基于CPC的LED光通信光学天线的研究
本文选题:LED光通信 + 复合抛物面聚光器 ; 参考:《东北大学》2014年硕士论文
【摘要】:室内LED光通信是基于LED照明光源的一项新兴无线光通信技术,其接收端承担着检测、接收、放大、处理信号的作用,但是LED灯光线的发光角度大不易接收,光线经传播后到达接收端也已衰减得十分严重,因此需要在探测器前放置光学天线,以达到会聚光线、增强接收信号的作用。论文研究了基于复合抛物面聚光器CPC的光学天线,主要内容如下:(1)根据室内照明的光照度需求,在4.0m×4.0m×2.8m的房间内设计了4×64的LED光源布局,使探测平面的光照度达到198.8~360.51x。(2)CPC的建模结果表明:最大聚光角为40。、出射半径为lmm、入射半径为1.556mm、焦距为1.643mm、长度为3.046mm的CPC对探测平面直射光的放大增益达到0.5817~1.3585db,有效增强了光接收信号。(3)从光照度角度出发,研究了CPC对多径效应的克服作用。实验结果显示:CPC聚光后探测器接收到的主光源照度增大1.3985~1.5690db,接收到的次光源照度增大一0.8459~1.2673db,但次光源光照度正向增加的是一些特殊点即距离各光源距离基本相等,实际引起的多径效应并没有数据显示的强烈;CPC聚光后直射光照度增大0.5817~1.3585db,反射光照度减小0.046~0.567db。因此探测器接收的主光源与直射光能量增强,而次光源与反射光能量减弱,即CPC对多径效应具有克服作用。(4)光线通过CPC聚光后在探测器的光能量分布不均匀,设计了CPC与菲涅尔透镜的组合光学系统,在不改变CPC最大聚光角的基础上,光接收效率稍有下降,但光能量分布的均匀性有了良好改善。本文设计的CPC与菲涅尔透镜的组合光学系统,具有体积小、聚光比高、结构简单、安装简易等优点,其研究方法也为LED光通信的光学天线研究提供了新的思路。
[Abstract]:Indoor LED optical communication is a new wireless optical communication technology based on LED illuminating light source. The receiver is responsible for detecting, receiving, amplifying and processing signals, but the light emitting angle of LED lamp is not easy to receive. Due to the serious attenuation of light to the receiving end, it is necessary to place an optical antenna in front of the detector in order to converge the light and enhance the function of the received signal. In this paper, the optical antenna based on the compound parabolic concentrator CPC is studied. The main contents are as follows: (1) according to the illumination requirement of indoor lighting, a 4 脳 64 LED light source layout is designed in the room of 4.0m 脳 4.0m 脳 2.8m. The modeling results show that the maximum focal angle is 40. 0, the radii are lmm, the incident radius is 1. 556 mm, the focal length is 1. 643 mm, and the CPC with length of 3.046mm has a gain of 0. 5817 ~ 1. 3585 db. for the direct light of the probe plane. From the angle of illumination, The effect of CPC on overcoming multipath effect is studied. The experimental results show that the illumination of the main light source received by the detector increases by 1.3985 / 1.5690dband that of the secondary light source increases by -0.8459 / 1.2673db. however, the light intensity of the secondary light source increases in a positive direction by some special points, that is, the distance between the two light sources is basically the same. The multipath effect caused by the fact has no data showing that the direct illuminance increases by 0.5817 ~ 1.3585dband the reflectance decreases by 0.046 ~ 0.567db. Therefore, the energy of the main and direct light received by the detector is enhanced, while the energy of the secondary light and the reflected light is weakened, that is, CPC has the effect of overcoming the multipath effect. (4) the light energy of the detector is distributed unevenly after the light is condensed by the CPC. The combined optical system of CPC and Fresnel lens is designed. On the basis of not changing the maximum angle of concentrated light of CPC, the optical receiving efficiency is slightly decreased, but the uniformity of optical energy distribution is improved well. The combined optical system of CPC and Fresnel lens designed in this paper has the advantages of small volume, high light concentration ratio, simple structure and easy installation. Its research method also provides a new idea for the study of optical antenna in LED optical communication.
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.1
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,本文编号:1904142
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