星载空间激光通信中压电偏转镜的应用

仰望星空，宇宙广袤无垠，除了亘古至今依旧闪亮的星辰外，还有成千近万颗的人造卫星在茫茫宇宙中不知疲倦的运动着。

地球&人造卫星

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进入二十一世纪以来，随着对空间遥感定位和通信等多方面需求大大增加，各国政府和科技企业纷纷将目光投向宇宙。得益于航空航天技术的进步，精密定位设备的成本也有了较大降幅，单颗卫星的研制和发射成本得到大幅度下降。基于此，各国政府和组织分别提出了自己的空间计划，全球互联网卫星的浪潮风起云涌。

提及太空，最先被想到的可能是卫星导航定位系统(GPS)，但鉴于卫星导航定位系统的巨大价值，世界上多个航天强国都开始研究并着手建立自主可控的卫星导航定位系统。目前，中国北斗卫星导航系统(BDS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟伽利略卫星导航系统(GSNS)和美国的全球定位系统(GPS)被联合国卫星导航委员会认定为全球四大卫星导航供应商。

北斗卫星导航系统示意图

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俄乌战争让马斯克的“星链”大放异彩，星链其实是美国太空探索技术公司在2014年提出的一个低轨互联网星座计划，旨在建设一个全球覆盖、大容量、低时延的天基通信系统，为全世界各地区提供高效、安全和不可干扰的互联网通信服务。由于它是一个去中心化的卫星通信网络，所以无论是在地面、空中还是海上，它都能克服和突破传统通信网络原有的障碍以及阻力，保证网络的可靠性和连通性。

星链示意图

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为了更好地发展国产的近地轨道技术，中国已向国际电信联盟（ITU）提交了布局1.3万颗低轨卫星的申请，中国版“星链”计划正式开启。由国家为主导与企业互相配合、优势互补、融合发展，积极推进星网融合。截至目前，我国在低轨卫星建设方面成功发射了“鸿雁星座”、“虹云工程”、“星网工程”等，这标志着我国低轨卫星系统建设迈出实质性的一步，切实为低轨道通信卫星的发展打开新局面，推动了我国航空航天蓬勃发展。

芯明天小体积、高精度、高可靠性压电偏转镜

应用于星载空间激光通信

卫星发射后，需要与地面空间站进行空间通信，会使用到激光通信技术。激光通信技术是先将语言、文字、数据、图像等信息调制到激光束上，然后把带有信息信号的激光发送出去，用接收装置把带有信息的信号检测出来，激光通信按其应用范围可以划分为光纤通信和无线激光通信两类。激光通信具有单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点。

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卫星发射有更小和更轻的要求，内部配套的器件也需实现体积上的更小和重量上的更轻。且在大气环境中，激光通信技术的光路会受到环境的因素影响产生光路不稳定、抖动等现象，导致瞄准或聚焦困难，在这种情况下压电偏转镜在星载激光通信终端有了更大的用武之地。

由芯明天研发制造的压电偏转镜以压电陶瓷作为驱动源，可产生θx、θy偏摆，或同时配有Z向升降运动，适用于驱动反射/透射镜片的偏转从而改变反射/透射光路的方向。以其超高分辨率、毫秒级快速响应、闭环定位精度高等特点在激光通信技术中能够非常完美的解决光路不稳的问题。

此外，芯明天通过技术创新，首创适用于航天应用的双备份压电偏转镜，通过双极控制的高可靠压电偏转镜，两级驱动可独立控制，互不干扰。目前，芯明天压电偏转镜已搭载多个卫星升空，例如风云3号E星、夸父一号卫星、吉林一号卫星等，其高精度和快速补偿的性能表现的非常优秀。

芯明天压电偏转镜环境试验报告

技术参数

芯明天具有多种适用于卫星激光通信应用的宇航级压电偏转镜。

（1）S30系列压电偏转镜

型号	S30.T2
运动自由度	θx、θy
驱动控制	3路驱动，2路传感
传感器	SGS
标称行程范围（0~120V）	3mrad或±1.5mrad（≈ ±309 秒）
闭环/开环分辨率	0.1 μrad（≈ 0.02 秒）/ 0.03 μrad（<0.01 秒）
空载谐振频率	17kHz
谐振频率 @Ø12.5×3mm 镜片	14kHz
静电容量	1.6μF/轴
材料	钛合金、钢
重量（不含线）	35g

（2）P33系列压电偏转镜

型号	P33系列
运动自由度	θx、θy
驱动控制	3路驱动，2路传感
标称偏转范围（0~100V）	2mrad~8mrad
偏转范围（0~120V）	2.5mrad~10mrad
传感器类型	SGS
空载谐振频率	3.1~6kHz
静电容量	3.6μF~14.5μF/轴
材质	钢
重量	190g~340g

（3）S37系列压电偏转镜

型号	S37系列
运动自由度	θx、θy
驱动控制	3路驱动，2路传感
标称偏转范围（0~100V）	2.5mrad~10mrad
偏转范围（0~120V）	3.5mrad~13.5mrad
传感器类型	SGS
空载谐振频率	6~10kHz
静电容量	3.6μF~14.5μF/轴
材质	钢、钛
重量	200g~350g

芯明天压电偏转镜产品类型繁多，如科研型、工业型、宇航型、小体积型、大负载型等。由于应用场景的差别，对精度、角度、速度等各项参数的要求不同，芯明天可为用户提供定制化服务，以适应不同使用场景和应用条件。

配套控制器

E80.B5S板卡式控制器是一款五通道输出的压电控制器，专为同时驱动两台压电偏转镜而研发设计。它采用DC28V供电，输出电压为-20V~120V（可选 -20V~100V/150V），尺寸仅有222×180×40mm^3，它以板卡式小体积的特点解决了应用空间受限的问题，并且E80.B5S使用特殊的元器件，并进行多项处理，使其适用于宇航级应用。

审核编辑 黄宇