發(fā)布時(shí)間：2020-06-26 18:29

【摘要】：室內(nèi)可見光通信作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域,與傳統(tǒng)無線通信技術(shù)相比具有綠色環(huán)保、高傳輸速率的優(yōu)點(diǎn),受到了各大科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。光學(xué)接收天線在可見光通信系統(tǒng)中扮演著重要的角色,能提高光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)增益、提升可見光通信系統(tǒng)的信噪比。本文以室內(nèi)可見光通信為背景,分析了光學(xué)接收天線的基礎(chǔ)理論,針對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)信噪比低、接收視場(chǎng)角較大的情況下光學(xué)增益低的問題,對(duì)可見光通信接收端的光學(xué)接收天線進(jìn)行研究。本文主要研究的內(nèi)容如下:1.針對(duì)室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)接收功率較低的問題,通過分析菲涅爾透鏡的材料、口徑、焦徑比F數(shù)、棱鏡環(huán)數(shù)等參數(shù),設(shè)計(jì)了一款適用于室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的菲涅爾透鏡。利用3D建模軟件、光學(xué)軟件建模仿真,并對(duì)菲涅爾透鏡的光學(xué)效率、視場(chǎng)角進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明,菲涅爾透鏡的光學(xué)效率達(dá)到90%。同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的菲涅爾透鏡進(jìn)行了實(shí)物加工與測(cè)試,在實(shí)驗(yàn)室已搭建好的可見光通信系統(tǒng)接收前端中加入菲涅爾透鏡,根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算出系統(tǒng)信噪比。結(jié)果表明,加入菲涅爾透鏡光學(xué)接收天線與未加入接收天線相比,信噪比提高了13dB。2.為提升菲涅爾透鏡的光學(xué)效率,采用分區(qū)法,設(shè)計(jì)了一款復(fù)合型菲涅爾透鏡,其內(nèi)環(huán)區(qū)為傳統(tǒng)透鏡結(jié)構(gòu),外環(huán)區(qū)采用二次全反射棱鏡結(jié)構(gòu),并對(duì)設(shè)計(jì)的復(fù)合型菲涅爾透鏡的光學(xué)效率、視場(chǎng)角、均勻性進(jìn)行了分析。同時(shí)針對(duì)光斑能量分布不均勻會(huì)影響到光電探測(cè)器的壽命的問題,對(duì)透鏡計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn),優(yōu)化結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)較大光學(xué)效率下的能量均勻分布。仿真結(jié)果表明,光學(xué)效率達(dá)到91.1%,均勻性為1.78。3.針對(duì)室內(nèi)可見光通信不能較好滿足高增益和大視場(chǎng)角的問題,結(jié)合菲涅爾透鏡光學(xué)增益大,半球透鏡視場(chǎng)大的特點(diǎn),提出一種菲涅爾透鏡-半球透鏡組合式光學(xué)接收天線的設(shè)計(jì)方法。通過對(duì)菲涅爾透鏡和半球透鏡的間距d,半球透鏡的半徑r進(jìn)行優(yōu)化,當(dāng)接收視場(chǎng)角達(dá)到40°時(shí),光學(xué)增益達(dá)到6.88。利用Matlab軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真環(huán)境為一個(gè)5m×5m×3m的房間,視場(chǎng)角為40°,將未加光學(xué)接收天線、加單個(gè)菲涅爾透鏡光學(xué)接收天線以及增加組合式光學(xué)接收天線的接收前端依次進(jìn)行建模仿真。結(jié)果顯示,當(dāng)組合式光學(xué)接收天線加入可見光通信系統(tǒng)接收前端時(shí),探測(cè)器接收到的信號(hào)功率在三者中提升效果最優(yōu)。并通過仿真分析得到,當(dāng)接收視場(chǎng)角為40°時(shí),在室內(nèi)不同位置處,可接收到光信號(hào)。綜上,本文對(duì)室內(nèi)可見光通信光學(xué)接收天線進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)出三款光學(xué)接收天線,通過仿真驗(yàn)證了其可行性,所提方法具有一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.1;TN827.2
【圖文】：

趨嚴(yán)重[1]，使得越來越多學(xué)者開始考慮可見光波段�？梢姽馔ㄐ烹娡ㄐ畔啾龋哂邪l(fā)射功率高，對(duì)人體無害，保密性強(qiáng)，節(jié)約能2-5]，同時(shí)適用于對(duì)電磁環(huán)境要求苛刻的特殊環(huán)境，例如醫(yī)院、礦光通信是一種基于白光 LED，具有高速發(fā)光響應(yīng)特性的新興無利用閃爍的白光 LED 來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，使 LED 運(yùn)用于數(shù)據(jù)通此通信方式，可提供一種全新的寬帶接入方式[7]�？梢姽馔ㄐ畔捣趾徒邮詹糠郑渲邪l(fā)射端有 LED 驅(qū)動(dòng)和信號(hào)兩個(gè)部分，主要出光信號(hào)來調(diào)制和傳輸信息；接收部分一般在光電探測(cè)器前端加自由空間中背景光、日照光等的干擾，并利用光電轉(zhuǎn)換器件將接換成電信號(hào)，從而正確地接收發(fā)射端傳遞的信息[8-11]，其系統(tǒng)模型

光斑均勻度差的問題，提出了離軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱對(duì)稱疊加三種改進(jìn)的菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)方案，得出采用離軸非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱疊加方法改進(jìn)的菲勻性，并保證了較高的聚光效率[30]。 Min-Soo 等人搭建了由超高亮白光發(fā)光二極透鏡組成的可見光通信系統(tǒng)。由于信號(hào)功率管，在 500lx 的照度下可以傳輸傳輸速率高，在PIN光電二極管前加入菲涅爾透鏡，可將rton 等人設(shè)計(jì)了一款由 7 個(gè)子接收機(jī)組成的接方法，將具有最強(qiáng)信號(hào)的接收機(jī)用于可見光境中實(shí)現(xiàn)了完全的移動(dòng)性，并防止了信號(hào)阻較單個(gè)接收機(jī)相比，系統(tǒng)信噪比提高了 13.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 汪廣業(yè);王金鵬;楊娜;陳艾琳;高英明;李萍;鄒念育;;LED光通信中高聚光性菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)[J];光通信技術(shù);2015年08期

2 張逸倫;藍(lán)天;高明光;趙濤;沈振民;;二級(jí)級(jí)聯(lián)式室內(nèi)可見光通信光學(xué)接收天線設(shè)計(jì)[J];物理學(xué)報(bào);2015年16期

3 王云;藍(lán)天;李湘;沈振民;倪國(guó)強(qiáng);;復(fù)合拋物面聚光器作為可見光通信光學(xué)天線的設(shè)計(jì)研究與性能分析[J];物理學(xué)報(bào);2015年12期

4 李湘;藍(lán)天;王云;王龍輝;;室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)中菲涅爾透鏡接收天線的設(shè)計(jì)研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年02期

5 徐亮;陳木仁;;非成像光學(xué)應(yīng)用于LED照明探析[J];信息通信;2012年03期

6 李望;徐熙平;宋賀倫;茹占強(qiáng);盧鑫;張國(guó)玉;張耀輝;;分布式焦點(diǎn)法線聚焦菲涅耳聚光器設(shè)計(jì)及性能分析[J];紅外與激光工程;2010年04期

7 金偉,張海濤,鞏馬理,閆平,張凱,楊欣,姜豐;漫射光寬視場(chǎng)光學(xué)天線的設(shè)計(jì)[J];光子學(xué)報(bào);2002年12期

8 張明,黃良甫,羅崇泰,安棟梁,孫燕杰,王多書,郭俊濤;空間用平板形菲涅耳透鏡的設(shè)計(jì)和光學(xué)效率研究[J];光電工程;2001年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 丁毅;自由曲面光學(xué)器件的設(shè)計(jì)及其在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王龍輝;基于全息光學(xué)元件的室內(nèi)可見光通信光學(xué)接收天線研究[D];北京理工大學(xué);2015年

2 劉浩杰;基于LED室內(nèi)可見光通信收發(fā)天線若干關(guān)鍵問題研究[D];北京理工大學(xué);2015年

3 尹田田;應(yīng)用于水下光通信的菲涅爾透鏡研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 盧圣睿;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2014年

5 梁雪;LED（準(zhǔn)直）光源的SMS非成像光學(xué)設(shè)計(jì)方法[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

6 張麗;高勻光性菲涅爾聚光光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];中國(guó)計(jì)量學(xué)院;2013年

7 劉永強(qiáng);均勻聚光菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

8 梅衛(wèi)平;基于白光LED的可見光通信系統(tǒng)的研究[D];中南大學(xué);2011年

9 侯仕東;GaN基發(fā)光二極管光取出分析與模擬[D];電子科技大學(xué);2010年

10 繆瑩瑩;基于LED照明的DLP投影顯示系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2730719