基于LED的室内可见光通信菲涅尔光学接收天线的研究

发布时间：2017-11-09 03:23

  本文关键词：基于LED的室内可见光通信菲涅尔光学接收天线的研究

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【摘要】：白光LED作为固体光源时代的革命性技术，具有亮度高、功耗低、寿命长、安全性好、可靠耐用等优点。除照明功能外，白光LED还具有响应时间短和高速调制特性，因此在可见光通信领域具有巨大的发展潜力。室内可见光通信是一种绿色环保又经济的通信技术，它将照明与无线通信融为一体，以白光LED作为室内的照明光源，同时把电信号调制到白光LED上，以光信号为载体，构建无线光网络，，是对现有射频技术的有效补充。与传统的射频通信相比，室内可见光通信系统的经济投放较小，覆盖面更广，没有辐射，安全性更高。 光学接收天线作为室内可见光通信系统的光信号接收设备，其性能的优劣直接影响到系统的通信质量。针对室内通信环境，光学接收天线应具有高接收功率、高信噪比、宽视场角、小型化、低成本等特点。 本文在分析当前可见光通信技术的基础上，对室内可见光通信的光学接收技术进行了重点研究，分别完成了平面等齿距菲涅尔透镜的仿真分析和复合齿形菲涅尔透镜的优化设计。主要内容如下： 1.分析了可见光通信白光LED光源的发光原理、基本结构及类型，并对白光LED的光源性能进行了深入研究，包括其光学及电学特性、辐射特性等。随后讨论了室内可见光通信系统的信道模型，给出了两种光源的布局形式。 2.对光学接收天线的设计原理进行了介绍，包括非成像光学理论、几何光学理论和边缘光线原理，给出了评价光学接收天线性能的重要参数——光学增益、光学效率及几何聚光比的概念和计算方法。阐述了菲涅尔光学接收天线设计的思路和方法。 3.对菲涅尔透镜的聚光原理进行了研究。通过理论分析，讨论菲涅尔透镜棱镜结构对光斑大小的影响，设计出一系列等齿距平面菲涅尔透镜，并利用Trace pro软件对透镜进行了模拟仿真，分析了透镜不同设计参数对接收天线光学增益、光学效率及光斑尺寸的影响，讨论了透镜以小角度倾斜入射时的会聚情况。 4.提出了复合齿形菲涅尔透镜结构，对不同结构齿形的光学传输率进行对比分析，并对复合齿形菲涅尔透镜进行了仿真分析。为了能在光电探测器上获得较好的光斑均匀度，对透镜设计算法进行了改进。针对菲涅尔透镜色差的影响，提出了一种消色差菲涅尔双透镜结构，并对其结构及消色差原理进行了分析。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1

【参考文献】

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1 张华;宋正勋;刘冬彦;周晓兵;尹力会;;基于自适应OFDM的可见光通信系统分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年01期

2 任凤娟;孙彦楷;;白光LED可见光通信及其关键技术研究[J];电子质量;2010年05期

3 郑宏飞;陶涛;何开岩;陈子乾;;增加复合抛物面聚光器(CPC)最大聚光角的几种方法及结果比较[J];工程热物理学报;2008年09期

4 方靖岳;常胜利;秦石乔;张海良;;基于复合抛物面聚光器的光通信接收天线[J];光电工程;2009年09期

5 胡国永;陈长缨;陈振强;;白光LED照明光源用作室内无线通信研究[J];光通信技术;2006年07期

6 于志刚;陈长缨;赵俊;王康模;刘兴华;刘小冲;;白光LED照明通信系统中的分集接收技术[J];光通信技术;2008年09期

7 刘永强;申作春;芦宇;崔峥;鲁建业;;均匀会聚菲涅尔透镜设计及性能研究[J];光电子技术;2012年04期

8 孔梅梅;梁忠诚;张国虎;;采用角度分集接收技术的光学天线设计[J];红外与激光工程;2012年03期

9 徐宁;徐丹彤;杨庚;孙晓芸;;可见光通信中菲涅耳透镜仿真设计与优化[J];量子电子学报;2012年05期

10 张明,黄良甫,罗崇泰,马勉军,孙燕杰,王多书,郭俊涛;空间菲涅耳透镜的材料与工艺要求分析[J];太阳能学报;2002年01期

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1 何胜阳;室内可见光通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

本文编号：1160099