基于CPC的LED光通信光学天线的研究

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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。
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