CN101707502A - 可见光发光二极管无线通信光接收天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可见光发光二极管无线通信光接收天线，天线由多块菲涅耳透镜粘合组成“台形”结构，包括一块主菲涅耳透镜(1)和若干块次菲涅耳透镜(2)。主菲涅耳透镜为“台形”顶面，各次菲涅耳透镜为“台形”侧面。主、次菲涅耳透镜接收来自不同方向的入射的光信号，其范围为主光轴(3)和次光轴(4)所夹的角度内，并将光能量会聚于接收器(5)表面，由此增大接收角度和可接收光能量。菲涅耳透镜厚度薄，具有良好短焦会聚效果，天线形状可根据实际的接收条件，进行任意组合。本发明结构简单、天线尺寸小、重量轻、成本低、具有大的光接收角度和良好的接收性能，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线光通信系统中的光接收天线，可在减小光接收天线的几何尺寸的同时，保证高效率的光接收，尤其能够改善信号光斜入射时的光接收效果。属于光通信设备制造的技术领域。
背景技术
可见光LED(发光二极管)具有高亮度、高可靠性、能量损耗低和寿命长等许多优良特性，可用于显示、照明、交通信号指示等。可见光LED用于室内照明光源的同时，作为信号光源实现无线通信有着诸多优势。它以光信号为载体，通过大气作为传输媒质进行光信号传送，具有信息容量大、通信速率高、部署灵活、维护方便、安全保密和无电磁干扰等特点。可见光无线通信技术是一种宽带无线接入技术，它可以是光通信技术和无线通信技术相结合的产物。
光接收天线是无线光通信系统需要解决的关键问题之一，最简单的光接收天线由一块凸透镜和放置在透镜焦点上的光电探测器组成。实际应用中，要求光接收天线有尽可能高的光功率接收效率和尽可能小的几何尺寸，高效率的接收有利于提高系统信噪比，小尺寸便于接收天线在下行信道通信终端(如计算机)可提高通信灵活性和便携性。结构简单的光接收天线能够在信号光垂直入射时具有高的光接收效率，但当信号光斜入射时，信号光经凸透镜会聚后出现离焦和偏轴现象，光接收效果不甚理想。
为此，常采用(1)增大探测器光敏面；(2)凸透镜后置光锥和光纤；(3)传感定位和瞄准跟踪系统等方法来改善小幅度抖动和小角度斜入射时的光接收效果。但探测器的价格会随其光敏面积的增大而增加，且光敏面积越大，接收机带宽越小，同时接收机噪声越大；在凸透镜后放置拉锥光纤，结构复杂，成本较高，且会限制光接收天线的尺寸；采用传感定位和瞄准跟踪系统价格昂贵，不易实现，灵敏度也不高，更不能满足小尺寸要求。
因此，为保证正常通信，需设计一种价格低廉、尺寸小、具有良好光接收性能并易于实现的无线光通信光接收天线。
参考文献：
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发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种价格低廉、尺寸小、具有良好光接收性能并易于实现的可见光发光二极管无线通信光接收天线.
技术方案：为实现上述目的，本发明所述的光接收天线是由菲涅耳透镜组成，包括一个主菲涅耳透镜、若干次菲涅耳透镜和光电探测器，所述主菲涅耳透镜为正多边形；所述各次菲涅耳透镜与主菲涅耳透镜以固定角度粘接，同时以主菲涅耳透镜的轴线为中心相互对称并彼此粘接；主菲涅耳透镜和各次菲涅耳透镜组成“台形”结构。主菲涅耳透镜的光轴垂直于光电探测器的光敏面。
光电探测器位于所述主菲涅耳透镜的主光轴与各次菲涅耳透镜的次光轴的交点上。
主菲涅耳透镜由PMMA或其它光学材料制成，其光轴与探测器光敏面垂直。主菲涅耳透镜的功能是接收垂直入射至主菲涅耳透镜迎光面的信号光，使接收到的垂直入射信号光的光能量最大。
次菲涅耳透镜由PMMA或其它光学材料材料制成，其光轴与主菲涅耳透镜的光轴相交，交点位于接收器光敏面中心。次菲涅耳透镜的功能是接收相对主菲涅耳透镜斜入射、相对次菲涅耳透镜垂直入射的信号光，即同时利用“台形”顶面的主菲涅耳透镜和侧面的次菲涅耳透镜接收相对主光轴的平行入射信号光和斜入射信号光，使光接收天线接收到尽可能多的光能量。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1.菲涅耳透镜材料来源广泛，造价低廉，易于实现；2.菲涅耳透镜本身具有厚度薄和F数(透镜焦距与透镜孔径比)＜1的突出优点，利用菲涅耳透镜接收并会聚信号光，可实现良好的短焦会聚效果，从而大大减小光接收天线的尺寸；3.采用多块菲涅耳透镜组成的“台形”结构，可改善对斜入射信号光的接收效果，扩大接收角度和范围，提高可接收光信号的光能量。因此，本发明结构简单、尺寸小、造价低廉、易于实现并具有良好的光接收效果，适合室内及室外无线光通信系统使用。
附图说明
图1为无线光通信光接收天线的结构示意图。
图2为无线光通信光接收天线正面(俯视)视图示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种无线光通信光接收天线，由一块主菲涅耳透镜和若干块次菲涅耳透镜粘接组成“台形”结构。“台形”顶面为由PMMA材料或其它光学材料制成的正多边形的主菲涅耳透镜，其侧面由多块相对主菲涅耳透镜中心成圆对称的形状相同的次菲涅耳透镜围合而成。
参见图1所示实例，该接收天线主体由菲涅耳透镜构成，包括一个主菲涅耳透镜1、若干次菲涅耳透镜2和光电探测器5，所述主菲涅耳透镜1为正多边形；所述各次菲涅耳透镜2与主菲涅耳透镜1以固定角度粘接，同时以主菲涅耳透镜1的轴线为中心相互对称并彼此粘接；主菲涅耳透镜1和各次菲涅耳透镜2组成“台形”结构，主菲涅耳透镜1的光轴垂直于光电探测器5的光敏面。光电探测器5位于所述主菲涅耳透镜1的主光轴3与各次菲涅耳透镜2的次光轴4的交点上。
探测器位于光轴上可接收垂直入射信号光光能量最大位置。各次菲涅耳透镜的光轴与主菲涅耳透镜的光轴相交，交点位于探测器的光敏面上。探测器在各次菲涅耳透镜光轴上的位置可使探测器接收到的垂直各次菲涅耳透镜迎光面入射的信号光之光能量最大。
Claims (2)
1.一种可见光发光二极管无线通信光接收天线，其特征在于该接收天线主体由菲涅耳透镜构成，包括一个主菲涅耳透镜(1)、若干次菲涅耳透镜(2)和光电探测器(5)，所述主菲涅耳透镜(1)为正多边形；所述各次菲涅耳透镜(2)与主菲涅耳透镜(1)以固定角度粘接，同时以主菲涅耳透镜(1)的轴线为中心相互对称并彼此粘接；主菲涅耳透镜(1)和各次菲涅耳透镜(2)组成“台形”结构，主菲涅耳透镜(1)的光轴垂直于光电探测器(5)的光敏面。
2.根据权利要求1所述的可见光发光二极管无线通信光接收天线，其特征在于光电探测器(5)位于所述主菲涅耳透镜(1)的主光轴(3)与各次菲涅耳透镜(2)的次光轴(4)的交点上。
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