普通的微型收音机主要是设计为了能收本地和邻近电台,它在调谐的工艺上花较少的工夫,邻频处理不好,它主要花在外形设计上.普通的收音头我认为手调的要比数调的好,目前国产的普通数调收音头主要设计在它的功能上,而不是求它的高灵敏度,手调收音机是我国民族工业的成熟产品,显然普通手调收音头比数调的好.但一些国产的数调机还是不错的,已可和一些进口产品比美了.在我的使用中发现汽车调频接收机相当好,不论是手调的还是数调的,它的灵敏度和邻频处理都很好,中强度信号在0.2MHZ完全可分离,主要它是用了一体化调谐器,一体调谐器不象普通调谐一样与中放和立体声解调设计在同一块板上,而是由专业厂家另外生产的,它不论工艺还是技术都是较好的.使用WALKMEN时,我认为手调的比数调的好,比如松下,爱华,索尼的收音功

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势

自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势 自由空间光通信（Free-Space Optical Columniation，简称FSO）是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术，介绍了自由空间光通信的国内外研究现状，分析了应用现状和未来发展趋势。 标签：自由空间；光通信技术；现状；趋势 1 自由空间光通信的研究现状 1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统 早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。 在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam 和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s 的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber 公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。 目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点： （l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。 （2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。

八木天线470MHZ

一、设计说明：作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名Y AGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。 二、系统规划传输方式：单向传输节目源：本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。无线电视无线电视无线电视无线电视：：：：通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。示意图如下（图一）： 三、技术参数天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素，主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。A．输入阻抗在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50 ，如果天线输入阻抗也是50 ，那就达到了“匹配”，就能将天上的信号全部接收下来，所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67 ，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2-0.25时阻抗高，效率提高。这

八木天线制作教程

八木天线制作教程 八木天线是一种引向天线，由一个有源振子和多个无源振子放臵在同一平面上，并且垂直于连接它们中心的金属杆。一般一个无源振子为反射器，其余的无源振子为引向器。因为金属杆通过振子上的压波节点，并垂直于天线，所以，金属杆对天线的近场影响很小。而有源振子必须与金属杆绝缘。 通过下表的数据可以看到，八木天线的增益高于垂直天线及偶极天线。(摘自《天线与电波传播》，北方交通大学徐坤生、蒋忠涌编著) 天线形式反射器数引向器数有源振子数方向性系数 偶极００１０dB 二单元八木１０１３～４.５ｄＢ 二单元八木００１３～４.５ｄＢ 三单元八木１１１６～８ｄＢ 四单元八木１２１７～１０ｄＢ 五单元八木１３１９～１１ｄＢ 从上表上可知，八木天线的单元越多，方向性越强。但是单元的增加不与方向性成正比。单元过多时，导致工作频带变窄，整个天线尺寸也将偏大。 在短波波段，波长较长，自制八木天线比较困难，在超短波波段（Ｖ／Ｕ），因波长短，可以比较方便的自制低成本的八木天线。 八木天线的数学计算复杂，不过很多工程或理论书籍都给出它的尺寸，只要依照这些数据，就可以自制出一副不错的YAGI!五单元八木天线的尺寸如图１

如果自制四单元八木天线，只要不安装引向器Ｄ就可以，天线也会显得小巧一点。如果想做成七单元，在上图的基础上加两个引向器单元，长度分别是半波长的８４％，８２％。新加的单元的间隔仍是波长的０．２倍。 我做的70CM波段八木天线，最初是四单元的，各个振子及其连接的金属杆，用ＢＧ４ＲＵＶ提供的铜焊条(直径２．５ｍｍ)制成。大约一个月后，买了一段２米长，直径４ｍｍ的铜条，又制了一可拆卸的四单元八木天线（找到一段矩形铜管作为连接各个振子的支杆，各个振子均用螺丝与支杆固定，便于携带）。第一支天线的谐振点比预计的中心频率（４３５兆赫）低了约２兆赫，但在４３０至４４０兆赫内的ＳＷＲ不高，最低的ＳＷＲ〈１．１，最高的ＳＷＲ也不大于１．４。第二支天线的ＳＷＲ在整个70CM频段内的起伏不大，最高约１．２。后来，我对这支可拆卸的天线作一些改动，利用剩下的材料又作成三个引向器，就这样我的这支天线既可以拼装成四单元八木天线，也可以拼装成七单元八木。如果想做一支八木天线，但不要求方向性强，可以试试，动手做一支三单元八木天线。在此给处其尺寸（图２）。

自由空间激光通信技术概述

自由空间激光通信技术概述 06061118 刘晓彪 摘要：本文对自由空间激光通信技术经行了大体上的介绍，具体分析了其中的关键技术和研究重点，并对这一前沿技术的未来发展趋势经行了展望。 关键词：激光通信 自由传输 大气信道 空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。 一、传输原理 大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关Ｋ掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。 二、关键技术分析 一）高功率激光器的选择 激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：二氧化碳激光器。输出功率最大(>10kw)，输出波长有10.6m和9.6m，但体积较大，寿命较短，比较适合于卫星与地面间的光通信。 Nd:YAG激光器。波长为1064nm，能提供几瓦的连续输出，但要求高功率的调制器并保证波形质量，因此比较难于实现，是未来空间通信的发展方向之一。采用半导体泵浦的固体激光器，若使半导体发射谱线与Nd:YAG激光器吸收谱线一致，可减少热效应，改善激光光束质量，提高激光源综合性能。这种激光器适合用于星际光通信。 二极管激光器（LD）。LD具有高效率、结构简单、体积小、重量轻等优点，并且可以直接调制，所以现在的许多空间光通信系统都采用LD作为光源。例如波长为800～860nm的ALGaAs LD和波长为970～1010nm的InGaAs LD。由于ALGaAs LD具有简单、高效的特点，并且与探测、跟踪用CCD阵列具有波长兼容性，在空间光通信中成为一个较好的选择。 二）快速、精确的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术 这是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。系统通常由以下两部分组成： 1、捕获（粗跟踪）系统。它是在较大视场范围内捕获目标，捕获范围可达±1°～±20°或更大。通常采用CCD阵列来实现，并与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪，即目标的捕获。粗跟踪的视场角为几mrad，灵敏度约为10pW，跟踪精度为几十mrad； 2、跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统是在完成目标捕获后，对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器（QD）或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应伺服控制系统。精跟踪

声光调制器在空间光通信系统中的应用与分析

声光调制器在空间光通信系统中的应用与分析阐述了空间光通信系统中声光调制器对二氧化碳激光束调制带宽、衍射效 率和调制线性的影响及实验曲线，文中设计的声光调制器已成功应用在空间光通信发射机上，并已开通户外试验，基本达到设计要求。 标签：空间光通信，声光调制器，调制带宽，增益，衍射效率 1 引言 空间光通信是包含多项工程的交叉科学研究课题，它不仅要完成一系列重要的技术功能，还需要有步骤地从地对地、地对空、空对空中获取许多试验数据和技术考验。本文设计的声光调制器能满足的通信距离：地对空大于15km，可传输图像和语音，全双工通信，误码率小于10-9。 2声光调制器的设计与计算 对于应用在10.6μm波长的声光器件，由于受到材料和波长等因素的限制，其设计及制作工艺都比较困难[3]。本文研制的声光调制器的声光介质选用Ge单晶，对10.6μm激光的折射率为4.0，介质品质因数M2=840×10-15S2/kg。在射频源输出功率为8.4W的条件下，衍射效率达到50%，调制带宽8MHz，完全达到使用要求。 由于声光调制器是利用布拉格衍射效应，在调制带宽为时，由（1）式可求出其衍射角的摆动范围为： 在作用距离15Km处，摆动范围近30米，故无法直接使用。本系统采用外差稳频技术稳频[5]，并在声光调制器前后放置一组共焦透镜进行聚焦和准直，经稳频和准直后，从声光调制器衍射出的1级光作为信号光，经发射天线发出的光束发散角为0.03mrad。频率的稳定原理基于斯塔克吸收效应，通过改变加在斯塔克盒上的直流电压可实现吸收盒中频的连续可调，如图2所示。为得到误差信号，可在斯塔克盒上再施加一交流信号，当CO2激光器发出的光经分束器通过斯塔克盒时，如果激光器频率等于斯塔克盒的吸收中频，则探测器上的信号即为斯塔克盒上交流电压频率的二次谐波成分；如果频率不相同，探测器得到一基波成分，经激光器控制系统使激光器频率恢复到斯塔克盒吸收频率。 3实验结果 由于声光调制器的调制带宽、衍射效率和调制线性等互相制约，设计时应综合考虑，而且调制结果直接影响数据的传输速率和质量，因而是发射机部分应重点考虑的内容之一；同时，发射天线的口径极其增益对探测器可接收到的激光功率有很大的影响，并且本系统使用的是收发合一天线，空中移动目標对天线的体积和重量均有一定的要求，也需统筹考虑。以下给出了一些实验及理论曲线，结

木天线的原理和制作tm

八木天线的原理和制作 八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。 八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflector）和导向器（Director）两种。通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4 个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。 由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。导向器的长度相同，间距相等的八木天线称为均匀导向八木天线，特点是天线的主办窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。而当八木天线各个导向器的长度不同，间距亦不等时叫做非均匀导向八木天线，特点是天线的主瓣较宽，方向系数较少，工作频带内增益不均匀（但在UHF以上波段并不明显），但工作频带较宽。但如果将非均匀的导向八木天线的结构设计合理，则可以显着地压缩副瓣，又不致太大扩宽主瓣和降低方向系数。

八木天线的设计方案

八 木 天 线 设 计 方 案 指导老师：宋烨 单位：长沙航空职业技术学院

组员分工（见表一）： 表一 背景分析： 在当今社会中天线不仅仅只是应用在电视接收系统中应用，而在很多电子产品都用到天线，比如（对讲机、无线路由器、手机等），所以掌握天线的知识，对以后做别的无线产品开发打下了很好基础，本次制作八木天线可以掌握无线通讯的原理和相关只是。 关键词：八木天线 一、设计说明： 作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。作为一款经典的定向天线，八木天线在HF、VHF以及UHF波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名YAGI，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图1所示。主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。

在无线通讯中八木天线占据了很重要的位置，对于我们刚刚进入无线电的初学者来说，掌握八木天线的原理和安装是非常必要的。 二、系统规划 传输方式：单向传输 节目源： 本系统电视节目包括无线电视和自办节目（一套）等。 无线电视： 通过八木天线接收到的信号送到电视机，收看电视机节目。示意图如下（图一）： （图一） 自办节目： 本系统自办节目采用DVD播放或摄像机录制节目播放等方式。 三、技术参数 天线的性能直接影响电视机收看电视节目的质量重要因素，主要的技术参数有输入阻抗、工作频率、天线增益及方向性等。 A．输入阻抗 在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，那就达到了“匹配”，就能将天上的信号全部接收下来，所以在制作天线的时候一定要注意阻抗匹配的问题。 二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67Ω，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍，当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了，总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2-0.25时阻抗高，效率提高。这是阻抗的变化范围约在5-20Ω间。