室内可见光通信系统中菲涅尔透镜接收天线的设计研究.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 2 (2015) 024201 室内可见光通信系统中菲涅尔透镜接收天线的 设计研究 李湘 蓝天 王云 王龙辉 (北京理工大学光电学院, 北京 100081) ( 2014 年7 月7 日收到; 2014 年8 月18 日收到修改稿) 针对基于白光LED 室内可见光无线光通信技术的应用需求, 设计了等齿距平面菲涅尔透镜. 相比常规透 镜光接收天线, 菲涅尔透镜具有聚焦能力强、焦距短、透镜厚度薄、重量轻、成本低等优点. 利用Trace pro 软件 对设计进行了模拟仿真, 分析了透镜不同设计参数对接收天线光学增益、光学效率及光斑尺寸的影响, 讨论了 透镜在平行光斜入射时的会聚情况. 结果表明, 平面点聚焦菲涅尔透镜的光学效率可达92.1%, 适用于小视 场、高增益接收光学系统前端. 关键词: 可见光通信, 接收天线, 菲涅尔透镜, 等齿距 PACS: 42.15.Eq, 42.79.Bh, 42.15.–i DOI: 10.7498/aps.64.024201 献[8—10] 研究了路-车通信系统中的车载接收器, 1 引 言 4 O’Brien 等 应用经典配置仿真分析了VLC 系统, 讨论了系统接收端光学滤光片的作用. 为了克服 室内可见光通信是一种在白光发光二极管 11 VLC 系统中码间干扰的影响, 孔梅梅等 提出了 (LED) 技术上发展起来的新兴的无线光通信技术, 在半球上分布多个朝向不同的光锥作为光学接收 它以白光LED 作为室内照明光源, 同时把信号调 天线的新方法, 给出了具体布局设计方案. 英国诺 制到白光LED 上, 以光信号为载体, 构建无线光网 12 桑比亚大学的Burton 等 也对VLC 多角度接收 络, 是对现有射频技术的有效补充. 从2000 年开 器进行了设计与分析. 始, 日本Keio 大学的Nakagawa 等1−3 开始从事基 作为室内可见光系统的接收前端, 光学天线的 于室内照明灯和室外交通灯的低速率可见光通信 主要功能是会聚信号光, 提高光接收信号的信噪 技术(visible light communication, VLC)研究. 近 年来, 随着世界范围对白光LED 照明技术的大规 比, 保证传输带宽, 这就需要设计相应的光学接收 模应用与推广, 使得基于白光LED 的可见光通信 系统. 但常规透镜很难满足系统对光学天线尺寸和 迅速成为未来无线通信发展的热点, 有着极大的应 重量的要求. 最早的菲涅尔透镜是由法国物理学家 用前景4−6 .