本文關鍵詞：基于LED的室內可見光通信菲涅爾光學接收天線的研究

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【摘要】：白光LED作為固體光源時代的革命性技術，具有亮度高、功耗低、壽命長、安全性好、可靠耐用等優(yōu)點。除照明功能外，白光LED還具有響應時間短和高速調制特性，因此在可見光通信領域具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。室內可見光通信是一種綠色環(huán)保又經濟的通信技術，它將照明與無線通信融為一體，以白光LED作為室內的照明光源，同時把電信號調制到白光LED上，以光信號為載體，構建無線光網(wǎng)絡，，是對現(xiàn)有射頻技術的有效補充。與傳統(tǒng)的射頻通信相比，室內可見光通信系統(tǒng)的經濟投放較小，覆蓋面更廣，沒有輻射，安全性更高。 光學接收天線作為室內可見光通信系統(tǒng)的光信號接收設備，其性能的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的通信質量。針對室內通信環(huán)境，光學接收天線應具有高接收功率、高信噪比、寬視場角、小型化、低成本等特點。 本文在分析當前可見光通信技術的基礎上，對室內可見光通信的光學接收技術進行了重點研究，分別完成了平面等齒距菲涅爾透鏡的仿真分析和復合齒形菲涅爾透鏡的優(yōu)化設計。主要內容如下： 1.分析了可見光通信白光LED光源的發(fā)光原理、基本結構及類型，并對白光LED的光源性能進行了深入研究，包括其光學及電學特性、輻射特性等。隨后討論了室內可見光通信系統(tǒng)的信道模型，給出了兩種光源的布局形式。 2.對光學接收天線的設計原理進行了介紹，包括非成像光學理論、幾何光學理論和邊緣光線原理，給出了評價光學接收天線性能的重要參數(shù)——光學增益、光學效率及幾何聚光比的概念和計算方法。闡述了菲涅爾光學接收天線設計的思路和方法。 3.對菲涅爾透鏡的聚光原理進行了研究。通過理論分析，討論菲涅爾透鏡棱鏡結構對光斑大小的影響，設計出一系列等齒距平面菲涅爾透鏡，并利用Trace pro軟件對透鏡進行了模擬仿真，分析了透鏡不同設計參數(shù)對接收天線光學增益、光學效率及光斑尺寸的影響，討論了透鏡以小角度傾斜入射時的會聚情況。 4.提出了復合齒形菲涅爾透鏡結構，對不同結構齒形的光學傳輸率進行對比分析，并對復合齒形菲涅爾透鏡進行了仿真分析。為了能在光電探測器上獲得較好的光斑均勻度，對透鏡設計算法進行了改進。針對菲涅爾透鏡色差的影響，提出了一種消色差菲涅爾雙透鏡結構，并對其結構及消色差原理進行了分析。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1160099