CN105093508A - 一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线。该可变焦光学接收天线由固定组(1)，变倍组(2)，补偿组(3)和探测器(4)组成。其中固定组(1)扩大天线的视场角，收集大气中的光信号；变倍组(2)通过前后移动改变天线的焦距，可以根据不同通信环境和通信距离的需求改变天线的接收视场角；补偿组(3)通过前后移动来补偿探测面的位移，最后将光信号汇聚到探测器(4)上。

Description

一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线

技术领域

本发明涉及无线光通信所用的接收天线，尤其涉及工作于移动可见光通信领域。

背景技术

可见光通信是以发光二极管作为光源的一种新兴无线光通信技术。可见光通信技术可以与现有的无线通信网络结合，成为“最后一百米”的解决手段。可见光通信可以在完成照明的同时实现高速的数据通信，以减小能耗。因此该技术适用于室内照明通信或者一些对电磁干扰敏感场合的无线通信。并且由于可见光信号不能穿过墙壁，所以该技术还具有防窃听、抗干扰和可靠性高等优点。

在通信领域中，用于信号发射与接收的部分称为天线。应用于可见光通信技术中的接收天线光学系统属于光电探测型光学系统，其作用是获取空间中的信号光，并将其传输给光电探测器件，完成可见光信号向电信号的转换。

现有的可见光通信接收天线均为传统的定焦天线，结构简单且体积较大，仅能实现位置相对固定的定点通信。若信号源或者接收天线移动，接收机与光源之间的距离将会产生变化，即天线物距缩小。此时若采用传统的定焦天线，将会使探测面的光斑扩大弥撒，减小系统的接收能量。相同情况下，若需要同时探测多个信号实现MIMO通信，采用传统的定焦天线将会使光斑产生位移，无法用探测器阵列接收信号。另一方面，因为定焦天线的视场角固定，所以当通信环境变化时，天线在探测到信号光的同时无法轻易的去除视场角内的杂散光，导致系统的通信性能下降。

发明内容

本发明涉及一种适用于移动可见光通信，可以根据环境的变化和通信距离的变化调整系统焦距，具有高环境适应性和移动便携性的可变焦接收天线。

其技术解决方案是：

一种用于移动可见光通信的可变焦接收天线，其特征在于由固定组，变倍组，补偿组和探测器组成。其中固定组收集大气中的可见光信号，扩大天线的视场角。变倍组根据通信需求调节系统的焦距，使系统达到最佳的接收效果。补偿组根据焦距的变化补偿探测面的位移。探测器将探测到的可见光信号转化为电信号。

其中，可变焦接收天线采用负-正-正的结构型式，这样的结构有利于调整主光线的角度，使探测器上探测到的能量更加均匀。

其中，固定组采用负组透镜组，材料为塑料，负组透镜在前可以减小轴外光线对正组透镜的视场角，达到了大视场的目的。

其中，变倍组采用正组透镜组，材料为塑料，变倍组通过前后移动改变系统的焦距。

其中，补偿组采用负组透镜组，材料为塑料，补偿组通过前后移动补偿变焦过程中探测面的位移。

其中，探测器采用单个APD或单个PIN或APD阵列或PIN阵列。

相对于现有可见光通信接收天线，本发明的创新点在于：

其一是根据通信环境的需求可以调整天线的接收视场角，从而减少杂散光的干扰，保证系统的通信性能，相比现有的可见光通信接收天线具有更高的环境适应性。

其二是根据通信距离的变化可以调整系统的焦距，从而使通信距离改变后天线探测到的光斑大小保持不变，保证了系统的接收能量，相比现有的可见光通信接收天线具有更强的移动性和稳定性。

其三是通过改变系统的焦距，使系统在移动过程中能保持探测面上光斑的大小和位置不变，相比现有的可见光通信接收天线，可以更好的适用于移动MIMO通信系统中。

附图说明

图1为本发明的变焦核图。

图2为本发明实施方式一的可变焦接收天线原理示意图。

图3为本发明实施方式二的可变焦接收天线原理示意图。

(附图中各部件尺寸和距离等没有严格按照比例画出)。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施方式。为了便于描述和突出显示本发明，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。

图1为可变焦光学接收天线变焦核图。该可变焦光学接收天线由固定组1，变倍组2，补偿组3和探测器4组成。其中固定组1扩大天线的视场角，收集大气中的光信号；变倍组2通过前后移动改变天线的焦距，可以根据不同通信环境的需求改变天线的接收视场角；补偿组3通过前后移动来补偿像面的位移，最后将光信号汇聚到探测器4上。

实施方式一：

图2所示为本发明的实施方式一的用于移动可见光通信的可变焦光学天线结构示意图。

结合图2，图中可变焦光学天线由固定组201，变倍组202，补偿组203和探测器204组成。下面对本实施方式的可变焦光学天线的各光学元件进行详细说明。

a)固定组201

固定组201由一片非球面透镜组成，材料采用塑料，降低天线的加工成本。固定组采用正组透镜，从而调整主光线的角度，使探测器上探测到的能量更加均匀。固定组201的孔径范围是1～6mm，优选3～4mm。

b)变倍组202

变倍组202为两片非球面透镜组成的透镜组，材料为塑料，采用负组透镜。透镜组中各透镜之间的相对位置保持不变，通过整体前后移动改变系统的焦距和视场角。

c)补偿组203

补偿组203由一片非球面镜构成，材料为塑料，采用负组透镜。根据变倍组202的变倍情况，补偿组203进行前后移动，补偿像面的位移，使天线达到连续变焦的效果。补偿组203的移动方向和移动距离与变倍组202的移动方向和移动距离不一定相同。

d)探测器204

如果用于单信号光源的可见光通信系统中，探测器204由单个探测器组成。若该天线应用于MIMO通信系统中，探测器204由探测器阵列组成。探测器类型为对可见光波段敏感的APD或者PIN，探测器光敏面直径范围为0.5～3mm。

实施方式一中可变焦光学天线的总体参数：

●视场角：可以根据需求在10°～40°之间变化；

●系统孔径：4mm；

●焦距：可以根据需求在3mm～9mm之间变化；

●探测器光敏面直径：2.5mm；

●系统尺寸：13*5mm；

实施方式二：

图3所示为根据本发明的实施方式二的一种用于移动可见光通信的可变焦光学天线结构图。与实施方式一相比，该可变焦光学天线的固定组301加入了直角反射棱镜，折叠空间光路，使透镜组变焦时沿光学天线长度方向移动，增大了各透镜组的移动空间，减小了光学接收天线的厚度，使其更加方便用户使用。实施方式二的变倍组302，补偿组303和探测器304与实施方式一相同，具体说明见实施方式一。

上述实施方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，本说明书所述的只是本发明的一种较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于由固定组，变倍组，补偿组和探测器组成。该可变焦光学接收天线可以对大气中的可见光信号进行接收，针对不同的通信环境和通信距离调节天线的焦距，提高了系统的信噪比和增益，并可以较好的适用于移动多输入多输出通信系统中。

2.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，利用固定组接收可见光信号，扩大天线的视场角。

3.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，通过前后移动变倍组，可以改变天线的焦距。

4.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，通过前后移动补偿组，可以补偿探测面的位移。

5.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，该接收天线采用负-正-正的结构型式，这样的结构有利于调整主光线的角度，使探测器上探测到的能量更加均匀。

6.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，探测波段范围为0.4～0.7mm，覆盖可见光波段。

7.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，天线透镜材料为塑料，降低天线加工成本。

8.根据权利要求1所述的一种用于移动可见光通信的可变焦光学接收天线，其特征在于，该接收天线为可连续变焦的接收天线，在变焦过程中可以始终保持良好的接收效果。