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太空中的卫星需要同时具有自主供能和通信能力。要具备上述功能,卫星必须加载太阳能电池板和天线。为了发挥这两种器件的功能,它们必须安装在卫星表面,两者相互争夺十分有限的卫星可利用表面。
为了解决上述问题,本文设计了可分别实现对微波与光波分离汇聚的集成透镜。将天线和太阳能电池板分别置于集成透镜相应的光学焦点和微波焦点处,则可同时增加照射太阳能电池板的光通量,也可增加微波天线的有效口径,实现对卫星表面的高效利用,减小卫星系统的载荷及发射成本。基于微波波带片(FZP)透镜及光学菲涅耳透镜,本文主要完成工作如下:
(1)分析了目前光学透镜与微波透镜的主要形式,提出由光学菲涅耳透镜和螺旋结构组成的集成透镜。
(2)探讨了光学菲涅耳透镜的聚光特性及其对微波传输的影响。通过分析正入射光波的光路图给出光学菲涅耳透镜的设计方法。
(3)在研究了微波波带片(FZP)透镜对微波汇聚作用的基础上,针对本文设计要求提出了用相同结构螺旋实现的新型微波透镜。
(4)对集成透镜的馈源天线进行分析,并研究了宽波束圆极化天线。
本文根据细金属螺旋结构对入射光及菲涅耳透镜对微波传输较小的阻挡作用,提出的微波与光波分离聚焦集成透镜可以在充分利用入射可见光的基础上,实现对微波信号的发射和接收。