本文關(guān)鍵詞：基于LED的室內(nèi)可見光通信菲涅爾光學(xué)接收天線的研究

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【摘要】：白光LED作為固體光源時(shí)代的革命性技術(shù)，具有亮度高、功耗低、壽命長、安全性好、可靠耐用等優(yōu)點(diǎn)。除照明功能外，白光LED還具有響應(yīng)時(shí)間短和高速調(diào)制特性，因此在可見光通信領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。室�?nèi)可見光通信是一種綠色環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的通信技術(shù)，它將照明與無線通信融為一體，以白光LED作為室內(nèi)的照明光源，同時(shí)把電信號調(diào)制到白光LED上，以光信號為載體，構(gòu)建無線光網(wǎng)絡(luò)，，是對現(xiàn)有射頻技術(shù)的有效補(bǔ)充。與傳統(tǒng)的射頻通信相比，室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)投放較小，覆蓋面更廣，沒有輻射，安全性更高。 光學(xué)接收天線作為室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的光信號接收設(shè)備，其性能的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的通信質(zhì)量。針對室內(nèi)通信環(huán)境，光學(xué)接收天線應(yīng)具有高接收功率、高信噪比、寬視場角、小型化、低成本等特點(diǎn)。 本文在分析當(dāng)前可見光通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，對室內(nèi)可見光通信的光學(xué)接收技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究，分別完成了平面等齒距菲涅爾透鏡的仿真分析和復(fù)合齒形菲涅爾透鏡的優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要內(nèi)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(jié)構(gòu)及類型，并對白光LED的光源性能進(jìn)行了深入研究，包括其光學(xué)及電學(xué)特性、輻射特性等。隨后討論了室內(nèi)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(xué)接收天線的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了介紹，包括非成像光學(xué)理論、幾何光學(xué)理論和邊緣光線原理，給出了評價(jià)光學(xué)接收天線性能的重要參數(shù)——光學(xué)增益、光學(xué)效率及幾何聚光比的概念和計(jì)算方法。闡述了菲涅爾光學(xué)接收天線設(shè)計(jì)的思路和方法。 3.對菲涅爾透鏡的聚光原理進(jìn)行了研究。通過理論分析，討論菲涅爾透鏡棱鏡結(jié)構(gòu)對光斑大小的影響，設(shè)計(jì)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(jìn)行了模擬仿真，分析了透鏡不同設(shè)計(jì)參數(shù)對接收天線光學(xué)增益、光學(xué)效率及光斑尺寸的影響，討論了透鏡以小角度傾斜入射時(shí)的會聚情況。 4.提出了復(fù)合齒形菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)，對不同結(jié)構(gòu)齒形的光學(xué)傳輸率進(jìn)行對比分析，并對復(fù)合齒形菲涅爾透鏡進(jìn)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(shè)計(jì)算法進(jìn)行了改進(jìn)。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(jié)構(gòu)，并對其結(jié)構(gòu)及消色差原理進(jìn)行了分析。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1160099