CN110808786A - 一种大功率水下无线光通信发射机 - Google Patents

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朱云周
高卓
王晓波
赵培东
孙铁绳
姬雪峰
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705 Research Institute Of China Shipbuilding Heavy Industry Group Corp
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Abstract

本发明提供了一种大功率水下无线光通信发射机，水密连接器为调制电路、阵列驱动和LED器件供电，同时水密连接器负责对外通信，经过调制电路调制后，电压通过并行的阵列驱动为LED器件提供驱动，使得LED器件发光，并通过光学天线传播光线，实现水下无线传输。本发明利用壳体和海水快速散热，焦点控制在LED灯芯处，压缩光学发散角，聚拢光能量，减少光束扩展损耗，在平均功率不变的前提下，提升峰值功率，实现更远距离的传输，本发明可以在保证调制速率的前提下，进一步提升发射光功率，实现更远距离的水下无线传输。

Description

一种大功率水下无线光通信发射机
技术领域
本发明涉及水下无线光通信领域，尤其是一种通信光发射机。
背景技术
水下无线光通信采用光波作为信息载体，实现水下信息的无线传输，为了提高传输距离，一般采用海水损耗较低的蓝绿光作为光源，相对于低速率、高延迟的水声通信和高损耗的无线电通信，其可在中等通信距离内实现极高速的水下无线通信，目前在民用和军用领域获得了较高关注。
水下无线光通信按照使用的光源来分，主要包括LED无线光通信系统和LD无线光通信系统。LD系统采用高速LD(激光二极管)作为光源，通信速率快，一般在100Mbps以上，但是由于光束较窄，需要精密的伺服对准装置才能可靠通信；LED系统采用大功率LED(发光二极管)作为光源，其速率一般在10Mbps以内，但是光源发散角大，覆盖面宽，无需对准，使用方便。因此目前实用的水下无线光通信系统一般采用LED光源。
从通信系统研制角度来看，水下无线光通信系统发射机的发射光功率和接收机的接收灵敏度直接决定水下通信距离。接收灵敏度受到量子效应的影响，不能无限提高，因此为了进一步提高传输距离，需要在保证调制速率的前提下，进行大功率LED发射，同时为了易于使用，还要尽量控制发射机的体积和重量。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大功率水下无线光通信发射机。为了实现水下无线光发射机的大功率发射，提升水下无线通信距离，同时满足小型化需求，本发明结合大功率蓝光LED器件、阵列高速驱动电路、高效光学天线设计以及PPM脉冲调制技术，提出一种小型化、大功率水下无线光发射机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大功率水下无线光通信发射机，光学天线通过卡环固定在水密壳体上，卡环采用螺纹结构，在水密壳体的轴向上前后移动，LED器件的基板安装在固定结构件上，基板和固定结构件之间涂抹导热硅脂，固定结构件与水密壳体一体连接，若干个驱动芯片并行驱动，并行的驱动芯片形成阵列驱动结构，从而驱动LED器件，驱动芯片的输出端通过高温导线连接至LED器件的基板，调制电路采用高速可编程逻辑芯片实现，调制电路为PPM调制，调制电路连接至水密连接器，水密连接器实现供电和通信功能，整个大功率水下无线光通信发射机通过水密壳体封装，对外连接采用水密连接器，实现供电和通信信号传输；
水密连接器为调制电路、阵列驱动和LED器件供电，同时水密连接器负责对外通信，经过调制电路调制后，电压通过并行的阵列驱动为LED器件提供驱动，使得LED器件发光，并通过光学天线传播光线，实现水下无线传输。
所述光学天线为短焦距单凸透镜。
所述LED器件选用大功率单珠蓝光LED模块。
本发明的有益效果在于为了提升LED发射功率，进行多维度优化设计，首先在满足调制速率的情况下，选用大功率单珠蓝光LED器件，为了提升散热效率，保证电光转换效率、延长灯芯寿命，LED基板直接固定在与壳体相连的金属结构件上，涂抹导热硅脂，利用壳体和海水快速散热；其次，发射机前端设计聚光天线，焦点控制在LED灯芯处，压缩光学发散角，聚拢光能量，减少光束扩展损耗，为了减小透镜的传播损耗，采用单凸透镜方案；再次，为了实现LED的大功率高速驱动，在驱动电路设计上采用阵列方式，利用多块驱动芯片并联驱动，保证调制速率的前提下，提升驱动电流；最后，选用PPM调制技术，在平均功率不变的前提下，提升峰值功率，实现更远距离的传输。本发明提出的发射机，可以在保证调制速率的前提下，进一步提升发射光功率，实现更远距离的水下无线传输。
附图说明
图1是本发明水下无线光发射机原理示意图。
其中，1-光学天线，2-LED器件，3-阵列驱动，4-调制电路，5-水密连接器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
水下无线光发射机原理示意图如图1所示。一种大功率水下无线光通信发射机，光学天线选用短焦距单凸透镜，光学天线通过卡环固定在水密壳体上，卡环采用螺纹结构，在水密壳体的轴向上前后移动，从而实现光学天线焦点调节，控制光束发散角。LED器件选用大功率单珠蓝光LED模块，相对于小功率LED阵列方式，发光面积小，更易于光束发散角控制，LED器件的基板安装在固定结构件上，基板和固定结构件之间涂抹导热硅脂，固定结构件与水密壳体一体连接，保证LED的热量通畅的传导至水密壳体上。为了实现大功率LED的高速驱动，若干个驱动芯片并行驱动，提升驱动电流，并行的驱动芯片形成阵列驱动结构，从而驱动LED器件，驱动芯片的输出端通过高温导线连接至LED器件的基板，连接线应尽量短，保证较好的电磁兼容性，驱动芯片设计良好的散热结构，通过水密壳体散热，保证可靠工作。调制电路采用高速可编程逻辑芯片实现，调制电路为PPM调制，在平均功率不变下，可大幅提高峰值功率，实现更远的传输距离。调制电路连接指水密连接器，水密连接器实现供电和通信功能。整个大功率水下无线光通信发射机通过水密壳体封装，对外连接采用水密连接器，实现供电和通信信号传输。
水密连接器为调制电路、阵列驱动和LED器件供电，同时水密连接器负责对外通信，通过调制电路调制后，电压通过并行的阵列驱动为LED器件提供驱动，使得LED器件发光，并通过光学天线传播光线，实现水下无线传输。

Claims (3)

1.一种大功率水下无线光通信发射机，其特征在于：
所述大功率水下无线光通信发射机，光学天线通过卡环固定在水密壳体上，卡环采用螺纹结构，在水密壳体的轴向上前后移动，LED器件的基板安装在固定结构件上，基板和固定结构件之间涂抹导热硅脂，固定结构件与水密壳体一体连接，若干个驱动芯片并行驱动，并行的驱动芯片形成阵列驱动结构，从而驱动LED器件，驱动芯片的输出端通过高温导线连接至LED器件的基板，调制电路采用高速可编程逻辑芯片实现，调制电路为PPM调制，调制电路连接至水密连接器，水密连接器实现供电和通信功能，整个大功率水下无线光通信发射机通过水密壳体封装，对外连接采用水密连接器，实现供电和通信信号传输；
水密连接器为调制电路、阵列驱动和LED器件供电，同时水密连接器负责对外通信，经过调制电路调制后，电压通过并行的阵列驱动为LED器件提供驱动，使得LED器件发光，并通过光学天线传播光线，实现水下无线传输。
2.根据权利要求1所述的一种大功率水下无线光通信发射机，其特征在于：
所述光学天线为短焦距单凸透镜。
3.根据权利要求1所述的一种大功率水下无线光通信发射机，其特征在于：
所述LED器件选用大功率单珠蓝光LED模块。
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