无线照明通信用多光谱光学接收天线设计与理论研究

发布时间：2017-09-29 09:19

  本文关键词：无线照明通信用多光谱光学接收天线设计与理论研究

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【摘要】：近年来，可见光照明通信（Visible Light Communication，VLC）具有发射功率高、无电磁辐射、不易受到干扰、节约能源等优势引起了广泛的关注和研究。目前，国内外对于可见光照明通信的研究大多集中于电学处理方面，针对光学接收、发射系统进行的研究相对较少，，其发展水平与VLC技术的进步程度不相协调。研究人员发现光学接收系统的性能限制了整体系统的通信性能，比如，传统光学接收系统的视场角小，采集光少，严重影响了系统的通信能力。 为了进一步提高可见光照明通信系统性能，本文提出了多光谱照明无线通信的概念，与传统VLC技术相比，多光谱照明无线通信将白光（Light-emitting Diode，LED）替换为多光谱的可见光LED，通过混光、合成为白光进行照明发射，多光谱接收系统利用大视场聚焦、波分复用系统色散分光和（Avalanche Photo Diode，APD）阵列探测，从而实现了光学多通道高速率信号传输。论文主要研究了可以满足多光谱照明无线通信要求的前置光学接收天线。在分析传统可见光通信接收技术的基础上，论文采用透射式和折反射式两种方式进行了设计，可满足大视场兼顾微小接收面聚焦的要求。其中透射式结合反远距思想，利用ZEMAX设计优化仿真，设计出的透射式前置光学接收天线全视场角为90°×22°，聚光倍数为28；折反射式结合全天空云检测方案，通过简化其面型，计算曲率半径，设计出的折反射式前置光学接收天线半视场角为5~30°，遮拦比为33%，聚光倍数达263。同时，论文还对前置光学接收天线的评价方法进行了相应的探索。 本文最后将设计出的两种前置光学接收天线与多光谱波分复用系统联立，构成多光谱照明接收光学系统，仿真验证了透射式前置光学接收天线和折反射式前置光学接收天线设计的合理可行性。
【关键词】：多光谱照明无线通信 光学天线 大视场 光学设计 评价方法
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及发展状况10-13
• 1.2 本文研究内容13-14
• 1.3 论文结构14-16
• 第2章 光学接收天线光学系统16-27
• 2.1 光学天线概述16-17
• 2.2 非球面光学表面17-18
• 2.2.1 非球面的数学表达式及光学性质17-18
• 2.2.2 非球面光学表面的应用18
• 2.3 光学接收天线结构及其发展状况18-26
• 2.3.1 光学接收天线基本结构18-22
• 2.3.2 设计接收光学天线的基本要求22
• 2.3.3 基于宽视场的典型光学设计方案22-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 多光谱照明无线通信接收光学系统研究27-38
• 3.1 多光谱照明无线通信系统27-33
• 3.1.1 LED 光谱28-29
• 3.1.2 多光谱波分复用系统29-30
• 3.1.3 光电探测器30-33
• 3.2 前置接收光学天线设计方式33-34
• 3.3 前置接收光学天线的评价方法34-37
• 3.3.1 聚光性34-35
• 3.3.2 视场角35-36
• 3.3.3 均匀性36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 透射式前置光学接收天线设计38-52
• 4.1 透射式前置光学接收天线设计38-44
• 4.1.1 技术要求及设计指标38-39
• 4.1.2 设计思想39-40
• 4.1.3 设计仿真40-44
• 4.1.4 增透膜材料的选择44
• 4.2 设计仿真分析44-49
• 4.3 多光谱照明无线通信系统联合仿真分析49-51
• 4.3.1 多光谱照明无线通信接收光学天线结构49
• 4.3.2 联合仿真分析49-51
• 4.4 结论51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 折反射式前置光学接收天线设计52-67
• 5.1 折反射式前置光学接收天线设计52-60
• 5.1.1 技术要求及分析52
• 5.1.2 光学材料的选择52-54
• 5.1.3 设计思想54-56
• 5.1.4 设计仿真56-60
• 5.2 设计仿真分析60-62
• 5.3 多光谱照明无线通信系统联合仿真分析62-65
• 5.3.1 多光谱照明无线通信接收光学天线结构62-63
• 5.3.2 联合仿真分析63-65
• 5.4 结论65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 附录73-76
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：941227